РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГИДРОПРИВОДА Российский патент 2006 года по МПК F15B13/08 

Изобретение относится к устройствам управления гидравлическими исполнительными механизмами, в частности к распределителям гидропривода (в дальнейшем - гидравлический распределитель) для подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин.

Цель изобретения - упрощение технологии изготовления, повышение надежности, увеличение срока службы, снижение металлоемкости, трудоемкости изготовления и эксплутационных расходов, а также снижение затрат и времени на ремонт гидравлических распределителей.

Конструкции гидравлических распределителей, выпускаемых как отечественной, так и зарубежной промышленностью имеют практически одинаковые принципы проектирования, а именно:

1. Золотниковые секции гидравлических распределителей расположены линейно в ряд;

2. Формирование полостей (напорных, рабочих, сливных) осуществляется непосредственно в корпусе гидравлического распределителя с помощью литья или механической обработкой;

3. Соединение напорной и сливной полостей золотниковых секций осуществляется через каналы установочной плиты, на которой устанавливается гидравлический распределитель.

В основном ведущие производители гидроаппаратуры как отечественные, так и зарубежные отдают предпочтение литой конструкции. Эти конструкции на наш взгляд имеют общие недостатки.

1. Высокая себестоимость.

2. Большая металлоемкость (с учетом установочной плиты).

3. Невозможность быстрой замены пары золотник-корпус.

4. При полном выходе из строя одной пары золотник-корпус утилизируется весь гидрораспределитель (для моноблочной конструкции) или блок (для блочной конструкции).

В качестве прототипа был взят моноблочный гидравлический гидрораспределитель (авт.св. №909371, РФ, 1982 г.), у которого золотниковые секции расположены крестообразно относительно центрального магистрального канала (Справка: Такой гидрораспределитель был изготовлен на ковровском экскаваторном заводе в единственном экземпляре в 1981 году. Прошел успешные испытания на серийном экскаваторе ЭО4121А, но не был запущен в производство ввиду сложности литья, изготовления в производстве и высокой себестоимости).

Цилиндрический корпус вышеуказанного гидравлического распределителя имеет достаточно сложную литую конструкцию. Соединительные каналы, соединяющие золотниковые секции, расположены на наружной поверхности цилиндрического литого корпуса. На обработанную цилиндрическую поверхность корпуса напрессована стальная рубашка, выполненная в виде толстостенного, пустотелого цилиндра. Рубашка обеспечивает получение самих соединительных каналов, а также герметичность их друг от друга. Основными недостатками конструкции прототипа является следующее.

1. Сложность отливки соединительных каналов.

2. Сложность обработки и получение необходимой точности наружной цилиндрической поверхности корпуса гидравлического распределителя.

3. Рубашка не обеспечивает надежной герметичности между соединительными каналами.

4. Большая металлоемкость.

(справка: металлоемкость предлагаемого гидравлического распределителя почти в два раза ниже металлоемкости прототипа).

В основу изобретения положены новые технологии соединения поверхностей металлов с помощью анаэробного клея LOCTITE или аналогичным по свойствам клеев, которые позволяют прочно и герметично соединять поверхности металлических деталей, а при нагревании до температуры, определяемой технической характеристикой применяемого клея, производить их разъединение (необходимые сведения о клее приведены в приложении №1).

Заложенные в основу конструкции особые свойства анаэробных клеев позволили осуществить качественно новый подход к проектированию гидравлических распределителей. В результате этого была разработана высокотехнологичная конструкция гидравлического распределителя, принципиально отличная от прототипа и выпускаемых на данный момент как отечественными, так и зарубежными фирмами гидравлических распределителей.

Конструкция предлагаемого гидравлического распределителя относится к классу моноблочных и соответствует прототипу только по крестообразному расположению золотниковых секций относительно центрального магистрального канала и встроенному в него предохранительному клапану.

Крестообразное расположение золотниковых секций относительно центрального магистрального канала позволяет получить минимальную длину каналов, соединяющих центральный магистральный канал с напорными полостями золотниковых секций, что обеспечивает минимальные внутренние гидравлические потери распределителя, при этом отпадает необходимость в установочной плите.

Предлагаемая конструкция гидравлического распределителя отличается от прототипа тем, что напорные, рабочие и сливные полости в нем сформированы втулками оригинальной конструкции, а все соединительные каналы расположены внутри корпуса гидравлического распределителя, что позволило убрать наружную рубашку, значительно снизить вес распределителя, упростить технологию, снизить себестоимость и повысить надежность гидравлического распределителя. Кроме того, конструкцией предусмотрена установка обратного клапана, повышающего надежность и безопасность гидропривода в целом.

Суть изобретения состоит в том, что в конструкции предлагаемого гидравлического распределителя полости золотниковых секций для подвода и отвода гидравлической жидкости образованы за счет втулок оригинальной конструкции, вклеенных в корпус гидравлического распределителя при помощи анаэробною клея, а в конструкции всех известных на текущий момент как моноблочных, так и блочных гидравлических распределителей, полости золотниковых секций образованы в теле корпуса гидравлического распределителя за счет литья или механической обработки.

Используемые в данной конструкции гидравлического распределителя втулки являются телами вращения, и себестоимость их изготовления достаточно низкая. Втулки для сборки гидравлического распределителя обрабатываются окончательно и после сборки не требуют дальнейшей доводки. Конструкция втулок значительно упрощает конструкцию корпуса гидравлического распределителя, что также позволяет снизить его себестоимость.

Кроме того, представленная конструкция гидравлического распределителя имеет преимущество перед всеми существующими конструкциями по ремонтопригодности. Эта конструкция позволяет производить замену вышедшей из строя одной или нескольких золотниковых секций путем их нагрева до температуры, указанной в эксплуатационных параметрах на примененную заводом марку анаэробного клея, с последующей выпрессовкой ее из корпуса распределителя, без утилизации всего корпуса гидравлического распределителя. Установка новой втулки и золотника производится согласно заводской инструкции, а также инструкции на марку применяемого анаэробного клея.

Конструкция гидравлического распределителя представлена на Фиг.1-10. Гидравлический распределитель (см. Фиг.1) состоит из корпуса 1, четырех втулок 2, служащих рабочими корпусами для золотников 3. Золотники имеют хвостовики, на которых установлены пружины 6. Золотники закрыты со стороны хвостовиков колпаками 7 и с противоположной стороны - колпаками 8. В колпаках имеются входные каналы подвода рабочей жидкости Х₁-Х₄, У₁-У₄ для управления работой золотников.

Пара втулка 2 - золотник 3, установленные в корпус 1 (Фиг.1) гидравлического распределителя, составляют одну золотниковую секцию.

Корпус гидравлического распределителя 1 (Фиг.1) цельнометаллический и имеет центральное отверстие, относительно которого крестообразно расположены четыре отверстия, в которые вклеиваются втулки 2. В центральное отверстие корпуса 1 вклеена центральная магистральная втулка 4, в которую ввернуты с одной стороны обратный клапан 5 с входным штуцером, а с противоположной стороны предохранительный клапан 9 и закрывающий колпак 10, в котором встроен механизм регулировки предохранительного клапана 11 (прим.: в конструкции использован предохранительный клапан, выпускаемый отечественной промышленностью). Центральная магистральная втулка 4 образует с корпусом распределителя общую напорную полость 20 и общие сливные полости 22 и 23. Общая напорная полость 20 соединена с напорными полостями 13 золотниковых секций, четырьмя отверстиями, образующих в распределителе питательные каналы 12 (Фиг.1). Расположение питательных каналов представлено на Фиг.2 разрез В-В. Отверстия, образующие питательные каналы 12, снаружи закрыты резьбовыми пробками 28 (Фиг.1). Общие сливные полости 22 и 23 центральной магистральной втулки 4 соединены со сливными полостями 17, 18 золотниковых секций фрезерованными пазами 25. Форма пазов 25 представлена на Фиг.3, разрез Г-Г. Отвод рабочей жидкости из общих сливных полостей осуществляется через сверленые отверстия в корпусе гидравлического распределителя и образующих сливные каналы Т₁ и Т₂ (Фиг.3, разрез Г-Г). Сливные каналы Т₁, Т₂ объединены общим каналом, образованным сквозным сверленым отверстием (см. Фиг.4-5, разрез Д-Д). Общий канал заглушен с двух сторон резьбовыми пробками 29.

Подвод рабочей жидкости к рабочим органам и ее отвод осуществляется в распределителе через рабочие каналы в корпусе (А₁-А₄ и Б₁-Б₄). (прим.: буквенное обозначение рабочих каналов и каналов управления на чертежах соответствует буквенным обозначениям на гидравлической схеме гидравлического распределителя Прил.2).

Конструкция втулок 2 представлена на Фиг.6 (прим: нумерация деталей и полостей на Фиг.6-8 соответствует нумерации деталей и полостей на Фиг.1). Втулка 2 (Фиг.6). представляет собой полый цилиндр с канавками на наружной поверхности, которые образуют совместно с корпусом гидравлического распределителя необходимые для его работы следующие полости (см. Фиг.1 и Фиг 6): напорную 13, рабочие 14, 15 и сливные 16, 17. Для прохождения рабочей жидкости из одной полости в другую на дне канавок имеются овальные отверстия 18. Расположение овальных отверстий на дне канавок втулок представлено на Фиг.7, разрез (Ж-Ж). Внутренняя поверхность отверстия втулки 2, по которой перемещается золотник 3, является рабочей и имеет соответствующий для гидравлических распределителей класс шероховатости поверхности и точности. Данная конструкция золотниковой секции имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями распределителей.

1. В традиционных конструкциях гидравлических распределителей золотник перемещается по прерывистой цилиндрической поверхности корпуса. Площадь контакта золотника с корпусом у них намного ниже, чем в предлагаемой конструкции, где площадь контакта составляет около 95%. Поэтому у гидравлических распределителей традиционной конструкции происходит неравномерный износ. Средние части корпуса и золотника изнашиваются интенсивнее, чем крайние. В предлагаемой конструкции этот недостаток отсутствует. Кроме того, в предлагаемой конструкции вся рабочая поверхность золотника 3 (Фиг.1) во время работы находится в постоянном соприкосновении с рабочей поверхностью втулки 2, что позволяет уменьшить рабочий зазор между золотником и втулкой с 4-6 мкм, до 3-4 мкм, тем самым значительно снизить внутренние потери гидравлического распределителя.

2. Овальные отверстия 18, расположенные на дне канавок втулок 2 (Фиг.6) при открытии их золотником, позволяют изменять суммарную площадь отверстий не по линейному закону, как в традиционных распределителях, а по нелинейному, что обеспечивает плавность начала и окончания движения исполнительных органов.

Предлагаемая конструкция втулки 2 (Фиг.6) может быть использована и в блочных конструкциях распределителей, что также снизит себестоимость изготовления распределителя, особенно при изготовлении небольших серий.

Конструкция центральной магистральной втулки 4 (Фиг.1) представлена на Фиг.8. Внутренняя полость в центральной магистральной втулки 4 образует напорный канал 19. Канавка в центральной части втулки 4 образует вместе с корпусом гидравлического распределителя общую напорную полость 20. Напорный канал 19 соединен с общей напорной полостью 20 с помощью пазов 21 (см. Фиг.10, разрез К-К), обеспечивая подачу рабочей жидкости к напорным полостям 13 золотниковых секций гидравлического распределителя (Фиг.1). Симметрично расположенные выточки на центральной магистральной втулке совместно с корпусом гидравлического распределителя образуют общие сливные полости 22, 23, которые соединены со сливными полостями золотниковых секций 16, 17 фрезерованными в корпусе гидравлического распределителя пазами 25. Наклонные отверстия 24 соединяют сливную полость предохранительного клапана 9 с общей сливной полостью 23 центральной магистральной втулки 4. Расположение наклонных отверстий 24 представлено на Фиг.9, разрез И-И.

При срабатывании предохранительного клапана 9 (Фиг.1), встроенного в центральную магистральную втулку 4, рабочая жидкость отводится через наклонные отверстия 24 в центральной магистральной втулке 4, в общую сливную полость распределителя 23, далее поступает в сливной канал T₁ и через общий сливной канал в сливной канал T₂.

Управление гидравлическим распределителем осуществляется путем подачи под давлением гидравлической жидкости в полости колпаков 7, 8 (Фиг.1) через каналы X₁-Х₄, У₁-У₄.

Гидравлическая схема распределителя приведена в приложении №2 (Фиг.11).

Гидравлический распределитель работает по классической схеме распределения и дозированной подачи рабочей жидкости к исполнительным механизмам (гидромоторам, гидроцилиндрам) и ее отвода в бак гидравлической системы. Распределитель работает в реверсном режиме.

Работа гидравлического распределителя рассмотрена в одном режиме на примере работы одной золотниковой секции (Фиг.1).

Рабочая жидкость, поступившая под давлением во входной штуцер обратного клапана 5, открывает его и поступает в напорный канал 19, где создает рабочее давление Р. При поступлении с системы управления рабочими органами рабочей жидкости под давлением Р_у через канал У₃ в полость колпака 8 золотник 3 начнет перемещаться во втулке 2 влево вдоль ее оси, при этом будет сжиматься пружина 6, установленная на хвостовике золотника 3. В результате смещения золотника 3 через овальные отверстия 18 втулки 2 и через полость 26, образованную выточкой золотника 3, произойдет соединение напорной полости 13, с рабочей полостью 14. Рабочая жидкость из напорного канала 19 центральной магистральной втулки 4 через пазы 21 поступит в общую напорную полость 20, далее через питательный канал 12 в напорную полость 13 золотниковой секции, затем рабочая жидкость, пройдя через овальные отверстия 18 втулки 2 и через полость 26, образованную выточкой, на золотнике 3 и внутренней поверхностью втулки 2, снова проходит через овальные отверстия 18 втулки 2 и поступает в рабочую полость 14, далее через рабочий канал А₃ она поступит в рабочую полость исполнительного механизма, в результате чего рабочий орган начнет движение. Одновременно сливная полость 17 и рабочая полость 15 соединятся через овальные отверстия 18 втулки 2 и полость 27, образованную выточкой на золотнике 3.

Рабочая жидкость из исполнительного механизма через рабочий канал Б₃ поступит в рабочую полость 15, далее через овальные отверстии 18 во втулке 2 в полость выточки 27 золотника 3 и из нее через овальные отверстия 18 в сливную полость 17 золотниковой секции, далее через пазы 25 в корпусе распределителя - в общую сливную полость 22 центральной магистральной втулки 4. Из общей сливной полости рабочая жидкость через сливные каналы Т₁ и Т₂ поступит в сливную магистраль гидравлической системы. При снятии давления Р_у в полости колпака 8, установленная на хвостовике золотника 3 пружина 6, возвратит золотник в исходное положение. В результате этого соединение напорной, рабочих и сливной полостей золотниковой секции с общим напорным и сливным каналами будет прекращено, тем самым произойдет остановка рабочею органа исполнительного механизма.

Работа остальных золотниковых секций гидравлического распределителя аналогична работе вышерассмотренной золотниковой секции.

Распределитель предназначен для управления гидравлическими исполнительными механизмами. Распределитель состоит из корпуса, каналов, напорных, рабочих и сливных полостей, отверстий для рабочих золотников, расположенных симметрично относительно осевого отверстия, при этом в корпус встроены втулки, служащие корпусами для рабочих золотников, и центральная магистральная втулка, служащая магистралью поступления и слива рабочей жидкости, причем канавки центральной магистральной втулки, а также канавки втулок для золотников образуют совместно с поверхностями отверстий в корпусе распределителя необходимые для работы распределителя полости, а соединение полостей осуществляется с помощью соединительных каналов в корпусе и овальных отверстий на дне канавок втулок, причем крепление и герметизация втулок в корпусе произведена с помощью анаэробного клея. Кроме того, на дне канавок втулок могут быть расположены овальные отверстия. Технический результат - повышение надежности. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Распределитель гидропривода, состоящий из корпуса, каналов, напорных, рабочих и сливных полостей, отверстий для рабочих золотников, расположенных симметрично относительно осевого отверстия, отличающийся тем, что в корпус встроены втулки, служащие корпусами для рабочих золотников, и центральная магистральная втулка, служащая магистралью поступления и слива рабочей жидкости, причем канавки центральной магистральной втулки, а также канавки втулок для золотников образуют совместно с поверхностями отверстий в корпусе распределителя необходимые для работы распределителя полости, а соединение полостей осуществляется с помощью соединительных каналов в корпусе и овальных отверстий на дне канавок втулок, причем крепление и герметизация втулок в корпусе произведены с помощью анаэробного клея.2. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что на дне канавок втулок расположены овальные отверстия.