4. Расчет основных размеров дросселирующего гидрораспределителя

Расход через золотник определяется по формуле:

где: – диаметр золотника;

– перемещение золотника;

– площадь дросселирующей щели;

– коэффициент использования периметра;

– коэффициент расхода;

– плотность рабочей жидкости;

– давление насосной станции;

– рабочее давление гидродвигателя.

В качестве расчетной точки возьмем режим холостого хода, т.е.:

Возьмем запас по расходу, проходящему через распределитель:

Будем считать, что и

Плотность масла И-50А по ГОСТ 20799-88 при 20°С составляет:

Для того, чтобы золотник не потерял своих дросселирующих свойств, в зоне рабочих окон режим течения жидкости должен быть развитым турбулентным, поэтому вводится ограничение на максимальное значение смещения золотника (12):

Тогда определим диаметр золотника:

Подставив численные значения в формулу (13), получим:

Согласно ГОСТ 12447-80 «Гидроприводы объемные, пневмоприводы и смазочные системы. Нормальные диаметры» округляем полученное значение диаметра плунжера до стандартного значения

Зная стандартизованный диаметр золотника и максимальный потребный расход, найдем значение максимального смещения плунжера для пропускания этого расхода, используя формулу(14) :

Выразим максимальное перемещение золотника из формулы (11):

Подставив численные значения в формулу (14), получим:

5. Статические характеристики дросселирующего гидрораспределителя

Под статическими характеристиками дросселирующего распределителя подразумеваются графики зависимостей следующего вида:

На данном этапе построим указанные характеристики для привода с идеальным золотником.

Для идеального золотника существует ряд допущений, облегчающих расчет и построение статических характеристик:

• Независимо от открытия x и давления гидродвигателя p_гд, режим течения жидкости через рабочие окна золотника – развитый турбулентный, т.е. µ=const.

• Геометрические размеры золотника выдержаны идеально, а значит, все рабочие окна имеют одинаковую форму при смещении плунжера

• Радиальный зазор между плунжером и втулкой δ=0

• Начальное перекрытие рабочих окон всех кромок e=0

П ри этих допущениях расход, протекающий через рабочее окно золотника, определяется формулой (17)

Построенные с учетом всего вышеизложенного регулировочная и нагрузочная характеристики изображены соответственно на Рис. 3 и на Рис. 4.

рис. 1 Регулировочная характеристика гидрораспределителя при различных значения давления гидродвигателя: 1) ; 2) ; 3) ; 4)

рис. 2 Расходно-перепадная характеристика гидрораспределителя при различных значениях открытий: 1) ; 2) ; 3) ; 4) ; 5)

6. Выбор жесткости центрирующих пружин, определение максимальных значений расхода управления и давления управления дросселирующего гидрораспределителя

Рассмотрим силы, действующие на плунжер золотника:

1) Сила сухого трения.

Силу сухого трения считаем равной нулю , так как она имеют очень малые значения ввиду того, что между плунжером и втулкой золотника существуют масляная пленка.

2) Сила гидродинамическая.

Эта сила действует со стороны потока жидкости проходящего через дросселирующую цель на плунжер золотника. Она направлена по оси плунжера и действует в сторону его закрытия. Наличие этой силы обусловлено изменением направления движения потока жидкости проходящей через дросселирующую щель.

Гидродинамическая сила определяется следующей формулой:

где:

– угол между вектором скорости выходящего из щели потока и направлением действия гидродинамической силы.

Найдем гидродинамическую силу.

Учитывая, что имеется два рабочих окна, суммарная гидродинамическая сила будет определяться по формуле:

Рассчитаем максимальное значение гидродинамическое силы. Т.е. рассмотрим холостой ход.

Тогда:

По экспериментальным данным определено, что оптимальное значение угла θ при максимальном значении смещения плунжера золотника θ=69̊.

Подставив численные значения в формулу (17), получим:

3) Сила со стороны центрирующих пружин.

где: – жесткость одной пружины.

Силу со стороны двух центрирующих пружин примем равной 30% от максимальной гидродинамической силы:

Подставив численные значения в формулу (19), получим:

Таким образом, исходя из формул (18) и (19) жесткость каждой из центрирующих пружин определяется по формуле:

Подставив чиселенные значения в формулу (20), получим:

4) Сила инерции.

где:

Для определения инерционной нагрузки на плунжер золотника допустим, что выходное звено привода двигается по гармоническому закону. Тогда кинематические параметры движения выходного звена будут описываться следующими уравнениями:

Отсюда можем определить предельную циклическую частоту быстродействия привода:

Подставив численные значения в формулу (25), определим:

Определим значение предельной частоты работы привода:

Золотник должен работать на более высокой предельной частоте, так как управляющий каскад должен иметь большее быстродействие. Выбираем значение коэффициента запаса по частоте и подсчитаем значение предельной частоты работы золотника:

Найдем значение предельной циклической частоты быстродействия золотника:

Если предположить что при гармоническом движении выходного звена привода, золотник также будет двигаться по гармоническому закону, то выражения (22), (23) и (24) будут также справедливы и по отношению к золотнику.

Из формулы (24) определяем максимальное значение ускорения золотника:

Масса золотника приблизительно (с запасом) будет определятся по формуле:

где: - длина золотника ;

- плотность стали.

Подставив численные значения в формулу (26), получим:

Подставив численные значения в формулу (21), получим:

Сумма всех сил, действующих на плунжер золотника:

Определим величину этой сумму, для случая, если все силу действуют в одном направлении и максимальны по величине:

Подставив численные значения в формулу (28), получим:

Определим максимальное значения давления управления золотника:

где: – площадь торца плунжера золотника.

Подставив численные значения в формулу (29), получим:

Определение максимального расхода управления золотником будем также проводить в предположении гармонического характера движения плунжера золотника.

Определим максимальную скорость движения плунжера золотника:

Домножив полученное значение на значение площади торцевой поверхности, получим максимально возможный расход управления:

Подставив численные значения в формулу (30), получим:

В итоге имеем:

-Жесткость центрирующих пружин:

-Максимальное значения расхода управления:

-Максимальное значение давления управления: