Гидравлический дроссельный привод Советский патент 1992 года по МПК F01L5/06 F15B13/44 

Изобретение относится к системам приводов и может быть использовано в гидравлических и пневматических приводах с дроссельным управлением скоростью.

Известим гидравлические дроссельные приводы, содержащие гидродвигатели и распределители с четырехкромочными золотниками, в которых с целью получения максимального коэффициента усиления по давлению начальные перекрытия сливных и напорных щелей распределителей выполняются равными (симметричными).

Использование подобных золотников приводит к появлению в скоростных характеристиках привода больших зон нечувствительности из-за относительно высокого (равного половине давления питания) уровня давлений в рабочих полостях исполнительного гидродвигателя при нейтральном положении золотника и соответствующего возрастания момента сил сухого трения в гидродвигателе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является электрогидравлический привод с обратной связью по скорости, содержащий гидродвигатель и гидроусилитель, в котором с целью повышения ресурса гидродвигателя сливные рабочие окна четырехкромочного золотникового механизма выполнены с отрицательным перекрытием кромок золотника и гильзы, а напорные - с положительным.

Недостатком известного устройства является возрастание порога чувствительности привода и зоны нечувствительности его скоростной характеристики из-за низкого значения его коэффициента усиления по давлению, обусловленного недифференциальным по ходу золотника характером изме- нения давлений в рабочих полостях гидродвигателя (в этом случае давление в одной из них равняется давлению слива).

Цель изобретения - повышение чувствительности привода и улучшение линейности его статических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что напорные и сливные окна распределительного механизма привода выполнены с образованием при нейтральном положении золотника дроссельных щелей, гидравлические проводимости которых связаны между собой соотношением вел

Gnn

ел

с

I

о

1

з,

где Сел и Снп - суммарные проводимости сливных и напорных дроссельных щелей при нейтральном положении золотника соответственно.

Аналитическое исследование зависимости относительной величины порога чувствительности привода от соотношения гидравлических проводимостей сливных и напорных щелей распределителя, выполненное на основе его линейной модели в предположении, что момент сил сухого трения в гидродвигателе прямо пропорционален значению уровня начальных давлений в рабочих полостях последнего, и экспериментальные исследования показывают, что отношение указанных гидравлических проводимостей не должно превышать трех раз,

Величина уровня начальных давлений Рно в рабочих полостях гидродвигателя находится в этом случае в пределах 0,5 (Рп Рсл) Рно 0,1(РП - Рсл), где Рп И Рсл давления питания и слива привода соответственно.

На фиг.1 представлена принципиальная схема привода; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - графики зависимостей уровней начальных давлений в рабочих полостях гидродвигателей с утечками, перетечками и без них и относительной величины порога чувствительности приводов с такими двигателями от отношения начальных значений проводимостей сливных и напорных дросселирующих щелей золотникового распределителя.

Гидравлический дроссельный привод содержит четырехкромочный золотник 1, установленный в гильзе 2, имеющей напорные отсечные кромки 3-6 напорных окон 7 и 8, которые расположены против напорных отсечных кромок 9 и 10 золотника 1 и сливные отсечные кромки 11-14 сливных окон 15 и 16, расположенных против сливных отсечных кромок 17 и 18 золотника 1.

Кроме того, привод включает в себя гидродвигатель 19, рабочие полости 20 и 21 которого гидравлически связаны с рабочими камерами 22 и 23 золотника 1.

Золотник 1 на фиг.1 выполнен таким образом, чтобы при расположении его (в так называемой гидронейтрали), когда давления в его рабочих камерах 22 и 23 сравниваются, суммарная гидравлическая проводимость сливных дросселирующих щелей, образованных сопредельными поверхностями золотника и гильзы в районе перекрытий сливных окон гильзы крайними буртиками золотника была больше суммарной гидравлической проводимости напорных дросселирующих щелей распределителя, но не более, чем в 3 раза.

Привод работает следующим образом, Перемещение золотника 1 в ту или иную сторону от своей гидронейтрали и связанные с ним изменения перекрытий и суммарныхвеличингидравлических

проводимостей четырех групп дросселирующих щелей - в данном случае в каждой группе по две одноименные щели - приводит к изменению давлений Pi и Р2 в рабочих

0 камерах 22 и 23 золотника и полостях 20 и 21 гидродвигателя.

Перепад давлений ДР - Pi - Р2 на гидродвигателе равномерно возрастает по ходу золотника до тех пор, пока его величина

5 не превысит некоторый предел, определяемый силами сухого трения в узлах двигателя, после чего выходной вал двигателя приобретает отличную от нуля скорость. Считая входом привода перемещение рас0 пределительного золотника, а выходом.- скорость выходного вала двигателя можно утверждать, что достижение поставленной цели обеспечивается минимизацией порога чувствительности привода. Его величина за5 висит от коэффициента момента сил сухого трения конкретного двигателя, от коэффициентов утечек перетечек последнего и ко- эффициечта усиления привода по давлению.

0 Для разнообразных гидродвигателей, но главным образом вращательных типов, характерна прямопропорциомальная зависимость значений вектора или момента сил сухого трения от уровня начальных давле5 ний в их рабочих полостях

Под уровнем начальных давлений понимается значение равновесного давления в каждой из полостей при нейтральном положении золотника распределителя.

0 Его величина зависит от соотношения проводимостей сливных и напорных щелей золотника и от расхода утечек гидродвигателя.

Эффект роста влияния сил сухого тре5 ния при повышении этого уровня объясняется увеличением напряжений в уплотнениях и отжимом неуплотненных плоских или цилиндрических трущихся поверхностей роторов двигателей.

0

Особенно характерна эта зависимость для аксиально-плунжерных гидромоторов с вращающимся блоком цилиндров, в которых момент сил сухого трения при началь5 ных давлениях в рабочих полостях, равных половине давления питания (,5Рп) привода, составляет 40-50% от максимального значения момента, развиваемого на выходном валу. Уменьшение уровня начальных давлений до ,2Рп

снижает момент сил сухого трения на порядок.

Учитывая линейный характер зависимости сил сухого трения в двигателе от уровня начальных давлений в его рабочих полостях при нейтральном положении золотников и жесткую связь коэффициента усиления привода по давлению с величиной начальных гидравлических проводимостей сливных и напорных дросселирующих щелей, можно указать рациональное соотношение этих проводимостей, полученное из условия минимизации порога чувствительности рассматриваемого привода. Выражение коэффициента усиления по давлению привода с четырехщелевым золотником распределителем в виде:

i-djP i Q-O - 8 а2 . Рп dx %0и (1 +а2)2 хт

d

где

- коэффициент усиления распределителя по давлению;

Х,ХМ - перемещение золотника и его максимальное значение соответственно;

Q - расход перетечек рабочей жидкости в двигателе;

а-отношение гидравлических проводимостей сливных и напорных дросселирующих щелей распределителя.

Отсюда перепад давления, необходимый для страгивания гидродвигателя с пропорциональной зависимостью момента сил сухого трения от начального уровня давлений в рабочих камерах

Рт

КтРр

Км

8а

2 2

(1+а)

Рп Хт

Хп

где Км, Кт - коэффициенты моментов двигателя и сил сухого трения соответственнс ;

Ро - начальный уровень давлений в рабочих камерах гидродвигателя при нейтральном положении золотника;

Хс- порог чувствительности привода по входу.

Подставляя в это выражение зависимость давления Р0 от отношения начальных гидравлических проводимостей сливных и напорных щелей

1

Ро

-Рп,

1 +а

получим формулу определения относительной величины порога чувствительности Х0 привода в зависимости от параметра а без учета злияния утечек и перетечек жидкости в двигателе:

Х0

1 +а 8а2

где Х0

Хо Км

0

5

0

5

Xm KT

На фиг.З показан график этой зависимости (кривая 1) из которого видно, что понижать с целью уменьшения величины Х0 начальный уровень давлений в полостях гидродвигателя путем увеличения начальной гидравлической проводимости сливных дросселирующих щелей в приводе без утечек и перетечек не имеет смысла после превышения значением параметра а величины 3.

Можно показать, что графики зависимости относительной величины порога чувствительности X привода с учетом перетечек (кривая 2) или утечек (кривая 3) в двигателе имеют аналогичный характер и располагаются почти эквидистантно выше кривой 1.

На фиг.З показана кривая 4 изменения начального уровня давлений в рабочих полостях двигателя в функции параметра а.

Кривая изменения начального уровня давлений в рабочих полостях двигателя при наличии перетечек между ними совпадает с этой кривой.

Величина этого уровня при выполнении соотношения

Сосл 0 ;о ,

0

5

0

5

0

5

с учетом давления слива получается равной

-0,1 (Рп-Рсл).

Кривые изменения начального уровня давлений в рабочих полостях гидродвигателя при наличии утечек из них в зависимости от их величины и значения параметра а будут всегда располагаться ниже аналогичной кривой для приводов с перетечкоми и без них например кривая 5.

В процессе испытаний золотниковых пар непосредственно фиксируются не геометрические размеры деталей, а гидравлические параметры - характерные давления и расходы, косвенно характеризующие влияние многочисленных факторов на гидравлическую проводимость золотниковой пары и характеристики привода в целом. Поэтому параметры устройств и их соотношения между собой, так или иначе рационализирующие его работу, в данном случае следует задавать не в виде линейных размеров, которые трудно, а иногда, как в варианте с прерывистыми проходными окнами, бессмысленно контролировать, но в виде доступных измерению и расчету гидравлических параметров - проводимости и давления.

Формула изобретения

Гидравлический дроссельный привод, содержащий гидродвигатель и золотниковый распределитель с четырехкромочным золотником, установленным с образованием сливных и напорных дроссельных щелей с окнами гильзы, имеющей два сливных окна с меньшим перекрытием кромок золотника, чем два ее напорных окна, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и линейности статических характеристик привода, напорные и сливные окна выполнены с образованием при

нейтральном положении золотника дроссельных щелей, гидравлические проводимости которых связаны соотношением:

1

ЭНП

з,

где бел, Снг - суммарные проводимости сливных и напорных дроссельных щелей при нейтральном положении золотника соответственно.

Сущность изобретения: четырехкромоч- ный золотник распределителя установлен с образованием сливных и напорных дроссельных щелей с окнами гильзы. Гильза имеет два сливных окна с меньшим перекрытием кромок золотника, чем два напорных окна. Окна образуют при нейтральном положении золотника дроссельные щели, гидравлические проводимости которых связаны заданным соотношением. 3 ил.

/У 75 77

20

Фиг. 2

ю

73 18

/ /

Рп

/

X

I

щтшя

23 К

7Ј

Рг

ел

7

p ; о

Физ. J