RU2361124C1

RU2361124C1 - Flat hydraulic control valve

Info

Publication number: RU2361124C1
Application number: RU2008102445/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Разинцев (RU); Валерий Иванович Разинцев
Original assignee: Валерий Иванович Разинцев
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: hydraulic control valve is intended for electrohydraulic power amplifiers that make the primary component of electrohydraulic servo drives that feature displacement and throttling regulation. The proposed valve comprises the base, spacer, flat rotary slide valve and cover attached, via the said spacer, to the base. Cylindrical pistons furnished with discharge shoes move in two cylindrical holes of the spacer. Note here that the piston axes are directed perpendicular to the axis of rotation of the flat hydraulic control valve. Working fluid is fed to the pistons via two spacer holes and the base. Aforesaid pistons are in contact with the lever pivoting on the flat hydraulic control valve shaft.

EFFECT: reduced friction forces and amount of lubrication required for shoes and load-bearing disks friction surfaces.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электрогидравлическим усилителям мощности (ЭГУ), являющимся основными элементами электрогидравлических следящих приводов объемного и дроссельного регулирования, широко применяемых в различных отраслях современной техники. В большинстве известных ЭГУ в качестве гидрораспределителей (ГР) применяются цилиндрические золотники (ЦЗ), конструкция которых органично сочетает распределительную часть с управляющей частью, в качестве которой используются торцы ЦЗ. Значительно реже в ЭГУ применяются плоские ГР (ИГР), хотя они обладают целым рядом преимуществ:The invention relates to electro-hydraulic power amplifiers (EHU), which are the main elements of electro-hydraulic servo drives of volumetric and throttle regulation, widely used in various branches of modern technology. In most well-known EHUs, cylindrical spools (CZ) are used as hydrodistributors (GR), the design of which organically combines the distribution part with the control part, which uses the ends of the CZ. Significantly less commonly used in the EHU are flat GR (IGR), although they have a number of advantages:

- «плоская» технология изготовления ПГР проще и дешевле, чем у ЦЗ;- “flat” production technology of PGR is simpler and cheaper than that of a central locking;

- ремонтопригодность и, как следствие, большой срок службы;- maintainability and, as a consequence, a long service life;

- отсутствие резиновых уплотнений у «гильзы» ПГР;- the lack of rubber seals in the "sleeve" PGR;

- возможность разгрузки «гильзы» ПГР от эпюр давлений с помощью гидроподжима, что особенно выгодно (снижение веса) в ЭГУ большой мощности;- the possibility of unloading the "shell" of the PGR from pressure plots with the help of hydropress, which is especially advantageous (weight reduction) in a large capacity EGU;

- независимость выбора площади управляющей части ПГР от геометрии его распределяющей части.- independence of the choice of area of the control part of the PGR from the geometry of its distributing part.

Недостатком ПГР, ограничивающим их применение, несмотря на отмеченные выше преимущества, является сложность задачи по реализации гидравлического управления ПГР от предыдущего каскада усиления.The disadvantage of the PGR limiting their use, despite the advantages noted above, is the complexity of the task of implementing hydraulic control of the PGR from the previous amplification stage.

Проблема заключается в том, что наиболее просто конструкция ПГР реализуется при поворотном движении распределительной части ПГР («золотника») вокруг оси, расположенной в неподвижной части ПГР («гильзе»), в то время как наиболее простым гидромеханизмом управления является гидроцилиндр, выходное звено которого, поршень, совершает линейное перемещение. Наиболее удачное решение указанной проблемы было реализовано в двухкаскадном ЭГУ немецкой фирмы «БОШ» (Ежегодная промышленная выставка / г.Ганновер, Германия, 1975 г. Патент США 1974 г. 83588), ПГР которого мы примем за прототип.The problem is that the simplest design of the PGR is realized when the distribution part of the PGR ("spool") rotates around an axis located in the fixed part of the PGR ("sleeve"), while the simplest hydraulic control mechanism is a hydraulic cylinder, the output link of which , piston, performs linear movement. The most successful solution to this problem was implemented in a two-stage EHU by the German company BOSCH (Annual Industrial Exhibition / Hanover, Germany, 1975; US Patent 1974, 83588), the PGR of which we will take as a prototype.

Плоский гидрораспределитель-прототип содержит:The prototype flat control valve contains:

- основание с шестью отверстиями, два из которых предназначены для соединения с гидролиниями нагнетания и слива, два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляющим ПГР, и два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляемым ПГР;- a base with six holes, two of which are designed to connect to the discharge and discharge hydraulic lines, two holes are designed to connect to the device controlling the PGR, and two holes are designed to connect to the device controlled by the PGR;

- проставок, гидравлически соединенный двумя гидролиниями через основание с устройством, управляющим ПГР с помощью встроенного в проставок механизма управления с двумя поршнями, перемещающимися в двух соосных отверстиях;- spacers, hydraulically connected by two hydraulic lines through the base with a device that controls the PGR using the built-in spacers control mechanism with two pistons moving in two coaxial holes;

- плоский поворотный золотник, вращающийся на оси, запрессованной в основание кинематически, через рычаг, связанный с двумя поршнями механизма управления, гидравлически соединенный через основание с гидролиниями нагнетания и слива и гидравлически соединенный через две распределительные втулки с двумя отверстиями в основании, предназначенными для соединения с устройством, управляемым ПГР;- a flat rotary valve, rotating kinematically on an axis pressed into the base through a lever connected to two pistons of the control mechanism, hydraulically connected through the base to the discharge and discharge hydraulic lines and hydraulically connected through two distribution bushings with two openings in the base, intended for connection with device controlled by PGR;

- крышку, прикрепленную через проставок к основанию.- a cover attached through spacers to the base.

Недостатками ПГР-прототипа являются:The disadvantages of the PGR prototype are:

- необходимость прецизионного изготовления цилиндрических отверстий механизма управления ПГР для обеспечения нужной герметичности шариковых поршней;- the need for precision manufacture of cylindrical holes of the control mechanism of the PGR to ensure the necessary tightness of the ball pistons;

- зависимость величины утечек через шариковые поршни от их диаметра, который в свою очередь зависит от величины требуемого момента управления ПГР;- the dependence of the magnitude of leaks through ball pistons on their diameter, which in turn depends on the magnitude of the required control torque PGR;

- большие контактные напряжения в местах контакта шариковых поршней с рычагом в двух точках.- large contact stresses at the points of contact of the ball pistons with the lever at two points.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков.The technical task of the invention is to remedy the above disadvantages.

Поставленная задача решается тем, что усовершенствованный плоский гидрораспределитель содержит:The problem is solved in that the improved flat control valve contains:

- основание с шестью отверстиями, два из которых предназначены для соединения с гидролиниями нагнетания и слива, два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляющим плоским гидрораспределителем, и два отверстия предназначены для соединения с устройством, управляемым плоским гидрораспределителем;- a base with six holes, two of which are designed to connect to the discharge and discharge hydraulic lines, two holes are designed to connect to a device controlling a flat valve, and two holes are designed to connect to a device controlled by a flat valve;

- проставок, гидравлически соединенный двумя гидролиниями через основание с устройством, управляющим плоским гидрораспределителем с помощью встроенного в проставок механизма управления с двумя поршнями, перемещающимися в двух соосных отверстиях;- spacers, hydraulically connected by two hydraulic lines through the base with a device that controls a flat valve using the built-in spacers control mechanism with two pistons moving in two coaxial holes;

- плоский поворотный золотник, вращающийся на оси, запрессованной в основание, кинематически через рычаг связанный с двумя поршнями механизма управления, гидравлически соединенный через основание с гидролиниями нагнетания и слива и гидравлически соединенный через две распределительные втулки с двумя отверстиями в основании, предназначенными для соединения с устройством, управляемым плоским гидрораспределителем;- a flat rotary valve, rotating on an axis pressed into the base, kinematically through a lever connected to two pistons of the control mechanism, hydraulically connected through the base with discharge and discharge hydraulic lines and hydraulically connected through two distribution bushings with two holes in the base, intended for connection with the device controlled by a flat control valve;

При этом, согласно изобретению:Moreover, according to the invention:

- два поршня механизма управления плоского гидрораспределителя выполнены в виде цилиндрических поршней с разгрузочными башмаками;- two pistons of the control mechanism of the flat control valve are made in the form of cylindrical pistons with unloading shoes;

- рычаг плоского поворотного золотника контактирует с разгрузочными башмаками цилиндрических поршней через опорные диски, установленные в рычаг;- the lever of the flat rotary valve is in contact with the unloading shoes of the cylindrical pistons through the supporting disks installed in the lever;

- цилиндрические поршни через башмаки прижимаются к опорным дискам предварительно поджатыми пружинами, жесткость которых определяется по формуле:- cylindrical pistons through the shoes are pressed against the support discs by pre-pressed springs, the stiffness of which is determined by the formula:

с_п=0,5m_пω²,with _p = 0.5m _p ω ² ,

гдеWhere

с_п - жесткость пружины;with _p - spring stiffness;

m_п - масса цилиндрического поршня;m _p - the mass of the cylindrical piston;

ω=2π·f, f - предельная рабочая частота плоского гидрораспределителя.ω = 2π · f, f is the limiting operating frequency of a flat valve.

Сущность заявленного изобретения поясняется фиг.1-3, на которых изображена принципиальная схема усовершенствованного ПГР, в механизме управления которого применены цилиндрические поршни (3), (8) с разгрузочными башмаками, обычно используемые в аксиально-поршневых гидромашинах (см. Т.М.Башта и др. «Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы». «Машиностроение», Москва, 1970 г. 504 с).The essence of the claimed invention is illustrated in figures 1-3, which depicts a schematic diagram of an improved PGR, in the control mechanism of which cylindrical pistons (3), (8) are used with unloading shoes, usually used in axial-piston hydraulic machines (see T.M. Bashta et al. “Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives.” “Mechanical Engineering”, Moscow, 1970. 504 s).

Цилиндрические поршни с разгрузочными башмаками перемещаются в двух цилиндрических отверстиях проставка (4), при этом продольные оси цилиндрических поршней направлены перпендикулярно оси вращения плоского гидрораспределителя. Управляющий поршнями (3) и (8) расход рабочей жидкости подается к ним через два отверстия (1), (10) в проставке (4), через основание ПГР (20). Цилиндрические поршни (3), (8) контактируют с рычагом (6) вращающегося на оси (11) плоского поворотного золотника (12) через разгрузочные башмаки, обеспечивающие кардинальное (в сравнении с ПГР-прототипом) уменьшение контактных сил и смазку трущихся поверхностей башмаков и опорных дисков (5) и (7), расположенных на рычаге (6).Cylindrical pistons with unloading shoes move in two cylindrical holes spacer (4), while the longitudinal axis of the cylindrical pistons are directed perpendicular to the axis of rotation of the flat valve. The piston (3) and (8) controlling the flow rate of the working fluid is supplied to them through two holes (1), (10) in the spacer (4), through the base of the intake manifold (20). The cylindrical pistons (3), (8) are in contact with the lever (6) of a flat rotary spool (12) rotating on the axis (11) through the unloading shoes, providing a drastic (in comparison with the PGR prototype) reduction of contact forces and lubrication of the rubbing surfaces of the shoes and supporting discs (5) and (7) located on the lever (6).

Для предотвращения отрыва поршней (3) и (8) от опорных дисков (5) и (7) при работе ПГР на максимальной частоте и при максимальной амплитуде применяются пружины (2) и (9), жесткость каждой из которых (сп) определяется по формуле:To prevent separation of the pistons (3) and (8) from the support disks (5) and (7) during the operation of the PGR at the maximum frequency and maximum amplitude, springs (2) and (9) are used, the rigidity of each of which (cn) is determined by the formula:

c_п=0,5m_пω² c _p = 0.5m _p ω ²

гдеWhere

с_п - жесткость пружины;with _p - spring stiffness;

Для обеспечения контакта пружин (2) и (9) с поршнями (3) и (8) при максимальном отклонении поршней в любую сторону от нейтрального положения при максимальной рабочей частоте вводится их предварительный поджим.To ensure the contact of the springs (2) and (9) with the pistons (3) and (8) with the maximum deviation of the pistons in any direction from the neutral position at the maximum operating frequency, their preliminary preload is introduced.

Конструкция поршней (3), (8), опорных дисков (5), (7), материалы и технология их изготовления могут быть заимствованы из ряда серийно изготавливаемых аксиально-поршневых гидромашин.The design of the pistons (3), (8), support discs (5), (7), materials and the technology for their manufacture can be borrowed from a number of serially produced axial piston hydraulic machines.

Усовершенствованный плоский гидрораспределитель работает следующим образом.Improved flat valve operates as follows.

В исходном (среднем) положении, когда управляющий перепад давлений на поршнях (3) и (8) равен нулю, давления во внутренних полостях распределительных втулок (14) и (17) и, соответственно, в отверстиях (15) и (18) будут равны. При изменении управляющего перепада давлений цилиндрические поршни (3) и (8), контактируя через разгрузочные башмаки и опорные диски (5) и (7) с рычагом (6), будут перемещаться, смещая золотник (12) от его нейтрального положения, со скоростью, пропорциональной величине расхода рабочей жидкости, проходящего через отверстия (1) и (10). При смещении золотника (12) от нейтрального положения внутренняя полость одной из распределительных втулок соединяется через одно отверстие и рабочее окно золотника с гидролинией нагнетания, а соответственно, внутренняя полость другой распределительной втулки через другое отверстие и рабочее окно золотника соединяется с линией слива.In the initial (middle) position, when the control pressure drop across the pistons (3) and (8) is equal to zero, the pressures in the internal cavities of the distribution sleeves (14) and (17) and, respectively, in the holes (15) and (18) will be are equal. When the control differential pressure is changed, the cylindrical pistons (3) and (8), in contact through the discharging shoes and support disks (5) and (7) with the lever (6), will move, displacing the spool (12) from its neutral position, with speed proportional to the flow rate of the working fluid passing through the holes (1) and (10). When the slide valve (12) is displaced from the neutral position, the internal cavity of one of the distribution bushings is connected through one hole and the working window of the slide valve to the discharge line, and accordingly, the internal cavity of the other distribution sleeve through the other hole and the working window of the slide valve is connected to the drain line.

В итоге в усовершенствованном ПГР мы имеем:As a result, in an advanced PGR we have:

- согласование возвратно-поступательного движения цилиндрических поршней с поворотным движением плоского золотника с обеспечением минимального трения и смазки в местах контакта разгрузочных башмаков с опорными дисками;- coordination of the reciprocating motion of the cylindrical pistons with the rotary movement of the flat spool with minimal friction and lubrication at the contact points of the unloading shoes with the support discs;

- возможность использования отработанной конструкции и технологии изготовления цилиндрических поршней с разгрузочными башмаками, серийно изготавливаемых для ряда аксиально-поршневых машин.- the possibility of using the proven design and manufacturing technology of cylindrical pistons with unloading shoes, serially manufactured for a number of axial piston machines.

Claims

A flat control valve containing a base with six holes, two of which are designed to connect to discharge and discharge hydraulic lines, two holes are used to connect to a device controlling a flat control valve, and two holes are designed to connect to a device controlled by a flat control valve; a spacer hydraulically connected by two hydraulic lines through the base to a device controlling a flat valve using the built-in spacer control mechanism with two pistons moving in two coaxial holes; a flat rotary spool rotating on an axis pressed into the base, kinematically through a lever connected to two pistons of the control mechanism, hydraulically connected through the base to the discharge and discharge lines and hydraulically connected through two distribution bushings with two holes in the base, intended for connection with the device controlled by a flat control valve; a cover attached through spacers to the base, characterized in that the two pistons of the control mechanism of the flat valve are made in the form of cylindrical pistons with unloading shoes; the lever of the flat rotary valve is in contact with the unloading shoes of the cylindrical pistons through the supporting disks installed in the lever; cylindrical pistons through the shoes are pressed to the support discs by pre-pressed springs, the stiffness of which is determined by the formula:
with _p = 0.5m _p ω ² ,
where c _p - spring stiffness;
m _p - the mass of the cylindrical piston;
ω = 2πf,
f is the maximum operating frequency of the flat control valve.