Четырехлинейный гидрораспределитель с плоским поворотным золотником Российский патент 2003 года по МПК F01L7/06 F15B13/02 

Изобретение относится к гидроавтоматике, в частности к гидрораспределителям с плоским поворотным золотником, применяемым в гидроприводах с ручным управлением, например в гидромеханических рулевых приводах следящих систем управления летательных аппаратов.

Известен гидрораспределитель, содержащий распределительную плиту с дросселирующим сливным отверстием, опорное кольцо, прижимную плиту, поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости. На рычаге управляющего вала в районе сливных кромок золотника выполнен фасонный профиль, отклоняющий сливную струю и компенсирующий гидродинамические силы на золотнике (см. Авиационная промышленность, 1974, № 10, с. 30. Ружицкий Е.Н. и др. “Обеспечение устойчивости и гидродинамической разгрузки плоских золотников распределительных устройств большой мощности”).

Недостатком этого гидрораспределителя является сложность изготовления фасонного профиля, а также недостаточная эффективность компенсации гидродинамических сил.

Наиболее близкими аналогами к заявляемому изобретению являются известные из патентной литературы устройства (SU 577303, кл. F 01 L 5/02, 25.10.77 и SU 1080552 А, кл. F 01 L 5/02, 23.01.81), которые содержат максимальное количество сходных с заявляемым гидрораспределителем признаков, а именно: все распределители четырехлинейные, каждый из них содержит корпус, опорное кольцо, прижимную плиту, поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу, разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости, и распределительную плиту (основание) с напорным, сливным и двумя коммуникационными каналами, на торце которой образованы два симметрично расположенных дросселирующих рабочих окна, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды и давление в полостях цилиндров гидродвигателя изменялось по линейному или близко к линейному закону.

Известные гидрораспределители конструктивно проще решают вопрос повышения эффективности компенсации гидродинамических сил и улучшения характеристик управляющего момента по ходу золотника путем выполнения в распределительной плите дросселирующих сливных отверстий, перекрываемых рычагом - лопастью во время движения.

Однако недостатком этих гидрораспределителей является то, что они не обладают необходимой надежностью при использовании их в многокамерных следящих гидроприводах (гидроусилителях) с тандемным расположением цилиндров и общим силовым исполнительным штоком, с гидропитанием от двух гидросистем и более. Эти гидроприводы выгодно отличаются большой мощностью управления при сравнительно небольших габаритах и массе. Каждый гидроцилиндр (камера) гидродвигателя работает от своего гидрораспределителя, чем обеспечивается резервное управление летательным аппаратом. Такие гидроприводы нашли широкое распространение в отечественном авиастроении.

Для повышения чувствительности и точности гидропривода системы управления плоские поворотные золотники гидрораспределителей применяются с минимальными положительными перекрытиями. Значения этих перекрытий определяют величину зоны нечувствительности, в пределах которой перемещение распределительного золотника не сопровождается движением исполнительного штока гидродвигателя.

При применении известных гидрораспределителей в многокамерных следящих гидроприводах при небольших отклонениях золотников относительно нейтрального положения в зоне малых сигналов (рассогласований) во многих случаях происходит существенная просадка (провал) исполнительного штока в пределах 6-8 мм преимущественно под воздействием попутной нагрузки, создаваемой шарнирным моментом от действия аэродинамических сил на рулевые поверхности.

Исследования показали, что просадка штока связана с выпрессовкой части объема рабочей жидкости из полости гидродвигателя через образованное в одном из гидрораспределителей отрицательное перекрытие по сливной отсечной кромке золотника при сохранении положительного перекрытия по напорной отсечной кромке. Образование отрицательных перекрытий при малых сигналах (рассогласованиях) золотников в следящих гидроприводах объективно вызвано сложностью выполнения высоких требований к точности изготовления золотниковых пар гидрораспределителей и невозможностью в ряде случаев осуществить необходимую подрегулировку золотников для обеспечения синхронной работы их в составе многоканального привода.

Просадка штока, сопровождающаяся резким толчком, через ручку управления летчиком психологически воспринимается как отказ или потеря управления летательным аппаратом. Указанный недостаток снижает показатель надежности работы известных гидрораспределителей и ограничивает их применение в многокамерных гидроприводах систем управления летательных аппаратов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы гидрораспределителей и расширение области их применения в конструкциях многоканальных гидроприводов.

Эта задача решается тем, что в гидрораспределителе, содержащем корпус, опорное кольцо, поджимную плиту, поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу, разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости, и распределительную плиту (основание) с напорным, сливным и двумя коммуникационными каналами, на торце которой образованы два симметрично расположенных дросселирующих рабочих окна, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды и давление в полостях цилиндров гидродвигателя изменялись по линейному или близко к линейному закону, согласно изобретению плоский золотник, охватываемый рычагом, выполнен в виде полой втулки с центрирующим кольцевым выступом на наружной цилиндрической поверхности и установлен с возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями прижимной и распределительной плит с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных дросселирующих окон, при этом величины положительных перекрытий по напорным отсечным кромкам, образуемым контуром центрального отверстия золотника, и сливным отсечным кромкам, образуемым наружным контуром торцовой поверхности золотника, выполнены в соответствии с соотношением

П_с/П_п=1,6-1,8,

где П_с - величина положительного перекрытия по сливным отсечным кромкам золотника;

П_п - величина положительного перекрытия по напорным отсечным кромкам золотника,

для обеспечения гарантированного опережения открытия напорных кромок золотника, сообщающих напорный канал гидрораспределителя и рабочие дросселирующие окна распределительной плиты с исполнительными полостями силового цилиндра.

Выполнение минимально допустимых положительных перекрытий по напорным и сливным кромкам золотника в соотношении П_с/П_п = 1,6-1,8 обеспечивает гарантированное опережение открытия напорных отсечных кромок золотника и, соответственно, гарантированное положительное перекрытие сливных отсечных кромок золотника, чем исключается явление просадки исполнительных штоков одно- и многоканальных гидроприводов при любых режимах управления летательными аппаратами.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показан предложенный четырехлинейный гидрораспределитель с плоским поворотным золотником, общий вид, разрез;

на фиг.2 - разрез А - А на фиг.1;

на фиг.3 - место Б фиг.2;

на фиг.4 и 5 - общий вид, разрез, схема подсоединения гидрораспределителей к многокамерному гидродвигателю с тандемным расположением цилиндров и общим силовым исполнительным штоком.

Гидрораспределитель состоит из корпуса 1 (фиг.1), в цилиндрической расточке которого установлена распределительная плита 2, имеющая каналы напора 3, слива 4, коммуникационные (полостные) каналы 5 и 6 (фиг.2), симметрично расположенные рабочие окна 7 и 8, спрофилированные с учетом получения линейной расходной характеристики.

В расточке корпуса 1 размещена круглая прижимная плита 9, которая под действием усилия пружины сжатия 10 своей рабочей плоскостью прижимает опорное кольцо 11 к рабочей плоскости распределительной плиты 2. В образуемой внутренней полости 12 (фиг.2) установлен плоский поворотный золотник 13, перекрывающий своей торцовой рабочей поверхностью дросселирующие окна 7 и 8 распределительной плиты 2. Контур центрального сквозного отверстия 14 (фиг.3) золотника 13, перекрывающий дросселирующие окна 7 и 8 плиты 2, образует положительные перекрытия П_п по напорным кромкам 15 и 16, сообщающим канал напора 3 и рабочие окна 7 и 8 с исполнительными полостями силового цилиндра через коммуникационные каналы 5 и 6.

Наружный контур 17 торцовой поверхности золотника 13, перекрывающий дросселирующие окна 7 и 8 плиты 2, образует положительные перекрытия П_с по сливным кромкам 18 и 19, сообщающим исполнительные полости силового цилиндра и дросселирующие окна 7 и 8 со сливным каналом 4 (фиг.1). Плоский золотник 13 по кольцевому выступу 20 (фиг.3) на наружной цилиндрической поверхности охватывается поворотным рычагом 21, закрепленным на управляющем валу 22 (фиг.1) и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости 12 и 23 (фиг.2).

Гидрораспределитель в составе следящего многокамерного гидропривода в режиме больших сигналов рассогласования золотников работает следующим образом (см.фиг.4).

При одновременном повороте управляющих валов 22 из нейтрального положения в положение, показанное на фиг.4, золотники 13 открывают в распределительных плитах 2 окна 7 и 8. Потоки рабочей жидкости из полостей напора 3 проходят через центральные отверстия 14 золотников 13, окна 7, коммуникационные каналы 5 распределительной плиты 2 и далее в правые полости цилиндров гидродвигателя, перемещая его общий силовой исполнительный шток на выдвижение. Из других полостей цилиндров гидродвигателя поток рабочей жидкости вытесняется через коммуникационные каналы 6, окна 8 плит 2, внутренние полости 23 в каналы слива 4 (фиг.1) обоих гидрораспределителей.

При повороте управляющих валов 22 из нейтрального положения в другое положение процесс работы гидрораспределителей протекает аналогично описанному, но исполнительный шток перемещается в противоположную сторону (на уборку).

Наиболее тяжелым режимом работы гидрораспределителей в составе многоканального следящего гидропривода является режим ручного управления в зоне малых сигналов рассогласований золотников (до 0,1 мм) при невысокой скорости перемещения общего исполнительного штока и воздействии на него попутной аэродинамической нагрузки, стремящейся привести исполнительный шток в нейтральное положение (фиг.3 и 5).

Благодаря гарантированному опережению открытия напорных кромок золотников гидрораспределителей и превышения гидравлической проводимости дросселирующих напорных окон над гидравлической проводимостью дросселирующих окон по сливу многокамерный следящий гидропривод в зоне малых сигналов и попутной нагрузке работает как гидравлический демпфер, подавляя и гася флаттерные автоколебания, просадку и толчки исполнительного штока, обеспечивая его плавное и устойчивое перемещение во всем диапазоне рабочего хода.

Выполнение четырехлинейного гидрораспределителя с гарантированным опережением открытия напорных отсечных кромок золотника позволило повысить надежность его работы и расширить область применения в многокамерных следящих гидроприводах с тандемным расположением цилиндров с общим силовым штоком, находящим широкое применение в современных летательных аппаратах.

Гидрораспределитель относится к гидроавтоматике и применяется в гидроприводах с ручным управлением, например в гидромеханических рулевых гидроприводах следящих систем управления летательных аппаратов. Плоский золотник, охватываемый рычагом управляющего вала, выполнен в виде полой втулки с центрирующим кольцевым выступом на наружной цилиндрической поверхности и установлен с возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями прижимной и распределительной плит с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных рабочих окон, при этом величины положительных перекрытий по напорным отсечным кромкам, образуемым контуром центрального отверстия золотника, и сливным отсечным кромкам, образуемым наружным контуром торцовой поверхности золотника, выполнены в соответствии с соотношением, обеспечивающим опережение открытия напорных отсечных кромок золотника, сообщающих напорный канал гидрораспределителя и рабочие дросселирующие окна распределительной плиты с исполнительными полостями силового цилиндра. Технический результат - повышение надежности работы гидрораспределителей и расширение области их применения. 5 ил.

Четырехлинейный гидрораспределитель с плоским поворотным золотником, содержащий корпус, опорное кольцо, прижимную плиту, поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу, разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости, и распределительную плиту (основание) с напорным, сливным и двумя коммуникационными каналами, на торце которой образованы два симметрично расположенных дросселирующих рабочих окна, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды и давление в полостях цилиндров гидродвигателя изменялось по линейному или близко к линейному закону, отличающийся тем, что плоский золотник, охватываемый рычагом управляющего вала, выполнен в виде полой втулки с центрирующим кольцевым выступом на наружной цилиндрической поверхности и установлен с возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями прижимной и распределительной плит с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных рабочих окон, при этом величины положительных перекрытий по напорным отсечным кромкам, образуемым контуром центрального отверстия золотника, и сливным отсечным кромкам, образуемым наружным контуром торцовой поверхности золотника, выполнены в соответствии с соотношением:

П_с/П_п=1,6-1,8,

где П_с - величина положительного перекрытия по сливным отсечным кромкам золотника;

П_п - величина положительного перекрытия по напорным отсечным кромкам золотника, для обеспечения гарантированного опережения открытия напорных отсечных кромок золотника, сообщающих напорный канал гидрораспределителя и рабочие дросселирующие окна распределительной плиты с исполнительными полостями силового цилиндра.