7.2. Направляющие гидрораспределители
Гидрораспределителем называется гидроаппарат, предназначенный для изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от внешнего управляющего воздействия.
Гидрораспределители бывают направляющими и дросселирующими.
Направляющим гидрораспределителем называется направляющий гидроаппарат, предназначенный для пуска, остановки или изменения направления потока рабочей жидкости в двух или более гидролиниях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия.
Гидрораспределители делятся:
- по конструкции запорно-регулирующего элемента на золотниковые (с цилиндрическим или плоским золотником), крановые и клапанные;
- по числу внешних гидролиний на двухлинейные, трехлинейные, четырехлинейные и т. д.;
- по числу фиксированных или характерных позиций запорно-регулирующего элемента на двухпозиционные, трехпозиционные и т. д.;
- по виду управления на распределители с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим и другими видами управления;
- по числу запорно-регулирующих элементов на одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.
В условном обозначении гидрораспределителя указывают следующие элементы: позиции запорно-регулирующего элемента; внешние линии связи, подводимые к распределителю; проходы (каналы) и элементы управления (ГОСТ 2.871–68). Число позиций изображают соответствующим числом квадратов (прямоугольников). Проходы изображают прямыми линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции, а места соединений проходов выделяют точками; закрытый проход изображают тупиковой линией с поперечной черточкой. Внешние линии связи подводят только к исходной позиции. Виды управления распределителями указывают соответствующими знаками, примыкающими к торцам обозначения распределителя.
Условные графические обозначения едины для золотниковых, крановых и клапанных гидрораспределителей, т.е. условное обозначение не отражает конструкцию их запорно-регулирующих элементов.
Направляющий гидрораспределитель практически не изменяет величину давления и расхода в потоке рабочей жидкости, проходящем через него.
На рис. 7.6 приведена конструкция направляющего золотникового гидрораспределителя с ручным управлением. Распределитель состоит из корпуса 1, цилиндрического золотника 3, рукоятки 2 с осью и пальцем, крышек и уплотнений. В центральном отверстии корпуса 1 выполнены пять кольцевых расточек, образующие полости Р, TА, TВ, А и В, которые сообщаются каналами с входными отверстиями. Полости TА и TВ (сливные) соединены общим каналом. Золотник 3, располагающийся в этом центральном отверстии корпуса 1, имеет три цилиндрических пояска, которые перекрывают соответствующие цилиндрические расточки корпуса. Каналами, выполненными в корпусе 1 и крышках, торцевые полости распределителя соединены с дренажной гидролинией. Шарик пружиной прижимается к втулке, обеспечивая фиксацию золотника в рабочих позициях.
Принцип работы распределителя следующий. При смещении золотника вправо напорная полость Р распределителя соединяется с полостью В, и поток жидкости под давлением
поступает на выход распределителя и далее, например, в поршневую полость гидроцилиндра. При этом полость А распределителя и штоковая полость гидроцилиндра через золотник соединяется с полостью ТА, т.е. со сливом. При смещении золотника из нейтрали влево, т. е. при переключении гидрораспределителя, направление потока жидкости изменяется: полость Р соединяется с полостью А, а полость В с полостью ТВ.
Рис. 7.6. Золотниковый гидрораспределитель
с ручным управлением
На рис. 7.7 приведена конструкция направляющего золотникового гидрораспределителя с электромагнитным управлением. Электрическое управление в направляющих распределителях применяется при условных проходах Dy ≤ 10 мм, так как у управляющих электромагнитов обычно ограничены величина тягового усилия и ход.
Для больших условных проходов необходимость электрического управления гидрораспределителями обеспечивается за счет их двухступенчатой конструкции. В этом случае гидрораспределитель называется гидрораспределителем с электрогидравлическим управлением (рис. 7.8 и 7.9).
В состав распределителя типа Р входят два направляющих золотниковых гидрораспределителя: пилот 10 (управляющий распределитель с управлением от двух электромагнитов 5.1 и 5.2) и основной гидрораспределитель с гидравлическим управлением, состоящий из корпуса 1, золотника 2, центрирующих пружин 3 и 3.1, боковых крышек. Корпус 1 имеет присоединительные отверстия Р, А, В, Т и каналы Х и Y (рис. 7.8). Торцевые полости распределителя 6 и 8 соединены с выходными отверстиями А1 и В1 пилота 10 каналами Х и Y. Принцип работы двухступенчатого распределителя следующий. При отсутствии электрического управляющего сигнала золотники обоих распределителей под действием пружин находятся в нейтральных позициях. При этом в пилоте все каналы перекрыты (рис. 7.8), а в основном гидрораспределителе все внешние гидролинии соединены между собой. Таким образом, в гидросистеме обеспечивается уменьшение давления на входе в гидрораспределитель до давления управления пилотом.
При поступлении управляющего сигнала, например, на вход электромагнита 5.2 пилота 10 его золотник смещается до упора вправо и пилот переключается в рабочую позицию. При этом по каналу Х поток жидкости под давлением управления поступает в левую торцевую полость основного
Рис. 7.7. Золотниковый гидрораспределитель
с электромагнитным управлением
Рис. 7.8. Схема золотникового гидрораспределителя
с электрогидравлическим управлением
Рис. 7.9. Золотниковый гидрораспределитель
с электрогидравлическим управлением
гидрораспределителя, а его правая торцевая полость через канал Y соединяется со сливом. На торцах золотника 2 возникает перепад давлений, под действием которого он перемещается вправо. В результате основной гидрораспределитель также переключается в рабочую позицию. При этом соединяются гидролинии Р с В и А с Т. При снятии управляющего сигнала с электромагнита 5.2 управляющий золотник пилота 10 и золотник 2 основного гидрораспределителя под действием пружин 3 и 3.1 возвращаются в нейтральное положение.
Основным недостатком золотниковых гидрораспределителей с цилиндрическими золотниками является наличие утечек рабочей жидкости через диаметральный зазор между цилиндрическим отверстием в корпусе и поясками золотника, которые с течением времени эксплуатации постепенно увеличиваются из-за износа прецизионной пары. В существенно меньшей степени это свойственно золотниковым гидрораспределителям с плоским золотником. Конструктивная схема такого распределителя приведена на рис. 7.10.
Золотник 1 занимает крайнее правое положение, соединяя гидролинию нагнетания Р с гидролинией В. Из гидролинии А при этом рабочая жидкость через открытое окно распределителя поступает на слив по каналу Т1. При смещении плоского золотника в крайнее левое положение гидролиния нагнетания Р соединится с гидролинией А, а из гидролинии В при этом рабочая жидкость поступит на слив по каналу Т2.
Герметичность гидрораспределителя обеспечивается за счет пружины 4, которая через втулку 3 прижимает золотник к плоскому основанию, а также за счет действия давления в потоке рабочей жидкости, поступающей из напорной гидролинии. Таким образом, с увеличением рабочего давления в гидросистеме возрастает усилие прижима плоского золотника к основанию, а следовательно, уменьшается расход уте-
Рис. 7.10. Золотниковый гидрораспределитель
с плоским золотником
чек через распределитель. Следует также отметить, что в гидрораспределителе с плоским золотником значительно проще обеспечить требуемую точность изготовления прецизионной пары и возможность контроля этой технологической операции. В связи с этим гидрораспределители с плоским золотником используются в гидросистемах с давлением больше 20 МПа.
Крановые гидрораспределители применяются при небольших давлениях и расходах. Их запорно-регулирующие элементы выполняются в виде цилиндрического или конического крана. Чаще используют крановые распределители с коническим запорно-регулирующим элементом и ручным управлением. При переключении этого гидрораспределителя его запорно-регулирующий элемент поворачивается вокруг своей оси. На рис. 7.11 показана конструкция трехпозиционного кранового гидрораспределителя с ручным управлением, состоящего из корпуса 3, крана 4, крышек 2 с уплотнительными манжетами, рукоятки 1 с фиксатором и пружиной, а также крепежных деталей. В корпусе 3 имеются резьбовые отверстия для соединения с напорной (Р), сливной (Т) и дренажной гидролиниями, а также с гидролиниями (А и В), по которым рабочая жидкость поступает к другим гидравлическим устройствам. Гидрораспределитель работает следующим образом. При положении крана 4 в позиции I (рис. 7.11) напорная гидролиния Р соединена с гидролинией А, а гидролиния В – со сливной гидролинией Т. Для изменения направления потока рабочей жидкости в гидролиниях А и В необходимо повернуть кран 4 на 45° по часовой стрелке. Тогда напорная гидролиния Р соединится с гидролинией В, а гидролиния А – со сливной гидролинией Т.
Клапанные гидрораспределители по конструкции запорно-регулирующего элемента делятся на шариковые и конические, а по способу переключения – на распределители с ручным, электромагнитным и гидравлическим управлением. На рис. 7.12 приведена конструкция клапанного гидрораспределителя с гидравлическим управлением. В корпусе 1 распределителя размещены два конических клапана 2 и 4 и толкатель 3 с осевыми проточными каналами для прохода рабочей жидкости. Клапан 4 имеет уплотнительное кольцо 5. Клапан 2 прижат к седлу корпуса 1 цилиндрической пружиной 6. В корпусе 1 имеются: отверстия Р для соединения с напорной гидролинией, Т – для соединения со сливной гидролинией, А – для соединения с потребителем рабочей жидкости (например, с гидроцилиндром), торцевая полость Г и полость управления Х.
Гидрораспределитель работает следующим образом. В исходной позиции, когда отсутствует гидравлический сигнал управления в канале Х, гидролиния А соединена со сливной гидролинией Т, клапан 2 прижат к седлу не только пружиной 6, но и силой давления жидкости, находящейся в полости Г. В результате напорная линия Р перекрыта.
Рис. 7.11. Крановый гидрораспределитель
Рис. 7.12. Клапанный гидрораспределитель
При наличии сигнала управления в виде давления в полость Х клапан 4 и толкатель 3 перемещаются под действием силы давления жидкости влево. При этом происходит переключение гидрораспределителя в другую рабочую позицию, а именно: клапан 4 садится на седло и отсекает сливную полость Т, а толкатель 3 принудительно открывает клапан 2, соединяя напорную полость Р с гидролинией А.
На рис. 7.13 приведена конструкция гидрораспределителя клапанного типа с электроуправлением.
Существенным преимуществом клапанных гидрораспределителей по сравнению с золотниковыми является их высокая герметичность. С этой точки зрения клапанные гидрораспределители могут быть рекомендованы для использования в гидросистемах с высоким рабочим давлением. Однако присущая им зависимость усилия, необходимого для переключения клапанного гидрораспределителя, от рабочего давления, существенно сужает область их использования. Поэтому в гидросистемах с повышенным рабочим давлением находят применение клапанные гидрораспределители, в основном, с гидравлическим управлением.
Основными параметрами направляющих распределителей являются: условный проход Dy, номинальное давление на входе pном, номинальный и максимальный расходы жидкости, максимальные внутренние утечки и масса (без рабочей жидкости).
Рис. 7.13. Гидрораспределитель клапанного типа
с электроуправлением