Всистемах гидроавтоматики распространены двухкаскадные схемы

сзолотником 2, расположенным между струйной трубкой и силовым ци­ линдром (гидродвигателем) (рис. 255,а). Приемные отверстия в этой схеме выполнены на поршне 4, связанном с плунжером 3 основного рас­ пределительного золотника, благодаря чему последний «следит» за трубкой 1.

Приведенная схема аналогична схеме с сервозолотниками (см. стр. 236), причем функции вспомогательного золотника выполняет струй­ ная трубка 1, а основного распределителя — цилиндрический золотник 3.

Схема применения струйного распределителя в качестве первой ступени золотникового распределителя представлена на рис. 255,6.

Потеря энергии на управление составляет в однокаскадной системе 15—18% мощности, подведенной к усилителю. В двух- и трехкаскадных схемах эта потеря составляет доли процента выходной мощности гидро­ двигателя.

Выбор рабочих параметров струйного распределителя

Отношение диаметра do приемных отверстий в распределительном блоке (см. рис. 253, а) к диаметру dc выходного отверстия сопла обычно равно 1 :4. Расстояние между срезом (торцом) сопла и приемными от­ верстиями в распределительном блоке для гидравлических устройств обычно равно k = 4dc. При уменьшении этого расстояния степень исполь­ зования кинетической энергии струи в гидравлических устройствах прак­ тически не повышается, однако при этом увеличивается удар по трубке струи жидкости, вытекающей из нерабочей полости гидродвигателя. Кроме того, при более близком расположении сопла рассматриваемое

d0 = 2-^-2,5 мм, а диаметр сопла dc= 1,5~-2 мм. Расстояние 5 между приемными отверстиями в большинстве конструкций составляет 0,2—0,5 мм. При указанных соотношениях сопло в среднем (нейтральном) положе­ нии трубки не перекрывает приемных отверстий. В некоторых конструк­ циях системы автоматики диаметр dc отверстия сопла равен 0,25 мм при

т. е. при среднем (нейтральном) положении трубки струя перекрывает оба приемных отверстия.

Перемещение конца сопла от среднего положения обычно составля­

обеспечения требуемой мощности устройства, причем в двухкаскадных устройствах минимальный размер отверстия обычно не превышает до­ лей миллиметра (0,3—0,5 мм).

ГРо- давление на входе в трубку;

т- Fc отношение площадей сечений сопла F c = —- и трубки F T=

4

ndl

~Т~'

320

Соответствующий этой скорости секундный расход жидкости из

Истечение рабочей жидкости из сопла может происходить в атмо­ сферу и в жидкостную среду (под уровень жидкости), причем в послед­ нем случае устраняется засорение жидкости воздухом и струя лучше, чем в первом случае, сохраняет свою компактность. Учитывая это, ре­ комендуют конструктивно устранять проникновение (подсос) воздуха в движущуюся рабочую жидкость при выходе ее из сопла.

Изменение перепада давлений в силовом цилиндре, под действием которого перемещается его поршень, при небольших отклонениях струй­ ной трубки от среднего положения будет практически линейным, поэто­ му можно считать, что этот перепад пропорционален отклонению струй­ ной трубки от среднего (нейтрального) положения.

Чтобы исключить влияние на характеристики гидроусилителя реак­

казывает, что частицы загрязнителя, могущие нарушить действие иных распределителей и, в частности, распределитель типа сопло — заслонка (см. стр. 321), легко проходят через струйную трубку. Эти распредели­ тели отличаются высокой устойчивостью против автоколебаний, которая сохраняется даже при относительно высоких давлениях рабочей жидко­ сти (100 кГ/см2).

Однако следует иметь в виду, что при повышении давления выше 100 кГ/см2 в струйной трубке возникают большие силы реакции, могу­ щие вызвать появление колебаний трубки, интенсивность которых может возрасти настолько, что их амплитуда достигнет величин, соизмеримых с входным сигналом, в результате чего система потеряет устойчивость.

При использовании распределителей со струйной трубкой практиче­ ски можно обойтись без вибрационных движений, которые применяют­ ся (см. стр. 230) в золотниковых распределителях для устранения сил статического трения. Разбрызгивание жидкости, отражающейся от рас­ пределительного блока струйного усилителя, вызывает возмущающие силы, действующие на струйную трубку, что заменяет преднамеренно вводимую вибрацию.

УСТРОЙСТВА ТИПА СОПЛО — ЗАСЛОНКА

В следящих системах, особенно в двухступенчатых распределителях систем автоматического управления, применяют в качестве первой сту­ пени усиления устройства типа сопло — заслонка (рис. 256,а). На входе в сопло установлен дроссель (жиклер) 1 постоянного сопротивления и на выходе — регулируемый дроссель в виде подвижной заслонки 2, с по­ мощью которой можно перекрывать выходное отверстие сопла 3, регу­ лируя тем самым расход жидкости из него, а следовательно, регулируя давление в камере 4, соединенной с исполнительным гидравлическим двигателем 5.

ся частичная разгрузка заслонки от сил скоростного напора струи жид­ кости.

Простота конструкции и отсутствие трущихся поверхностей в пер­ вой ступени усиления распределителей этого типа обусловили их широ­ кое применение в гидроусилителях и в системах автоматического уп-

равления. В частности, этот тип распределителей является единствен­ ным типом, который находится, если судить по периодической печати, в серийном производстве США для ракет и управляемых снарядов. Рас­ пределители отличаются малыми габаритами и весом и обладают высо­ кой чувствительностью, точностью и быстродействием, а также простотой изготовления и долговечностью, достигаемой благодаря бесконтактному действию. Для привода заслонки требуются ничтожные усилия, которые могут быть созданы любым задающим устройством — манометром, термометром, центробежным регулятором (рис. 257), на­ пряжением электротока и пр.

Рис. 256. Устройства типа сопло — заслонка

Однако этот распределитель, как указывают американские специа­ листы, весьма чувствителен к вибрации и имеет постоянную утечку жидкости.

Для уменьшения влияния на характеристики распределителя вяз­ кости жидкости применяют сопло с узкими (острыми) внешними кромка­ ми (рис. 258,6), которое имеет преимущества перед соплом, представ­ ленным на рис. 258, а. К этому соплу можно применить законы течения жидкости через отверстие в тонкой стенке (см. стр. 69). Практически ширина s кромки среза сопла должна быть равна или меньше мини­ мального значения ут in зазора между срезом сопла и заслонкой s<g/min. С другой стороны, максимальное значение утах этого зазора

должно быть меньше —, где dc — диаметр отверстия сопла.

Работа распределителя типа сопло — заслонка ухудшается с увели­ чением противодавления в полости, в которую отводится вытекающая из сопла жидкость. Необходимая мощность сигнала при этом резко увели­ чивается.

Для повышения чувствительности усилителя при одновременном увеличении мощности выходного сигнала применяют двухступенчатые (двухкаскадные) распределители этого типа, в которых первой сту­ пенью служит устройство типа сопло — заслонка и второй — золотник. Принципиальная схема одного из таких распределителей показана на рис. 259. Камера 4 сообщена с магистралью давления через дроссель 1, плунжер 5 которого находится под действием пружины 7 и давления рс жидкости в этой камере. При смещении заслонки 2 равновесие сил, действующих на плунжер 5, нарушится и он, смещаясь в соответствую­ щую сторону, соединит правую полость силового цилиндра 6 с полостью питания (давление рн) либо с баком. Благодаря тому, что усилие, соз­ даваемое давлением жидкости на плунжер 5 золотника, уравновеши­ вается пружиной 7, достигается пропорциональность перемещения рас­

3 2 2

лотника вводит в систему дополнительную степень свободы и увеличи­ вает инерционность устройства, что сопровождается увеличением запаз­ дывания. По этой причине в быстродействующих системах целесообраз­ нее, если это возможно, применять однокаскадные устройства, которые при малых ходах заслонки допускают до 30 включений в секунду; время срабатывания при большом ходе заслонки (1 мм) не превышает 0,1 сек.

Однако при применении однокаскадных преобразователей ограни­ чен расход жидкости, который в системе с однокаскадным усилением практически не превышает 3,5—5 л/мин при давлении 250 кГ/см2\ рас­ ход же жидкости в системе с двухкаскадным усилением при том же дав­ лении равен 25—40 л/мин. Кроме того, введение второго каскада позво­ ляет значительно повысить коэффициент усиления по мощности.

Диаметр отверстия сопла первого каскада усиления может быть до­ веден до 0,1—0,15 мм; при этом зазор между соплом и заслонкой равен ~0,025 мм.

Чтобы предохранить распределитель от засорения, перед каждым соплом обычно устанавливают фильтры тонкой очистки.

На рис. 260 представлена распространенная схема системы в двух­ каскадном исполнении. Пружины здесь служат для установки золотника в среднее положение при отсутствии сигнала.

Основные расчеты устройства типа сопло—заслонка

Расходы <2Д и Qc через дроссели постоянного и регулируемого со­ противления (см. рис. 256) могут быть определены при истечении в сре­ ду с атмосферным давлением по выражениям

Опыт показывает, что максимальное значение коэффициента расхо­ да Ц2 через кольцевую щель, образованную срезом сопла и плоской

dc

заслонкой, имеет место при торцовом зазоре щели у= — ; при этой ве­

личине зазора площадь проходного сечения щели равна площади выход­ ного отверстия сопла. При дальнейшем увеличении у коэффициент расхода уменьшается.

На рис. 261 приведена опытная кривая зависимости коэффициента расхода р2 через щель, образованную срезом сопла и заслонкой, от чис-

ла Re= — , где и — средняя скорость жидкости в щели: v

и — - Qc

/ndcy

Опыты проведены на жидкости с плотностью Q= 8* 10-5 кГ-сек2/м4 и аб­ солютной вязкостью р = 1,35 • 10-6 кГ • сек/м2; диаметры йл предсоплового дроссельного отверстия опытного распределителя были равны 0,165; 0,1 и 0,05 мм; давление насоса рн равно 70—210 кГ(см2.

Расходы жидкости типа АМГ-10 при установившемся режиме и при условии, что скорость перемещения заслонки 2 (см. рис. 259) мала, мож­ но приближенно определить также по выражениям:

Рис. 261. Зависимость расхода жидкости через щель, образованную срезом сопла и заслонкой, от числа Рей­ нольдса

где

Рн и Р с ~ в K^ICM2 и dc, dA и у ~ в с м .

Величина зазора между соплом и заслонкой, при котором достигает­ ся наибольшая чувствительность, может быть принята равной у = 0,577 q, где q — постоянная усилителя, равная такому зазору, при котором про­ ходное сечение щели между соплом и заслонкой будет равно проходно­ му сечению дросселя. В этом случае рс = 0,75 рн.

Зазор между торцом сопла и заслонкой в нейтральном положении обычно составляет 0,05—0,5 мм.

Практически заслонка дросселирует при условии у< — . Для слу-

5

чая у расход определяется лишь дросселированием в сопле; зна-

5

чение его можно приближенно определить из выражения

Приведенные уравнения справедливы для масла с удельным весом 0,85; коэффициенты расхода жидкости приняты: для круглого отверстия дросселя постоянного сечения p,i = 0,65 и для кольцевой щели, образо­ ванной заслонкой и соплом р,2= 0,8.

325

Для повышения чувствительности в некоторых конструкциях при­ меняют осциллирующие движения (вибрации) заслонки с частотой око­ ло 50 гц и амплитудой 0,01—0,015 мм. При этом можно получить малые расходы жидкости через сопло. Так, например, при вибрирующей заслон­ ке был получен (при рс = 1 кГ/см2) минимальный стабильный расход жидкости 1,2 см3/мин (диаметр сопла 0,5 мм и номинальный зазор меж­ ду соплам и заслонкой 0,01 мм).

Из уравнений (331) и (332) можно получить выражение для давле­ ния рс в междроссельной камере 4 (см. рис. 259) при установившемся режиме в зависимости от смещения заслонки 2:

где г — отношение площадей отверстий дросселей

Рис. 262. Зависимость относительного давления Рс/Рн в сопловой камере от расстояния заслонки от среза сопла

При у > ^ - давление в камере 4 остается постоянным.

О

На рис. 262 приведена опытная кривая зависимости отношения Рс/Рн в функции отношения yjd, характеризующая влияние расстояния у заслонки от выходного отверстия сопла на давление рс в сопловой ка­ мере.

Чтобы уменьшить запаздывание в отработке системы по времени и ограничить инерционный эффект, максимальный ход заслонки обычно

ограничивают значением у = — . Для ограничения смещения заслонки

5

сужают пределы изменения давления в камере 4. Обычно среднее дав­ ление рс в этой камере принимают равным рс = у и рабочую зону дав­

326