RU2804012C1

RU2804012C1 - Throttle adaptive flow divider

Info

Publication number: RU2804012C1
Application number: RU2023111734A
Authority: RU
Inventors: Сергей Станиславович Шатохин
Filing date: 2023-05-05
Publication date: 2023-09-26

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: throttle adaptive flow dividers. The flow divider contains a housing. The ends of the housing are closed with covers. The housing has a supply channel and a cylindrical axisymmetric bore. A spool is installed in the axisymmetric bore. A pressure chamber and two outlet cavities are formed in the spool. The spool has input nonadjustable and output adjustable chokes. The tops of the spool ends forming the annular slots have steep and flat parts. The spool is installed in a cylindrical bore with the formation of successively decreasing throttling gaps. The outlet cavities are formed by a housing, a spool and covers, which are installed with the possibility of adjusting the angular and axial position.

EFFECT: increase in the sensitivity of the flow divider.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к гидроприводам машин и механизмов и может применяться в случаях, когда требуется точное разделение потока рабочей жидкости на две части независимо от нагрузок, либо с адаптивной зависимостью от нагрузок. Также изобретение может применяться в станкостроении в системах питания гидростатических опор, направляющих, подшипников шпинделей, люнетов, передач.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular, to hydraulic drives of machines and mechanisms and can be used in cases where precise division of the working fluid flow into two parts is required, regardless of the loads, or with an adaptive dependence on the loads. The invention can also be used in machine tool building in power systems for hydrostatic supports, guides, spindle bearings, steady rests, and gears.

Известны дроссельные делители потока золотникового типа, которые разделяют общий входной поток рабочей жидкости на два или большее количество выходных потоков (а.с. СССР № 469023, а.с. СССР № 481715). Расходы выходных потоков при этом равны или пропорциональны друг другу и не зависят от значений давления на выходах потоков. Однако, адаптацию потоков к изменяющемуся давлению в отводах известные делители не обеспечивают. Кроме того, общим недостатком известных конструкций является наличие контактного трения в паре корпус - золотник и связанные с этим проблемы недостаточной чувствительности, износа, утечек и заеданий в местах сопряжений золотника и корпуса делителя.Spool-type throttle flow dividers are known, which divide the total input flow of working fluid into two or more output streams (AS USSR No. 469023, AS USSR No. 481715). The flow rates of the output streams are equal or proportional to each other and do not depend on the pressure values at the output streams. However, known dividers do not provide adaptation of flows to changing pressure in outlets. In addition, a common disadvantage of the known designs is the presence of contact friction in the body-spool pair and the associated problems of insufficient sensitivity, wear, leaks and jamming at the interface between the spool and the divider body.

Известны также гидростатические опоры скольжения с плавающими регуляторами расхода рабочей жидкости, имеющими как встроенное, так и автономное исполнение (патент РФ № 2406891 «Гидростатическая опора», патент РФ № 2534100 «Гидростатическая опора», патент РФ № 2487280 «Регулятор для гидростатических опор» и др.). Однако эти технические решения предполагают наличие развитых дросселирующих перемычек или протяженных щелей капиллярного типа. Это затрудняет или делает практически невозможным их применение в гидроприводах машин и механизмов в качестве делителей потока, так как в этом случае для обеспечения необходимого силового баланса золотник должен иметь бурты. Это сильно усложняет конструкцию и увеличивает ее массо-габаритные показатели.Hydrostatic sliding bearings with floating regulators of the flow of working fluid, having both built-in and autonomous versions, are also known (RF patent No. 2406891 “Hydrostatic bearing”, RF patent No. 2534100 “Hydrostatic bearing”, RF patent No. 2487280 “Regulator for hydrostatic bearings” and etc.). However, these technical solutions require the presence of developed throttling bridges or extended capillary-type slots. This makes it difficult or almost impossible to use them in hydraulic drives of machines and mechanisms as flow dividers, since in this case, to ensure the necessary power balance, the spool must have collars. This greatly complicates the design and increases its weight and dimensions.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является делитель потока (а.с. СССР № 1240961, опубл. 30.06.1986), содержащий корпус с каналом подвода и двумя каналами отвода и цилиндрической расточкой, в которой установлен, с образованием напорной полости и двух полостей отвода, золотник с осесимметричными каналами, образующий своими торцами и торцовыми стенками расточки корпуса регулируемые дроссели. С целью повышения точности деления потока путем устранения влияния изменяющихся давлений в отводах, в осесимметричных каналах золотника выполнены постоянные дроссели, а на наружных участках золотника, расположенных в полостях отвода, выполнены бурты, внутренний диаметр которых равен наружному диаметру золотника.The closest analogue, adopted as a prototype, is a flow divider (AS USSR No. 1240961, published on June 30, 1986), containing a housing with an inlet channel and two outlet channels and a cylindrical bore in which it is installed, forming a pressure cavity and two outlet cavities, a spool with axisymmetric channels, forming adjustable throttles with its ends and end walls of the housing bores. In order to increase the accuracy of flow division by eliminating the influence of changing pressures in the taps, constant throttles are made in the axisymmetric channels of the spool, and on the outer sections of the spool located in the tap cavities, collars are made, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the spool.

Достоинством прототипа является близкое к оптимальному отношение эффективных площадей торцев золотника и площади поперечного сечения участков золотника, расположенных в расточке. Площадь проекции торца золотника между внешним и внутренним диаметрами бурта компенсируется наличием площади между внешними диаметрами бурта и диаметром золотника в расточке, на которую действует давление в полости отвода. Это, в совокупности с равенством внутреннего диаметра бурта диаметру золотника и наличием входного сопротивления, обеспечивает необходимый для равенства выходных потоков и их почти полной независимости от изменяющихся значений давления в отводах силовой баланс золотника, а также его устойчивость в осевом направлении.The advantage of the prototype is the close to optimal ratio of the effective areas of the spool ends and the cross-sectional area of the spool sections located in the bore. The projection area of the spool end between the outer and inner diameters of the collar is compensated by the presence of the area between the outer diameters of the collar and the diameter of the spool in the bore, which is subject to pressure in the outlet cavity. This, together with the equality of the internal diameter of the collar to the diameter of the spool and the presence of input resistance, ensures the power balance of the spool necessary for equality of output flows and their almost complete independence from changing pressure values in the taps, as well as its stability in the axial direction.

Однако, для сборки делителя - прототипа необходим разборный золотник, состоящий не менее, чем из двух отдельных деталей, что усложняет как конструкцию золотника, так и процесс его сборки, которая происходит в стесненной полости отвода после установки основной части золотника в расточку. При этом какой-либо подготовки или специального инструмента не предусмотрено. В случае же единого неразборного золотника необходим состоящий из двух половин корпус, в котором выполнена расточка. Очевидно, что и первый, и, особенно, второй варианты реализации такой конструкции достаточно сложны.However, to assemble the prototype divider, a dismountable spool is required, consisting of at least two separate parts, which complicates both the design of the spool and the process of its assembly, which occurs in the cramped outlet cavity after installing the main part of the spool in the bore. In this case, no preparation or special tools are provided. In the case of a single non-separable spool, a body consisting of two halves is required, in which a boring is made. It is obvious that both the first and, especially, the second options for implementing such a design are quite complex.

Трение в сопряжениях золотника с расточкой корпуса из-за непосредственного механического контакта и необходимости для обеспечения достаточной герметичности весьма малых зазоров проявляется в полной мере, что сильно ограничивает чувствительность делителя потока - прототипа, а также приводит к износу поверхностей сопряжения.Friction in the mating of the spool with the bore of the housing due to direct mechanical contact and the need to ensure sufficient tightness of very small gaps is fully manifested, which greatly limits the sensitivity of the flow divider - the prototype, and also leads to wear of the mating surfaces.

Кроме того, на выходе потока из кольцевой дросселирующей щели имеется пологий участок профиля, который отсутствует на входе, в связи с чем местные сопротивления на входе и на выходе, а также условия воздействия жидкости на золотник существенно различны. Причем на пологой части выхода потока возникает плавное распределение давления, которое оказывает влияние на силовой баланс золотника. С внутренней же стороны буртов из-за цилиндрической формы поверхности и глубокого кармана этого не происходит и давление от кромки до дна кармана изменяется скачкообразно. Поэтому реально эффективная площадь торца золотника несколько больше геометрической площади кармана. Это вызывает погрешности расходов, причем с увеличением давления расход будет уменьшаться. Компенсировать его уменьшение существующая конструкция не позволяет. Возможные утечки через подвижные сопряжения лишь увеличивают погрешность, так как при постоянном сопротивлении сопряжений увеличение давления в отводе также уменьшает расход через сопряжение. В совокупности указанные обстоятельства снижают точность деления потока.In addition, at the flow outlet from the annular throttling slot there is a flat section of the profile, which is absent at the inlet, and therefore the local resistances at the inlet and outlet, as well as the conditions for the influence of the liquid on the spool, are significantly different. Moreover, a smooth pressure distribution occurs on the flat part of the flow outlet, which affects the power balance of the spool. On the inside of the collars, due to the cylindrical shape of the surface and the deep pocket, this does not happen and the pressure from the edge to the bottom of the pocket changes abruptly. Therefore, the actual effective area of the spool end is slightly larger than the geometric area of the pocket. This causes flow errors, and with increasing pressure the flow rate will decrease. The existing design does not allow to compensate for its reduction. Possible leaks through the moving joints only increase the error, since with a constant resistance of the joints, an increase in pressure in the outlet also reduces the flow through the joint. Taken together, these circumstances reduce the accuracy of flow division.

При конструировании машин, механизмов и других устройств нередки случаи, когда предпочтительно адаптивное регулирование разделяемых потоков, при котором возрастание давления в полости отвода вызывает некоторое увеличение (а не уменьшение) расхода потока, и наоборот, уменьшение давления вызывает некоторое уменьшение (а не увеличение) расхода. Конструкция делителя потока - прототипа по указанным выше причинам не позволяет осуществлять адаптивное регулирование потоков.When designing machines, mechanisms and other devices, there are often cases when adaptive control of shared flows is preferable, in which an increase in pressure in the outlet cavity causes a slight increase (rather than a decrease) in flow rate, and vice versa, a decrease in pressure causes a slight decrease (rather than an increase) in flow rate . The design of the prototype flow divider, for the reasons stated above, does not allow for adaptive flow control.

Наконец, динамические характеристики делителя - прототипа, как правило, недостаточны из-за весьма малого демпфирования перемещений золотника, что обусловлено отсутствием специально предусмотренных средств демпфирования.Finally, the dynamic characteristics of the prototype divider are, as a rule, insufficient due to the very small damping of the spool movements, which is due to the lack of specially provided damping means.

Задачей изобретения является повышение чувствительности, расширение функциональных возможностей делителя потока и одновременное упрощение конструкции.The objective of the invention is to increase sensitivity, expand the functionality of the flow divider and simultaneously simplify the design.

Поставленная задача достигается тем, что в дроссельном адаптивном делителе потока, содержащем корпус, торцы которого закрыты крышками, имеющий канал подвода и цилиндрическую осесимметричную расточку, в которой установлен золотник с образованием напорной полости и двух полостей отвода, соединенных с двумя каналами отвода сформированных потоков рабочей жидкости, причем золотник имеет входные нерегулируемые дроссели, питающие углубления на его торцах, и выходные регулируемые дроссели в виде кольцевых щелей, ограничивающих углубления на торцах золотника и соединяющих их с полостями отвода, причем образующие кольцевые щели вершины торцев золотника имеют крутые и пологие части согласно изобретению, золотник выполнен составным либо цельным и установлен в цилиндрической расточке с образованием последовательно уменьшающихся дросселирующих зазоров, создающих радиальный гидростатический подвес, обеспечивающий возможность беспрепятственного осевого перемещения золотника, причем в центральной части его боковой поверхности выполнены окружная подводящая распределительная канавка, образующая с цилиндрической расточкой корпуса напорную полость, и отверстие, соединяющее напорную полость посредством постоянных входных дросселей с углублениями на торцах, пологие части вершин кольцевых щелей обращены внутрь торцев золотника, полости отвода образованы корпусом, золотником и крышками, которые установлены с возможностью регулирования углового и осевого положения, имеют каналы отвода сформированных потоков рабочей жидкости и образуют с торцами золотника демпфирующие зоны осевого перемещения последнего.The task is achieved by the fact that in a throttle adaptive flow divider containing a housing, the ends of which are closed with covers, having a supply channel and a cylindrical axisymmetric bore, in which a spool is installed to form a pressure cavity and two outlet cavities connected to two outlet channels of the formed working fluid flows , wherein the spool has input unregulated chokes that feed the recesses at its ends, and output adjustable chokes in the form of annular slots that limit the recesses at the ends of the spool and connect them to the outlet cavities, and the tops of the ends of the spool forming the annular slits have steep and flat parts according to the invention, the spool is made composite or solid and installed in a cylindrical bore with the formation of successively decreasing throttling gaps, creating a radial hydrostatic suspension, allowing for unhindered axial movement of the spool, and in the central part of its side surface there is a circumferential supply distribution groove, forming a pressure cavity with the cylindrical bore of the body, and a hole connecting the pressure cavity by means of permanent inlet chokes with recesses at the ends, the flat parts of the tops of the annular slots are facing inside the ends of the spool, the outlet cavities are formed by the body, the spool and covers, which are installed with the ability to adjust the angular and axial position, have channels for removing the formed flows of the working fluid liquids and form damping zones of axial movement of the latter with the ends of the spool.

Радиальный гидростатический подвес выполнен с непрерывным уменьшением дросселирующих зазоров в направлении от окружной подводящей распределительной канавки к торцам золотника, например, коническим или конфузорным.The radial hydrostatic suspension is designed with a continuous reduction of throttling gaps in the direction from the circumferential supply distribution groove to the ends of the spool, for example, conical or confuser.

Составной золотник выполнен из антифрикционного корпуса и вставки из облегченного материала, например, пористой пластмассы, установленной в осевом цилиндрическом отверстии корпуса.The composite spool is made of an antifriction housing and an insert made of lightweight material, for example, porous plastic, installed in the axial cylindrical hole of the housing.

Кроме того, цельный золотник может быть выполнен из облегченного материала, например, антифрикционной пластмассы.In addition, the one-piece spool can be made of lightweight material, for example, anti-friction plastic.

Технический результат, выраженный в расширении функциональных возможностей делителя потока, повышении чувствительности и упрощении конструкции обусловлен тем, что золотник (составной или цельный) установлен в цилиндрической расточке корпуса делителя потока с образованием дросселирующих зазоров, создающих радиальный гидростатический подвес, обеспечивающий возможность беспрепятственного осевого перемещения золотника. В центральной части золотника, на его боковой поверхности выполнена окружная подводящая распределительная канавка, образующая с цилиндрической расточкой корпуса делителя потока напорную полость, соединенную при помощи соединительного отверстия посредством постоянных входных дросселей с углублениями на торцах золотника. Каждый выходной поток образуется суммированием двух параллельных сонаправленных потоков: основного и дополнительного, что создает возможность коррекции потоков, во-первых, для более точного разделения входного потока на равные и независимые от выходных давлений потоки, и во-вторых, для создания адаптивных режимов, при которых увеличение давления на выходе вызывает увеличение потока, и наоборот, уменьшение давления вызывает уменьшение потока. Любой из указанных выше режимов достигается подбором параметров дросселей. Дополнительный поток одновременно обеспечивает работу гидростатического подвеса и корректирует выходной поток. Возможность реализации адаптивного режима обеспечивают, во-первых, отсутствие выраженных буртов золотника и, во-вторых, предложенная конфигурация торцев, при которой пологая часть регулируемых кольцевых щелевых дросселей обращена внутрь торца. Отказ от выраженных буртов золотника также упрощает конструкцию и процесс сборки делителя потока.The technical result, expressed in expanding the functionality of the flow divider, increasing sensitivity and simplifying the design, is due to the fact that the spool (composite or solid) is installed in the cylindrical bore of the flow divider body with the formation of throttling gaps, creating a radial hydrostatic suspension, allowing for unhindered axial movement of the spool. In the central part of the spool, on its side surface, there is a circumferential supply distribution groove, which forms a pressure cavity with the cylindrical bore of the flow divider body, connected by means of a connecting hole through permanent inlet chokes with recesses at the ends of the spool. Each output flow is formed by the summation of two parallel co-directed flows: the main and additional, which creates the possibility of correcting the flows, firstly, to more accurately divide the input flow into flows that are equal and independent of output pressures, and secondly, to create adaptive modes when in which an increase in outlet pressure causes an increase in flow, and vice versa, a decrease in pressure causes a decrease in flow. Any of the above modes is achieved by selecting the parameters of the chokes. The additional flow simultaneously ensures the operation of the hydrostatic suspension and corrects the output flow. The possibility of implementing the adaptive mode is ensured, firstly, by the absence of pronounced spool flanges and, secondly, by the proposed configuration of the ends, in which the flat part of the adjustable annular slot chokes faces inward the end. The elimination of pronounced spool flanges also simplifies the design and assembly process of the flow divider.

Кроме того, внутренние стенки крышек, образуют с центральными частями торцев золотника эффективные демпфирующие зоны его осевого перемещения. Крышки, закрывающие торцы корпуса делителя потока, также установлены с возможностью регулирования их углового и осевого положения, и в них выполнены каналы отвода сформированных потоков рабочей жидкостиIn addition, the inner walls of the covers form, with the central parts of the ends of the spool, effective damping zones for its axial movement. The covers covering the ends of the flow divider housing are also installed with the ability to adjust their angular and axial position, and they have channels for draining the formed flows of the working fluid

На фиг. 1 показана конструкции заявляемого дроссельного адаптивного делителя потока. Фиг. 2 иллюстрирует делитель с цельным золотником и конической формой радиального гидростатического подвеса золотника. На фиг. 3 показаны совмещение профилей торцев золотников заявляемого технического решения (профиль 1) и прототипа (профиль 2), а также соответствующие им эпюры давления рабочей жидкости. In fig. Figure 1 shows the design of the proposed throttle adaptive flow divider. Fig. 2 illustrates a divider with a solid spool and a conical shape of the radial hydrostatic spool suspension. In fig. Figure 3 shows the combination of the profiles of the ends of the spool valves of the proposed technical solution (profile 1) and the prototype (profile 2), as well as the corresponding diagrams of the pressure of the working fluid.

Дроссельный адаптивный делитель потока (фиг. 1) содержит корпус 1 с каналом подвода 2 рабочей жидкости и цилиндрической расточкой 3. В расточке 3 на радиальном гидростатическим подвесе, образованном тонким несущим слоем 4, установлен подвижный золотник 5 с окружной подводящей канавкой 6, соединительным отверстием 7 в центральной части, имеющий торцы 8, 9 с осесимметричными внутренними углублениями 10 и 11, а также дроссельную вставку 12 из облегченного материала. В дроссельной вставке 12 в виде каналов - углублений выполнены постоянные входные дроссели 13 и 14, связывающие отверстие 7 с углублениями 10 и 11 на торцах 8 и 9 золотника 5. Торцы корпуса 1 закрыты крышками 17 и 18 с образованием полостей отвода 15 и 16. Крышки 17 и 18 установлены на корпусе 1 жестко с возможностью регулирования углового и осевого положения. Последнее может достигаться за счет установки регулировочных прокладок (на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны). В крышках 17 и 18 выполнены каналы отвода 19 и 20. Выходные регулируемые дроссели 21 и 22 выполнены в виде кольцевых щелей между плоскими внутренними поверхностями (стенками) 23 и 24 крышек 17, 18 и торцами 8, 9 золотниика 5, вершины которых расположены на краях торцев 8 и 9, а пологие части обращены внутрь. Кроме того, внутренние поверхности 23 и 24 крышек 17 и 18 совместно с торцами 8 и 9 золотника 5 (являющихся также торцами дроссельной вставки 12) образуют динамические демпферы осевого перемещения золотника 5. Радиальный гидростатический подвес золотника 5 симметричен относительно оси подводящей канавки 6 и образован последовательно расположенными дросселирующими ступенями, как это показано на фиг. 1. Выступы на периферии цилиндрической поверхности золотника охватываются расточкой 3, образуя выходную ступень гидростатического подвеса золотника 5. Для функционирования гидростатического подвеса, помимо подводимого потока рабочей жидкости, необходимо и достаточно уменьшение дросселирующего зазора по направлению течения жидкости. Поэтому исполнение подвеса может быть различным: ступенчатым, коническим или конфузорным. Корпус составного золотника может быть выполнен из металлического или пластикового антифрикционного материала, а вставка из облегченного материала, например, пористого.The throttle adaptive flow divider (Fig. 1) contains a housing 1 with a working fluid supply channel 2 and a cylindrical bore 3. In the bore 3, on a radial hydrostatic suspension formed by a thin load-bearing layer 4, a movable spool 5 is installed with a circumferential supply groove 6, a connecting hole 7 in the central part, having ends 8, 9 with axisymmetric internal recesses 10 and 11, as well as a throttle insert 12 made of lightweight material. In the throttle insert 12, permanent input chokes 13 and 14 are made in the form of channels - recesses, connecting hole 7 with recesses 10 and 11 at the ends 8 and 9 of the spool 5. The ends of the housing 1 are closed with covers 17 and 18 to form outlet cavities 15 and 16. Covers 17 and 18 are mounted rigidly on the body 1 with the ability to adjust the angular and axial position. The latter can be achieved by installing shims (not shown in Fig. 1 and Fig. 2). The covers 17 and 18 have outlet channels 19 and 20. The output adjustable chokes 21 and 22 are made in the form of annular slots between the flat internal surfaces (walls) 23 and 24 of the covers 17, 18 and the ends 8, 9 of the spool 5, the tops of which are located at the edges there are 8 and 9 ends, and the flat parts are turned inward. In addition, the inner surfaces 23 and 24 of the covers 17 and 18 together with the ends 8 and 9 of the spool 5 (which are also the ends of the throttle insert 12) form dynamic dampers for the axial movement of the spool 5. The radial hydrostatic suspension of the spool 5 is symmetrical relative to the axis of the supply groove 6 and is formed in series arranged throttling stages, as shown in Fig. 1. The protrusions on the periphery of the cylindrical surface of the spool are covered by a bore 3, forming the output stage of the hydrostatic suspension of the spool 5. For the functioning of the hydrostatic suspension, in addition to the supplied flow of working fluid, it is necessary and sufficient to reduce the throttling gap in the direction of the fluid flow. Therefore, the design of the suspension can be different: stepped, conical or confuser. The body of a composite spool can be made of metal or plastic anti-friction material, and the insert can be made of a lightweight material, for example, porous.

На фиг. 2 показано коническое исполнение радиального гидростатического подвеса, несущий слой 4 которого непрерывно сужается от центра золотника 5 к его торцам. При этом золотник 5 выполнен цельным из облегченного материала, например, антифрикционного пластика. Постоянные входные дроссели 13 и 14 выполнены в виде капиллярных осевых каналов, получаемых, например, глубоким сверлением.In fig. Figure 2 shows a conical design of a radial hydrostatic suspension, the supporting layer 4 of which continuously tapers from the center of the spool 5 to its ends. In this case, the spool 5 is made of one piece of lightweight material, for example, anti-friction plastic. The permanent input chokes 13 and 14 are made in the form of capillary axial channels, obtained, for example, by deep drilling.

Дроссельный адаптивный делитель потока работает следующим образом.The throttle adaptive flow divider works as follows.

Общий входной поток рабочей жидкости от внешнего источника (не показан) через канал 2 подвода поступает в окружную подводящую канавку 6 и соединительное отверстие 7 в золотнике 5.The total input flow of working fluid from an external source (not shown) through supply channel 2 enters the circumferential supply groove 6 and the connecting hole 7 in the spool 5.

Из окружной подводящей канавки 6 рабочая жидкость через отверстие 7 в золотнике поступает к входным постоянным дросселям 13 и 14, образуя начало основных потоков, а также питает тонкий несущий слой 4 гидростатического подвеса золотника 5, образуя расходящиеся от подводящей канавки 6 дополнительные потоки.From the circumferential supply groove 6, the working fluid through the hole 7 in the spool enters the constant input chokes 13 and 14, forming the beginning of the main flows, and also feeds the thin supporting layer 4 of the hydrostatic suspension of the spool 5, forming additional flows diverging from the supply groove 6.

Основные потоки по расходящимся направлениям через дроссели 13 и 14 поступают в углубления 10 и 11 на торцах золотника 5, откуда через регулируемые посредством перемещения золотника 5 дроссели 21 и 22 поступают в полости 15 и 16 отвода. Эти потоки выполняют основную роль в процессе разделения общего входного потока на формируемые выходные потоки и при этом обеспечивают осевую устойчивость золотника 5.The main flows in diverging directions through the chokes 13 and 14 enter the recesses 10 and 11 at the ends of the spool 5, from where, through the chokes 21 and 22, adjustable by moving the spool 5, they enter the cavities 15 and 16 of the outlet. These flows play a major role in the process of dividing the total input flow into the generated output flows and at the same time ensure the axial stability of spool 5.

Дополнительные потоки зависят от перепада давления между давлением нагнетания и текущими значениями давлений в полостях 15 и 16 отвода, но при этом практически не зависят от перемещений золотника 5. Эти потоки обеспечивают, во-первых, устойчивое плавающее или (при малых расходах) приближенное к плавающему состояние (гидроразгрузку) золотника, при котором полностью исключается или кардинально снижается контактное трение в паре золотник - расточка корпуса, и, во-вторых, они обеспечивают корректировку параметров формируемых выходных потоков.Additional flows depend on the pressure difference between the discharge pressure and the current pressure values in the cavities 15 and 16 of the outlet, but practically do not depend on the movements of the spool 5. These flows provide, firstly, stable floating or (at low flow rates) close to floating state (hydraulic unloading) of the spool, in which contact friction in the spool-body bore pair is completely eliminated or radically reduced, and, secondly, they ensure adjustment of the parameters of the generated output flows.

При подаче давления в канал 2 подвода основные и дополнительные потоки совместно обеспечивают полноценное устойчивое плавающее состояние золотника, при котором предотвращается контактное трение и за счет этого кардинально возрастает чувствительность золотника к перепаду давлений в отводах. Этому способствуют также облегченная дроссельная вставка или цельное выполнение золотника из облегченного материала. При этом Архимедова сила способна создать плавающее состояние золотника, но устойчивость такого состояния обеспечивают именно «гидростатические подушки» радиального гидростатического подвеса и торцев золотника. Таким образом, Архимедова сила и равнодействующая сил давления движущейся рабочей жидкости при подаче давления в канал подвода действуют совместно, сводя к минимуму или полностью предотвращая механические контакты золотника с корпусом, обеспечивая кардинальное повышение чувствительности золотника к изменениям давлений в отводах.When pressure is supplied to channel 2 of the supply, the main and additional flows together ensure a fully stable floating state of the spool, in which contact friction is prevented and due to this the sensitivity of the spool to the pressure difference in the taps is dramatically increased. This is also facilitated by a lightweight throttle insert or a one-piece spool made of lightweight material. At the same time, the Archimedean force is capable of creating a floating state of the spool, but the stability of this state is ensured by the “hydrostatic cushions” of the radial hydrostatic suspension and the ends of the spool. Thus, the Archimedean force and the resultant pressure forces of the moving working fluid, when pressure is supplied to the supply channel, act together, minimizing or completely preventing mechanical contacts of the spool with the body, providing a radical increase in the sensitivity of the spool to changes in pressure in the taps.

При этом основные и дополнительные потоки параллельны друг другу и суммируются в полостях 15 и 16 отвода, образуя два итоговых выходных потока. Каждый выходной поток за счет взаимного влияния основного и дополнительного потоков может быть: а) полностью независимым от изменений давления в отводах, б) может иметь заданную зависимость от изменений давления в отводах, реализуя тем самым адаптивное управление выходными потоками, при котором увеличение давления в полости отвода 15 или 16 вызывает некоторое увеличение расхода рабочей жидкости через сопряженный с этой полостью канал отвода 19 или 20, и, наоборот, уменьшение давления вызывает некоторое уменьшение расхода через канал отвода.In this case, the main and additional flows are parallel to each other and are summed up in the cavities 15 and 16 of the outlet, forming two final output flows. Each output flow, due to the mutual influence of the main and additional flows, can be: a) completely independent of changes in pressure in the outlets, b) can have a given dependence on changes in pressure in the outlets, thereby implementing adaptive control of the output flows, in which the pressure in the cavity increases outlet 15 or 16 causes a slight increase in the flow rate of the working fluid through the outlet channel 19 or 20 associated with this cavity, and, conversely, a decrease in pressure causes a slight decrease in flow through the outlet channel.

На формирование основных потоков оказывают влияние особенности распределения давлений при переходе потоков через дросселирующие кольцевые щели регулируемых дросселей 21 и 22. Вершина дросселирующих щелей не является полностью гидравлически симметричной относительно входа и выхода потоков, в связи с чем эффективная площадь торца существенно отличается от геометрической. Однако, расположение вершин на краях торцев и обращение пологих частей внутрь уменьшают указанную разницу площадей. При этом полная независимость разделенных потоков от давлений в отводах, и, соответственно, высокая точность деления потоков достигается либо при равенстве эффективной и геометрической площадей торцев, либо это может быть достигнуто за счет взаимного влияния основных и дополнительных потоков.The formation of the main flows is influenced by the peculiarities of the pressure distribution when the flows pass through the throttling annular slots of the adjustable chokes 21 and 22. The top of the throttling slots is not completely hydraulically symmetrical with respect to the inlet and outlet of the flows, and therefore the effective end area differs significantly from the geometric one. However, the location of the vertices at the edges of the ends and the turning of the flat parts inward reduce the indicated area difference. In this case, complete independence of the divided flows from the pressure in the outlets, and, accordingly, high accuracy of flow division is achieved either when the effective and geometric areas of the ends are equal, or this can be achieved due to the mutual influence of the main and additional flows.

Фиг. 3 поясняет особенности распределения давления, действующего на золотник заявляемого устройства и золотник прототипа, а также принципы формирования потоков и демпфирующих зон. На фиг. 3 показано совмещение профилей торцев золотников заявляемого технического решения (профиль 1) и прототипа (профиль 2), на которых обозначены: r ₀ - радиус торца золотника согласно изобретению, равный радиусу кармана и радиусу золотника r _з прототипа, r _б - радиус бурта золотника (прототип).Fig. 3 explains the features of the distribution of pressure acting on the spool of the inventive device and the spool of the prototype, as well as the principles of the formation of flows and damping zones. In fig. Figure 3 shows the combination of the profiles of the ends of the spools of the proposed technical solution (profile 1) and the prototype (profile 2), on which are indicated: r ₀ - the radius of the end of the spool according to the invention, equal to the radius of the pocket and the radius of the spool r _from the prototype, r _b - the radius of the spool collar ( prototype).

Выше совмещенных профилей торцев золотников показаны эпюры давления рабочей жидкости, действующие на заявляемый золотник и золотник - прототип. На них обозначены r _э - радиус эффективной площади золотника (изобретение), r _эп - радиус эффективной площади золотника (прототип). Линия 1 показывает эпюру давления на торце по изобретению, а линия 2 - по прототипу. Р _вх - давление в углублении торца золотника согласно изобретению и в кармане прототипа; Р _вых - давление в полости отвода (по изобретению и прототипу).Above the combined profiles of the ends of the spools, diagrams of the pressure of the working fluid acting on the inventive spool and the prototype spool are shown. They are markedr _uh - radius of the effective area of the spool (invention),r _ep - radius of the effective area of the spool (prototype). Line 1 shows the pressure diagram at the end according to the invention, and line 2 - according to the prototype.R _input - pressure in the recess of the end of the spool according to the invention and in the pocket of the prototype;R _out - pressure in the outlet cavity (according to the invention and prototype).

Неравенство справедливо для рассматриваемых случаев из-за разнонаправленных уклонов дросселирующих щелей регулируемых дросселей. Но, если в случае золотник приобретает дополнительную активность из-за воздействия изменяющегося давления Р _вых в полости отвода на участок выходной площади , то в прототипе происходит обратное явление. Последнее обусловлено тем, что с внутренней центральной стороны на бурт (на площадь ) действует неизменное давление Р _вых в полости отвода, а с внешней торцевой стороны на ту же самую площадь проекции бурта действует давление Р, эпюра которого при приближении к вершине имеет участок плавного изменения давления, на котором давление существенно отличается от Р _вых и при приближается к Р _вх . В результате при увеличении Р _вых равнодействующая сил давления на бурт золотника в прототипе направлена в сторону уменьшения зазора дросселирующей щели, из-за чего расход жидкости выходного потока будет несколько уменьшаться. При наличии утечек через подвижные сопряжения этот поток при увеличении давления в полости отвода также уменьшится.Inequality is true for the cases under consideration due to the multidirectional slopes of the throttling slots of the adjustable chokes. But if in case the spool acquires additional activity due to the effect of changing pressureR _out in the outlet cavity to the outlet area, then in the prototype the opposite phenomenon occurs. The latter is due to the fact that from the inner central side to the collar (to the area) constant pressure appliesR _out in the outlet cavity, and from the outer end side pressure acts on the same projection area of the collarR, the diagram of which, when approaching the top, has a section of smooth pressure change, in which the pressure differs significantly fromR _out and at approachingR _input . As a result, with increasingR _out the resultant of the pressure forces on the spool flange in the prototype is directed towards reducing the throttle gap gap, due to which the fluid flow rate of the output flow will decrease slightly. If there are leaks through the moving joints, this flow will also decrease with increasing pressure in the outlet cavity.

Следует отметить, что погрешности расходов основного и дополнительного потоков в прототипе сонаправлены, а в заявляемом изобретении разнонаправлены. Поэтому предлагаемая конструкция, в отличие от прототипа, позволяет взаимно компенсировать погрешности расходов, а также корректировать фактические отклонения расходов. Это осуществимо как на стадии проектирования, так и в случае необходимости доводки, например, с помощью притирки ответственных поверхностей золотника, на которых происходит дросселирование.It should be noted that the flow errors of the main and additional flows in the prototype are co-directed, but in the claimed invention they are multi-directional. Therefore, the proposed design, in contrast to the prototype, makes it possible to mutually compensate for flow errors, as well as to correct actual flow deviations. This is feasible both at the design stage and in case of need for fine-tuning, for example, by lapping the critical surfaces of the spool on which throttling occurs.

Кроме того, в типичных случаях, когда требуется, чтобы, например, шток более нагруженного цилиндра выдвигался на несколько большую величину, чем шток менее нагруженного цилиндра, дроссельный адаптивный делитель потока, согласно предлагаемому изобретению, позволяет реализовать такую возможность. Это обеспечивается за счет выполнения более существенной выходной эффективной площади и является разновидностью адаптивного управления, реализующей обратную связь по давлению в отводах. Реализовать такой адаптивный режим работы позволяет, например, выполнение более пологой вершины регулируемых дросселей, имеющей менее заостренные участки профиля сечения кольцевой щели.In addition, in typical cases when it is required, for example, that the rod of a more loaded cylinder extends a slightly larger amount than the rod of a less loaded cylinder, the throttle adaptive flow divider, according to the present invention, makes it possible to implement this possibility. This is achieved by providing a larger output effective area and is a type of adaptive control that implements pressure feedback in the taps. Such an adaptive mode of operation can be realized, for example, by making the top of the adjustable chokes more flat, having less pointed sections of the cross-sectional profile of the annular slot.

При динамическом нагружении золотника, как при резком изменении давлений в отводах, так и при его периодической пульсации и в некоторых других случаях, гашение колебаний золотника в осевом направлении наиболее эффективно при помощи демпфирующих зон капиллярного типа, которые образованы центральными частями торцев золотника и внутренними стенками крышек. Радиус таких зон демпфирования может достигать 80 % от радиуса торца золотника. При этом сила демпфирования даже при 65 % радиусе, создаваемая зоной, превышает остальное демпфирование более чем в 6 раз. Это позволяет проектировать делители с оптимальным демпфированием, задавая необходимый радиус таких зон.When the spool is dynamically loaded, both with a sharp change in pressure in the taps, and with its periodic pulsation and in some other cases, damping spool oscillations in the axial direction is most effective with the help of capillary-type damping zones, which are formed by the central parts of the ends of the spool and the inner walls of the covers . The radius of such damping zones can reach 80% of the radius of the spool end. Moreover, the damping force, even at a 65% radius, created by the zone exceeds the remaining damping by more than 6 times. This allows you to design dividers with optimal damping, setting the required radius of such zones.

Настроечные значения регулируемых сопротивлений и сил демпфирования вышеупомянутых зон могут также регулироваться или корректироваться посредством установки специальных регулировочных прокладок, или одной прокладки, (на фиг. 1 и фиг. 2 не показаны) между посадочными поверхностями корпуса и крышек, для чего последние установлены с возможностью осевого перемещения.The setting values of the adjustable resistances and damping forces of the above-mentioned zones can also be adjusted or corrected by installing special adjusting shims, or one shim (not shown in Fig. 1 and Fig. 2) between the seating surfaces of the housing and covers, for which the latter are installed with the possibility of axial movement.

Следует отметить, что упрощение конструкции делителя потока достигается за счет того, что предлагаемое техническое решение позволяет достигнуть баланс устойчивого положения золотника и расходов потоков рабочей жидкости без образования выраженных выступающих буртов золотника, которые, в свою очередь, требуют составной конструкции золотника и необходимости окончательной сборки последнего после установки его в корпус.It should be noted that the simplification of the design of the flow divider is achieved due to the fact that the proposed technical solution makes it possible to achieve a balance between the stable position of the spool and the flow rates of the working fluid without the formation of pronounced protruding flanges of the spool, which, in turn, require a composite design of the spool and the need for final assembly of the latter after installing it in the case.

Предлагаемая конструкция делителя потока позволяет также регулировать направления выходных каналов (и соответственно, штуцеров, трубок, шлангов), поскольку крышки корпуса установлены с возможностью поворота по оси. Для практических целей это удобно и также выгодно отличает заявляемый дроссельный адаптивный делитель потока от аналогов и прототипа.The proposed design of the flow divider also allows you to adjust the directions of the output channels (and, accordingly, fittings, tubes, hoses), since the housing covers are installed with the ability to rotate along the axis. For practical purposes, this is convenient and also distinguishes the proposed throttle adaptive flow divider from analogues and the prototype.

Claims

1. Throttle adaptive flow divider, containing a housing, the ends of which are closed with covers, having a supply channel and a cylindrical axisymmetric bore, in which a spool is installed to form a pressure cavity and two outlet cavities connected to two outlet channels for the formed flows of the working fluid, and the spool has inlet unregulated chokes feeding the recesses at its ends, and output adjustable chokes in the form of annular slots that limit the recesses at the ends of the spool and connect them with the outlet cavities, and the tops of the ends of the spool forming the annular slits have steep and flat parts, characterized in that the spool is made of composite or integrally and installed in a cylindrical bore with the formation of successively decreasing throttling gaps, creating a radial hydrostatic suspension, allowing for unhindered axial movement of the spool, and in the central part of its side surface there is a circumferential supply distribution groove, forming a pressure cavity with the cylindrical bore of the body, and a hole, connecting the pressure cavity by means of permanent input chokes with recesses at the ends, the flat parts of the tops of the annular slots are facing inside the ends of the spool, the outlet cavities are formed by the body, the spool and covers, which are installed with the ability to adjust the angular and axial position, have channels for removing the formed flows of the working fluid and form with the ends of the spool there are damping zones for the axial movement of the latter.

2. The flow divider according to claim 1, characterized in that the radial hydrostatic suspension is made with a continuous decrease in the throttling gaps in the direction from the circumferential supply distribution groove to the ends of the spool, for example conical or confuser.

3. Flow divider according to claim 1 or 2, characterized in that the composite spool is made of an anti-friction spool body and an insert made of lightweight material, for example, porous plastic, installed in the axial cylindrical hole of the housing.

4. Flow divider according to claim 1 or 2, characterized in that the one-piece spool is made of lightweight material, for example anti-friction plastic.