СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ МИКРОПЕРЕКРЫТИЙ ПЛОСКОГО ПОВОРОТНОГО ЗОЛОТНИКА ЧЕТЫРЕХЛИНЕЙНОГО ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2007 года по МПК F15B19/00 F15B13/12 

Предлагаемое изобретение относится к гидроавтоматике и касается, в частности, создания высокоэффективных четырехлинейных гидрораспределителей с плоским поворотным золотником, применяемых в гидроприводах с ручным или автоматическим управлением для следящих систем управления летательными аппаратами.

Качество выходных параметров и характеристик гидрораспределителей во многом определяется точностью изготовления его дросселирующих золотниковых пар. Высокая надежность, долговечность, чувствительность, достаточно малые усилия управления, незначительные непроизводительные утечки - главные показатели качества гидрораспределителей.

Для повышения чувствительности гидрораспределителей его плоские поворотные золотники изготавливаются с минимальными перекрытиями, не превышающими 0,015...0,025 мм. При этом необходимо отметить, что для обеспечения высокой точности управления геометрические перекрытия у четырехлинейных гидрораспределителей по напорным и сливным отсечным кромкам должны выполняться с одинаковыми значениями с высокой точностью. Выполнение таких жестких требований во многом накладывает технологические трудности как при изготовлении, так и при контроле плоских поворотных золотников гидрораспределителей.

Качественные показатели гидрораспределителей в процессе и после их изготовления чаще всего контролируются пневматическим или гидравлическим методами, в основе которых лежит измерение расхода воздуха или жидкости через проходные сечения рабочих окон распределительных плит (втулок) при фиксированных смещениях плоских золотников и определение действительных геометрических перекрытий золотника распределительного устройства.

Наибольшее распространение получили пневматические способы контроля золотниковых пар из-за достаточно высокой точности измерения, культуры производства и простоты применяемого оборудования, многие составные части которого стандартизованы и широко используются в промышленности.

Известна экспериментальная схема установки для определения расхода воздуха через аксиально подвижный плоский золотник в зависимости от величины его смещения относительно рабочих окон неподвижной пластины (см. книгу под редакцией Ю.И.Чупракова «Основы гидро- и пневмоприводов», М.: Машиностроение, 1966 г., с.144, рис.2.11).

Установка, помимо золотниковой пары и прижимной плиты, содержит манометр, дроссель нагрузки и расходомер (пневматический ротаметр), встроенные в сливную линию установки, которая, кроме замера расхода воздуха, обеспечивает и возможность определения значений геометрических перекрытий золотника. Однако недостатком известной установки является то, что она предусматривает контроль расхода и, соответственно, вероятность определения величин геометрических перекрытий только по напорным кромкам золотника и исключает возможность контроля расхода и перекрытий по сливным кромкам золотника.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для пневматического контроля четырехлинейных гидрораспределителей (см. журнал «Авиационная промышленность» №4, М., 1973 г., с.33, рис.11). Известное устройство содержит максимальное количество сходных с заявляемой установкой существенных признаков, а именно: оба устройства предназначены для определения расходов воздуха при постоянном перепаде давления через рабочие окна распределительной плиты в зонах малых перемещений плоского поворотного золотника относительно среднего (нулевого) положения, при этом каждое из устройств включает в себя корпус с размещенными в нем испытуемыми деталями - плоским поворотным золотником, опорным кольцом, распределительной и прижимной плитами, два однопредельных пневматических расходомера - пневматических длиномера, выход каждого из которых сообщен с одной из управляющих полостей распределительной втулки (плиты), а вход через редуктор - с подводящей напорной воздушной магистралью со встроенным манометром.

Достоинством известного устройства является то, что в нем контроль расхода воздуха, а следовательно, и формирования геометрических перекрытий, осуществляется и по напорным и по сливным отсечным кромкам золотника, что значительно повышает качество выпускаемых гидрораспределителей.

В результате анализа этого известного устройства можно констатировать следующее: технологические и функциональные возможности этого устройства в части обеспечения высокой точности формирования перекрытий достаточно ограничены, что объясняется отсутствием в конструкции известного устройства регулирующих элементов, позволяющих бесступенчато изменять положение золотника относительно неподвижно установленной распределительной втулки, и невозможностью производить варьирование золотника по углу поворота от исходного (нейтрального) положения с жесткой фиксацией по положению от нуля до максимально заданного значения.

Другим недостатком известного устройства является то, что для осуществления поворота золотника предполагается применение технологического управляющего вала, обязательная замена которого на рабочий вал при окончательной сборке модуля гидрораспределителя неизбежно приводит к ошибкам в точности формирования перекрытий и изменению технических характеристик.

Указанные недостатки снижают эффективность способа формирования и контроля перекрытий плоского золотника с использованием известного устройства и ограничивают его применение в процессе производства гидрораспределителей.

Технической задачей предлагаемого изобретения, помимо сохранения известного способа и устройства, использующихся для формирования и пневматического контроля геометрических перекрытий плоского поворотного золотника четырехлинейного гидрораспределителя, является повышение эффективности и точности формирования микроперекрытий плоского поворотного золотника за счет:

- реализации возможности вести процесс финишного формирования и контроля микроперекрытий четырехщелевого плоского золотника в составе собранного блока-модуля гидрораспределителя со всеми входящими в него деталями, включая управляющий вал,

- введения в устройство регулирующей части с визуальным контролем, позволяющей через кинематическое звено осуществлять микроперемещения (рассогласования) золотника относительно спрофилированных рабочих окон распределительной плиты (втулки) в ту или другую стороны от исходного (среднего) положения с возможностью варьирования по углу поворота с жесткой фиксацией по положению от нуля до максимально заданного значения.

Указанный технический результат по способу повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника достигается тем, что для определения расходов воздуха при постоянном перепаде давления через рабочие окна распределительной плиты в зонах малых перемещений плоского поворотного золотника относительно среднего (нулевого) положения используют установку, содержащую корпус с размещенными в нем испытуемыми деталями - плоским поворотным золотником, опорным кольцом, распределительной и прижимной плитами, два однопредельных ротаметрических расходомера - пневматических длиномера, выход каждого из которых сообщен с одной из управляющих полостей распределительной плиты, а вход через редуктор - с подводящей напорной воздушной магистралью и встроенным манометром, согласно изобретению на этапе финишного формирования геометрических микроперекрытий плоского золотника испытуемым является весь блок-модуль гидрораспределителя с входящими в него деталями и управляющим валом, а корпус для его размещения снабжен опорным основанием и внутренней цилиндрической расточкой с закрытым торцом, на поверхности которого образованы отверстия для установки соединительных втулок с возможностью жесткой фиксации распределительной плиты в окружном направлении и герметичного соединения ее каналов управления и линий выхода длиномеров между собой, при этом в установку дополнительно введены регулирующее устройство и три запорных вентиля, один из которых вмонтирован на входе линии напорной магистрали, два других - в линиях входа редуцирующих устройств для обеспечения стартовой настройки длиномеров в составе установки, причем регулирующее устройство выполнено в виде механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля, кинематически связанного с входным управляющим валом гидрораспределителя, регулирующий механизм коррекции и визуального контроля содержит две параллельно расположенные на некотором расстоянии друг от друга стойки, неподвижно прикрепленные своими основаниями к корпусу гидрораспределителя или опорному основанию установки, в стойки соосно, с опозитным расположением и с возможностью осевых перемещений встроены с одной стороны подпружиненный относительно стойки цилиндрический стержень с двухсторонним уступом и плоскими опорными торцами и индикаторные часы, а с другой - микрометрическая резьбовая головка с подвижным шпинделем и отсчетным устройством, а указанная кинематическая связь выполнена в виде одноплечевого рычага-привода, размещенного между стойками регулирующего механизма с возможностью жесткого соединения его посадочной части с управляющим валом гидрораспределителя, а плечевой части - с возможностью постоянного контактирования и взаимодействия с опорными торцами стержня и подвижного шпинделя микрометрической головки, при этом оптимальное соотношение плеч (радиусов) поворотов рычага-привода регулирующего устройства и рычага поворота плоского золотника гидрораспределителя выбрано в соответствии с соотношением:

R_ppy/R_пз=4...4,5,

где R_ppy - плечо (радиус) поворота рычага регулирующего устройства,

R_пз - плечо (радиус) поворота плоского золотника,

согласно изобретению, для осуществления поворотов (рассогласования) плоского золотника относительно профилированных рабочих окон распределительной плиты в ту или другую стороны от среднего (нулевого) положения с возможностью варьирования по углу поворота с жесткой фиксацией по положению от нуля до максимального значения используют регулирующий механизм бесступенчатой коррекции и визуального контроля, для этого поворотом микрометрической резьбовой головки механизма коррекции находят среднее положение золотника, при котором поплавки обоих ротаметров находятся в крайнем нижнем положении (ниже нуля), затем поворачивают золотник по часовой стрелке до тех пор, пока поплавок в трубке, например, правого длиномера не поднимется до «0», при этом совмещают «0» шкалы индикаторных часов со стрелкой часов поворотом шкалы индикатора, далее поворачивают золотник против часовой стрелки до тех пор, пока поплавок в левом длиномере не поднимется до нуля, производится отсчет величины смещения золотника «S» по крайним положениям стрелки индикаторных часов, передвигая шкалу индикаторных часов на величину «S/2», определяют среднее (нулевое) положение золотника относительно напорных отсечных кромок, при повторном повороте золотника из среднего положения по часовой стрелке до подъема поплавка левого длиномера до нуля определяют момент одновременного открытия сливной и напорной отсечных кромок при перемещении золотника в одну сторону, при повороте золотника из среднего положения против часовой стрелки до подъема поплавка правого длиномера до нуля определяют момент одновременного открытия сливной и напорной отсечных кромок при перемещении золотника в противоположную сторону.

Внедрение способа, предусматривающего финишное формирование геометрических микроперекрытий плоского золотника в составе блока-модуля гидрораспределителя, а также введение в установку дополнительного регулирующего устройства с индивидуальной визуальной системой микроотсчета позволяет значительно повысить точность формирования геометрических перекрытий плоского поворотного золотника четырехлинейного гидрораспределителя, а также его чувствительность, надежность и быстродействие.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид, разрез корпуса 1 установки для повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника 2 с размещенным в корпусе 1 блоком-модулем четырехлинейного гидрораспределителя 18, кинематически связанным с регулирующим устройством 25 через рычаг-привод 38;

- на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1, схема соединения блок-модуля четырехлинейного гидрораспределителя 18 с ротаметрическими устройствами 6 и 7, подключенными к стабилизаторам давления 14 и 15 и внешней системе питания 16 через запорные вентили 43, 44 и 45. В пневмолинию подвода давления встроен манометр 17;

- на фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.1, общий вид, разрез регулирующего устройства - механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 микроперемещений рычага-привода 38 и, соответственно, управляющего вала 19 гидрораспределителя 18;

- на фиг.4 показана схема перемещений и кинематической связи механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 с управляющим валом 19 и плоским поворотным золотником 2 гидрораспределителя 18;

- на фиг.5 показано место В на фиг.2, схема показаний на шкалах длиномеров 6 и 7 при контроле геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника 2 по напорным «а» и «б» и сливным «в» и «г» отсечным кромкам при перемещениях золотника 2 относительно среднего (нейтрального) положения.

Эти же чертежи иллюстрируют способ повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника.

Описание способа повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника 2 дается на примере работы механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25.

Установка формирования и контроля геометрических микроперекрытий золотника 2 (см. фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с размещенными в нем испытуемыми деталями - плоским поворотным золотником 2 с напорными «а» и «б» и сливными «в» и «г» отсечными кромками, опорным кольцом 3, распределительной плитой 4 и прижимной плитой 5, два однопредельных ротаметрических расходомера - пневматических длиномера 6 и 7, выход каждого из которых 8 или 9 сообщен с одним из каналов управления 10 или 11 распределительной плиты 4, а вход 12 или 13 через редуктор-стабилизатор постоянного давления 14 или 15 - с подводящей напорной воздушной магистралью 16 со встроенным манометром 17.

На этапе финишного формирования геометрических микроперекрытий для повышения точности их исполнения испытуемым является весь блок-модуль гидрораспределителя 18 с входящими в него деталями и управляющим валом 19, а корпус 1 для размещения блок-модуля 18 снабжен опорным основанием 20 и внутренней цилиндрической расточкой 21 с закрытым торцом 22, на поверхности которого образованы отверстия 23 для установки соединительных втулок 24 с возможностью жесткой фиксации распределительной плиты 4 в окружном направлении и герметичного соединения ее каналов управления 10 и 11 и линий выхода 8 и 9 длиномеров 6 и 7 между собой.

Кроме того, в установку дополнительно введено регулирующее устройство, выполненное в виде механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 (см.фиг.1), кинематически связанного с входным управляющим валом 19 гидрораспределителя 18. Регулирующий механизм бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 (см. фиг.3) содержит две параллельно расположенные на некотором расстоянии друг от друга стойки 26 и 27, неподвижно прикрепленные своими основаниями 28 и 29 к корпусу 1. В стойки 26 и 27 соосно с опозитным расположением и с возможностью осевых перемещений встроены: с одной стороны подпружиненный относительно стойки 26 цилиндрический стержень 30 с двухсторонним уступом 31 и плоскими опорными торцами 32 и 33 и индикаторные часы 34, а с другой стороны - микрометрическая резьбовая головка 35 с подвижным шпинделем 36 и отсчетным устройством 37.

Кинематическая связь выполнена в виде одноплечевого рычага-привода 38 (см. фиг.4), размещенного между стойками 26 и 27 регулирующего устройства 25 (см. фиг.3) с возможностью жесткого соединения его посадочной части 39 (см. фиг.4) с управляющим валом 19 через обжимной квадрат 40, а плечевой части 41 - с возможностью постоянного контактирования и взаимодействия с опорным торцом 33 стержня 30 и торцом 42 подвижного шпинделя 36 микрометрической резьбовой головки 35 (см. фиг.3, 4).

В установку встроены три запорных вентиля (см. фиг.2), один из которых 43 установлен на входе линии напорной магистрали 16, два других 44 и 45 - в линиях входов 46 и 47 редуцирующих устройств 14 и 15. Вертикально установленные длиномеры 6 и 7 снабжены контрольными поплавками 48 и 49, размещенными внутри стеклянных трубок, на наружной поверхности которых нанесены шкалы. Положение каждого поплавка определяется по шкале и зависит от расхода воздуха, пропускаемого через кольцевой зазор между поплавком и внутренней стенкой трубки.

Способ повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника 2 четырехлинейного гидрораспределителя 18 с помощью регулирующего устройства - механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 осуществляется следующим образом (фиг.1, 2).

Перед началом формирования и контроля микроперекрытий золотника на установке предварительно производится раздельная настройка каждого длиномера 6 или 7 без подсоединения к каналам гидрораспределителя с открытием соответствующего запорного вентиля линии входа давления воздуха в стабилизатор. Для настройки длиномеров 6 и 7 применяются калибры (два кольца и пробка) с размерами, образующими микрозазоры, близкие к предельным размерам формируемых микроперекрытий. На штуцер открытого конца настраиваемого длиномера надевается шланг воздуховода настраиваемого калибра.

Применение первого установочного кольца предполагает образование нижних предельных размеров микроперекрытий, когда поплавок ротаметра устанавливается ниже нулевой отметки шкалы отсчета длиномера. Применение второго кольца, соответственно, предполагает формирование верхних предельных размеров микроперекрытий, когда поплавок устанавливается несколько выше нулевой отметки шкалы отсчета длиномера. Далее шланг настроечного калибра отсоединяется. После настройки обоих длиномеров 6 и 7 их выходные линии 8 и 9 подсоединяют к каналам управления гидрораспределителя 18 через соединительные уплотняющие втулки 24 корпуса 1.

Открываются запорные вентили 44 и 45 установки (см. фиг.2). Для осуществления поворотов (рассогласования) плоского золотника 2 относительно профилированных рабочих окон распределительной плиты 4 и в ту или другую стороны от среднего (нулевого) положения с возможностью варьирования по углу поворота с жесткой фиксацией по положению от нуля до максимального значения используют регулирующий механизм бесступенчатой коррекции и визуального контроля 25 (фиг.3). Для этого поворотом микрометрической резьбовой головки 35 механизма коррекции находят среднее (нулевое) положение поворотного золотника 2 (фиг.4), при котором поплавки 48 и 49 обоих ротаметров 6 и 7 (фиг.5) находятся в крайнем нижнем положении (ниже нуля, поплавки 48 и 49 обозначены пунктирными линиями), затем поворачивают золотник 2 по часовой стрелке до тех пор, пока поплавок 49 в трубке, например, правого длиномера 7 не поднимется до «0», при этом совмещают «0» шкалы индикаторных часов 34 (см. фиг.3) со стрелкой часов поворотом шкалы индикатора, далее поворачивают золотник 2 против часовой стрелки до тех пор, пока поплавок в левом длиномере 6 не поднимется до нуля, производят отсчет величины смещения золотника «S» по крайним положениям стрелки индикаторных часов 34, передвигая шкалу индикаторных часов 34 на величину «S/2» (см. фиг.4), определяют среднее положение золотника 2 относительно напорных отсечных кромок «а» и «б», при повторном повороте золотника 2 из среднего положения по часовой стрелке до подъема поплавка 48 левого длиномера 6 до нуля определяют момент одновременного открытия сливной «в» и напорной «б» отсечных кромок при перемещении золотника 2 в одну сторону, при повороте золотника из среднего положения против часовой стрелки до подъема поплавка 49 правого длиномера 7 до нуля определяют момент одновременного открытия сливной «г» и напорной «а» отсечных кромок при перемещении золотника 2 в противоположную сторону.

В случаях, когда величина «S», а также положения поплавков 48 и 49, не соответствуют заданным значениям, производят доработку соответствующих отсечных кромок по установленной в производстве технологии, после чего описанный выше способ контроля точности формирования геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника повторяют.

Разработка способа и пневматической установки для повышения точности формирования геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника четырехлинейного гидрораспределителя, предусматривающего финишное формирование микроперекрытий золотника в составе всего блока-модуля, а также введение в установку дополнительного регулирующего устройства с визуальной системой микроотсчета позволили повысить точность управления потоками рабочей жидкости и надежность работы гидрораспределителя в составе гидропривода для следящих систем управления летательными аппаратами.

Способ предназначен для создания высокоэффективных четырехлинейных гидрораспределителей с плоским поворотным золотником, применяемым в гидроприводах следящих систем управления летательными аппаратами. Способ осуществляют путем варьирования величиной угла поворота от среднего положения в обе стороны с жесткой фиксацией по положению от нуля до максимального значения, для чего используется установка, содержащая корпус с испытуемым блок-модулем гидрораспределителя с входящими в него деталями и управляющим валом, а в установку дополнительно введено регулирующее устройство, выполненное в виде механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля, кинематически связанного с входным валом гидрораспределителя. Технический результат - повышение точности формирования геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ повышения точности формирования и контроля геометрических микроперекрытий плоского поворотного золотника четырехлинейного гидрораспределителя, заключающийся в определении расходов воздуха при постоянном перепаде давления через рабочие окна распределительной плиты в зонах малых перемещений плоского поворотного золотника относительно среднего (нулевого) положения, для этого используют установку, содержащую корпус с размещенными в нем испытуемыми деталями - плоским поворотным золотником, опорным кольцом, распределительной и прижимной плитами, два однопредельных ротаметрических расходомера - пневматических длиномера, выход каждого из которых сообщен с одной из управляющих полостей распределительной плиты, а вход через редуктор - с подводящей напорной воздушной магистралью и встроенным манометром давления, отличающийся тем, что на этапе финишного формирования геометрических микроперекрытий плоского золотника испытуемым является весь блок-модуль гидрораспределителя с входящими в него деталями и управляющим валом, а корпус для его размещения снабжен опорным основанием и внутренней цилиндрической расточкой с закрытым торцом, на поверхности которого образованы отверстия для установки соединительных втулок с возможностью жесткой фиксации распределительной плиты в окружном направлении и герметичного соединения ее каналов управления и линий выхода длиномеров между собой, при этом в установку дополнительно введено регулирующее устройство, три запорных вентиля, один из которых вмонтирован на входе линии напорной магистрали, два других - в линиях входа редуцирующих устройств для обеспечения стартовой настройки длиномеров в составе установки, причем регулирующее устройство выполнено в виде механизма бесступенчатой коррекции и визуального контроля, кинематически связанного с входным управляющим валом гидрораспределителя, регулирующий механизм коррекции и визуального контроля содержит две параллельно расположенные на некотором расстоянии друг от друга стойки, неподвижно закрепленные своими основаниями к корпусу гидрораспределителя или опорному основанию установки, в стойки соосно, с оппозитным расположением и с возможностью осевых перемещений встроены с одной стороны подпружиненный относительно стойки цилиндрический стержень с двухсторонним уступом и плоскими опорными торцами и индикаторные часы, а с другой - микрометрическая резьбовая головка с подвижным шпинделем и отсчетным устройством, а указанная кинематическая связь выполнена в виде одноплечевого рычага-привода, размещенного между стойками регулирующего устройства с возможностью жесткого соединения его посадочной части с управляющим валом гидрораспределителя, а плечевой части - постоянного контактирования и взаимодействия с опорными торцами стержня и подвижного шпинделя микрометрической головки, при этом оптимальное соотношение плеч (радиусов) поворотов рычага-привода регулирующего устройства и рычага поворота плоского золотника гидрораспределителя выбрано в соответствии с соотношением:

R_рру/R_пз=4...4,5,

где R_ppy - плечо (радиус) поворота рычага регулирующего устройства;

R_пз - плечо (радиус) поворота плоского золотника.