Оператор манипулятора большую часть своего времени управляет распределителем и от того, насколько легко им управлять, зависит эффективность работы в целом. Под легкостью управления я подразумеваю силу нажатия на золотник.
Почему бывают лёгкие и тяжёлые распределители и, от чего это зависит?
Золотник и корпус образуют плунжерную пару и зазор между ними не должен превышать 2,5 — 3,0 мкм на каждые 20 — 25 мм диаметра плунжера. Это необходимое условие для обеспечения герметичности золотниковых распределительных устройств. Очевидно, что при таких зазорах должны быть очень высокие требования к качеству изготовления самих золотников и корпусных колодцев. Чем точнее изготовлена плунжерная пара, тем меньше трение в сопряжении золотник-колодец и, тем легче управление распределителем.
Для идеальной плунжерной пары, характеризуемой абсолютной цилиндричностью и высоким качеством обработки поверхностей силы давления жидкости на золотник уравновешиваются как в аксиальном, так и в радиальном направлении, а поверхности скольжения разделены граничным слоем жидкости. Следовательно, трение золотника такой пары будет зависеть только от скорости его перемещения и вязкости жидкости. Однако реально трение золотника зависит от величины рабочего давления жидкости, от правильности геометрических форм золотника и колодца и соосности их расположения.
На золотник реальной пары действуют неуравновешенные радиальные силы давления жидкости в рабочем зазоре, прижимающие его к той или иной стороне поверхности колодца, вследствии чего для перемещения золотника необходимо приложить усилие, тем большее, чем выше будет перепад давления жидкости на концах зазора.
На схеме (рис.1) представлен поясок золотникового плунжера длиной l, помещённый в колодец с радиальным зазором. С левой стороны этого пояска находится полость высокого давления p1 и с правой — полость низкого давления p2. Посмотрим как возникает неуравновешенная радиальная сила давления жидкости на плунжер, создающая сопротивление при аксиальном (осевом) его перемещении.
На схеме (рис.1,а) мы видим идеальный цилиндрический золотник в идеальном колодце, их оси параллельны, но смещены на величину е. Давление в верхнем и нижнем зазорах от величины р1 до величины р2 понижается линейно. Если пренебречь скоростным напором потока утечек, нетрудно заметить, что радиальное усилие df1 давления жидкости в верхнем зазоре, стремящееся переместить золотник вниз, равно усилию df2 давления жидкости в нижнем зазоре, стремящемуся переместить плунжер вверх, т.е. эти силы уравновешиваются.
Однако при искажении цилиндричности поверхностей колодца и золотника эксцентричность их осей вызывает нарушение уравновешенности радиальных сил, в результате чего возникают моменты и силы, смещающие золотник к той или иной стороне поверхности колодца. Это наглядно представлено на схеме (рис.1,б,в).
При конусной щели, расширяющейся в направлении движения утечек жидкости (рис.1,б), положение золотника в колодце будет неустойчивым и при нарушении центричности возникнет неуравновешенная радиальная сила, которая стремится сместить золотник в сторону меньшего зазора до контакта его с поверхностью колодца. В этом случае защемляющая сила будет максимальной и, чем большими будут эксцентричность и перекосы золотника, тем больше по величине и защемляющая сила.
При зазоре, суживающемся в направлении движения утечек жидкости (рис.1,в), максимальное давление наблюдается в месте максимального сужения зазора; при этом золотник стремится под действием неуравновешенной силы переместиться в положение, соосное колодцу. В этом случае защемляющая сила может быть минимальной.
На (рис.1,г) представлен наиболее распространённый случай нарушения работы золотниковой пары, когда золотник перекошен в колодце с одновременным смещением относительно его оси. Это может быть в результате несоосного действия на золотник внешних сил, передаваемых, например, изогнутыми или неправильно подторцованными пружинами. Золотник, имеющий на диаметрально противоположных сторонах сужающиеся и расширяющиеся зазоры, стремится под действием сил давления жидкости в зазорах занять положение, при котором непараллельность поверхностей зазоров была бы устранена, т.е. ось золотника заняла бы положение, параллельное оси колодца.
А теперь подведём итог: чем качественнее изготовлены золотники и корпуса распределителей, тем меньше вероятность возникновения неуравновешенной радиальной силы и легче управлять золотником. В новых распределителях подклинивание практически отсутствует, а вот после ремонта распределителя с заменой золотников это явление наблюдается довольно часто.
Источники: Т. М. Башта «Самолетные гидравлические приводы и агрегаты» (конструкции и расчет), Государственное издательство оборонной промышленности, Москва, 1951 год.
