Золотники с положительным и отрицательным перекрытием

В системах ручного гидроуправления машин наиболее часто применяются золотниковые распределители, хотя в отдельных случаях используются также крановые и клапанные конструкции. Среди золотниковых распределителей наибольшее распространение получили устройства с положительным перекрытием, а значительно реже — с отрицательным перекрытием (начальным зазором).

В распределителях с положительным перекрытием (рис. ZSK.48.1, а) рабочий поясок плунжера имеет ширину h, которая превышает ширину t проходного окна корпуса (h > t). Благодаря этому при среднем симметричном положении плунжера каждое окно частично перекрывается пояском на величину

В результате проток жидкости через распределитель в нейтральном положении золотника исключается, что обеспечивает устойчивость исполнительного механизма и предотвращает его самопроизвольное перемещение.

В распределителях с отрицательным перекрытием (рис. ZSK.48.1, б), напротив, ширина пояска плунжера h меньше ширины окна t (h < t). Это приводит к тому, что в среднем положении золотника между пояском и краями окна образуется зазор, величина которого равна

и он называется «отрицательным перекрытием». Такой зазор обеспечивает минимальный постоянный проток жидкости даже в нейтральном положении распределителя. Подобное решение применяется реже, так как может снижать точность фиксации рабочих органов, однако оно позволяет уменьшить чувствительность к мелким колебаниям плунжера и обеспечивает более плавный переход потоков при переключении.

Рис. ZSK.48.1. Схемы золотника с перекрытием: а – положительным; б – отрицательным

При смещении плунжера золотника с положительным перекрытием (рис. ZSK.48.1, а) от нейтрального положения на величину, равную перекрытию

рабочая жидкость в гидродвигатель не поступает. Таким образом, перемещения плунжера в пределах двустороннего перекрытия

не вызывают движения исполнительного органа. Это явление называют «зоной нечувствительности» гидроусилителя. Под зоной нечувствительности в общем случае понимается диапазон изменения управляющего воздействия, в пределах которого гидродвигатель не реагирует, то есть не возникает выходного движения. Причинами наличия такой зоны могут быть конструктивные особенности золотника, утечки рабочей жидкости, упругие деформации элементов системы, а также силы трения в сопрягаемых деталях

В гидроусилителях с отрицательным перекрытием (рис. ZSK.48.1, б) ситуация иная. При среднем положении плунжера золотника, если окна питания и слива расположены симметрично относительно рабочих поясков, в полостях гидроцилиндра устанавливается определённое давление. Благодаря наличию зазоров жидкость начинает поступать к исполнительному механизму даже при минимальном смещении плунжера. Это обеспечивает повышенную чувствительность усилителя и практически исключает «мертвую зону», но вместе с тем приводит к возможным утечкам и снижению точности удержания выходного звена в заданном положении.

Когда плунжер золотника смещается от нейтрального положения, баланс давлений в полостях цилиндра нарушается, и на поршень начинает действовать результирующая сила, вызывающая его перемещение в ту или иную сторону. Теоретически, если бы нагрузка на гидродвигатель отсутствовала, а силы трения были равны нулю, любое даже малейшее смещение плунжера золотника от среднего положения вызывало бы движение исполнительного звена.

Для того чтобы поршень начал перемещаться, необходимо не только сместить золотник, но и создать перепад давлений Δp=p1−p2, достаточный для преодоления сопротивлений нагрузки и трения. Поэтому даже у золотников с отрицательным перекрытием существует зона нечувствительности, обусловленная необходимостью формирования минимального рабочего перепада давления. Причём эта зона увеличивается с ростом величины начального зазора, то есть отрицательного перекрытия.

В ряде высокоточных систем управления, например, в гидрокопировальных станках, величину зоны нечувствительности удаётся существенно снизить. Для этого применяют золотники с нулевым перекрытием, где ширина пояска равна ширине окна (ℎ=t). В таких распределителях минимальное смещение плунжера непосредственно вызывает изменение потоков жидкости в полостях цилиндра, что обеспечивает высокую чувствительность. В отдельных случаях удаётся уменьшить зону нечувствительности до ±0,005 мм, что позволяет реализовать очень точное следящее управление.