Золотниковые гидрораспределители являются важнейшим и наиболее сложным устройством ДГП как с точки зрения сложности их изготовления, так и сложности гидродинамических процессов течения жидкости через их рабочие окна.
Золотниковый гидрораспределитель является управляющим устройством силового ДГП. Он регулирует как количество жидкости, подводимой к гидроцилиндру, так и направление ее движения. При помощи золотникового гидрораспределителя осуществляется плавная регулировка величины и знака скорости поворота руля. Существует большое число конструктивных схем золотниковых гидрораспределительных устройств: золотники поворотного действия типа сопло – заслонки, плоские золотники и. т. д. На рис. 3 изображен золотниковый гидрораспределитель рулевого агрегата РА-85, входящего в состав рассматриваемого рулевого привода. Он состоит из гильзы 1 и золотника 2.
Рис. 3. Золотниковая пара рулевого агрегата РА-85
Такой ДГР называют цилиндрическим золотниковым гидрораспределителем поступательного действия с отверстиями в гильзе. Из схемы видно, что отверстия в гильзе расположены по периметру поперечного сечения золотника. В таком золотнике площадь рабочего окна будет учетверенной. Симметричное расположение окон гильзы уравнивает гидродинамические силы, действующие на золотник, при протекании жидкости через рабочие окна. С торцов гильзы крепятся на резьбе блоки датчиков давления.
|
|
Золотник должен свободно перемещаться вдоль оси гильзы. Для этого между гильзой и золотником необходим зазор. У современных гидрораспределителей концентрический зазор D между гильзой и золотником мал и составляет 3-4 мкм. Такая точность достигается с помощью технологической операции притирание. В реальном золотниковом гидрораспределителе через концентрический зазор D жидкость может перетекать из магистрали с высоким давлением в магистраль с низким давлением. Расход жидкости, текущей через D, называют утечками в золотнике.
Золотниковый распределитель принято называть идеальным, если выполняются следующие условия:
а) расстояния между отсекающими кромками окон гильзы и отсекающими кромками поясков золотника равны между собой;
б) утечки жидкости через концентрический зазор D между гильзой и золотником равны нулю.
При перемещении золотника на величину х относительно гильзы между рабочими кромками поясков и окон гильзы образуются рабочие окна. Площади рабочих окон малы по сравнению с площадью каналов магистралей нагнетания и слива. Поэтому рабочие окна золотника представляют собой большие гидравлические сопротивления для текущей через них жидкости. Рабочие окна могут быть круглой или прямоугольной формы. Рабочие окна круглой формы просты в изготовлении, а рабочие окна прямоугольной формы позволяют получить более линейные зависимости.
|
|
При протекании жидкости через гидравлическое сопротивление происходит потеря энергии потока жидкости, выражаемая потерями давления, которые определяются формулой (2).
Эффект потерь давления называют дроссельным эффектом или дросселированием жидкости. Поэтому исполнительный гидропривод с дроссельным распределителем и называют дроссельным гидроприводом, а такой способ регулирования – дроссельным регулированием скорости гидродвигателя.
Рис. 4. Эпюры распределения давлений в ДГП
На основании эпюры изменения давлений, возникающих при протекании жидкости по каналам ДГП, представленной на рис. 4, можно написать уравнение баланса давлений:
Если считать условия дросселирования на рабочих окнах золотниковой пары, соединенной с силовым гидроцилиндром одинаковыми (перепады давлений на этих рабочих окнах) и пренебрегая давлением рсл по сравнению с рп (рсл<< рп) в ДГР, получим
Подставляя из последнего равенства значение Dр в (3) с заменой , где -ширина рабочего окна, -перемещение золотника относительно гильзы, получим формулу расхода жидкости, текущей через рабочие окна идеального золотникового распределителя, в функции перемещения золотника и перепада давлений на поршне гидроцилиндра рд:
(4)
Можно показать, что Gm, равное
(5)
является максимальной проводимостью рабочих окон при х=xм. Уравнение (4) с учетом (5) и того факта, что с изменением знака перемещения золотника изменяется не только направление течения, но и знак давления нагрузки, можно записать в виде
(6)
Здесь знак корня принимается всегда только положительным, . Это уравнение называется уравнением нагрузочной характеристики ДГП с идеальным золотниковым распределителем. Графическое изображение нагрузочной характеристики, представляющее собой семейство полупарабол, приведено на рис. 5, а. Каждая кривая семейства дает зависимость расхода Qз при фиксированном открытии рабочих окон xi и различных установившихся значениях давления нагрузки рд. Нагрузочная характеристика является статической характеристикой, каждая точка которой Q3i, может быть получена при установившихся значениях: xi и рдi. Семейство кривых на рис. 5,а наглядно показывает, что нагрузочная характеристика ДГП с идеальным золотниковым распределителем существенно нелинейна. Из нагрузочной характеристики (6) можно получить частотные характеристики ДГП: расходную и силовую (рис. 5,б и рис. 5,в).
Рис. 5. Статические характеристики идеального ДГП
Расходной характеристикой называют зависимость расхода жидкости, протекающей через золотник в функции перемещения золотника х при давлении нагрузки рд = 0. Полагая в (6) рд = 0, получим:
Q3=K3x
, где
Коэффициент Kз называют коэффициентом чувствительности идеального золотникового распределителя по расходу.
Силовой характеристикой называют зависимость между перепадом давлений на поршне гидроцилиндра (давление нагрузки) рд и перемещением золотника х при фиксированном (заторможенном) поршне гидроцилиндра, т. е. при Qз=0. Полагая в (6) Qз=0, получим выражение для силовой характеристики в виде:
рд=рпsign(х)
Из графика силовой характеристики ДГП с идеальным золотником рис. 5, б следует, что перепад давлений на поршне изменяется скачком при изменении знака х.
Фильтры
В гидросистеме рассматриваемого гидравлического приводода применяются центробежные очистители жидкости (центрифуги). Эти фильтры очищают жидкость от частиц загрязнителя с плотностью, превышающей плотность рабочей жидкости. Принципиальная схема центробежного очистителя представлена на рис. 6. Рабочая жидкость, подлежащая очистке подается через полуось 1 под давлением 0.3-0.6 МПа во вращающийся ротор 2, в котором она приобретает угловую скорость, приближающуюся к скорости ротора. Частицы загрязнителя с плотностью, превышающей плотность рабочей жидкости, отбрасываются под действием центробежной силы к стенкам ротора и осаждаются на них.
|
|
Фильтр состоит из набора фильтроэлементов, надетых последовательно друг на друга. Фильтроэлементры представляют собой цилиндрическую металлическую сетку с различными диаметрами цилиндра. Шаг сетки фильтроэлементра в продольном сечении составляет 0,15 мм. В поперечном сечении ряды сетки расположены равномерно по окружности с интервалами 12°. Несколько фильтроэлементов надеваются последовательно на корпус фильтра с отслеживанием при увеличении х20-30, чтобы окна сетки не накладывались друг на друга.
Рис. 6. Фильтр центробежного типа