ЧЕТЫРЕХЛИНЕЙНЫЙ ДРОССЕЛИРУЮЩИЙ ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ С ПЛОСКИМ ПОВОРОТНЫМ ЗОЛОТНИКОМ И ЦЕНТРАЛЬНЫМ ПРИВОДОМ МОДУЛЬНОГО ИСПОЛНЕНИЯ ДЛЯ ВСТРОЕННОГО МОНТАЖА И ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЙ Российский патент 2009 года по МПК F15B13/02 

Предлагаемое 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. журнал «Авиационная промышленность» №10, 1974, с.30, Ружицкий Е.Н. и др. «Обеспечение устойчивости и гидродинамической разгрузки плоских золотников распределительных устройств большой мощности»).

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

Известны гидрораспределители по АС № SU 577303, кл. F01L 5/02, 25.10.77 и SU 1080552 А, кл. F01L 5/02, 23.01.81, которые содержат корпус, распределительную плиту и поворотный плоский золотник, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости.

Указанные 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 в целом известные гидрораспределители отличаются конструктивной сложностью и нетехнологичностью. Так, для использования таких гидрораспределителей в гидроприводе требуется обеспечение высокой точности изготовления установочной поверхности в сочетании с незначительной шероховатостью: допуск плоскостности поверхности корпуса привода (или другого устройства), на которую устанавливается гидрораспределитель, должен составлять 3…5 мкм, а параметр шероховатости Ra - не более 0,25…0,5 мкм.

Корпуса и плиты известных гидрораспределителей имеют сложную форму и нетехнологичны.

В связи с необходимостью расстыковки всего узла гидрораспределителя перед установкой его в гидропривод из-за снятия транспортировочной плиты, прижимающей торцовые уплотнительные кольца к установочной поверхности распределительной плиты, могут изменяться технические характеристики гидрораспределителя. Использование известных гидрораспределителей существенно увеличивает массу и габариты гидропривода.

Известен также гидрораспределитель с плоским поворотным золотником, охватываемый рычагом, закрепленным на управляющем валу и разделяющим внутренний объем гидрораспределителя на две полости по патенту RU 2219352 С2, 7 F01L 7/06, F15B 13/02, 20.12.2003 г., бюллетень №35. Указанный гидрораспределитель с рычажным приводным устройством выполнен с возможностью его встройки непосредственно в корпус гидропривода, что исключает его разборку перед постановкой на гидропривод и улучшает качество проведения ремонтно-восстановительных работ.

Однако общим существенным недостатком известных решений и конструкций гидрораспределителей является невозможность их использования в гидроприводах или рулевых системах большой мощности с высокими скоростями движения исполнительных выходных звеньев. Характерной особенностью быстродействующих следящих приводов, в частности приводов управления высокоманевренными летательными аппаратами, является высокая приемистость и малое запаздывание при отработке командных (управляющих) сигналов.

Момент совершения максимальной работы приводом сопровождается значительными расходами рабочей жидкости и, соответственно, значительными угловыми перемещениями (рассогласованиями) золотников относительно своих нейтральных положений.

Известные же конструкции гидрораспределителей отличаются недостаточным запасом по угловым перемещениям (поворотам) золотника из-за упора охватываемого его рычага во внутреннюю поверхность неподвижно установленного опорного кольца, угловые перемещения гидрораспределителей такого типа не превышают 7° в каждую сторону, что является недостаточным для установки их в гидроприводы высокоманевренных летательных аппаратов.

Наиболее универсальной конструктивно-принципиальной схемой гидрораспределителя является схема с центральной осью вращения - центральным приводом плоского золотника. Возможность получения углов поворота золотника до 60° в каждую сторону от нейтрального положения позволяет применять такую схему как в вышеуказанных случаях, так и в приводах с большими рассогласованиями, например когда требуются расходные характеристики с насыщением.

Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому изобретению является известное из патентной литературы устройство по AC SU 286517, кл. 62 С 15/10, опубл. 10.11.70 г., бюллетень №34, которое содержит максимальное количество сходных с заявляемым гидрораспределителем признаков, а именно: оба гидрораспределителя дросселирующие четырехлинейные, каждый из них содержит корпус, опорное кольцо, приводной вал центрального расположения, кинематически и шарнирно связанный с ним плоский поворотный золотник с распределительным каналом напора и сливными каналами, заключенный внутри опорного кольца между нажимной шайбой и распределительной втулкой, на конец которой, обращенный к золотнику, выведены прямоугольные отверстия, соединенные с исполнительным цилиндром гидросистемы, а также глухая центральная ступенчатая расточка и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости.

В известном гидрораспределителе с целью уменьшения приводного момента и повышения эффективности компенсации гидродинамических сил сливной канал золотника выполнен в виде двух симметричных относительно распределительного канала сегментных пазов, имеющих треугольное сечение, отсечные кромки которых, расположенные по хорде, в среднем положении золотника совмещены с краями прямоугольных отверстий в распределительной втулке. Недостатками этого гидрораспределителя являются сложность расчета и необходимость получения фасонного профиля сливных каналов золотника.

Конструкция известного гидрораспределителя аналога-прототипа, кроме того, повторяет недостаток распределительных устройств вышеприведенных аналогов, заключающийся в чрезмерно ограниченных возможностях плоского золотника по угловым перемещениям (поворотам) относительно своего нейтрального положения. Причины, способствующие этому, заключаются в том, что канал подвода рабочей среды и рабочие окна распределительной втулки сгруппированы локально в периферийной зоне и сформированы по наиболее короткой хорде, с максимальным отстоянием ее от оси поворота золотника. Такое конструктивное исполнение с одной стороны позволило минимизировать геометрические параметры плоского золотника, а с другой - ограничило рабочий диапазон углов поворота его до значений, не превышающих значений указанных выше аналогов.

Известная конструкция в основном имеет монофункциональное назначение и применение, поэтому наиболее актуальным на сегодняшний день становится вопрос разработки и создания гидрораспределителей универсального применения, сочетающих в себе многофункциональные возможности и позволяющих при этом уменьшить существующую номенклатуру конструкций гидрораспределителей с плоским поворотным золотником.

На существующем уровне техники известная конструкция гидрораспределителя аналога-прототипа не удовлетворяет разработчиков объектов применения специальным требованиям, в частности требованиям по обеспечению принципов агрегатирования и модульности исполнения составляющих элементов. Выполнение этих условий открывает возможность проводить автономную отработку технических характеристик и испытания, позволяет выполнить встройку гидрораспределителя непосредственно в корпус гидропривода, а также существенно упростить работы, связанные с монтажом и демонтажом непосредственно на объекте применения.

В аналоге-прототипе с целью реализации кинематической и шарнирной связи приводного вала с золотником в средней части вала образован участок со сферической направляющей поверхностью и радиально расположенным центральным отверстием.

Для осуществления поворотов плоского золотника относительно профилированных рабочих окон распределительной плиты в ту или другую сторону от среднего положения используется цилиндрический штифт, установленный в центральном отверстии сферического участка приводного вала с консольно выведенными наружу короткими концами, введенными в зацепление с радиально направленным внутренним пазом золотника с возможностью постоянного контактирования и взаимодействия.

Выполненная в прототипе конструкция кинематической и шарнирной связи приводного вала с золотником отличается простотой и компактностью исполнения. Однако следует отметить, что известная конструкция кинематической связи не обладает достаточной надежностью и весьма восприимчива к различного рода перегрузкам, объективно возникающим в процессе работы и от воздействия которых происходит снижение чувствительности и точности передачи управляющего сигнала от приводного вала к золотнику из-за недостаточной жесткости и податливости места (узла) сочленения кинематической связи, а также образования на сопрягаемых поверхностях цилиндрического штифта и паза золотника значительных контактных напряжений, не редко приводящих к деформации, смятию и выработке сопрягаемых поверхностей. Указанные недостатки данного технического решения в основном обусловлены сведением к минимуму плеча (радиуса) передачи золотнику управляющего усилия от приводного вала через короткобазовый цилиндрический штифт и выполнением с максимально возможным по протяженности плеча (радиуса) распределения и отсечки рабочей жидкости на золотнике.

Вопросы повышения чувствительности и точности передачи управляющего сигнала золотнику, а также рационального выбора вида сочленения пары деталей «приводной вал-золотник» с одновременным обеспечением компактности размещения в ограниченном пространстве имеют принципиальное значение и становятся наиболее актуальными в связи со специфическими особенностями работы плоских поворотных золотников.

Указанные особенности заключаются в значительном повышении статического трения - «защемления» плоских золотников, находящихся под давлением рабочей жидкости и работающих как правило в гидрораспределителях с торцовыми зазорами (щелями), не превышающими 0,005…0,008 мм.

Основная причина «защемления» плоских золотников связана с физико-молекулярными свойствами жидкости, проявляющимися в виде заращивания (облитерации) щели (зазора) адсорбированными на контактирующих поверхностях деталей полярными молекулами, при котором происходит частичное или полное «сращивание» контактирующих поверхностей с фиксированными слоями молекул.

Для того чтобы стронуть золотник с места, к нему необходимо приложить усилие, способное разрушить прослойку из молекул, связывающую поверхности золотника, после чего усилие, необходимое для перемещения золотника, снижается.

В результате указанных процессов развиваются значительные силы статического трения, которые могут в десятки раз и более превышать силы, действующие после смещения (поворота) золотника с места. При работе золотника в условиях низких температур, высоких давлений и возможном загрязнении рабочей жидкости процессы управления плоским золотником становятся еще более тяжелыми. Доля статического трения в общем балансе сил, действующих на золотник, становится столь велика, что гидрораспределитель аналога-прототипа не может удовлетворительно выполнять свои функции.

В качестве внешнего уплотнения приводного вала в конструкции гидрораспределителя аналога-прототипа применены установленные в кольцевые прямоугольные канавки вала круглые резиновые, дублирующие друг друга кольца, отличающиеся, как известно, повышенным статическим трением, неизбежно приводящим к увеличению момента страгивания плоского золотника из нейтрального положения и к снижению чувствительности и устойчивости управления, что в значительной степени ухудшает качественные характеристики следящей системы управления летательным аппаратом.

В совокупности указанные недостатки снижают показатели надежности работы известных гидрораспределителей и гидрораспределителя аналога-прототипа и ограничивают их применение в гидроприводах большой мощности с высокими скоростями выходных звеньев.

Технической задачей предлагаемого изобретения помимо сохранения известного способа компенсации гидродинамических сил гидрораспределителя-прототипа является повышение надежности работы гидрораспределителя и реализация возможности встройки гидрораспределителя непосредственно в корпус гидропривода путем создания автономного и технологичного гидрораспределителя модульного исполнения с центральным приводом, с цилиндрической монтажной поверхностью, удобного в отработке технических характеристик и исключающего его разборку перед постановкой на объект.

Технической задачей предлагаемого изобретения также является расширение эксплуатационных и компоновочных возможностей гидрораспределителей путем реализации возможности применения их в гидроприводах или рулевых системах большой мощности с высокими скоростями выходных звеньев, например для систем управления высокоманевренными летательными аппаратами, за счет более глубокого расширения существующего диапазона углов поворота управляющего вала гидрораспределителя от нейтрального положения с ±7° до ±60°.

Другой не менее важной технической задачей является создание более усовершенствованной конструкции узла сочленения кинематической связи приводного вала с плоским поворотным золотником, в котором за счет особенностей конструктивного исполнения удалось бы достигнуть наиболее эффективной трансформации управляющего сигнала от приводного вала к золотнику с поддержанием чувствительности и плавности работы в условиях воздействия облитерации, высоких давлений рабочей жидкости и низких температур преимущественно путем повышения жесткости сочленения указанной кинематической связи и выбора оптимального соотношения плеч передачи усилия от приводного вала к золотнику и распределения рабочей жидкости в золотнике относительно оси вращения.

Поставленные задачи решаются тем, что в четырехлинейном дросселирующем гидрораспределителе с плоским поворотным золотником и центральным приводом модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений, содержащем корпус, опорное кольцо, приводной вал центрального расположения, кинематически и шарнирно связанный с ним плоский поворотный золотник с распределительным каналом напора и сливными каналами, заключенный внутри опорного кольца и между нажимной шайбой и распределительной втулкой, на конец которой, обращенный к золотнику, выведены прямоугольные отверстия, соединенные с исполнительным цилиндром гидросистемы, а также глухая центральная ступенчатая расточка и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, согласно изобретению, корпус гидрораспределителя выполнен в виде полого цилиндра с двумя кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и закрытого с одного конца днищем с центральной горловиной, в которой установлен спрофилированный хвостовик приводного вала с возможностью вращательного движения, а торец открытого конца цилиндра снабжен равномерно размещенными по окружности резьбовыми отверстиями для болтов, фиксирующих и жестко соединяющих цилиндр и распределительную втулку между собой, при этом наружный диаметр втулки равен или меньше наружного диаметра цилиндра, а на ее внешней стороне образованы крепежные отверстия и три отверстия с возможностью герметичного сообщения с полостями управления исполнительным цилиндром гидросистемы и каналом напорной полости, причем торец распределительной втулки, контактирующий с опорными торцами болтов, выполнен открытым,

согласно изобретению, плоский золотник, размещенный внутри опорного кольца, конструктивно и функционально выполнен по симметрично ориентированной схеме управления и расположения его составляющих элементов и образован в виде диска с интегрированным компонентом кинематической связи, с внутренней центрирующей цилиндрической расточкой и возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями нажимной шайбы и распределительной втулки с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных дросселирующих рабочих окон, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды изменялся по линейному или близко к линейному закону, при этом на конце распределительной втулки, обращенном к золотнику, выполнено сливное отверстие, а компонент кинематической связи золотника сформирован в виде радиально направленного и сужающегося в периферийном направлении поводка-водила со сферической или укороченной цилиндрической концевой частью, выполненного за одно целое с диском, при этом оси поводка золотника и его внутренней цилиндрической расточки расположены в одной плоскости, которая является общей плоскостью симметрии, а дросселирующие рабочие окна распределительной втулки симметрично разнесены в перпендикулярном направлении относительно плоскости симметрии золотника и образованы на одной прямой - наибольшей хорде, проходящей через центральную ось поворота золотника, причем в золотнике оппозитно поводковой части сформирован распределительный канал напора в виде симметрично размещенного относительно плоскости симметрии дугообразного сквозного паза с отсечными подающими кромками прямоугольной или дугообразной формы, образованными на краях паза в зонах, обращенных в сторону расположения дросселирующих рабочих окон распределительной втулки, а сливные каналы образованы в виде выемок прямоугольной или дугообразной формы, отсечные кромки которых расположены на общей хорде так, чтобы в среднем положении золотника они совмещались с краями дросселирующих рабочих окон распределительной втулки,

согласно изобретению, указанная кинематическая и шарнирная связь приводного вала с плоским поворотным золотником конструктивно и функционально выполнена по схеме кривошипно-приводного механизма, при этом на обращенном к золотнику торцовом участке приводного вала образовано центральное расточное отверстие и за одно целое с валом сформирован кривошип в виде одноплечевого рычага, на плечевой части которого, на стороне, обращенной к золотнику, параллельно оси вала, выполнен выступ в виде спрофилированного козырька, в средней части которого образован радиально ориентированный паз с параллельными направляющими поверхностями и возможностью вхождения его во взаимное зацепление и контактирование с концевой частью поводка золотника и его поворота вокруг центральной оси на рабочие углы в противоположных направлениях, например, от среднего (исходного) положения, причем в центральных расточках приводного вала и неподвижно установленной распределительной втулки размещена закладная ось с соосно расположенными направляющими цилиндрическими ступицами и участком со сферической поверхностью, расположенным между ступицами, для взаимодействия с золотником и его самоустановки, приводной вал и золотник сцентрированы закладной осью и имеют общую ось вращения, при этом закладная ось вставлена в центральное отверстие приводного вала с гарантированным радиальным натягом, а в отверстие распределительной втулки - с минимальным гарантированным кольцевым зазором, причем отношение плеча (радиуса) поворота кривошипа управляющего вала к плечу (радиусу) распределения и отсечки рабочей жидкости золотника относительно оси вращения выбрано в соответствии с соотношением:

Rкув/Rррз=1,5…1,7, где:

Rкув - плечо (радиус) поворота кривошипа приводного вала, мм,

Rррз - плечо (радиус) распределения рабочей жидкости плоского поворотного золотника, мм,

согласно изобретению, для герметизации приводного вала и минимизации величины трения внешнее уплотнение приводного вала выполнено в виде встроенного в кольцевую расточку корпуса манжетного уплотнителя с защитным кольцом конической формы, устанавливаемого со стороны открытого конца приводного вала для предохранения герметизирующего элемента манжеты от повреждений, при этом между опорным торцом манжетного уплотнителя и стенкой корпуса установлена опорная шайба с контактной площадью, равной площади опорного торца манжетного уплотнителя, а на внешней стороне корпуса оппозитно манжетному уплотнителю концентрично центральной горловине образованы по меньшей мере две пары диаметрально и равномерно расположенных по окружности сквозных отверстий с возможностью ввода в них цилиндрических стержней (например, штырей съемника) для реализации отжима и извлечения манжетного уплотнителя из гнезда корпуса распределителя при проведении сборочно-монтажных или ремонтно-восстановительных работ гидрораспределителя.

Выполнение корпуса предложенного гидрораспределителя в виде полого цилиндра с кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и жесткое крепление с помощью крепежных болтов круглой по форме распределительной втулки к цилиндру существенно упрощает конструкцию и позволяет создать цельноблочный модуль, удобный для встройки непосредственно в гнездо корпуса гидропривода, обеспечивая его минимальные габариты и массу.

Стыковка модуля к корпусу и соединение между собой каналов осуществляется через технологичные соединительные уплотняющие втулки, широко применяющиеся в отечественной практике.

Выполнение внешнего торца распределительной плиты открытым позволяет произвести стопорение болтов проволокой, чем обеспечивается надежная работа гидрораспределителя в составе привода летательного аппарата в течение всего периода эксплуатации.

За счет выполнения золотника по симметрично ориентированной схеме управления и расположения ее основных составляющих элементов расширяются эксплуатационные и компоновочные возможности при установке гидрораспределителя на объекте применения, повышается технологичность изготовления и улучшаются условия контроля процесса более точного формирования перекрытий и расположения отсечных кромок золотника относительно рабочих окон распределительной втулки, что в конечном итоге и определяет качественные характеристики гидрораспределителя.

Оснащение плоского золотника компонентом кинематической связи, сформированным в виде радиально направленного поводка-водила со сферической или укороченной цилиндрической концевой частью с возможностью взаимодействия и контакта с пазом кривошипа приводного вала, позволяет максимально увеличить плечо поворота золотника и улучшить его работу в условиях облитерации.

Выполнение распределительного канала в золотнике в виде симметрично расположенного относительно плоскости симметрии дугообразного сквозного паза позволяет достичь значительных углов поворота золотника и, соответственно, расходов рабочей жидкости, чем реализуется возможность практического применения предлагаемого изобретения в гидроприводах систем управления летательных аппаратов с большой выходной мощностью и высокими скоростями исполнительных выходных звеньев.

Образование сливных каналов золотника в виде выемок с профилем несложной формы обеспечивает достаточную эффективность компенсации гидродинамических сил.

Исполнение кинематической и шарнирной связи приводного вала с плоским поворотным золотником в соответствии со схемой действия кривошипного механизма позволяет значительно повысить жесткость и чувствительность передачи управляющего сигнала и, соответственно, улучшить статические, динамические и эксплуатационные характеристики гидрораспределителя.

Применение в качестве внешнего уплотнения приводного вала гидрораспределителя уплотнителя манжетного типа с защитным внутренним коническим кольцом минимизирует приводной момент страгивания золотника, а введение под опорный торец манжетного уплотнителя опорной шайбы с возможностью ее отжима вместе с манжетным уплотнителем из гнезда корпуса гидрораспределителя значительно повышает уровень качества проведения сборочно-монтажных и ремонтно-восстановительных работ по гидрораспределителю.

Таким образом, заявляемое техническое решение обладает преимуществом по сравнению с аналогом-прототипом и другими известными решениями, обеспечивающим достижение поставленной задачи - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств гидрораспределителя с плоским поворотным золотником и центральным приводом.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 представлен вариант предложенного четырехлинейного дросселирующего гидрораспределителя с плоским поворотным золотником 25 и центральным приводом 7 с кривошипом 40 модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений, общий вид, разрез.

- на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 золотникового устройства с компонетном кинематической связи в виде поводка-водила 34 в исходном нейтральном положении золотника 25.

- на фиг.3 показан разрез Б-Б на фиг.2, исходное нейтральное положение золотника 25 относительно рабочего окна 20 распределительной втулки 13.

- на фиг.4 показан разрез А-А на фиг.1 золотникового устройства при отклоненном золотнике 25 на рабочий угол α° от нейтрального положения против часовой стрелки.

- на фиг.5 показан разрез В-В на фиг.4, изображено открытие напорной отсечной кромки 37 золотника 25 при его отклонении против часовой стрелки.

- на фиг.6 показан разрез Г-Г на фиг.4, изображено открытие сливной отсечной кромки 38 золотника 25 при его отклонении против часовой стрелки.

- на фиг.7 показан вид Е на фиг.1, приведен способ контровки болтов 12, стягивающих корпус 1 и распределительную втулку 13 между собой (фиг.1).

- на фиг.8 показан общий вид, разрез, вариант встроенной установки гидрораспределителя с центральным приводом в корпус гидропривода.

Гидрораспределитель состоит из корпуса - полого цилиндра 1 (фиг.1) с двумя кольцевыми уплотнительными элементами 2 на наружной цилиндрической поверхности 3 и закрытого с одного конца днищем 4 с центральной горловиной 5, в которой установлен спрофилированный хвостовик 6 приводного вала 7, опорами которого являются подшипники качения 8 и 9. На торце 10 открытого конца корпуса-цилиндра 1 расположены равномерно размещенные по окружности резьбовые отверстия 11, в которые ввернуты с определенным моментом затяжки болты 12, фиксирующие и жестко соединяющие корпус-цилиндр 1 с распределительной втулкой 13 через крепежные отверстия 14.

На внешней стороне распределительной втулки 13 образованы три отверстия 15, 16 и 17 (фиг.7) под соединительные уплотнительные втулки 18 (фиг.8). Отверстия 15 и 16 с дросселирующими окнами 19 и 20 сообщаются с полостями управления исполнительным цилиндром гидросистемы, отверстие 17 сообщается с каналом напорной полости 21 корпуса гидропривода (фиг.8). Торец 22 распределительной втулки 13 (фиг.1), контактирующий с опорными торцами болтов 12, выполнен открытым для обеспечения возможности стопорения болтов 12 контровочной проволокой 23 (фиг.7).

Во внутренней расточке корпуса-цилиндра 1 установлено опорное кольцо 24 (фиг.1), внутри которого заключен плоский золотник 25 между нажимной шайбой 26 и распределительной втулкой 13, на конец которой, обращенный к золотнику 25, выведены прямоугольные отверстия - дросселирующие рабочие окна 19, 20 (фиг.7) для подсоединения к исполнительному цилиндру гидросистемы, а также глухая центральная ступенчатая расточка 27 и каналы 28 и 29 (фиг.1, 2 и 3) для подвода и отвода рабочей жидкости соответственно.

В золотнике 25 (фиг.1, 2 и 3) выполнены распределительный канал 30 и сливные каналы 31 и 32. Золотник 25 образован в виде диска с интегрированным компонентом кинематический связи, с внутренней соосно расположенной центрирующей цилиндрической расточкой 33 (фиг.1). На конце распределительной втулки 13, обращенном к золотнику 25, выполнено сливное отверстие 29 (фиг.1, 3, 7).

Компонент кинематической связи золотника 25 сформирован в виде радиально направленного и сужающегося в периферийном направлении поводка-водила 34 (фиг.1, 2) с укороченной цилиндрической концевой частью 35, выполненного за одно целое с диском, при этом оси поводка-водила 34 золотника 25 и его внутренней цилиндрической расточки 33 (фиг.1) расположены в одной плоскости, являющейся общей плоскостью симметриии С-С (фиг.2).

Дросселирующие рабочие окна 19 и 20 (фиг.2, 3) распределительной втулки 13 симметрично разнесены в перпендикулярном направлении относительно плоскости симметрии С-С и образованы на одной прямой - наибольшей хорде 36, проходящей через центральную ось поворота золотника 25.

В золотнике 25 опозитно поводковой части 34 сформирован распределительный канал напора 30 в виде симметрично размещенного относительно плоскости симметрии С-С дугообразного сквозного паза с отсечными подающими кромками 37 (фиг.3) прямоугольной или дугообразной формы, а сливные каналы 31 и 32 выполнены в виде выемок прямоугольной или дугообразной формы, отсечные кромки 38 которых совмещены с краями прямоугольных окон 19, 20 распределительной втулки 13 при среднем положении золотника 25.

Кинематическая и шарнирная связь приводного вала 7 с плоским поворотным золотником 25 выполнена по схеме кривошипно-приводного механизма (фиг.1), при этом на обращенном к золотнику 25 торцовом участке приводного вала 7 образовано центральное расточное отверстие 39 и за одно целое с валом 7 сформирован кривошип в виде одноплечевого рычага 40 (фиг.1, 2), на плечевой части которого, на стороне, обращенной к золотнику 25, параллельно оси вала 7, выполнен выступ в виде спрофилированного козырька 41 (фиг.1, 2), в средней части которого образован радиально ориентированный паз 42 (фиг.2) с параллельными направляющими поверхностями и возможностью вхождения его во взаимное зацепление и контактирование с концевой частью 35 поводка 34 золотника 25.

В центральных расточках 39 и 27 приводного вала 7 и неподвижно установленной распределительной втулки 13 размещена закладная ось 43 с соосно расположенными направляющими цилиндрическими ступицами 44 и 45 и участком 46 со сферической поверхностью, расположенным между ступицами, для взаимодействия с золотником 25.

Для герметизации и минимизации величины трения внешнее уплотнение приводного вала выполнено в виде встроенного в кольцевую расточку 47 корпуса 1 манжетного уплотнителя 48 (фиг.1) с защитным кольцом конической формы 49, устанавливаемого со стороны открытого конца приводного вала 7 для предохранения герметизирующего элемента 50 манжетного уплотнителя 48 от повреждений, при этом между опорным торцом манжетного уплотнителя 48 и стенкой корпуса 1 установлена опорная шайба 51 с контактной площадью, равной площади опорного торца манжетного уплотнителя 48, а на внешней стороне корпуса 1 оппозитно манжетному уплотнителю 48 концентрично центральной горловине 5 образованы диаметрально и равномерно расположенные по окружности сквозные отверстия 52 для реализации отжима и извлечения манжетного уплотнителя 48 из гнезда - кольцевой расточки 47 гидрораспределителя при помощи, например, штыревого съемника при проведении сборочно-монтажных или ремонтно-восстановительных работ.

Гидрораспределитель работает следующим образом (фиг.1, 4).

При повороте приводного вала 7 из исходного нейтрального положения на рабочий угол α° (например, против часовой стрелки) синхронно ему через кривошипное звено 40 поворачивается вокруг своей оси золотник 25 до положения, показанного на фиг.4 и 5, при этом в распределительной втулке 13 открываются спрофилированные дросселирующие рабочие окна 19 и 20. Поток рабочей жидкости из полости нагнетания - распределительного канала 30 золотника 25 проходит в дросселирующее окно 20, полостное отверстие 16 (фиг.7) и далее в гидродвигатель, перемещая его исполнительный шток в одно из крайних положений. Из гидродвигателя поток рабочей жидкости проходит через полостное отверстие 15 (фиг.6) и окно 19 распределительной втулки 13, попадает во внутреннюю полость гидрораспределителя и вытекает через канал слива 29.

Следует отметить, что при прохождении рабочей жидкости под давлением из распределительного канала 30 золотника 25 в окно 20 распределительной втулки 13 возникает, как известно, реактивная гидродинамическая сила, горизонтальная составляющая которой создает сопротивление приводному моменту и стремится вернуть золотник в среднее нейтральное положение.

В предложенном гидрораспределителе при движении рабочей жидкости из гидродвигателя через полостное отверстие 15 и окно 19 распределительной втулки 13 и далее по спрофилированной выемке 32 (фиг.6) золотника 25 рабочая жидкость меняет направление движения при переходе с одной стенки спрофилированной выемки 32 на другую. В результате возникает гидродинамическая сила, создающая момент, совпадающий по направлению с приводным моментом, т.е. действующий в сторону открытия подающей кромки 37 (фиг.4 и 5), при этом требуемая величина приводного момента уменьшается, а чувствительность и точность управления значительно повышаются.

При повороте приводного вала 7 из нейтрального исходного положения в другое - противоположное положение процесс работы гидрораспределителя протекает аналогично описанному, при этом исполнительный шток гидродвигателя перемещается в противоположную сторону.

Выполнение четырехлинейного дросселирующего гидрораспределителя в виде технологичного цельноблочного модуля с возможностью его встройки непосредственно в корпус гидропривода позволило обеспечить проведение автономной отработки технических характеристик гидрораспределителя, уменьшить его габариты и массу, улучшить условия и качество проведения ремонтно-восстановительных работ, а за счет достижения значительных углов поворота золотника с реализацией выполнения кинематической связи приводного вала с плоским поворотным золотником в виде кривошипно-приводного механизма удалось решить задачу применения предлагаемого изобретения в гидроприводах систем управления летательных аппаратов с большими выходными мощностями и высокими скоростями исполнительных выходных звеньев, с достаточным запасом статической и динамической устойчивости.

Таким образом, заявленная совокупность конструктивных признаков предлагаемого изобретения обуславливает получение технического результата - создание гидрораспределителя, отвечающего критериям высокой надежности за счет расширения функциональных возможностей, повышения долговечности, технико-экономических и эксплуатационных качеств, что подтверждается результатами проведения заводских испытаний и опытом эксплуатации.

Гидрораспределитель применяется в гидроприводах с ручным или дистанционным управлением. Гидрораспределитель выполнен с плоским поворотным золотником и центральным приводом в виде единого блока-модуля с возможностью удобного и легкого встраивания непосредственно в корпус гидропривода. Значительно расширен диапазон углов поворота приводного вала и золотника от нейтрального исходного положения с обеспечением его гидродинамической разгрузки. В гидрораспределителе выполнена шарнирная связь приводного вала с плоским поворотным золотником в виде кривошипно-приводного механизма. Технический результат - повышение надежности, технико-экономических и эксплуатационных качеств, повышение эффективности управления золотником и стабильность выходных параметров гидрораспределителя. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Четырехлинейный дросселирующий гидрораспределитель с плоским поворотным золотником и центральным приводом модульного исполнения для встроенного монтажа и высоких давлений, содержащий корпус, опорное кольцо, приводной вал центрального расположения, кинематически и шарнирно связанный с ним плоский поворотный золотник с распределительным каналом напора и сливными каналами, заключенный внутри опорного кольца и между нажимной шайбой и распределительной втулкой, на конец которой, обращенный к золотнику, выведены прямоугольные отверстия, соединенные с исполнительным цилиндром гидросистемы, а также глухая центральная ступенчатая расточка и каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, отличающийся тем, что корпус гидрораспределителя выполнен в виде полого цилиндра с двумя кольцевыми уплотнительными элементами на наружной цилиндрической поверхности и закрытого с одного конца днищем с центральной горловиной, в которой установлен спрофилированный хвостовик приводного вала с возможностью вращательного движения, а торец открытого конца цилиндра снабжен равномерно размещенными по окружности резьбовыми отверстиями для болтов, фиксирующих и жестко соединяющих цилиндр и распределительную втулку между собой, при этом наружный диаметр втулки равен или меньше наружного диаметра цилиндра, а на ее внешней стороне образованы крепежные отверстия и три отверстия с возможностью герметичного сообщения с полостями управления исполнительным цилиндром гидросистемы и каналом напорной полости, причем торец распределительной втулки, контактирующий с опорными торцами болтов, выполнен открытым.

2. Четырехлинейный дросселирующий гидрораспределитель с плоским поворотным золотником и центральным приводом по п.1, отличающийся тем, что плоский золотник, размещенный внутри опорного кольца, конструктивно и функционально выполнен по симметрично ориентированной схеме управления и расположения его составляющих элементов и образован в виде диска с интегрированным компонентом кинематической связи, с внутренней центрирующей цилиндрической расточкой и возможностью одновременного контакта своими торцовыми поверхностями с плоскостями нажимной шайбы и распределительной втулки с перекрытием у последней ее дугообразных или прямоугольных дросселирующих рабочих окон, спрофилированных таким образом, чтобы в период прохождения окон плоским золотником расход рабочей среды изменялся по линейному или близко к линейному закону, при этом на конце распределительной втулки, обращенном к золотнику, выполнено сливное отверстие, а компонент кинематической связи золотника сформирован в виде радиально направленного и сужающегося в периферийеном направлении поводка-водила со сферической или укороченной цилиндрической концевой частью, выполненного за одно целое с диском, при этом оси поводка золотника и его внутренней цилиндрической расточки расположены в одной плоскости, которая является общей плоскостью симметрии, а дросселирующие рабочие окна распределительной втулки симметрично разнесены в перпендикулярном направлении относительно плоскости симметрии золотника и образованы на одной прямой - наибольшей хорде, проходящей через центральную ось поворота золотника, причем в золотнике оппозитно поводковой части сформирован распределительный канал напора в виде симметрично размещенного относительно плоскости симметрии дугообразного сквозного паза с отсечными подающими кромками прямоугольной или дугообразной формы, образованными на краях паза в зонах, обращенных в сторону расположения дросселирующих рабочих окон распределительной втулки, а сливные каналы образованы в виде выемок прямоугольной или дугообразной формы, отсечные кромки которых расположены на общей хорде так, чтобы в среднем положении золотника они совмещались с краями дросселирующих рабочих окон распределительной втулки.

3. Четырехлинейный дросселирующий гидрораспределитель с плоским поворотным золотником и центральным приводом по п.1, отличающийся тем, что указанная кинематическая и шарнирная связь приводного вала с плоским поворотным золотником конструктивно и функционально выполнена по схеме кривошипно-приводного механизма, при этом на обращенном к золотнику торцовом участке приводного вала образовано центральное расточное отверстие и за одно целое с валом сформирован кривошип в виде одноплечевого рычага, на плечевой части которого на стороне, обращенной к золотнику, параллельно оси вала выполнен выступ в виде спрофилированного козырька, в средней части которого образован радиально ориентированный паз с параллельными направляющими поверхностями и возможностью вхождения его во взаимное зацепление и контактирование с концевой частью поводка золотника и его поворота вокруг центральной оси на рабочие углы в противоположных направлениях, например, от среднего (исходного) положения, причем в центральных расточках приводного вала и неподвижно установленной распределительной втулки размещена закладная ось с соосно расположенными направляющими цилиндрическими ступицами и участком со сферической поверхностью, расположенным между ступицами, для взаимодействия с золотником и его самоустановки, приводной вал и золотник сцентрированы закладной осью и имеют общую ось вращения, при этом закладная ось вставлена в центральное отверстие приводного вала с гарантированным радиальным натягом, а в отверстие распределительной втулки - с минимальным гарантированным кольцевым зазором, причем отношение плеча (радиуса) поворота кривошипа приводного вала к плечу (радиусу) распределения и отсечки рабочей жидкости в золотнике относительно оси вращения выбрано в соответствии с соотношением
Rкув/Rррз=1,5…1,7,
где Rкув - плечо (радиус) поворота кривошипа приводного вала, мм;
Rppз - плечо (радиус) распределения рабочей жидкости плоского поворотного золотника, мм.

4. Четырехлинейный дросселирующий гидрораспределитель с плоским поворотным золотником и центральным приводом по п.1, отличающийся тем, что для герметизации приводного вала и минимизации величины трения внешнее уплотнение приводного вала выполнено в виде встроенного в кольцевую расточку корпуса манжетного уплотнителя с защитным кольцом конической формы, устанавливаемого со стороны открытого конца приводного вала для предохранения герметизирующего элемента манжеты от повреждений, при этом между опорным торцом манжетного уплотнителя и стенкой корпуса установлена опорная шайба с контактной площадью, равной площади опорного торца манжетного уплотнителя, а на внешней стороне корпуса оппозитно манжетному уплотнителю концентрично центральной горловине образованы, по меньшей мере, две пары диаметрально и равномерно расположенных по окружности сквозных отверстий с возможностью ввода в них цилиндрических стержней (например, штырей съемника) для реализации отжима и извлечения манжетного уплотнителя из гнезда корпуса распределителя при проведении сборочно-монтажных или ремонтно-восстановительных работ гидрораспределителя.