Золотниковый распределитель

Золотниковый распределитель — это гидравлическое или пневматическое устройство, предназначенное для управления потоком рабочей среды (жидкости или газа) путём изменения направления её движения, а также для пуска, остановки и регулирования расхода. Основным рабочим элементом распределителя является золотник — цилиндрический или плоский подвижный элемент, который перемещается внутри корпуса и своими кромками открывает или перекрывает каналы, соединяя их в различных комбинациях. Золотниковые распределители являются базовыми компонентами гидросистем и пневмосистем в станкостроении, мобильной технике, авиации, судостроении и промышленной автоматике.

Принцип действия и устройство

Работа золотникового распределителя основана на принципе осевого или поворотного перемещения золотника относительно посадочного гнезда (гильзы). Корпус распределителя имеет ряд отверстий — гидролиний, которые соединяются с насосом, баком (сливом) и исполнительными органами (гидроцилиндрами, гидромоторами). Внутри корпуса с высокой точностью (зазор обычно составляет 5–20 мкм) установлен золотник, на котором выполнены проточки и пояски (бурты). При перемещении золотника его пояски перекрывают одни каналы и открывают другие, что обеспечивает требуемую схему соединения линий.

Управление золотником может осуществляться несколькими способами: ручным (рукояткой или кнопкой), механическим (от кулачка или упора), электрическим (с помощью электромагнита — соленоида), гидравлическим (давлением пилотного потока) или пневматическим. Распределители с электромагнитным управлением являются наиболее распространёнными в современной автоматизированной технике, так как они легко интегрируются в системы с программным управлением (ЧПУ, ПЛК).

Классификация

Золотниковые распределители классифицируются по нескольким основным признакам.

По числу позиций и линий

Обозначение распределителя обычно строится по формуле «A/B», где A — число присоединяемых гидролиний (входов/выходов), B — число фиксированных позиций золотника. Например, распределитель 4/3 имеет четыре линии (напор, слив и два рабочих выхода) и три позиции (две крайние и одна нейтральная). Наиболее распространены распределители 2/2, 3/2, 4/2 и 4/3. Распределители 4/3 позволяют останавливать исполнительный механизм в среднем положении, при этом схема соединения каналов в нейтральной позиции может быть различной (все линии закрыты, напор соединён со сливом, рабочие линии заперты и т. д.).

По типу золотника

• Цилиндрические (осевые) — золотник перемещается вдоль своей оси. Это самый массовый тип, используемый в промышленной гидравлике.
• Поворотные (крановые) — золотник имеет форму сектора или цилиндра с каналами и поворачивается вокруг оси. Применяются реже, обычно в ручных распределителях с большим условным проходом.

По способу управления

• Ручное управление (рычаг, рукоятка, педаль).
• Механическое (от кулачков, толкателей).
• Электромагнитное (соленоидное) — с питанием от постоянного или переменного тока.
• Гидравлическое — с управлением от пилотного потока (применяется в распределителях с большим расходом).
• Пневматическое.
• Комбинированное (например, электрогидравлическое).

По количеству золотников

Распределители могут быть одно-, двух- и многозолотниковыми. Многозолотниковые блоки (секционные распределители) широко применяются в гидросистемах тракторов, экскаваторов и другой мобильной техники, где требуется независимое управление несколькими исполнительными механизмами.

Основные характеристики

Ключевыми техническими параметрами золотникового распределителя являются:

• Условный проход (DN) — диаметр присоединительных отверстий, определяющий пропускную способность.
• Номинальный расход — максимальный объём рабочей жидкости, проходящий через распределитель без значительных потерь давления (обычно указывается для перепада давления 1 МПа).
• Номинальное давление — максимальное рабочее давление, при котором гарантируется герметичность и ресурс (типичные значения — 16, 25, 32, 63 МПа).
• Время срабатывания — интервал от подачи управляющего сигнала до полного переключения золотника (для электромагнитных моделей обычно 10–80 мс).
• Утечки — внутренние перетечки рабочей жидкости через зазоры между золотником и гильзой. Для качественных распределителей они минимальны, но полностью не устранимы.
• Ресурс — количество циклов переключения до потери работоспособности (может достигать десятков миллионов циклов).

Применение

Золотниковые распределители используются практически во всех отраслях, где применяется гидравлический или пневматический привод.

В станкостроении они управляют подачей гидроцилиндров и вращением гидромоторов, обеспечивая точное позиционирование рабочих органов. В мобильной технике (экскаваторы, погрузчики, тракторы, краны) многозолотниковые секции позволяют оператору одновременно управлять стрелой, ковшом, поворотом платформы и ходовой частью. В авиационной и космической технике применяются специальные высоконадёжные распределители, работающие при экстремальных температурах и давлениях. В металлургии и прессовом оборудовании золотниковые распределители обеспечивают работу мощных гидропрессов усилием до десятков тысяч тонн. Также они широко используются в системах смазки, тормозных системах, робототехнике и автоматических линиях.

Преимущества и недостатки

К преимуществам золотниковых распределителей относятся: малые габариты и масса, высокая точность управления, малое время срабатывания, возможность работы при высоких давлениях, большой ресурс и способность управлять большими потоками при малых усилиях на управляющем элементе (благодаря гидравлическому усилению).

Основным недостатком является наличие внутренних утечек через зазор между золотником и гильзой, что снижает объёмный КПД и требует высокой чистоты рабочей жидкости. Загрязнение масла абразивными частицами приводит к быстрому износу кромок золотника и заклиниванию. Кроме того, золотниковые пары требуют высокой точности изготовления, что увеличивает стоимость устройства.

Разновидности конструкций

Помимо классических цилиндрических золотников, существуют модификации, улучшающие их характеристики. Например, золотники с гидравлическим центрированием, с демпферами для плавного переключения, с пропорциональным управлением (пропорциональные распределители), позволяющие плавно регулировать расход в зависимости от величины управляющего сигнала. Также выпускаются распределители со встроенными обратными клапанами, предохранительными клапанами и датчиками положения золотника.

История

Первые золотниковые устройства появились в XIX веке в паровых машинах, где использовались для распределения пара по цилиндрам. В гидравлике золотниковые распределители начали активно применяться в начале XX века с развитием гидропривода в станкостроении. Массовое производство электромагнитных распределителей началось в 1930–1950-х годах, что связано с автоматизацией производственных процессов. В СССР разработкой и выпуском золотниковых распределителей занимались специализированные заводы гидравлики, такие как Московский завод гидроаппаратуры, Харьковский завод «Гидропривод» и другие. Современные производители, включая компании Bosch Rexroth, Parker Hannifin, Eaton, и российские предприятия (ПАО «Пневмостроймашина», ОАО «Гидросила»), предлагают широкую гамму распределителей для различных условий эксплуатации.

Источники

• Башта Т. М. «Гидравлика, гидромашины и гидроприводы». — М.: Машиностроение, 1982.
• Свешников В. К., Усов А. А. «Станочные гидроприводы». — М.: Машиностроение, 1988.
• Лепешкин А. В., Михайлин А. А. «Гидравлические и пневматические системы». — М.: Академия, 2004.
• ГОСТ 24679-81 «Распределители гидравлические. Общие технические условия».