Рабочим органом гидрораспределителей золотникового типа (именно данный тип преимущественно используется в спецтехнике) является перемещающийся в осевом направлении в корпусе цилиндрический плунжер (золотник), на котором выполнено несколько кольцевых проточек и осевых дросселирующих канавок. Подвод и отвод рабочей жидкости производится через окна питания в корпусе и соответствующие проточки плунжера.
Золотниковые гидрораспределители уравновешены от действия статического давления жидкости в радиальном и осевом направлениях. Они наиболее технологичны, компактны и позволяют регулировать расход рабочей жидкости. В их конструкции предусмотрена возможность управления перемещением золотников вручную (или с помощью системы рычагов и тяг), дистационно-механическими (гибкими тросиками) и дистационно-гидравлическими или электрогидравлическими устройствами. С помощью многопозиционных золотниковых гидрораспределителей можно поочередно или одновременно управлять несколькими исполнительными механизмами, совмещая операции в рабочем цикле машины.
В зависимости от числа рабочих позиций, то есть фиксированных положений золотника относительно корпуса, выделяют следующие виды:
- двухпозиционные,
- трехпозиционные,
- четырехпозиционные.
А в зависимости от числа присоединений к исполнительным механизмам:
- двухлинейные,
- трехлинейные,
- четырехлинейне.
Обычно на схемах гидрораспределитель обозначают в исходной позиции из отдельных элементов и их комбинаций: подвижного элемента - золотника, каналов и устройств управления. В распределителе дискретного (прерывистого) действия рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (см. рис. 1). В первой (исходной) позиции все каналы, подводящие к золотнику, разобщены, то есть перекрыты.
Во второй позиции попарно соединены гидролинии Р и А, В и Т, а в третьей - Р и В, А и Т. Такой гидрораспределитель часто называют реверсивным, так как он используется для остановки и изменения направления движения или вращения гидродвигателей (гидроцилиндров или гидромоторов).
Рис. 1. Схемы направления потока рабочей жидкости четырехлинейного трехпозиционного гидрораспределителя с ручным управлением в различных позициях золотника
|
|
|
|
| 1 позиция - исходная (нейтральная) | 2 позиция - рабочая | 3 позиция - рабочая |
| Условные обозначения: А и В - каналы для подвода гидродвигателя; Т - канал для отвода рабочей жидкости в бак (сливной). | ||
а - двухпозиционного двухлинейного гидрораспределителя, б - двухпозиционного трехлинейного, в - двухпозиционного четырехлинейного, г - трехпозиционного четырехлинейного, д - четырехпозиционного четырехлинейного.
На рис.2 приведены схемы различных исполнений гидрораспределителей.
Двухлинейные гидрораспределители (рис. 2-а), соединенные с двумя внешними гидролиниями (напорной и управления), служат для пропуска или перекрытия потока рабочей жидкости только в одной гидролинии управления. Ими можно изменять расход и скорость потока, т.е. мощность, подводимую к гидродвигателю от насоса, но нельзя изменять направление потока.
Трехлинейные (рис. 2-6), соединенные с тремя внешними гидролиниями (напорной, сливной и управления), предназначены в основном для управления гидродвигателями одностороннего действия, например, гидроцилиндрами с возвратом штока пружиной или плунжерного гидроцилиндра с противодействующей силой от внешней нагрузки.
Четырехлинейные (рис. 2-в), соединенные с четырьмя внешними гидролиниями (напорной, сливной, с двумя линиями управления) используют для управления потоком жидкости в двух полостях, например, в двух полостях гидроцилиндра двустороннего действия.
У двухпозиционных гидрораспределителей только две фиксированные позиции, у трехпозиционных (рис. 2-г) - три (например, две рабочие и одна нейтральная), у четырехпозиционных (рис. 2-д) - четыре (например, две рабочие, одна нейтральная и одна плавающая). При плавающей позиции обе полости гидродвигателя соединены между собой и со сливной линией.
Для управления исполнительными механизмами машины гидрораспределители могут иметь различные схемы соединения каналов (рис. 3):
- параллельную, - последовательную, - индивидуальную.
Рис. 3. Параллельная (а), последовательная (б) и индивидуальная (в) схемы соединения каналов:
|
|
|
|
| Условные обозначения: С1 и С2 - отводящие и подводящие поток рабочей жидкости каналы; С1 - сливные каналы; Н - напорный канал; Р - переливной канал | ||
При параллельной схеме (рис. З-а) напорный канал Н позволяет соединять с насосом несколько гидродвигателей. Отводящие линии гидродвигателей С1 и С2 соединены между собой и со сливной линией гидрораспределителя Г. При этом расход рабочей жидкости, поступающей в гидрораспределитель, делится между включенными гидродвигателями обратно пропорционально их внешним нагрузкам. Давление регулируется во всем диапозоне, включая максимальное значение.
При последовательной схеме (рис. 3-6) соединения каналов устанавливают промежуточную секцию, которая позволяет совмещать выполнение операций двумя гидродвигателями от одного потока. В этом случае отверстие канала соединяется с отверстием А и В первого гидродвигателя, а сливная гидролиния этого гидродвигателя - с напорной гидролинией второго гидродвигателя.
Отводящая гидролиния последнего из включенных гидродвигателей соединяется со сливной гидролинией (отверстие Т). Расход рабочей жидкости для каждого гидродвигателя является почти одинаковым, что обеспечивает одновременную работу нескольких гидродвигателей с одинаковой скоростью.
При такой схеме рабочее давление в каждом последующем гидродвигателе равно давлению на выходе из предыдущего, а давление в подводящей гидролинии определяется внешней нагрузкой на гидродвигатель. Последовательная схема может реализоваться без промежуточной секции по специальному заказу исполнения корпуса распределителя.
При индивидуальной схеме (рис. З-в) соединения каналов гидрораспределитель обеспечивает подвод всего потока рабочей жидкости только к одному гидродвигателю, включенному от золотника, расположенного ближе других к напорной гидролинии. Подвод рабочей жидкости к следующим гидродвигателям перекрыт. Чтобы включить последующий гидродвигатель, необходимо отключить предыдущий гидродвигатель. Такая схема (тандем) предназначена для гидросистем с поочередным включением исполнительных механизмов и находит широкое применение в гидроприводах самоходных машин.
По перекрытию проходных каналов золотником в его исходной позиции различают гидрораспределители:
- с положительным (рис. 4а), - отрицательным (рис. 46) и - нулевым (рис. 4в) перекрытием.
В гидрораспределителях с положительным перекрытием длина h рабочего пояска золотника больше длины расточки t в корпусе, поэтому поясок золотника при симметричном положении по отношению расточки перекрывает проходной канал на длине (h-t)/2.
Рис. 4. Схемы расположения золотников в расточке:
|
|
|
|
| а - положительное перекрытие проходного канала | б - отрицательное перекрытие проходного канала | в - нулевое перекрытие проходного канала |
В гидрораспределителях с отрицательным перекрытием с открытым центром длина h рабочего пояска золотника меньше длины расточки t в корпусе, в результате в нейтральной позиции золотника по обеим сторонам его пояска образуется зазор, равный величине (t -h)/2.
В гидрораспределителе с нулевым перекрытием t=h.
Регулировочная характеристика, приведенная на рис. 5а, определяет зависимость расхода рабочей жидкости Q от перемещения золотника I; Q=f(I). Обычно ее строят для нескольких перепадов давления на кромках золотника и крутизну наклона оценивают коэффицентом усиления по расходу, который характеризует быстродействие распределительного устройства.
Коэффициент усиления по расходу:
Рис. 5. Регулировочная (а) и гидравлическая (б) характеристики двухлинейного гидрораспределителя:
|
|
|
| 1 - золотник с положительным перекрытием; 2 - золотник с нулевым перекрытием; 3 - золотник с отрицательным перекрытием | |
Гидравлическая характеристика, приведенная на рис. 5-6, определяет величину потерь давления р при прохождении жидкости через гидрораспределитель в зависимости от расхода Q при различных позициях золотника.
Величина характеризует зону нечувствительности двухлинейного гидрораспределителя при перемещении золотника из исходной позиции. Гидрораспределитель с положительным перекрытием проходного канала имеет регулировочную характеристику (линия 1 на рис. 5-а) с зоной нечувствительности, равной перекрытию . Такой компонент широко применяют в гидросистемах самоходных машин и в автоматических системах регулирования с высокой динамической устойчивостью, особенно в тех случаях, когда утечки в нейтральной позиции или в начале хода золотника должны быть минимальными, а жесткость (чувствительность к нагрузке) должна быть высокой.
Гидрораспределитель с отрицательным перекрытием проходного канала имеет наибольшую зону нечувствительности (рис. 5-6). Регулировочная характеристика при постоянном давлении на входе и нулевом на выходе имеет излом на длине хода, равном отрицательному перекрытию (линия 3 на рис. 5-а). Эти гидрораспределители рекомендуется применять в гидросистемах, для которых максимальные утечки не являются определяющими факторами, например, для обеспечения разгрузки насоса и свободного ("плавающего") перемещения исполнительного механизма под действием внешней нагрузки, для дифференциального питания гидроцилиндра с односторонним штоком или плунжерного гидроцилиндра типа размыкателя тормоза в грузоподъемных лебедках.
Недостатком гидрораспределителей с отрицательным перекрытием является потеря расхода и дросселирование потока рабочей жидкости при нейтральной или близкой к нейтральной позиции золотника.
Гидрораспределитель с нулевым перекрытием рабочего окна (линия 2 рис. 5-а) не имеет зоны нечувствительности, он обладает высоким быстродействием, имеет линейную зависимость расхода жидкости Q через проходной канал от перемещения золотника. Следовательно, это идеальный гидрораспределитель, имеющий оптимальную регулировочную характеристику для следящих гидросистем. Однако, следует иметь в виду, что обеспечить выполнение нулевых перекрытий в гидрораспределителях с цилиндрическими золотниками при серийном производстве очень трудно из-за высоких требований к точности и стабильности размеров. В необходимых случаях для этих целей применяют плоские золотники.
Перемещение золотников осуществляется:
- механическим, - гидравлическим, - электрическим или - электрогидравлическим способом.
Механическим способом управляются гидрораспределители до типоразмеров .
Наиболее распространенный тип механического управления - рычажный, с помощью рукояток.
Это наиболее простой и надежный тип управления, однако он требует установки гидрораспределителя непосредственно перед оператором, что не всегда удобно при компоновке машины и безопастности оператора.
В последнее время находит все более широкое применение дистационно - механическое управление с помощью механических джойстиков и гибких тросиков, длина которых может достигать 7-8 метров и более.
Дистационно-механическое управление позволяет удобно компоновать гидрораспределители на машинах.
При увеличении потока, а следовательно, диаметра золотника существенно возрастают силы трения и осевые гидродинамические силы, направленные на закрытие золотника при его движении. При
Чтобы снизить усилия на органах управления применяют гидравлические и электрогидравлические системы управления.
Многозолотниковый гидрораспределитель по конструктивному исполнению может быть секционным или моноблочным.