Гідророзподільник — це гідроапарат, що забезпечує зміну напрямку потоку робочої рідини в двох або більше гідролініях при наявності зовнішнього керуючого впливу.
Гідророзподільники бувають напрямними і дросселирующего.Напрямних називається гідророзподільник, що забезпечує перекриття або зміна напрямку потоку рідини за рахунок повного відкриття або повного перекриття відповідних прохідних перерізів. Гідророзподільники поділяються:
по конструкції запірно-регулюючого елемента — на золотникові, кранові та клапанні;
числа зовнішніх гідроліній — на двохлінійна, трилінійні і т. д.;
числа характерних позицій запірно-регулюючого елемента — на двопозиційні, трехпозиционные і т. д.;
виду управління — на розподільники з ручним, механічним, електричним і гідравлічним управлінням;
числа запірно-регулюючих елементів — на одноступінчаті, двоступінчасті і т. д.
В умовному позначенні гідророзподільника (рис. 1) вказують число його позицій (I, II), зовнішні гідролінії (А, Д Р, Т7), що підводиться до розподільника, їх з’єднання, а також спосіб керування (ГОСТ 2.871-68*).
Кількість позицій зображують відповідним числом квадратів (прямокутників). Проходи зображують прямими лініями зі стрілками, що показують напрямок потоків робочої рідини в кожній позиції, а місця з’єднань проходів виділяють точками; закритий прохід зображують тупикової лінією з поперечною рискою. Зовнішні гйдролинии підводять тільки до вихідної позиції. Спосіб управління розподільником вказують знаками, що примикають до торців позначення розподільника.
Щоб уявити роботу гідророзподільника в деякій робочої позиції, необхідно подумки пересунути відповідний цій позиції квадрат позначення на місце квадрата вихідної позиції, залишаючи лінії зв’язку в колишньому положенні. Тоді справжні напрямку потоку робочої рідини вкажуть стрілки, наявні в цьому квадраті.
Умовні позначення єдині для золотникових, кранових і клапанних гідророзподільників, тобто умовне позначення не відображає конструкцію їх запірно-регулюючих елементів.
Крім графічних позначень гідророзподільників, призводять також їх цифрові позначення у вигляді дробу: в чисельнику вказують число підведених до гідророзподілювача зовнішніх гідроліній, у знаменнику — число робітників (характерних) позицій. Наприклад, чотирьохлінійний трьохпозиційний гідророзподільник позначають дробом 4/3 (див. рис. 1, г).
Запірно-регулюючі елементи (золотник, кран, клапан) в направляючих гидрораспределителях завжди займають фіксовані позиції за принципом «повністю відкрито» або «повністю закрито». Тому направляючий гідророзподільник практично не впливає на тиск та витрату потоку робочої рідини, що проходить через нього.
На рис. 2, а показана конструктивна схема золотникового гідророзподільника 4/3 типу ПГ74-24М з ручним управлінням.
Розподільник складається з корпусу 7, циліндричного золотника 8, рукоятки 4 з віссю 3 і пальцем 2, кришок 1 і 9 і ущільнень. У центральному отворі корпусу 8 виконано п’ять кільцевих паросточок, утворюють порожнини Т1 А, Р, В і Т2 які з’єднуються каналами з вхідними отворами. Порожнини Т1 і Т2 (зливні) з’єднані каналом Д. Золотник 8, розташований в центральному отворі корпусу 7, має три циліндричних паска, які перекривають відповідні циліндричні розточення корпуса. Каналами, виконаними в корпусі 7 і кришках 1 і 9, торцеві порожнини розподільника з’єднані з дренажної гідролінії. Кулька 5 пружиною б притискається до втулці 10, забезпечуючи фіксацію золотника в робочих позиціях.
Принцип роботи розподільника наступний. У вихідній позиції (їй відповідає середній квадрат умовного позначення, показаного на рис. 2, в) всі прохідні перетини в гидрораспределителе перекриті. При зсуві золотника, наприклад вправо (рис. 2, б) в позицію I (при цьому лівий квадрат на рис. 2, як би пересувається на місце середнього), напірна порожнину Р розподільника з’єднується з порожниною А і потік рідини під тиском надходить на вихід розподільника і далі, наприклад, у ліву порожнину гідроциліндра Ц (див. рис. 2, в). При цьому В порожнину розподільника, а значить, і права порожнину гідроциліндра Ц, через золотник з’єднується з порожниною Т2, тобто зі зливом. При зсуві золотника з нейтральної позиції вліво, тобто при перемиканні гідророзподільника в позицію II (див. рис. 2, в), напрям потоку рідини змінюється: порожнина Р (див. рис. 2, а) з’єднується з порожниною, а порожнину з порожниною Т1.
Основним недоліком гідророзподільника циліндричним золотником є наявність витоків рідини через діаметральний зазор між корпусом (гільзою) і золотником.
Дросселирующим називається гідророзподільник, що забезпечує зміну напряму руху рідини в декількох гідролініях одночасно, так і витрати в них у відповідності з зовнішнім керуючим впливом.
На відміну від направляючого гідророзподільника запірно-регулюючий елемент дросселирующего гідророзподільника може займати безліч проміжних «робочих положень». При цьому він одночасно працює і як запірно-регулюючий елемент регульованого гидродросселя, створюючи опір проходженню потоку робочої рідини. Зазвичай площа прохідного перетину в дросселирующем гидрораспределителе залежить від величини керуючого сигналу.
Таким чином, дросселирующий гідророзподільник є комбінацією направляючого гідророзподільника і регульованих гидродросселей з поєднаним управлінням.
На рис. 3, а показано конструктивна схема дросселирующего золотникового гідророзподільника 4/3 з циліндричним золотником 2, положення якого щодо корпусу 1 може
змінюватися в залежності від потужності електричного сигналу керування, що надходить на два електромагніту ЭМ1 і ЭМ2. В корпусі 1 розподільника є п’ять циліндричних паросточок з гострими кромками. Ці розточки внутрішніми каналами з’єднані за схемою: центральна — з напірної гідролінії Р, дві крайні — зі зливом Т. Дві робочі розточки А і призначені для підключення до розподільника споживача рідини, наприклад гідроциліндра. Золотник 2 має три циліндричних паска і розташований всередині корпусу 1 з радіальним зазором 4..10 мкм, Робочі прохідні перетини (дроселюючі щілини) в розподільнику виникають при осьовому переміщенні золотника) між кромками циліндричних паросточок корпусу 1 і крайками циліндричних пасків золотника 2.
При відсутності сигналу на електромагнітах золотник 2 розподільника знаходиться у вихідній (нейтральної) позиції. При цьому всі прохідні перетини в розподільнику перекриті.
При подачі керуючого сигналу на один з електромагнітів, наприклад ЭМ1, золотник переміщається вправо в позицію I (рис. 3, б, в) і робоча рідина надходить з гідролінії Р у гидролинию А через дросселирующую щілину 3, витрата робочої рідини через яку залежить від потужності поданого керуючого сигналу. Від гідророзподільника рідина направляється в ліву порожнину гідроциліндра Ц, а рідина, що витісняється з правої порожнини гідроциліндра Ц, надходить по гідролінії В гідророзподільник. Тут вона проходить через другу дросселирующую щілину 4 і надходить через гидролинию на злив Т.
Аналогічно працює гідророзподільник і за умови подачі керуючого сигналу на електромагніт ЭМ2. Відмінність полягає лише в тому, що золотник при цьому зміщується вліво.
Зазвичай в системах управління один з керуючих сигналів, що надходять на електромагніт ЭМ1 або ЭМ2, приймається позитивним, а інший — негативним. Таким чином, гідророзподільник в залежності від знаку керуючого сигналу забезпечує необхідний напрямок руху поршня гідроциліндра, а в залежності від потужності керуючого сигналу — необхідну швидкість його переміщення.
Основні правила побудови умовних позначень направляючих гідророзподільників, поширюються і на дроселюючі гідророзподільники. Ознакою дросселирующего гідророзподільника в його умовному позначенні є наявність двох додаткових паралельних ліній (над позначенням і під ним) (див. рис. 3, в). При цьому квадрати в позначенні відповідають характерним позиціях гідророзподільника.
Основними перевагами золотникових гідророзподільників є їх компактність і разгруженность від осьових сил, що значно зменшує зусилля, необхідне для керування золотником.
Істотним недоліком дроселюючих гідророзподільників є можливість забруднення зазорів між золотником і корпусом. Тому в системах автоматичного управління для усунення зазначеного явища золотникам повідомляють поворотні або зворотно-поступальні коливання високої частоти (понад 50 Гц) і невеликої амплітуди (10… 100 мкм). Забезпечується це за допомогою механічних вібраторів або електромеханічних засобів.
Крім золотникових, до дросселирующим гидрораспределителям відносяться струменеві гідророзподільники. Такі гідророзподільники часто використовуються як попередня щабель гідравлічного управління в гидрораспределителях з багатоступеневим управлінням.
Гідророзподільники з електричним управлінням. Електричне управління в гидрораспределителях застосовується при умовних проходах Dy < 10 мм, так як у керуючих електромагнітів зазвичай обмежені тягове зусилля і хід. Для великих умовних проходів такі гідророзподільники роблять двоступінчастими, причому перша із ступенів є гідравлічним пристроєм попереднього підсилення потужності вхідного керуючого сигналу. Ці гідророзподільники називаються ще гідророзподілювачами з електрогідравлічним керуванням, а якщо гідророзподільник дросселирующий — електрогідравлічними підсилювачами (ЭГУ). Для такого пристрою вхідним є електричний сигнал, а вихідним — деякий потік робочої рідини з параметром (витратою або тиском), пропорційним потужності вхідного сигналу. Напрямок потоку
і знак перепаду тиску при цьому відповідають знаку вхідного електричного сигналу.
ЭГУ складається з електромеханічного перетворювача, в якому електричний сигнал перетворюється в деякий механічне переміщення (поворот вала або переміщення штовхача електромагніту) і гідравлічного підсилювача потужності.
На рис. 4, а в якості прикладу зображено двоступінчастий гідророзподільник, до складу якого входять два золотникових гідророзподільника: розподільник першої ступені, що складається з корпусу 2, золотника 1 і двох центруючих пружин 3, з керуванням від двох електромагнітів ЭМ1 і ЭМ2; гідророзподільник другого ступеня, що складається з корпуса 4, золотника 5 і двох центруючих пружин 6, з гідравлічним управлінням. Гідророзподільник має приєднувальні отвори Р, Т, А, Ст. Торцеві порожнини розподільника другий щаблі з’єднані з вихідними отворами розподільника першої ступені каналами Х і Y.
При відсутності електричного керуючого сигналу золотники обох розподільників під дією пружин знаходяться у середніх (нейтральних) позиціях. При цьому золотник 1 з’єднує торцеві порожнини розподільника другий щаблі зі зливом, а золотник 5 перекриває всі прохідні перерізу (див. рис. 4, а, б).
При надходженні сигналу, наприклад на електромагніт ЭМ1, золотник 1 зміщується до упору вправо, тобто розподільник першої ступені переходить у позицію I (див. рис. 4, б). При цьому по каналу X потік рідини під тиском надходить у ліву торцеву порожнину гідророзподільника другого ступеня, а його права торцева порожнину через канал Y з’єднується зі зливом. На торцях золотника 5 виникає перепад тисків, під дією якого він зміщується вправо, тобто основний гідророзподільник перемикається в позицію I. При цьому з’єднуються гідролінії Р А з і В з Т. При вступі керуючого сигналу на вхід електромагніту ЭМ2 золотники 7 і 5 переміщуються вліво, тобто гідророзподільник перемикається у положення II. При цьому з’єднуються гідролінії Р с В і А з Т.
На практиці найбільш широке поширення одержали двох-дросельні (по числу регульованих гидродросселей) гідропідсилювачі типу «сопло — заслінка» (рис. 5, а).
Цей гідропідсилювач складається з двох регульованих гидродросселей типу «сопло — заслінка» і двох постійних (балансових) гидродросселей 1 і 6. Важливий елемент цього пристрою — підпружинений центруючими пружинами 8 золотник 7 дросселирующего гідророзподільника, який є гідропідсилювачем другого каскаду посилення ЭГУ.
Розглянутий електрогідравлічний підсилювач можна представити у вигляді блок-схеми (рис. 5, б). Згідно з нею електричний сигнал керування i надходить на електромеханічний перетворювач 3, який повертає заслінку 4 на деякий кут ?, пропорційний сигналу (сили електричного струму) i. При цьому гідравлічний опір одного з регульованим дроселів типу «сопло—заслінка» (з соплом 2 або 5) збільшується, а іншого зменшується. В результаті утворюється перепад тиску ?р = р1 — р2, пропорційний куту ?. Таким чином, для гідропідсилювача типу «сопло —заслінка» вхідним сигналом служить кут повороту а заслінки, а вихідним — перепад тиску ?р. Гідропідсилювач типу «сопло—заслінка» є гідропідсилювачем першого каскаду.
Так як тиску р1 і р2 підводяться до торцевих порожнин дросселирующего гідророзподільника, то утворився перепад тиску ?р створює відповідне зусилля, що діє на золотник 7. Це призводить до того, що золотник 7 зміщується з нейтрального положення на деяку відстань х. Це зміщення визначається жорсткістю центруючих пружин 8 золотника 7, а значить, пропорційно перепаду тиску ?р на його торцях, тобто центруючі пружини 8 і торцеві поверхні золотника 7 виконують роль гідромеханічного перетворювача, який перетворює виник перепад тиску ?р на торцях золотника 7 в його зміщення х.
Зміщення золотника 7 з нейтрального положення на відстань х призводить до того, що відкриваються відповідні прохідні перетини дросселирующего гідророзподільника. Наприклад, якщо золотник 7 зміститься вправо, то гидролиния А з’єднається з напірним трубопроводом, а гидролиния В — зі зливним. Через відкрилися дроселюючі вікна гідророзподільника почнеться рух робочої рідини з витратою Q, пропорційним зміщення золотника х. Таким чином, для дросселирующего гідророзподільника, що є гідропідсилювачем другого каскаду, вхідним сигналом управління служить зміщення золотника х а вихідним — витрата робочої рідини Q, яка надходить до споживача.
