Гидравлические распределители

Гидравлические распределители предназначены для изменения направления потока рабочей жидкости в гидравлических магистралях. Распределители, применяемые в сельскохозяйственных машинах, бывают золотникового, кранового и клапанного типа. В зависимости от числа внешних гидролиний распределители применяются одно-, двух-, трех- и многосекционного исполнения. По числу фиксированных позиций бывают двухпозиционные, трехпозиционные и четырехпозиционные распределители. По виду управления распределители можно классифицировать: с ручным, механическим, электрическим, гидравлическим, пневматическим и комбинированным управлением.

Золотниковые распределители по конструкции золотника могут быть с цилиндрическим (преимущественно в сельскохозяйственном гидроприводе) и плоскими золотниками. Основными элементами этих распределителей являются золотник с поясками и цилиндр (гильза) с окнами.

На рисунке 5.1 приведена принципиальная схема четырехлинейного трехпозиционного золотникового распределителя. Золотниковые распределители могут выполняться разгруженными и неразгруженными. На рисунке 5.1 показан разгруженный золотниковый распределитель. Его золотник разгружен от осевых усилий из-за равенства площадей, на которые действует давление жидкости на выходе из распределителя. При отсутствии крайних поясков на золотнике появляется осевое усилие, направленное справа налево.

Недостатком золотниковых распределителей является возможность появления облитерации (зарастание отверстия молекулами жидкости).

Для борьбы с облитерацией в гидравлических системах с небольшим давлением выполняют пояски золотников с нулевым или даже неполным перекрытием окон. Разумеется, что в последнем случае утечки через золотник увеличиваются.

Рисунок 5.1 — Золотниковый распределитель

Крановые распределители (рисунок 5.2) характерны тем, что для изменения распределения жидкости в гидросистеме необходимо повернуть запорный элемент распределителя вокруг своей оси. Конструктивно запорный элемент может быть выполнен в виде цилиндрической конической, шаровой пробки или в виде плоского поворотного крана — золотника. В запорном элементе имеются проходные каналы для жидкости.

Рисунок 5.2 — Крановый распределитель:

а — простой: б — разгруженный

На рисунке 5.2, а приведен простейший крановый распределитель. При повороте пробки осуществляется изменение направления движения жидкости в системе после распределителя.

Крановые распределители могут выполняться неразгруженными и разгруженными. В неразгруженных кранах (рисунок 5.2, а) давление в камере, связанной с линией нагнетания, не уравновешивается с другой стороны, что приводит к одностороннему прижатию пробки, увеличение момента для ее поворота и увеличению утечек. Поэтому при больших давлениях применяет только разгруженные краны (рисунок 5.2, б), у которых диаметрально противоположные полости соединены каналами.

При построении условных обозначений распределителей число позиций запорного элемента изображают числом квадратов, а проходы (каналы) в распределителе — линиями со стрелками, показывающими направление потоков рабочей жидкости в каждой позиции. Запорный элемент изображают в исходной позиции, необходимо мысленно передвинуть соответствующий квадрат на место исходной позиции, оставляя внешние гидролинии в прежнем положении. Управление распределителем показывается на малых сторонах общего прямоугольника, составленного из квадратов.

Клапанные распределители применяются в основном в тех гидросистемах, где требуется высокая герметичность. По этой причине запорный элемент выполняют, как правило, в виде конического или шарового клапана.

Рисунок 5.3 — Клапанный распределитель:

1 — толкатель; 2 — уплотнения; 3 — седло клапана; 4 — клапан; 5 — пружина

На рисунке 5.3 приведен клапанный распределитель с коническим запорным элементом. Основными деталями распределителя являются клапан 4 с центрирующим плунжером, прижимаемый к седлу 3 пружиной 5, и толкатель 1, воздействующий на клапан для его открывания. Чаще всего толкатель приводится в действие от электромагнита. В клапане 4 имеются отверстия для его уравновешивания от давления. С целью герметизации рабочей камеры в проточке корпуса для толкателя установлены манжетные уплотнения 2.

Распределители этого типа могут работать при весьма высоких давлениях (до 32 МПа). Достоинством их также является большой срок службы. К недостаткам следует отнести малые расходы (до 5 л/мин) и значительные усилия, необходимые для управления.

На сельскохозяйственных уборочных машинах устанавливают многосекционные гидравлические распределители. Их технические характеристики приведены в приложении 12.

Рабочая секция такого распределителя показана на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4 — Секция распределителя:

1, 9 — пружины; 2 — поршень, 3 — обратный клапан, 4 — втулка; 5 — корпус;

6 — пробка; 7 — золотник; 8, 11 — шайбы; 10 — дистанционная втулка

В корпусе 5 находятся золотник 7, поршень 2 с двумя толкателями, шариковые обратные клапана 3 с втулками 4 и пружинами 1, которые пробками 6 крепятся к корпусу. Золотник 7 в нейтральное положение устанавливается под действием пружины 9, опирающейся торцами на шайбы 8 и 11. Шайбы при нейтральном положении золотника усилием пружины прижимаются к торцевым поверхностям расточек корпуса и стакана. При перемещении золотника вверх или вниз одна из шайб касается торца расточки стакана, а вторая шайба, перемещаясь совместно с золотником, сжимает пружину. Ход золотника ограничен дистанционной втулкой 10. В корпусе под золотником имеется пять кольцевых расточек, через крайние расточки проходят сквозные сливные отверстия, а через центральную расточку — нагнетательный канал. Две средние расточки соединены с полостями над и под поршнем 2.

Распределение потока рабочей жидкости происходит следующим образом. При перемещении золотника распределителя, например, вверх, нагнетательный канал соединяется с полостью, расположенной под поршнем. Под действием силы давления рабочая жидкость открывает верхний запорный клапан и поступает в нагнетательную магистраль гидравлического устройства. Одновременно с открытием верхнего клапана поршень 2 под действием силы давления рабочей жадности перемещается вниз и своим толкателем смещает нижний запорный клапан, открывая путь жидкости со сливной магистрали.

На рисунке 5.5 показан гидравлический распределитель типа Р75–43. В корпусе 3 размещены три золотника 1, предохранительный 22 и перепускной 6 клапаны. Сверху и снизу корпус закрыт крышками 2 и 9. Управление золотником осуществляется рычагами 21. Для подвода рабочей жидкости в корпусе золотника имеются полость Н, каналы управления 20 и слива 19.

При нейтральном или "плавающем" положении золотника рабочая жидкость заполняет полость Н, управляющий и сливной каналы. Перепускной клапан 6 вследствие разности площадей и перепада давления в дроссельном отверстии 5, преодолевая силу пружины 4, открывается и рабочая жидкость делится на два потока: часть по каналам 20 и 19 поступает в сливную полость, а другая непосредственно через рабочее окно 7 в сливное окно 8.

Рисунок 5.5 — Схема распределителя:

1 — золотники; 2, 9 — крышки, 3 — корпус, 4, 10, 12 — пружины; 5 — дроссельное отверстие; 6, 22 — перепускной и предохранительный клапана; 7, 8 — рабочее и сливное окна; 11 — толкатель; 13 — втулка; 14 — обойма; 15 — фиксатор; 16 — направляющая; 17 — гильза; 18 — клапан; 19, 20 — каналы слива и управления; 21 — рычаг

В рабочих положениях золотник 1 перекрывает кромкой канал управления 20, давление жидкости по обе стороны дроссельного отверстия 5 выравнивается и перепускной клапан 6 закрывается. Жидкость поступает в полость высокого давления и в зависимости от положения рычага управления проходит в одну из полостей А (Б) и к гидродвигателю, а затем со сливной магистрали через полость Б (А) и рабочие окна распределителя она поступает на слив.

При плавающем положении золотника обе магистрали, идущие к исполнительному гидродвигателю, сообщаются со сливной полостью распределителя, а насос разгружается и через перепускной клапан перекачивает жидкость в резервуар. Золотник фиксируется в определенных положениях при помощи шариковых фиксаторов 15, которые удерживаются в гнездах втулкой 13 и пружиной 12. Автоматическое устройство возврата золотника в нейтральное положение находится в нижней части самого золотника. Оно состоит из гильзы 17 с клапаном 18, который прижат к гнезду единой и направляющей 16.

Регулировку клапана на давление осуществляют винтом пружины клапана. В нижней части гильзы расположен толкатель 11. На наружную цилиндрическую поверхность золотника надета обойма 14 с тремя внутренними расточками, куда входят шариковые фиксаторы 15. Когда золотник находится в “плавающем^” положении, фиксаторы располагаются в верхней расточке, при положении "опускание" — в средней а при положении "подъем^” — в нижней. На золотник через обойму 14 действует пружина 10, помещенная между нижними и верхними стаканами. При верхнем положении обоймы, когда она касается выступа корпуса распределителя, пружина через стакан, который резьбой соединен с золотником, отжимает последний вниз. При нижнем положений, когда стакан касается нижней крышки, пружина через стакан отжимает золотник вверх.

Работа автомата возврата золотника в нейтральном положении протекает так. При повышении давления в одной из магистралей до допустимого максимального значения открывается шариковый клапан 18 и жидкость, по осевому каналу поступает внутрь золотника, действует на толкатель, который, в свою очередь, сдвигает вниз втулку 13 фиксаторов. При этом фиксаторы выходят из расточки обоймы, и пружина 10 возвращает золотник в нейтральное положение. При понижении в системе давления шариковый клапан под воздействием пружины закрывает осевой канал, и пружина 12 возвращает толкатель в исходное положение.

В корпусе 1 (рисунка 5.6) имеются запорные клапаны 2, электромагниты 3, клапаны и цилиндрический золотник 4. Золотник имеет кольцевые проточки, цилиндрические пояски, радиальные и осевые сверления, в которых размещены седла клапана 7, центральная втулка 5, кольца. В нейтральное положение золотник устанавливается пружинами 6.

Рисунок 5.6 — Электрогидравлический распределитель:

1 — корпус; 2 — запорный клапан; 3 — электромагнит; 4 — цилиндрический золотник; 5 — центральная втулка; 6 — пружина; 7 — седло клапана; 8 — игла; 9 — якорь электромагнита

Управление золотником осуществляется кнопкой управления, электрический сигнал от которой поступает на якорь 9 электромагнита, посредством которого смещается игла 8. Золотник открывает канал управления и жидкость поступает в правую или левую секцию запорных клапанов и далее к гидроцилиндрам.

Электрогидравлический распределитель ЭГР–4 предназначен для распределения потока рабочей жидкости от насоса с управлением разгрузкой к гидродвигателю исполнительного механизма. Распределитель состоит из датчиков сервоуправления 1 и 4 (рисунок 5.7), электромагнитов 2 и 3, плунжера 8, рабочих каналов 11 и 12, канала управления 6, подводящего канала 7, обратного клапана 9, подпружиненного реверсивного золотника 5 и выпускного клапана 10.

Рисунок 5.7 — Схема электрогидравлического распределителя:

1, 4 — датчики сервоуправления; 2, 3 — электромагниты; 5 — канал управления; 7 — подводящий канал; 8 — плунжер; 9 — обратный клапан; 10 — выпускной клапан; 11, 12 — рабочие каналы

Работает электрогидравлический распределитель в таком порядке. При фиксировании навесного устройства канал управления сообщается через датчик 4 при обесточенном электромагните 3 со сливом, что обеспечивает разгрузку подводящего канала. Под действием давления в рабочем канале 12, создаваемого весом орудия, обратный и выпускной клапаны разобщают этот канал со сливом.

При подъеме орудия включают электромагнит 3, который перемещает датчик 4 и разобщает канал управления со сливом. При этом под действием давления в канале управления посредством реверсивного золотника плунжер смещается влево от исходного положения, сообщая подводящий канал с рабочим каналом 12, а рабочий канал 11 — со сливом.

Опускание навесного устройства происходит под собственным весом при включении электромагнита 2, который, перемещая датчик 1, сообщает пружинную полость выпускного клапана со сливом. Под действием давления, создаваемого весом навесного орудия, выпускной клапан открывается, что обеспечивает перетекание рабочей жидкости из рабочего канала 12 на слив.

При одновременном включении электромагнитов происходит принудительное опускание навесного орудия.

Распределители с плоскими золотниками и крановые распределители применяют при небольших расходах и давлениях жидкости в промышленных машинах и установках.

Клапанные распределители применяются в быстроразъемных соединениях трубопроводов и в гидрозамках.

Расход жидкости через золотник распределителя:

, (5.1)

где S_р — площадь проходного сечения рабочего окна;

μ_р — коэффициент расхода;

Δр — перепад давления;

ρ — плотность рабочей жидкости.

Если золотник цилиндрический, а проточка в гильзе кольцевая, то площадь проходного сечения:

, (5.2)

где d₃ — диаметр золотника;

х — перемещение золотника (открытие окна).

Когда золотник имеет коническую часть с углом α, а проточка в гильзе кольцевая, то площадь проходного сечения:

, (5.3)

Если золотник имеет нарезанные под углом α шлицы шириной b, то площадь проходного сечения:

, (5.3)

где z — число золотников.