Золотниковые гидрораспределители

Золотниковый гидрораспределитель — гидравлический распределитель, в котором запорно-регулирующим элементом служит золотник. В качестве золотника чаще всего выступает плунжер переменного диаметра. Получили наибольшее распространение в гидроприводе благодаря простоте их изготовления, компактности и высокой надёжности в работе. Они применяются при весьма высоких значениях давления (до 32 МПа) и значительно больших расходах, чем крановые распределители. Золотниковые гидрораспределители делятся на моноблочные гидрораспределители и секционные:

—Моноблочные гидрораспределители имеют классическую, хорошо зарекомендовавшую себя конструкцию. Золотники гидрораспределителя установлены в одном корпусе, что позволяет оптимизировать габариты и массу гидрораспределителя под конкретный тип машин. Моноблочные гидрораспределители легче в 1,8-2 раза чем секционные, и также оснащены предохранительными (первичными и вторичными) и обратными (антикавитационными) клапанами патронного исполнения (картриджами), имеют все указанные выше виды управления золотниками с помощью блоков дистанционного управления, а также возврат золотников в нейтральную позицию и фиксацию. Эти гидрораспределители с открытым проточным каналом позволяет поочередно или одновременно управлять несколькими рабочими органами, совмещая технологические операции в рабочем цикле.

При проектировании гидропривода для новых машин или оборудования часто возникают задачи оптимального выбора типоразмера гидрораспределителя. Стремление применить гидрораспределители с меньшими гидравлическими сопротивлениями потоку РЖ (то есть с меньшими потерями мощности постоянно переходящими в тепло) приводит к необходимости использования распределителей большего типоразмера и, как следствие, неизбежно происходит увеличение массы, габаритных размеров и стоимости.

—Cекционные гидрораспределители используют для управления гидросистемой со значительным количеством рабочих органов. Преимущество секционных гидрораспределителей — в процессе эксплуатации изношенную секцию можно заменить и ремонтировать.Секционные распределители состоят из напорной, рабочих, промежуточной и сливной секций. В напорной секции устанавливают первичный предохранительный клапан прямого или непрямого действия со вспомогательным запорно-регулирующим элементом (двухступенчатый) или разгрузочный клапан с дистанционным электромагнитным управлением, напряжение питания 12В или 24В постоянного тока.

В рабочих отводах основного потока и рабочей секции устанавливают (при необходимости) вторичные предохранительные клапаны, настроенные на давление открытия выше первичного на 1,0.1,5 МПа, а также обратный (антикавитационный) клапан, исключающий произвольное перемещение штока гидроцилиндра или вращение вала гидромотора при попутной нагрузке. Кроме этого по заказу потребителей в напорной секции могут быть установлены комбинированные клапаны непрямого действия с сервоуправлением.

Управление перемещением золотников обеспечивается: рукояткой, двух или четырёхкоординатное — джойстиком, гидравлическое, пневматическое, электрогидравлическое, ножной педалью. Наиболее часто применяют блоки дистанционного гидравлического или электрогидравлического пропорционального управления, в виде джойстиков с эргономичными рукоятками, совмещающими подачу электрического сигнала управления помощью кнопок, встроенных в рукоятку. Для возвращения золотников в среднюю (нейтральную) позицию устанавливают возвратные пружины. Предусмотрена фиксация золотников в позиции А или В, а также в четвёртой «плавающей» позиции.

Каждый распределитель собирается в соответствии с гидравлической схемой из секций, стянутых четырьмя шпильками в единый блок.

Устройство

Запорно-регулирующим элементом золотниковых гидрораспределителей является цилиндрический золотник 1, который в зависимости от числа каналов (подводов) 3 в корпусе 2 может иметь один, два и более поясков (рис.1, а). На схемах гидрораспределители обозначают в виде подвижного элемента, на котором указываются линии связи, проходы и элементы управления. Рабочую позицию подвижного элемента изображают квадратом (прямоугольником), число позиций соответствует числу квадратов (рис.1, б).

Рассмотрим принцип работы распределителя (рис.2). В первой (исходной) позиции все линии А, В , Р и Т, подходящие к распределителю разобщены, т.е. перекрыты (рис.2, а). При смещении золотника влево распределитель переходит во вторую позицию, в которой попарно соединены линии Р и А, В и Т (рис.2, б). При смещении золотника вправо – в третью, где соединяются линии Р и В, А и Т (рис.2, в). Такой распределитель часто называют реверсивным, так как он используется для остановки и изменения направления движения исполнительных органов.

В зависимости от числа подводов (линий, ходов) распределители могут быть двухходовые (двухлинейные); трехходовые (трехлинейные), четырех- и многоходовые. В соответствии с этим в обозначениях гидрораспределителей первая цифра говорит о числе подводов. Например, из обозначения гидрораспределителя “4/2″ можно понять, что он имеет 4 подвода, т.е. он четырехходовой (четырехлинейный).

Вторая цифра в обозначении говорит о числе позиций. То же обозначение распределителя “4/2″ говорит, что у него две позиции.

Примеры обозначения распределителей приведены на рис.3.

Управление положением золотника распределителя может быть нескольких типов. Подробные способы управления представлены в табл.1.

Устройство ручного гидрораспределителя 4/3 и его условного обозначения представлено на рис.4. Переключение позиций распределителя осуществляется рукояткой 1, которая при помощи серьги 2 шарнирно присоединяется к золотнику 10. С корпусом 6 рукоятка шарнирно соединена с ушком 11. Для фиксации каждого положения золотника служит шариковый фиксатор 9, помещенный в задней крышке 8. Утечки жидкости по золотнику со стороны передней крышки 3 исключаются манжетным уплотнением. Рабочая жидкость подводится к отверстию 5, а отводится через отверстие 4. Канал 7 дренажный, служит для отвода утечек.

На рис.5 изображен гидрораспределитель с электрогидравлическим управлением и его уловное обозначение. Он состоит из основного гидрораспределителя 2 с гидравлическим управлением и вспомогательного гидрораспределителя 1 с электромагнитным управлением. Основной гидрораспределитель управляет потоком рабочей жидкости гидросистемы, а вспомогательный регулирует поток управления. Такие гидрораспределители применяют в гидроприводах с дистанционным и автоматическим управлением при больших расходах и высоком давлении в гидросистеме, когда применение гидрораспределителей с электромагнитным управлением невозможно.

В зависимости от числа золотников гидрораспределители подразделяют на распределители с одним и несколькими золотниками. В последнем случае распределители могут  быть моноблочными или секционными. Секции распределителя соединяют между собой болтами. На рис.6 представлен моноблочный гидрораспределитель.

Золотники гидрораспределителя могут выполняться в трех исполнениях (рис.7).

Золотники с положительным осевым перекрытием (рис.7, а) имеют ширину поясков b больше, чем ширину проточки c или диаметр рабочих окон в корпусе. При нейтральном положении золотника такого гидрорапределителя напорная гидролиния отделена от линий, соединяющих полости гидродвигателя и слива. Величина перекрытия П = (b – c) / 2 зависит от диаметра золотника: при d = 10…12 мм перекрытие принимают равным 1…2 мм; при d до 25 мм – 3…5 мм; при d до 50 мм – 6…8 мм. Золотники с положительным осевым перекрытием позволяют фиксировать положение исполнительного механизма. Недостатком является наличие у них зоны нечувствительности, определяемой величиной осевого перекрытия: в пределах этой зоны при перемещении золотника расход жидкости через гидрораспределитель равен нулю, а исполнительный механизм не движется, несмотря на подаваемый к золотнику сигнал управления.

Золотники с нулевым осевым перекрытием (рис.7, б) имеют ширину пояска b равную ширине проточки c или диаметру рабочих окон, а осевое перекрытие П = 0. Такие золотники не имеют зоны нечувствительности и наилучшим образом удовлетворяют требованиям следящих гидросистем. Однако изготовление таких золотников связано со значительными технологическими трудностями.

Золотники с отрицательным осевым перекрытием (рис.5.7, в), у которых b < c; при нейтральном положении их напорная гидролиния соединена со сливом и с обеими полостями гидродвигателя. При этом жидкость через зазоры непрерывно поступает на слив, а в обеих полостях гидродвигателя устанавливается одинаковое давление. В гидрораспределителях с таким золотником зона нечувствительности сводится к минимуму, но из-за слива рабочей жидкости часть мощности теряется. Кроме этого, гидросистема с таким золотником будет иметь меньшую жесткость, так как из-за перетекания жидкости через начальные зазоры в золотнике будет переходить смещение исполнительного механизма при изменении преодолеваемой нагрузки.