ниями 3, выполненными в теле плунжера, соединяются с противолежа­ щими четырьмя лысками 5, расположенными на этом же пояске со стороны слива. Лыски 5 должны иметь примерно в два раза большую площадь и располагаются на некотором расстоянии от лысок 2 в сто­ рону слива. По обе стороны лысок выполнены круговые проточки 1 и 4. При радиальном смещении плунжера в какую-либо сторону радиаль­ ный зазор между плунжером и гильзой с одной стороны будет умень­ шаться и с другой увеличиваться. В результате перетекание жидкости

давлений в полостях лысок и к появлению сил, стремящихся центриро­ вать плунжер.

Для уменьшения сил трения золотников следящих систем (см. рис. 155, в) работающих в условиях высоких перепадов давлений, сред­ ние пояски К плунжеров занижают по диаметру на 5—10 мк относи­ тельно крайних поясков, которые в этом случае будут опорными, обес­ печивая тем самым центрирование плунжера относительно гильзы.

Вибрационные движения плунжера золотника

Для уменьшения сил трения, применяют также золотники, плунже­ ры которых совершают поступательные или поворотные вибрационные (осциллирующие) колебания небольшой амплитуды (0,01—0,1 мм) и высокой частоты (~50 гц). Эти движения осуществляются с помощью механических и электротехнических средств. Применяют также золот­ ники с круговым (вращательным) движением гильзы плунжера.

Опыт показывает, что при вибрации, особенно при осевых движе­ ниях плунжера, усилие, необходимое для страгивания его с места, со­ ставляет небольшую часть (3—4%) усилий, которые необходимы для этого при отсутствии таких движений.

Применение возвратно-поступательных колебаний особенно целесо­ образно в золотниках следящих систем (см. стр. 305), в которых плун­ жеру сообщают колебательные движения относительно своего среднего положения. Амплитуда колебаний в этом случае несколько превышает (на 0,01—0,05 мм) величину перекрытия поясками плунжера окон пи­ тания. При колебаниях плунжера с такой амплитудой вся силовая часть гидросистемы будет подвержена частотным знакопеременным нагруз­ кам, вызываемым знакопеременными силами давления жидкости на поршень силового цилиндра, благодаря чему снижается трение во всех узлах гидросистемы. Частота колебаний в этом случае должна быть такой, чтобы поршень силового цилиндра не реагировал на импульсы, вызываемые частотными колебаниями подачи жидкости в цилиндр. Подобной частотой является частота 50 гц и выше.

Практика показала, что при применении для привода золотников электромагнитов переменного тока частотное возбуждение электромаг­ нита действует на золотник так же, как и преднамеренно вводимая виб­ рация. В результате силы трения в подобном золотнике снижаются, хотя амплитуда колебания плунжера вследствие высокой частоты практиче­ ски близка к нулевой.

ГИ ДРО ДИ НАМ И ЧЕСКИ Е СИЛЫ ПОТОКА Ж ИДКОСТИ В ЗОЛОТНИКЕ

На плунжеры золотников действуют также осевые силы, вызывае­ мые гидродинамическим (реактивным) действием потока жидкости (рис. 166, а). Эти силы искажают вследствие нелинейности своих харак­ теристик линейность характеристик гидроагрегатов и при известных условиях могут ввести гидросистему в автоколебания. Подобные коле­ бания могут возникать, например, в следящих гидросистемах, если

2 3 0

в звеньях входного контура имеются люфты (см. стр. 345). Указанные осевые силы действуют в сторону закрытия золотника (стремятся вер­ нуть плунжер в нейтральное положение).

По величине усилия реакции потока достаточно велики для того, чтобы при использовании существующих моментных электродвигателей при высоких давлениях жидкости ограничить расход большинства одно­ каскадных сервоклапанов (см. стр. 329) величиной 8—10 л/мин. Даже

Рис. 166. Схема действия «а плунжер золотника осевых гид­ родинамических сил потока жидкости

при двухкаскадных клапанах обеспечение расходов выше 35—40 AJMUH представляет известные трудности.

Опыт показывает, что величина этой силы является в основном функцией двух переменных — перепада давления жидкости и величины открытия окна золотника, т. е. зависит от передаваемой мощности. Практически можно считать, что в типовых четырехходовых золотниках (см. рис. 155) на каждую 1 л. с. мощности, теряемой в золотнике вслед­ ствие перепада давления, приходится неуравновешенная осевая сила, равная примерно 400—600 Г.

Происхождение аксиальной силы

Из схемы элемента плунжерной пары, представленной на рис. 167, а, видно, что поток жидкости из камеры А в камеру В (или наоборот)

Рис. 167. Расчетные схемы действия на плунжер осевых гидродинамиче­ ских сил

через щель окна, образованную острыми кромками плунжера и втулки, направлен к оси плунжера под некоторым углом а, величина которого для идеальной жидкости и беззазорной пары может достигать значе­ ния 0 = 69°.

231

Реактивную силу R потока жидкости, действующую под углом а к оси плунжера, в направлении, обратном направлению скорости по­ тока, можно определить из выражения:

где a — угол, образованный осями плунжера и потока жидкости; в слу­ чае прямоугольных кромок поясков в плунжере золотника и от­ сутствия зазора закруглений угол а будет максимальным и рав­ ным 69°.

Ар — перепад давления между камерами А и В (см. рис. 167, а) ; х — величина открытия окна золотника;

d — диаметр плунжера.

Так как угол а — величина положительная, то возникающая акси­ альная сила F стремится сместить плунжер в сторону уменьшения окна, иначе говоря, действие жидкости, проходящей через щель, образованную кромками плунжера и окон втулки, аналогично действию пружины, стремящейся вернуть плунжер в нейтральное положение. Значения этой силы для типового золотника в функции расхода и перепада давле­ ния Ар приведены на рис. 166,6.

Из последнего уравнения следует, что аксиальная сила с увеличе­

232

нием радиального зазора при всех прочих равных условиях увеличи­ вается.

Поскольку реактивная сила в четырехходовом золотнике (см. рис. 155) с симметричным расположением поясков плунжера относи­ тельно окон втулки действует как в рабочей, так и в сливной камере зо­ лотника, уравнение (271) для вычисления суммарной аксиальной силы в беззазорном золотнике примет вид

При этом принимаем, что расход жидкости через рабочую и слив­ ную камеры золотника, а следовательно, и скорости течения в окнах этих камер равны между собой.

Для конкретной жидкости это уравнение можно представить в виде

с плотностью ~0,85 величина коэффициента равна ~0,666. При этом Q выражается в см2,[сек, рс — в кГ[см2и Fc, — в Г.

Способы компенсации реактивных сил

Влияние рассматриваемых аксиальных сил на динамику золотника уменьшают приложением к нему силы противоположного направления. В частности, компенсацию рассматриваемой аксиальной силы в четырех­ ходовом золотнике можно осуществить выполнением профильных камер, в которых отрицательные аксиальные силы уравновешиваются положи­ тельной аксиальной силой, действующей в парной камере с прямоуголь­ ными кромками (рис. 168). Однако достигнуть полной компенсации практически не представляется возможным.

Механизм действия этой компенсации заключается в том, что путем изменения конфигурации плунжера золотника можно добиться измене­ ния сил, действующих на него со стороны потока жидкости (рис. 168). В результате того, что жидкость перемещается по поверхности плунжера во входной камере под углом си, а затем изменяет этот угол до а2, на выходе из золотника возникает дополнительная сила Fu действующая в направлении, противоположном действию рассмотренной силы F.

Принимая поперечное сечение потока жидкости в профилированной проточной части золотника постоянным и пренебрегая потерями, можно записать [см. выражение (271)]:

Суммарная осевая сила, действующая на плунжер, будет равна со стороны рабочей (входной) камеры

Из этого уравнения следует, что путем подбора углов а\ и а2 осевую силу можно свести к нулю или даже изменить ее направление.

В первом приближении можно принять, что F' = 0 при ai = a2.

Следует отметить, что в действительности механизм явления более сложен, чем это описано, и при изменении рассогласования (открытия окна х) изменится также характер изменения осевых сил. При a2< ai осевая сила при своем возникновении будет стремиться сместить плун­ жер в сторону открытия окон. При достижении рассогласования (откры­ тия) л; определенная осевая сила начинает увеличиваться и при доста­

233

точно большом значении х характер ее изменения аналогичен случаю, когда разгрузка отсутствует. Однако для практических целей можно пользоваться проведенной приближенной зависимостью.

Применяется также более простой способ компенсации. Из уравне­ ния (274) видно, что если угол а будет равен 90°, то аксиальная сила исчезнет. Для того чтобы уменьшить эффект аксиальных сил, жидкость подводится через несколько симметрично располженных, но смещенных

вую 3 на рис. 169, г) будет частично перекрывать кривую силы, развива­ емой потоком, проходящим через соседние отверстия, в результате чего получим равнодействующую кривую 2.

Кривые 1 на рис. 169,6 и г характеризуют расчетные силы для не­ уравновешенных золотников.

Эффект разгрузки будет значительно повышен, если первую пару отверстий расположить под углом к оси плунжера (рис. 170, а). В этом случае струя, вытекающая из наклонных отверстий, будет действовать на торцовую поверхность плунжера и развивать силу, противодействую­ щую рассмотренному выше эффекту. Как показали опыты, наибольший

радиальными отверстиями, а также разгруженном отверстиями, распо­ ложенными под углом у (кривая 5).

Влияние неуравновешенного компонента аксиальной силы можно уменьшить увеличением перепада (потери) давления жидкости в золот­ нике при том же рабочем давлении. Последнее обусловлено тем, что при увеличении перепада уменьшается влияние колебания неуравнове­ шенной аксиальной силы при изменении нагрузки.

ЗОЛОТНИКОВЫ Е РАСПРЕД ЕЛИТЕЛИ С СЕРВОД ЕЙСТВИЕМ

В случае необходимости снижения усилия, требующегося для пере­ мещения золотника при одновременном обеспечении необходимого рас­ хода жидкости применяют двухступенчатые (двухкаскадные) золотни­ ки, которые получили название золотников с серводействием или серво­ клапанов.

Схема одного из подобных золотников показана на рис. 171, а. Основной распределительный золотник b, питающий исполнительный гидродвигатель, управляется с помощью вспомогательного золотника а

234

Рис. 169. Схемы устройств для разгрузки плунжера и графики реактивной силы потока жидкости

Рис. 170. Схема устройства для разгруз­ ки плунжера и график реактивной силы при наклонном расположении разгрузоч­ ных отверстий.

235