2.4. Устройства распределения и регулирования

2.4.1. Распределительная и направляющая аппаратура

Распределители предназначены для направления рабочей жидкости от насоса к одной из полостей исполнительного механизма и отвода её из другой полости в гидробак. Распре­делители классифицируются по типу подвижного элемента, количеству положений золотника, числу подводящих и отводящих гидролиний, способу управления.

По типу подвижного элемента:

– крановые;

– золотниковые;

– клапанные.

По количеству положений золотника:

– двухпозиционные;

– трехпозиционнные;

– четырехпозиционнные.

По числу подводящих и отводящих гидролиний:

– трёхлинейные;

– четырёхлинейные.

По способу управления:

– ручным управлением;

– механическим управлением;

– электрическим управлением;

– электрогидравлическим управлением;

– гидравлическим управлением.

К рановые распределители (рис. 32), имеющие в качестве рабочего элемента пробку 2, установленную в корпусе 1, применяются при давлении

до 10 МПа. Поворот пробки обеспечивает изменение направления движения жидкости. Отверстие 6 постоянно соединено с линией высокого давления, отверстие 4 – с линией слива, а отверстия 5 и 7 с полостями гидравлического двигателя. Пробку изготавливают цилиндрической или конической формы. Коническую пробку необходимо прижать к корпусу пружиной 3, так как с увеличением давления возрастает сила, стремящаяся вытолкнуть пробку. Пробка крана, во избежание возникновения больших сил трения при повороте вокруг своей оси, должна быть уравновешена от статических сил давления рабочей жидкости. Уравновешивание пробки в кране, показанной на рис.1,б, обеспечивается выравниванием давления в диаметрально противоположных полостях.

При давлениях больше 10 МПа применяют поворотные краны с плоским распределительным элементом рис. 33.

Н аибольшее распространение на самоходных машинах получили золотниковые распределители с цилиндричес­ким золотником. Принцип действия таких распределите­лей основан на последовательном открытии и закрытии проходных каналов поясками золотника при его относи­тельном перемещении.

На рис. 34 представле­ны схемы распределите­лей с различным числом позиций без указания спо­соба переключения золот­ника. Двухпозиционные золотниковые распределители применя­ются для управления гид­роцилиндрами односто­роннего действия или бло­кировки (запирания) жид­кости в системах гидроав­томатики.

Трехпозиционные (рис. 34, а) имеют наибольшее распространение и пред­назначены для управления гидроцилиндрами двухстороннего действия или гидромо­торами. Золотник имеет три положения, соответствующие операциям: подъем, нейтральное положение, отпускание. При нейтральном положении поток жидкости направля­ется от насоса в гидробак, а поршневая и штоковая по­лости гидроцилиндра заперты. В этом случае рабочее оборудование машины зафиксировано в одном положении. В операциях «подъем» или «опускание» надо мысленно перенести соответствующую позицию золотника в ней­тральное положение, и стрелки покажут направление по­тока жидкости от насоса или на слив.

Четырехпозиционные (рис. 34, б) распределители име­ют кроме трех вышеуказанных положений четвертое, так называемое плавающее положение. В плавающем положе­нии обе полости гидроцилиндра (или гидромотора) со­единены со сливной линией. В этом случае шток гидро­цилиндра (вал гидромотора) не передают нагрузку. Пла­вающее положение необходимо при буксировании колес­ных машин, имеющих гидравлический привод механизма хода и в других случаях. Например, в гидроприводе буль­дозера отвал управляется четырехпозиционным распреде­лителем. При движении назад оператор включает плава­ющее положение, и отвал свободно копирует поверхность,

заравнивая грунт. Кроме того, при плавающем положе­нии разгружен гидропривод, так как все гидролинии со­единены с гидробаком.

В зависимости от количества гидролиний и числа позиций распределители обозначаются следующим обра­зом: 3/2-трехлинейный (трехходовой) и двухпозиционные; 4/3-четырехлинейный (четырехходовой) и трехпозиционный и т. д.

На самоходных машинах наиболее рас­пространенными являются рас­пределители с ручным управлением. Они более просты по конструкции и не требуют создания на машине дополнительной системы управления (электрической или гидравлической). Распределители с ручным управлением при­меняются в гидроприводах машин малой и средней мощ­ности, где для переключения золотника не требуется значительных усилий.

Важной особенностью золотниковых распределителей является статическая уравновешенность их плунжеров от сил давления рабочей жидкости.

Потери давления (Па) в золотнике определяют по формуле

_,

где – расход жидкости, л/мин.

Выпускаемые промышленностью золотники рассчитаны на предельные величины расхода – до 0,025 м³/с и давления – до 21Мпа.

Схема золотникового распределителя, усилителя рулевого управления механизма автомобиля ЗИЛ-130 показана на рис. 35.

На промежуточной крышке 5 картера рулевого меха­низма укреплен корпус 7 золотникового распределителя в системе упра­вления гидроусилителя. Золотник 14 клапана управления помещен между упорными шарикоподшипниками 12 винта 11, большие кольца которых обра­щены в сторону золотника. Упорные шарикоподшипники стянуты гайкой с подложенной под нее конической пру­жинной шайбой. Длина золотника больше длины отвер­стия для него в корпусе клапана упра­вления, вследствие чего золотник и винт могут перемещаться в осевом направле­нии на 1 мм в каждую сторону от среднего положения. Шесть реактивных пру­жин 7 с реактивными плунжерами 6 и 10 с каждой стороны пружины стремятся удержать золотник 14 в среднем поло­жении. В верхней крышке 13 картера ру­левого механизма установлен иголь­чатый подшипник, служащий опорой для винта 11.

Е сли возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предва­рительного сжатия пружин 7, то винт 11 и золотник 14 смещаются вверх или вниз в зависимости от направления вра­щения винта, сообщая одну из полостей картера рулевого механизма с линией высокого давления, а другую – со сливным каналом (рис. 35, б, в). Давление масла на торцы поршня-рейки неодина­ково, поэтому создается дополнитель­ная сила, способствующая повороту управляемых колес.

Положение деталей гидроусилителя (рис. 35, б,в), соответствует прямоли­нейному движению автомобиля, когда масло свободно перекачивается насосом 6 в бачок, поскольку нагнетательный и сливной каналы соединены между со­бой (нейтральное положение золотника 14).

При повороте колес автомобиля вправо золотник перемещается также вправо (рис. 35, б), поскольку сила, действующая на поршень-рейку со сто­роны сектора и пропорциональна уси­лию, прикладываемому водителем к ру­левому колесу, больше силы пружин реактивных плунжеров 6 и 10. При этом ли­ния высокого давления соединяется с полостью справа от поршня, а по­лость слева от поршня соединяется со сливным каналом. Поворот колес авто­мобиля облегчается благодаря дополни­тельной силе, создаваемой давлением масла на поршень.

В случае поворота колес автомобиля влево золотник перемещается также влево (рис. 35, в) вследствие соединения полости слева от поршня с линией вы­сокого давления, а полости справа от поршня со сливным каналом.

Увеличение сопротивления повороту колес, оказываемое дорогой, вызывает повышение давления в рабочей полости картера и под реактивными плунжера­ми. Чем больше сопротивление поворо­ту колес, тем с большей силой золотник стремится вернуться в среднее положе­ние. Одновременно с этим возрастает и усилие на рулевом колесе, благодаря чему водитель «чувствует» дорогу.

Максимальное усилие на рулевом ко­лесе не превышает 100 Н. Гидроусили­тель вступает в работу при усилии 20 Н.

Если водитель перестает поворачи­вать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как поступающее в картер рулевого меха­низма масло перемещает поршень-рейку с винтом и устанавливает золотник в среднее положение, при котором пре­кращается перемещение поршня-рейки. Если насос не включен, то рулевой ме­ханизм работает без гидроусилителя, так как шариковый клапан 9 соединяет линию высокого да­вления и сливной канал.

В гидросистемах автомобилей широко используются клапанные распределители, управляемые педалью (рукояткой) или дистанционно.

Они отличаются простотой изготовления и конструкции, надежностью в эксплуатации и высокой герметичностью. Схема клапанного распределителя, с помощью которого осуществляется питание гидроцилиндра дифференциального действия, показана на рис. 36.

Он имеет два конических клапана 4, 11, расположенных в корпусе, четыре отверстия 1, 2, 5 и 10 в стенке корпуса и рейки (толкатель) 9.

Жидкость по напорному трубопроводу 5 подводится к камере клапана 4 и далее, по трубопроводу 2 поступает в штоковую полость гидроцилиндра.

Поршневая полость гидроцилиндра подсоединена к трубопроводу 1 распределителя.

Для перемещения поршня гидроцилиндра поворачивают рукоятку 7 вправо, и c помощью шестерни 8 рейка 7 перемещает клапан 4, который в

этом положение обеспечивает пропуск жидкости как в штоковую полость, так и в трубопровод 1, соединённый с поршневой полостью. Для возвращения поршня гидроцилиндра в исходное положение, рукоятку 7 распределителя поворачивают влево, c помощью шестерни 8 рейка 9 перемещает клапан 11, который открывается и соединяет трубопровод 1, соединённый с поршневой полостью, с трубопроводом слива. В поршневой полости давление понижается, а в штоковой полости поддерживается постоянно высокое давление, и под действием образовавшейся силы от перепада давления, поршень перемещается в сторону поршневой полости, возвращаясь в исходное положение.

Открытие клапана с ручным управлением связано с необходимостью приложить к рукоятке силу, величина которой зависит от величины давления и размеров седла клапана и определяется по формуле:

где усилие предварительной затяжки пружины;

давление в камере клапана;

давление на седло клапана;

диаметр клапана;

диаметр седла клапана;

сила трения покоя.

Обратные клапаны являются направляющими гидроаппаратами, предназначенными для одностороннего пропускания жидкости. Такие клапаны должны с минимальным гидравлическим сопротивлением пропускать жидкость в прямом направлении и перекрывать трубопровод при изменении направления движения жидкости.

Герметичность обратного клапана обеспечивается притиркой посадочной поверхности клапана. Экспериментально установлено, что для обеспечения минимальных потерь давления высота подъёма клапана должна быть не

менее 0,6d, а диаметр камеры D > 1,8 d, где d– внутренний диаметр отверстия седла.

В гидравлических приводах применяют конические и шариковые обратные клапаны. На рис. 37, а показан конический обратный клапан. При прямом направлении движения жидкости от источника энергии подводится к отверстию П. При обратном направлении движения жидкость подводится к отверстию О, давлением жидкости и усилием пружины клапан прижимается к седлу, перекрывая проход жидкости.

Гидрозамок – управляемый обратный клапан с управляющим воздействием жидкости. Гидрозамок (рис. 37, б), а пропускает жидкость в одном направлении при отсутствии управляющего воздействия и в обоих направлениях при наличии его. При отсутствии давления управления в полости У поршень 9 и толкатель 6 под действием пружины 8 отжаты вверх и гидрозамок работает как обратный клапан, пропуская жидкость только в одном направлении – от полости П к полости О и далее в одну из полостей гидродвигателя. В случае отключения источника энергии жидкости давление в полости П понизится, обратный клапан закроется и жидкость под давлением запирается в полости гидродвигателя, удерживая нагрузку. В случае появления в полости 10 управляющего давления , на поршне 9 возникает сила, которая перемещает поршень и толкатель 6 вниз, преодолевая действие пружин 6 и 4, открывает клапан 3, обеспечивая проход жидкости в любом направлении.