ЗОЛОТНИКОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ

Гидрораспределители. Назначение. Основные виды.

 

Распределитель (распределительное устройство) предназначен

для управления потоком рабочей жидкости между участками и

агрегатами гидросистемы. С помощью распределителей 

обеспечивается направление рабочей жидкости к соответствующему 

исполнительному гидромеханизму, а также осуществляется реверс

механизмов.

По конструктивному исполнению распределители жидкости

разделяют в основном на золотниковые, крановые и клапанные.

 

ЗОЛОТНИКОВЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ

Рабочим органом распределителей этого типа является 

перемещающийся в осевом направлении во втулке (гильзе) 

цилиндрический плунжер, на котором выполнено несколько кольцевых

проточек. В золотниковых распределителях более сложной 

конструкции, помимо осевых, использованы также и поворотные 

движения плунжера вокруг оси, что повышает их позиционность.

Подвод и отвод жидкости производится через окна питания

во втулке и соответствующие проточки плунжера.

По количеству подключенных внешних линий (каналов питания),

по которым рабочая жидкость подводится к распределителю и 

отводится от него, различают распределители четырехлинейные

(четырехходовые), трехлинейные и двух линейные.

На рис. 2 показаны схемы четырехходовых золотниковых

распределителей, предназначенных для управления двусторонним

движением гидродвигателя, осуществляемого путем подачи 

поступающей от насоса жидкости под давлением в одну из двух

полостей (рабочую) гидродвигателя при одновременном отводе ее

из противоположной (нерабочей) полости в резервуар.

Жидкость от насоса подводится к каналу 4 (рис. 2, а), из

которого в зависимости от положения плунжера 2 поступает в ту

или иную (рис. 2, б) полости гидравлического двигателя 1, 

одновременно с этим вторая (нерабочая) полость гидродвигателя

соединяется с каналом 3, ведущим в резервуар.

Основным преимуществом золотниковых распределителей 

является то, что их плунжеры уравновешены от осевых статических

сил давления жидкости, поскольку рабочее давление жидкости

действует на пояски плунжера в противоположных направлениях.

 

Рисунок 2- Принципиальные схемы золотниковых распределителей.

В таких золотниках легко осуществляется многопозиционность и, кроме того, они обладают при соответствующем выполнении относительно небольшим трением

. Для уравновешивания плунжера от сил давления рсл жидкости, могущего быть в сливной линии (в каналах 3 и 5), плунжер золотника, показанного на рис. 2, в снабжен с левой стороны ложным хвостовиком. При отсутствии такового (рис. 3,а) давление Pсг в сливной линии, с которой соединены каналы 3 и 5, будет действовать на неуравновешенную площадь плунжера

(где D и d — диаметры плунжера и его хвостовика), стремясь

сместить его вправо. Это неуравновешенное усилие 

давления жидкости равно:

 

Рисунок 3 – Схемы четырехходового золотника.

 

С этой же целью плунжер золотника, показанного на рис.3,

а, снабжен дополнительными поясками. Полости cud этого 

золотника должны быть соединены непосредственно (минуя сливную

линию) с баком или атмосферой. При дистанционном управлении

в эти полости подается командное давление,

Уравновешивание плунжера золотника от сливного давления

может быть достигнуто также путем применения трехпояскового

золотника, выполненного по схеме, представленной на рис. 3, б.

Преимуществом таких золотников применительно к следящим 

системам является то, что в них имеется всегда лишь

один контролируемый в производстве осевой размер, который

определяет характеристики следящих систем.

Применяют также трехходовые и реже — двухходовые 

золотники, причем последние являются по существу перекрывными

 

Рисунок 4 – Схемы трехходовых золотников

 

кранами (вентилями). Трехходовые золотники (рис. 4, а) 

применяют в основном в том случае, когда окно питания 

гидродвигателя необходимо последовательно соединить с источником 

давления (с насосом) или с резервуаром, т. е. в гидродвигателях 

одностороннего действия. Однако в некоторых случаях их применяют

также и в двусторонних гидродвигателях.

Подобная схема с трехходовым золотником, допускающим изменение направления движения гидродвигателя, показана на рис. 4, б. В этой схеме применен силовой цилиндр двойного действия, в котором эффективная площадь поршня со стороны штока вдвое меньше площади поршня с противоположной стороны .

В положении плунжера, показанном на рис.4, б, жидкость поступает от источника питания одновременно как в левую, так и в правую полости цилиндра, в результате поршень будет перемещаться

вправо. Скорость V движения поршня и развиваемое им усилие Р

определяется в зависимости от расхода жидкости источника 

питания Q по выражениям:

При соединении левой полости цилиндра со сливом и правой

с источником питания поршень будет перемещаться влево со 

скоростью

 

По числу фиксируемых положений плунжера различают

двухпозиционные и трехпозиционные золотники. Если плунжер золотника не задерживается в среднем положении, такой золотникназывают двухпозиционным; если задерживается с помощью каких-либо устройств - трехпозиционным.

 

Рисунок 5 – Схемы перекрытий золотников.

По величине перекрытий поясками плунжера в среднем его положении расходных окон втулки (корпуса) различают распределители с положительным (рис. 5, а) и отрицательным (рис. 5, б) перекрытием. Реже применяются золотники с нулевым 

перекрытием (рис. 5, в).

В золотниках первого типа (рис. 5, а) ширина h рабочего

пояска плунжера превышает ширину  t  проходного окна корпуса

золотника для протока жидкости, поэтому поясок плунжера

при симметричном его положении по отношению к этим окнам

h — t  перекрывает соответствующее окно на длине .

В золотниках второго типа (рис. 5, б) ширина h рабочего

пояска меньше ширины  t  проходного окна, в результате чего при

среднем положении плунжера золотника по обеим сторонам его

пояска образуется начальный зазор, равный . Посколь-

ку при условии h < t величина перекрытия с, вычисленная по 

выражению , будет иметь отрицательное значение, 

подобное перекрытие окон уплотняющими поясками золотника условно называют «отрицательным перекрытием» .

Золотники третьего типа с нулевым перекрытием^ (t = h)

применяются в тех случаях, когда требуется, чтобы при любом

малом смещении плунжера из среднего положения образовывалась

расходная щель. К подобным случаям относятся гидравлические

следящие системы .

В зависимости от конструкции золотника рабочие полости 

гидродвигателя в среднем положении плунжера либо фиксируются,

либо соединяются с резервуаром. На рис. 6  показаны возможные

соединения каналов питания при среднем положении плунжера.

В схеме с положительным перекрытием, представленной на рис.

6, а, перекрыты все каналы золотника; в схеме, представленной на рис. 6, б, блокирован лишь канал питания, каналы же, соединенные с полостями гидродвигателя, соединены с баком; в схеме с отрицательным перекрытием, представленной на рис. 6, в, все каналы соединены с баком.

Гидравлические характеристики золотника определяются его сопротивлением, которое для золотников с острыми отсечными кромками принято выражать коэффициентом \i расхода. В этом случае расход жидкости Q и сопротивление Ар в расходной щели золотника можно определить, применяя соотношения для истечения жидкости из отверстия в тонкой стенке :

Рисунок 6 – Схемы канализации золотников.

 

Коэффициент расхода для ламинарного потока является

функцией числа Рейнольдса, однако для турбулентного потока,

который в золотниках является преобладающим, этот 

коэффициент при Re =-—— > 260, где V — скорость жидкости, можно 

принимать без учета влияния сопротивления подводящих каналов 

постоянным.

 Для минеральных масел и щелей с острыми кромками можно в практических расчетах принимать для последних условий \х = 0,60 ч- 0,62. Для закругленных кромок или кромок с фасками \i = 0,75 -г- 0,8.

При числах Re < 200—260, соответствующих малым 

смещениям золотника (открытиям окон), коэффициент \i может быть

приближенно принят в среднем равным jut = 0,5. Размеры

золотника определяются в основном расходом и 

допустимой скоростью жидкости в его каналах, которая, в свою 

очередь, зависит от назначения золотника и рабочего давления

в системе.

Скорость течения жидкости в каналах корпуса золотника

и в проточках плунжера обычно выбирают, в целях 

уменьшения габаритов, в 2—2,5 раза выше скорости жидкости

в подводящих трубах, однако потеря напора в золотнике не

должна превышать примерно 2% рабочего давления. 

Практически скорость жидкости выбирают равной 6—10 м'сек и реже до 15 м/сек.

При расчете сечений каналов исходят также из условия, чтобы

площадь сечения потока жидкости в любом месте канала была

не меньше ~ 40— 50% площади сечения подводящей трубы.

В ряде рекомендаций принято, что отношение квадрата 

проходного сечения  каналов распределителя к квадрату сечения

трубопровода равно -р- = 0,1.

Подвод жидкости в камеры золотника и отвод из них обычно

производится через круговые (кольцевые) проточки а в корпусе

(в гильзе), занимающие 360°, соединенные с трубопроводами

(см. рис. 6, а). Благодаря подобному выполнению каналов 

питания по всей окружности контакта плунжера с гильзой 

достигают максимального значения размера как проходное окно по

окружности , так и его площадь S = ndh, где d и h — диаметр плунжера и ширина окна вдоль оси.

Кроме того, золотники в подобном исполнении отличаются

простотой, а также тем, что подобные кольцевые щели обладают

свойством самоочищения от частичек загрязнителя, которые при

открытии щели уносятся потоком жидкости.

Диаметр d, шейки плунжера золотника (см. рис. 6, а) должен

быть таким, чтобы было обеспечено требуемое проходное сечение

между шейкой и втулкой золотника   и 

одновременно с этим была сохранена требуемая поперечная жесткость плунжера; обычно соблюдается условие

Для обеспечения герметичности минимальный диаметральный

зазор в золотниках обычно выбирается равным 0,004—0,01 мм.

При более жестких требованиях к герметичности диаметральный

зазор для диаметров золотника до 25 мм и давления р = 150 -

 200 кГ/см2 составляет 0,004—0,007 мм.

Ниже приведены рекомендуемые по зарубежным источникам

зазоры между гильзой и плунжером для общего машиностроения:

 

необходимо учитывать температурное расширение материалов, из которых изготовлены детали плунжерной пары, с тем чтобы было устранено защемление плунжера при изменениях температуры. В тех случаях, когда золотник и корпус распределителя изготовлены из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, изменение зазора может быть вычислено по выражению ^

Величину диаметра и длину плунжера золотника, а также 

величину его хода выбирают с учетом обеспечения требуемого 

расхода жидкости при допустимом сопротивлении потоку жидкости.

При выборе диаметра плунжера исходят также из необходимости уменьшения трения. Так как трение плунжера золотника зависит от его диаметра, величину последнего выбирают минимальной.

 

 

 

Материал для изготовления плунжеров и втулок должен быть

твердым и скорее хрупким, чем пластичным. При повышении 

твердости деталей плунжерной пары уменьшается вероятность 

заклинивания при попадании в зазоры твердых частиц, которые в этом

случае обычно разрушаются твердыми рабочими поверхностями.

При хрупком материале попавшие в зазор твердые частицы 

загрязнителя лишь процарапывают со снятием стружки 

поверхности деталей, не оставляя на них вспучин, могущих вызвать

заклинивание плунжера, тогда как при пластичном материале

твердые частицы загрязнителя процарапывают поверхности, 

вспучивая их.

Для уменьшения возможности заклинивания плунжеров 

проточки на плунжере и окна гильзы выполняют с острыми 

кромками, что способствует перерезанию загрязняющих жидкость

неметаллических частиц.

Для повышения износостойкости плунжерных пар применяют

хромирование рабочих поверхностей плунжеров, что повышает

срок их службы в 1,5—2 раза; толщина хромового покрытия 18 —

25 мкм.