Применение гидроаппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Направляющая и регулирующая подсистема

Управление энергией рабочей жидкости, поступающей от источника (от энергообеспечивающей подсистемы) к исполнительным механизмам, осуществляется устройствами, входящими в состав направляющей и регулирующей подсистемы, которые обобщенно называют гидроаппаратами. В соответствии с решаемыми задачами гидроаппараты данной подсистемы делят на две группы: направляющие и регулирующие.

Направляющие гидроаппараты управляют пуском, остановом и направлением потока жидкости.

Регулирующие гидроаппараты управляют расходом жидкости, ее давлением, или расходом и давлением одновременно.

Классификация гидроаппаратов по функциональному признаку приведена на рис.1.

Рис. 1. Классификация гидроаппаратов

В этих гидроаппаратах воздействие на поток рабочей жидкости осуществляется посредством подвижных запорно-регулирующих элементов (ЗРЭ), за счет изменения величины проходного сечения канала, через который движется рабочая жидкость. Управление перемещением ЗРЭ осуществляется либо за счет внешнего воздействия (оператором или управляющим сигналом), либо под действием самого потока жидкости, например, из-за изменения давления или расхода.

В зависимости от назначения гидроаппарата, его проходное сечение может меняться дискретно (канал полностью закрыт - канал полностью открыт), или плавно, когда канал может приоткрываться на какую-то величину. Дискретный режим работы характерен для направляющих аппаратов, а в регулирующих ЗРЭ находится в промежуточном положении, определяемом параметрами потока рабочей жидкости.

По конструктивному исполнению ЗРЭ различают гидроаппараты клапанного, золотникового и кранового типов (рис. 2).

В гидроаппаратах клапанного типа (рис. 2, а) ЗРЭ перемещается вдоль осевой линии потока. Достоинства такого конструктивного решения очевидны: обеспечение полной герметичности при отсечении одной гидролинии от другой, пониженная чувствительность к воздействию загрязнителей, а также высокое быстродействие. ЗРЭ может быть выполнен в виде шара, конуса, иглы или диска (тарелки).

К недостаткам гидроаппаратов клапанного типа можно отнести следующее: требуются значительные усилия для перемещения ЗРЭ, что необходимо для преодоления сил, возникающих от давления рабочей жидкости на ЗРЭ, или сил сопротивления пружин, прижимающих ЗРЭ к седлу клапана.

Рис. 2. Принцип действия гидроаппаратов клапанного (а), золотникового (б) и кранового (в) типов

В гидроаппаратах золотникового типа (рис 2, б) ЗРЭ перемещается перпендикулярно осевой линии потока рабочей жидкости. В подобных аппаратах усилие, обусловленное давлением рабочей жидкости на ЗРЭ, не приводит к какому-либо его смещению (т.е. золотник гидравлически разгружен*). Для перемещения ЗРЭ необходимо преодолеть только силы трения между ним и корпусом, что является достоинством такого конструктивного решения. Недостатком гидроаппаратов золотникового типа является наличие гарантированного зазора между золотником и расточкой корпуса, поскольку он является причиной появления утечек рабочей жидкости, а его засорение может привести к заклиниванию ЗРЭ.

Запорно-регулирующий элемент гидроаппаратов кранового типа (рис. 2, в) может иметь форму цилиндра, сферы или конуса, которые проворачиваются вокруг своей оси под воздействием внешнего управляющего усилия. Гидроаппараты кранового типа не нашли широкого применения в гидроприводах строительных, путевых и подъемно-транспортных машин.

Для правильной коммутации аппаратов между собой во время монтажа гидросистем, их присоединительные отверстия маркируют латинскими буквами (ГОСТ 24242-80):

Назначение отверстия	Обозначение
Подвод рабочей жидкости под давлением (вход)	Р
Отвод рабочей жидкости в бак (слив)	Т
Подача рабочей жидкости к другим гидравлическим устройствам (выход)	А, В
Дренажный отвод жидкости	L
Подключение потоков управления	X, Y

К основным параметрам гидроаппаратов относятся:

условный проход D_y-диаметр условного отверстия, площадь которого равна максимальному значению площади проходного сечения гидроаппарата;

номинальное давление р_ном - наибольшее давление рабочей жидкости, при котором гидроаппарат должен работать в течение установленного ресурса (срока службы) с сохранением своих параметров в пределах установленных норм;

номинальный расход Q_HOM - расход жидкости определенной вязкости, проходящей через аппарат, при котором он выполняет свое назначение с сохранением параметров в пределах установленных норм.

Примечание * Без учета гидродинамических сил, действующих на кромках золотника при обтекании их потоком рабочей жидкости.

Направляющие гидроаппараты

Направляющие гидроаппараты - распределители, обратные клапаны, гидрозамки - обеспечивают течение жидкости в каналах гидросистемы в различных направлениях, практически не влияя на основные параметры потока - давление и расход. Для этих гидроаппаратов характерно выполнение своих функций путем полного открытия или закрытия рабочих проходных сечений.

Гидрораспределители

Гидрораспределители предназначены для изменения направления или пуска и остановки потока рабочей жидкости в двух или более линиях в зависимости от наличия внешнего управляющего воздействия. Они позволяют реверсировать движение рабочих органов, останавливать их (трехпозиционные распределители), а также выполнять другие операции в соответствии с гидросхемой распределителя. Запорно-регулирующий элемент имеет вид золотника с осевым движением или крана с поворотным движением. В положении золотника распределителя ГР, показанном на рис. 3, основной поток рабочей жидкости Q из напорной линии Р по линии А поступает в штоковую полость гидродвигателя ГД, а из поршневой полости вытесняется через линию В и распределитель в сливную линию Т. После переключения распределителя вправо (или поворота ручки на 45°) направление потока реверсируется (Р-ГР-В-ГД-А-ГР-Т), в результате чего изменяется направление движения рабочего органа. Трехпозиционные распределители имеют дополнительно среднюю позицию, в которой возможна остановка ГД.

а) б)

Рис. 3. Схемы действия распределителей золотникового (а) и кранового (б) типов

Функциональные возможности распределителей характеризуются рядом параметров:

-количество коммутируемых гидролиний,

-количество позиций переключения,

-нормальная позиция (позиция, занимаемая ЗРЭ распределителя при отсутствии управляющего воздействия),

-способ управления.

В условном графическом обозначении распределителей каждая из возможных позиций его ЗРЭ обозначается квадратом, внутри которого показана схема внутренних соединений: линиями со стрелками изображают направления потока рабочей жидкости, а тупиковой линией с поперечной чертой - закрытые каналы (рис. 4). Поскольку рассмотренная модель распределителя осуществляет коммутацию двух гидролиний (А и Р), а его ЗРЭ при этом может занимать две позиции (левая - поток рабочей жидкости перекрыт, правая - поток рабочей жидкости пропускается), то такой распределитель можно назвать двухлинейным двухпозиционным распределителем. Чтобы охарактеризовать возможности распределителей по коммутации гидролиний, используют дробное цифровое обозначение, где в числителе указывают количество коммутируемых распределителем гидролиний, а в знаменателе - количество занимаемых его ЗРЭ позиций. В соответствии с этим на рис. 4 представлена модель и условное графическое обозначение 2/2-распределителя

Рис. 4. Модель и принцип построения условного графического обозначения 2/2-распределителя

Переключение распределителей выполняется посредством перемещения их ЗРЭ из одной позиции в другую в результате внешних управляющих воздействий.

Виды управления: ручное; ножное; механическое; гидравлическое или пневматическое; электрическое (с помощью электромагнитов); комбинированное.

В табл. 1 приведены стандартные условные графические обозначения наиболее распространенных устройств и способов управления гидравлическими распределителями.

Таблица 1

На принципиальных гидравлических схемах условные графические обозначения распределителей изображают таким образом, чтобы линии связи (рабочие гидролинии) были подведены к квадрату, обозначающему, исходную позицию распределителя

Чтобы получить представление о работе распределителя, следует мысленно передвинуть относительно линий связи соответствующий квадрат в обозначении на то место, которое на схеме занимает квадрат, изображающий исходную позицию распределителя. На рис.5 распределитель коммутирует между собой три линии (Р, А, Т) и может занимать две позиции а и b.

Рис.5. Управление гидроцилиндром одностороннего действия

В исходной позиции (рис. 5.5, а) 3/2-распределитель* перекрывает поток жидкости от насоса к гидроцилиндру, весь расход через предохранительный клапан поступает в бак (исходной является позиция b распределителя, поскольку справа на него «действует» пружина). Поршневая полость гидроцилиндра одностороннего действия связана с линией слива, под действием возвратной пружины его шток втянут. При появлении управляющего воздействия распределитель переключается в позицию а (рис. 5.5, б). Жидкость поступает в цилиндр, его шток выдвигается. При полностью выдвинутом штоке, давление в цилиндре будет определяться настройкой предохранительного клапана.

После отпускания кнопки распределитель под действием возвратной пружины переключается в исходную позицию и гидроцилиндр возвращается в исходное положение.

гидравлический распределитель гидроаппарат

Золотниковые гидравлические распределители

В золотниковых распределителях (рис. 6) изменение коммутации подведенных к ним гидролиний осуществляется при осевом смещении цилиндрического запорно-регулирующего элемента - золотника.

Рис. 6. Золотниковый распределитель

Золотник 4, имеющий два соединенных между собой буртика 3 и 5, расположен в продольной цилиндрической расточке 2 корпуса 1. Рабочие каналы Р и А связаны с кольцевыми расточками 8, между кромками которых 7 и кромками 6 буртов собственно и образуется проходное сечение распределителя. Перемещение золотника в цилиндрической расточке возможно только при наличии зазора между ним и корпусом, что сопровождается утечками рабочей жидкости из-за разности давлений в рабочих каналах распределителя. Ограничить утечки можно уменьшая зазор, однако обеспечить зазор менее 10 мкм технологически трудно*.

При приложении управляющего воздействия на золотник распределителя приходится преодолевать только силы трения и возвратной пружины (при ее наличии). Силы же, создаваемые давлением жидкости, уравновешиваются благодаря равенству площадей противолежащих торцов золотника (золотник гидравлически разгружен).

Сила трения в золотниковой паре (золотник-корпус) зависит от времени пребывания золотника в состоянии покоя под давлением и возникает вследствие защемления буртиков, по которым происходит утечка рабочей жидкости. Защемление золотника обусловлено неравномерным распределением давления в диаметральном зазоре (рис. 7, а).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.7. Действие давления на буртик золотника

Чтобы избежать защемления золотника, на его буртиках выполняют цилиндрические разгрузочные проточки (рис. 7, б), в которых гарантировано наличие жидкости под давлением. Под действием давления по всему периметру буртика золотник оказывается как бы вывешенным в расточке на масляной пленке, что обеспечивает его нормальную подвижность.

Для страгивания с места золотника, который долго не двигался, необходимо большее усилие, чем для дальнейшего перемещения еще и в связи с облитерацией - зарастанием зазора адсорбированными на поверхностях золотника и корпуса молекулами.

Рассмотрим некоторые конструкции золотниковых распределителей. На рис. 8 представлен гидравлический 3/2-распределитель с управлением от нажимной кнопки и пружинным возвратом (такой же как на рис.5). Когда управляющее воздействие на толкатель 1 отсутствует, пружина 3 устанавливает золотник 2 в крайнее левое положение, которое является для данной конструкции нормальной позицией. При этом канал Р перекрыт, а канал А связан с каналом слива Т. При наличии управляющего воздействия на толкатель 1 (в данном случае при нажатии на кнопку оператором) золотник 2, сжимая пружину 3 смещается в правую позицию, при которой каналы питания Р и потребителя А соединяются, а канал слива Т перекрывается. Линия дренажа L предусмотрена для отвода утечек.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. 3/2-гидро-распределитель

Традиционно 3/2-распределители используются для управления нереверсивными гидромоторами и гидроцилиндрами одностороннего действия.

Для управления реверсивными гидромоторами и цилиндрами двустороннего действия обычно применяют 4/2 или 4/3 -распределители (рис. 9 и рис. 10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.9. 4/2-гидрораспределитель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10. 4/3-гидрораспределитель с ручным управлением

При отсутствии управляющего воздействия, золотник 5 под действием пружин 4 и 6 устанавливается в нейтральную (среднюю) позицию, все каналы распределителя оказываются перекрытыми. При повороте рычага 1, он, вращаясь вокруг шарового шарнира 2, через толкатель 3 смещает золотник 5 в ту или иную сторону, что приводит к смене схемы коммутации каналов, согласно приведенному условному графическому обозначению.

В гидроприводе, схема которого изображена на рис. 11, в исходном положении (рис. 11, а) полости цилиндра заперты, его выходное звено находится в позиции, определяемой предыдущей управляющей командой. При переводе золотника распределителя посредством рычага в рабочую позицию а, шток цилиндра начнет втягиваться (рис. 11, б).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Управление гидроцилиндром двустороннего действия посредством 4/3-распределителя

В момент, когда шток займет требуемое положение, управляющее воздействие на золотник прекращают. Это сопровождается автоматической (под действием центрирующих пружин) установкой золотника распределителя в нейтральную позицию 0 и остановку цилиндра в новом положении (рис. 11, в).

Пример переключения 4/3-распределителя представлен также на рис. 12.

В первой (исходной) позиции все линии, подходящие к гидрораспределителю, разобщены, т. е. перекрыты. Во второй позиции попарно соединены линии Р я А, В я Т, ав третьей - Р и В, А и Т. Такой гидрораспределитель является реверсивным, и используется очень часто в гидросхемах строительных и дорожных машин.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12. Переключение 4/3-распределителя

Позиции, которые могут занимать ЗРЭ трехпозиционных распределителей обозначают буквами «а», «в» и «0», где «а» - соответствует крайнему левому положению ЗРЭ, «в» - крайнему правому, а «0» - нейтральному или среднему положению. Двухпозиционные распределители могут занимать только положения «а» и «в».

Для систематизации разнообразных схемных решений распределителей каждому из них присвоен номер исполнения по гидросхеме.

В процессе переключения распределителей, по ходу перемещения золотников, также возможны различные варианты коммутации каналов. Применение того или иного схемного решения решается в каждом конкретном случае в зависимости от требований конкретного гидропривода. Такое разнообразие схем коммутации каналов в рабочих и переходных позициях обеспечивается различным конструктивным исполнением золотников (рис. 12).

Рис. 12. Примеры реализации разных схем соединения в нейтральной позиции

В зависимости от геометрии и взаимного расположения буртиков золотника и цилиндрических расточек корпуса распределителя по перекрытию проходных каналов золотником в его исходной позиции различают положительное, отрицательное и нулевое перекрытие (рис. 13, 14, 15 ). В гидрораспределителях с по ложительным перекрытием (рис. 4.4, а) длина h рабочего пояска золотника больше длины расточки t в корпусе, поэтому поясок золотника при симметричном положении по отношению расточки перекрывает проходной канал на длине

?l= (h- t)/2

Рис. 14. Регулировочная (а) и гидравлическая (б) характеристики двухлинейного гидрораспределителя

В гидрораспределителях с отрицательным перекрытием (рис. 13, б) длина h рабочего пояска меньше длины расточки t в корпусе, в результате в нейтральной позиции золотника по обеим сторонам его пояска образуется зазор

-?l == (h - 0/2

В гидрораспределителе с нулевым перекрытием (рис. 13, в)

t = h и ?l - 0.

Регулировочная характеристика (рис. 14, а) определяет зависимость расхода рабочей жидкости Q от перемещения золотника /; Q = f (l). Обычно ее строят для нескольких перепадов давления на кромках золотника и крутизну наклона оценивают коэффициентом усиления по расходу

Ко -? Q/?l,

который характеризует быстродействие распределительного устройства.

Гидравлическая характеристика (рис. 14, б) определяет величину потерь давления Др при прохождении жидкости через гидрораспределитель в зависимости от расхода Q при различных позициях золотника. Перепад давления и расход жидкости через гидрораспределитель связаны уравнением

Q = м f х_t = м f (2?p/p)^1/2= мрd₃ l(2?p/p)^1/2

где м = Q_d./Q_r - коэффициент расхода, определяемый для конкретного гидрораспределителя проливками рабочей жидкости (здесь Q - действительный (измеренный) расход рабочей жидкости; Q_T - теоретический расход, вычисленный по зависимости

Q_T = V_тf = f (2?p/с)^1/2; f = nd₃l

площадь сечения проходного канала гидрораспределителя (здесь d₃ - диаметр золотника; l - ход золотника);

V_T = 2?р/с - расчетная (теоретическая) скорость потока (здесь ?р - разность давлений на входе в гидрораспределитель и на выходе из него; с - плотность жидкости).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.14.

Рис. 15. Виды перекрытий золотников

Главным недостатком золотниковых распределителей является их негерметичность. Величина перетечек зависит от величины диаметрального зазора между золотником и корпусом, вязкости рабочей жидкости и особенно от величины давления. Обычно эти перетечки незначительны, однако в ряде случаев, когда они недопустимы, распределители такого типа не используют.

В реальных условиях течения рабочей жидкости через гидрораспределитель, представляющий собой сложное местное сопротивление с короткими каналами, средняя скорость потока будет отличаться от ее расчетного значения. Коэффициент местных гидравлических потерь представляет собой отношение перепада давления ?р_г, создаваемого дросселированием потока на кромках золотника, к скоростному напору жидкости, т. е.

Реально средняя скорость потока примерно равна

V = (2?p_г/с)^1/2

Поскольку течение реальной жидкости через гидрораспределитель сопряжено со сложной деформацией потока вследствие возмущающего действия поворотов, сужений и резких расширений при различных позициях золотников, то при изотермическомрежиме течения коэффициенты местных сопротивлений изменяются в пределах переходной зоны

Re_{кp min} < Re <Re_кpmax

Исследованиями потерь давления в секционных гидрораспределителях типа Р при низких температурах установлено, что зависимость ж = l(Re) в переходной зоне существенно не однозначна. Особенно четко это проявляется при Re = 200ч2000, когда ж, может изменяться в 1,5-2 раза при постоянном числе Re .

Гидравлическая характеристика гидрораспределителя с достаточной для практических целей точностью может быть определена по формуле:

?p= ж•(с/2)•(Q²/f²)

Величина 2 ?l характеризует зону нечувствительности двухлинейного гидрораспределителя при перемещении золотника из исходной позиции. Гидрораспределитель с положительным перекрытием проходного канала имеет регулировочную характеристику (линия 1 на рис. 14, а) с зоной нечувствительности, равной перекрытию ?l. Такие гидрораспределители широко применяют в гидросистемах мобильных машин и в автоматических системах регулирования с высокой динамической устойчивостью, особенно в случаях, когда утечки в нейтральной позиции или в начале хода золотника должны быть минимальными, а жесткость (чувствительность к нагрузке) должна быть высокой.

Гидрораспределители с отрицательным перекрытием проходного канала имеют наибольшую зону нечувствительности (см. рис. 14, б). Регулировочная характеристика при постоянном давлении на входе и нулевом на выходе имеет излом на длине хода, равный отрицательному перекрытию 2 ?l (линия 3 на рис. 14,а). Эти гидрораспределители рекомендуется применять в гидросистемах, для которых максимальные утечки не являются определяющими факторами, например, для обеспечения разгрузки насоса и свободного («плавающего») перемещения исполнительного механизма под действием внешней нагрузки, для дифференциального питания гидроцилиндра с односторонним штоком или плунжерного гидроцилиндра типа размыкателя тормоза в грузоподъемных лебедках.

Недостатком гидрораспределителей с отрицательным перекрытием является потеря расхода и дросселирование потока рабочей жидкости при нейтральной или близкой к нейтральной позиции золотника.

Гидрораспределитель с нулевым перекрытием рабочего окна (?l =0) не имеет зоны нечувствительности, он обладает высоким быстродействием, имеет линейную зависимость расхода жидкости Q через проходной канал от перемещения золотника. Следовательно, это идеальный гидрораспределитель, имеющий важные эксплуатационные свойства для следящих гидроприводов и средств гидроавтоматики. Однако следует иметь в виду, что обеспечить выполнение нулевых перекрытий в гидрораспределителях с цилиндрическими золотниками, особенно в четырехлинейных, при серийном производстве очень трудно из-за высоких требований к точности и стабильности размеров. В необходимых случаях для этих целей применяют плоские золотники.

При разработке направляющих гидроаппаратов требуется найти диаметры проходных каналов и золотника, рабочий ход последнего и действующие на него усилия. Для анализа динамики системы управления необходимо определить крутизну регулировочной характеристики, а для выбора насоса питания - наибольшие подачу и мощность. Исходными данными для расчета являются характер и величина внешней нагрузки.

Для строительных и дорожных машин наиболее распространенным режимом является режим при синусоидальном изменении скорости исполнительных механизмов. Максимальную силу F_{H max}, развиваемую штоком гидроцилиндра для привода исполнительного механизма возвратно-поступательного движения, или максимальный крутящий момент М_гм. _так, развиваемый гидромотором для привода исполнительного механизма вращательного движения, определяют по уравнениям

F_{H max} = k_3и F_н

М_гм max = k_3и М_н

где k_3и -коэффициент запаса нагрузки (можно принимать в пределах 1,25 - 1,5); F - сила, приложенная к штоку гидроцилиндра; М_н - момент на выходном валу гидромотора.

Наибольший расход жидкости Q_max. потребляемый исполнительным механизмом, определяется геометрическими размерами его силовых органов и наибольшей скоростью гидродвигателя в соответствии с техническими условиями. Для гидроцилиндра

Q_max= f_п v_{п max}

для гидромотора

Q_max=V₀ щ_max.

здесь f_n - площадь поршня; v_{п max} - максимальная скорость движения поршня гидроцилиндра; V_o - рабочий объем. щ_max.- максимальная угловая скорость вала гидромотора.

Условный проход D_y внутренних каналов направляющих гидроаппаратов и коротких трубопроводов (до 0,5 м) определяют по формуле

D_у = (4Q_max/4р V_доп)^1/2

где V_доп -допустимая скорость потока (выбирают в зависимости от номинального давления).

Диаметр запорно-регулирующего элемента (золотника)

d₃= l,04{Q_max/[(l-ч²)v_доп]}^1/2.

где

ч = d_ш /d_з -

отношение диаметра шейки золотника к его номинальному диаметру; конструктивно с учетом размеров нормальных диаметров, установленных ГОСТ 12447 - 80, принимают: d_ш /d_з = 8/12; 10/16; 12/20; 14/25; 16/32; 18/40; 20/50.

Наибольшая площадь поперечного сечения проходного канала направляющего гидроаппарата

f_max = Q_max/V = Q_max /[2Дp_г/(жс)]^1/2

или

f_max= Q_max/[м(2?p/с)^1/2]

где ?р - перепад давления, который можно представить в виде разности потерь давления на входе (в напорной линии) и выходе (в сливной линии) (?р = Р_н - Р_с) гидроаппарата и потерь давления ? р₃ непосредственно в рабочих окнах гидроаппарата, следовательно,

? р_г = (?р-?р₃)/2.

Скорость потока рабочей жидкости в рабочих каналах корпуса гидрорспределителя с учетом гидродинамических сил, создаваемых струей потока,

V = м(2/ с)^1/2•(Дp)^1/2

где м - коэффициент расхода (для рабочих жидкостей;

при Re > 200 можно принимать м = 0,62-4-0,65, а при Re < 200 м= 0,5).

Минимальное перекрытие Дl выбирают в зависимости от диаметра золотника d₃:

d_з, мм .... 6 - 10 10 - 25 25 - 40 40 - 50

?l, мм .... 1 - 2 3 4 - 5 6

Длина рабочего пояска золотника

h = t + 2 ?l,

откуда длина расточки в корпусе гидрораспределителя

t = h - 2?l

Ход золотника в обе стороны от среднего положения

l = t+2Дl.

Расстояние между осями каналов рабочих отводов /_к = h + t

Конструктивный зазор между золотником и корпусом

е₀ = (d₀ - d_з)/2,

где d₀ - внутренний диаметр отверстия в корпусе.

Рекомендуемый конструктивный зазор в золотниковых гидроаппаратах d₀ > d₃/ 2,5

С учетом изменения давления и температуры радиальный зазор

е = е ₀ + ?е_p + ?е_т

где ?е_p ; ?е_т - изменения зазора в зависимости от давления и температуры рабочей жидкости, соответственно.

Изменение зазора в золотниковых распределителях от действия давления р_н рабочей жидкости



где р_н -давление в напорной гидролинии;

d_з, - наружный диаметр золотника;

d_к диаметр корпуса (гильзы) распределителя;

Е - модуль упругости материала корпуса распределителя;

м - коэффициент Пуассона, характеризующий упругие свойства материала в пределах действия закона Гука.

Если для стальных и чугунных корпусов пренебречь деформацией от внутреннего давления жидкости, то радиальный зазор

е = е ₀ + d_з•Дб•ДТ

где Дб= Дб_А- Дб_В - разность коэффициентов линейного расширения материалов сопряженных деталей корпуса Дб_А и золотника Дб_В, значения которых относятся к средней температуре +20 С⁰;

ДТ= Т -Т₀

разность между температурой материала сопряженных деталей (Т_А-Т_В=Т) и исходной (начальной) температурой.

Суммарная осевая сила. необходимая для перемещения золотника

УF_з = F_тр + F_гд +F_пр +F_и ,

где F_тр - сила трения (F_тр = F_{тр.покоя}+ F_В),

F_В- сила трения со смазочным материалом;

F_гд -гидродинамическая осевая сила;

F_пр- сила сжатия пружины;

F_и- сила инерции.

Сила трения не является постоянной величиной и зависит от времени нахождения золотника под давлением в неподвижном состоянии, от типа и качества уплотнений, точности и чистоты обработки сопряженных поверхностей трения, реологических свойств рабочих жидкостей. Для ряда секционных гидрораспределителей, подверженных влиянию низких температур, экспериментально установлено, что сила трения покоя, включающая силу инерции золотника, после выдержки 8-10 мин составляет 80-140 Нив зависимости от температуры рабочей жидкости составляет 0,23-0,34 общей силы, затрачиваемой на перемещение золотника. Сила трения со смазочным материалом

F_B = н с х₃ f_щ/е

где н - кинематическая вязкость жидкости; с - плотность рабочей жидкости; х₃- скорость движения золотника относительно корпуса (гильзы); f_щ - площадь дроссельной щели, перекрываемой золотником; е - радиальный зазор между золотником и корпусом гидрораспределителя.

Гидродинамическая (реактивная) осевая сила F_гд, создаваемая потоком жидкости и действующая на золотник в сторону закрытия рабочего окна при перемещении золотника из нейтральной позиции в рабочую, для четырехлинейного гидрораспределителя определяется из зависимости

,

где Q - расход жидкости;

? р - перепад давления в дроссельной щели;

б -угол наклона потока относительно оси золотника при вытекании жидкости из кольцевой проточки корпуса гидрораспределителя.

Для гидрораспределителя с профилем шейки золотника, при которомкомпенсируется осевая гидродинамическая сила

где в - угол наклона потока относительно оси золотника при входе жидкости в кольцевую проточку корпуса распределителя.

Гидродинамическое уравновешивание наступит при b < б, т.е. когда действующая на золотник сила F_гд. _c будет направлена в противоположную сторону (в сторону открытия рабочего канала гидрораспределителя).

Усилие сжатия пружины, обеспечивающее принудительное возвращение золотника в нейтральную позицию,

F_np = k d₃ l₃ p_H f_тр,

где k = 0,15 ч 0,13 -коэффициент, зависящий от точности изготовления золотниковой пары; численное значение k принимают большим при меньших значениях d₃ и l₃; l₃ - максимальная длина золотника, на которой возможно одностороннее (неуравновешенное) рабочее давление; f_тр - коэффициент трения золотника о корпус или гильзу.

Сила инерции определяется ускорением а и приведенной массой m золотника и перемещающихся с ним деталей:

F_u = ma.

Размещено на Allbest.ru