Золотники со ступенчатыми проходными окнами

Распространенным способом повышения устойчивости системы яв­ ляется применение золотников со ступенчатым сечением проходных окон (рис. 281). Для этих золотников характерен перелом в статической ха­ рактеристике расхода в зависимости от перемещения плунжера, причем на первой части его пути окна выполняют с переменным по ходу плун­ жера сопротивлением. Это достигается тем, что подвод жидкости

Рис. 281. Золотник со ступенчатым сечением проходных окон

в начале движения плунжера осуществляется не по всему периметру окружности плунжера золотника, а через узкие каналы на его поясках. Наиболее простой формой подобного канала является узкий паз (щель) переменной глубины. Практически проходное сечение на части длины т хода золотника (примерно 0,5—0,8 мм от нейтральной линии) выполня­ ют в виде двух или четырех узких дуговых щелей, имеющих переменное сечение (см. рис. 281,а).

График изменения сечения щели по ходу, показывающий излом кри­ вой характеристики системы, представлен на рис. 281, б. В первой после прохода мертвой зоны с части хода плунжера увеличение сечения щели на длине т будет протекать по кривой т { и далее на участке п — по

КрИВОЙ П\.

При выполнении профильных щелей размер перекрытия выбирают столь малым (0,05 мм и менее), насколько это позволяют технологиче­ ские возможности.

Очевидно, что применение таких золотников со ступенчатыми про­ ходными окнами допустимо лишь в том случае, если это не внесет в ха­ рактеристику конкретного гидроусилителя каких-либо ограничений, в частности, снижения быстродействия.

Устойчивость системы можно повысить также небольшим предваре­ нием впуска жидкости в цилиндр перед выпуском, которое благоприятно

347

сказывается на работе гидроусилителя благодаря буферному действию (противодавлению) отводимой жидкости.

Демпфирование энергии колебаний

Наиболее радиальным способом гашения колебаний является при­ менение демпферов гидравлического сопротивления, с помощью которых рассеивается в виде тепла кинематическая энергия колебаний. Очевидно, что система будет устойчивой против колебаний, если энергия, рассеи­ ваемая демпфером при колебательных движениях, будет превышать энергию, потенцированную при упругих деформациях компонентов гид­ росистемы.

Демпфер устанавливается в колебательном контуре между любы­ ми двумя перемещающимися относительно друг друга точками (обычно между перемещающейся частью распределительного устройства и его корпусом). В системах с золотниковым распределителем демпфер обыч­ но связывается с плунжером, а втулка демпфера — с корпусом распре­ делителя.

Демпфирование начинается при изменении величины ошибки (рас­ согласования), причем у гидравлического демпфера тормозное сопротив­ ление является функцией скорости нарастания ошибки.

Так как демпферы, установленные между золотником и корпусом клапана, имеют небольшие перемещения, необходимо устранять все причины, могущие привести к снижению эффективности демпфирования, в частности, устранить люфты в соединениях, а также предотвращать возможность попадания воздуха в рабочие полости демпфера; демпфер при работе должен автоматически подзаряжаться жидкостью.

Демпфер не должен вводить на ручку управления ощутимой реак­ ции и понижать быстродействие системы, поскольку это может затруд­ нить пилотирование самолета. Эффективность демпфирования должна быть такой, чтобы демпфер при нормальных скоростях перекладки рулей не увеличивал нагрузки на ручке управления и не препятствовал возвра­ щению ее в нейтральное положение. Кроме того, на эффективность демп­ фирования не должна заметно влиять температура окружающей среды.

Конструктивно демпфер представляет собой цилиндр, поршень 3 которого (рис. 282, а) связан с плунжером 1 золотника. В поршне вы­ полнено дроссельное отверстие 2. При перемещениях поршня жидкость вытесняется им через отверстие 2 и радиальную щель между поршнем и цилиндром из одной его полости в другую. Поскольку сопротивление этой щели в значительной степени зависит от вязкости жидкости и экс­ центричности размещения поршня в цилиндре, для повышения стабиль­ ности действия демпфера необходимо устранять перетекание жидкости через щель. Для этого поршень 3 обычно уплотняется в цилиндре с по­ мощью металлического кольца 4.

Сечение дроссельного отверстия 2 в поршне 3 демпфера подбирает­ ся таким, чтобы демпфирование с одной стороны не увеличивало усилий, необходимых для рабочих перемещений золотника, а с другой стороны, чтобы при скоростных вибрационных его перемещениях создавалось демпфирование, способное погасить силу, возбуждающую колебания. Так, при диаметре поршня демпфера 3, равном 30—40 лш, диаметр от­ верстия 2 обычно составляет 0,8—1 мм.

Для надежного заполнения жидкостью рабочих полостей демпфера при его колебаниях применяют демпферы с двумя пластинчатыми кла­ панами 2 и 5 (см. рис. 282,6), нагруженными слабыми пружинами 6 и плунжером 1 золотника. При перемещениях поршня 3 один из клапанов закрывает проточку 4, в результате чего вытесняемая этим поршнем жидкость проходит через дроссель 8, а другой клапан, преодолев под

348

действием сливного давления усилие пружины 6, открывает вторую про­ точку 4 и дает возможность жидкости заполнить камеру демпфера.

1 г

Рис. 282. Схемы золотников с демпф ером

Регулирование сопротивления осуществляется с помощью дроссельной иглы 7.

Расчет гидравлического демпфера

Расчет гидравлического демпфера в основном сводится к определе­ нию сопротивления течению жидкости, проталкиваемой поршнем демп­ фера через дроссельные каналы. Перепад давления Ар в полостях ци­ линдра демпфера, создаваемый сопротивлением дросселя, выполненного в тонкой стенке поршня (см. рис. 282, а) и расход Q жидкости связаны зависимостью [см. выражение (73)]

Коэффициент расхода для круглого отверстия в тонкой стенке поршня можно принять ц = 0,62.

Принимая во внимание, что указанный расход равен, при условии отсутствия утечек жидкости через зазор между поршнем и цилиндром, объему, описываемому за то же время поршнем демпфера, Q= VF, где V и F — скорость перемещения и эффективная площадь поршня демп­ фера, можем написать:

Q= F V = ? f y r ^

(337)

или

2 ^ 2 / 2

349

Величины параметров F, V, f и Ар	подбирают так, чтобы усилие
P = FAp, необходимое для перемещения	поршня демпфера при требуе­

мой максимальной рабочей его скорости V, не превышало заданных значений.

В том случае, когда демпфер не имеет уплотнительного кольца 4 (см. рис. 238,а), следует учитывать перетекание (расход) жидкости через радиальный зазор (щель) между поршнем и цилиндром демпфера. Расчет демпфера в этом случае рекомендуется проводить в следующем порядке. Сначала следует вычислить [по выражению (83)— для кон­ центричной щели или по выражению (92) — для эксцентричной щели] расход жидкости (2Щпри заданном перепаде давления Ар через радиаль­ ную щель. Вычитая этот расход из объема Q= VF, описываемого порш­ нем демпфера при заданной его скорости [см. выражение (337)], опреде­ ляют объем, который должен быть вытеснен за то же время при задан­ ном перепаде давления Ар через дроссельное отверстие в поршне:

Qi = Q — Qux=VF — <3щ.

При этом расходе площадь отверстия для обеспечения требуемого перепада давления должна быть равна [см. выражение (337)]

/	VF-Qm	(338)

В том случае, когда расход жидкости С1Щчерез радиальную щель при заданном перепаде давления, вычисленный по выражению (92), превышает значение Q= VF, т. е. когда демпфер не обеспечивает задан­ ного сопротивления даже без дополнительного отверстия в поршне, необходимо уменьшить радиальные зазоры в поршневой паре демпфера или увеличить диаметр его поршня.

Минимальное значение диаметра дроссельного отверстия, учитывая возможность засорения, не должно быть меньше 0,3—0,5 мм.

Чтобы избежать перегрузки демпфера при резких перекладках зо­ лотника, применяют предохранительные клапаны.

Энергия, поглощаемая при продавливании жидкости через дроссели

за один ход поршня (трением поршня в цилиндре пренебрегаем),
E0 = LFAp,	(339)

где L — величина хода поршня демпфера (амплитуда колебания зо­ лотника).

Стабилизация введением дополнительной обратной связи

Стабилизация утечкой жидкости связана с дополнительным ее рас­ ходом, демпфирование же понижает быстродействие и может затруднить пилотирование самолета.

Поэтому зачастую применяют стабилизацию путем введения в си­ стему дополнительной обратной связи.

Наиболее простой схемой подобной связи является схема, в которой

вцепь управления золотником введен дополнительный элемент (рис. 283)

ввиде подпружиненного слабыми пружинами поршня а. Этот поршень корректирует с помощью дополнительного дифференциального рычага b перемещение плунжера с золотника примерно пропорционально его ускорению, в результате золотник открывается в скорректированной зависимости с входным сигналом.

На рис. 284, а приведена схема двухкаскадного гидроусилителя, в которой в целях повышения устойчивости пропорциональное управле­

350

ние по рассогласованию корректируется управлением по первой произ­ водной (по скорости изменения рассогласования).

В этой схеме основной распределительный золотник 1, питающий силовой цилиндр 7 гидроусилителя, приводится в движение (управляет-

Рис. 283. Схема гидроусилителя с дополнитель­ ной обратной связью для стабилизации движения

ся) с помощью поршня вспомогательного цилиндра 2, который в свою очередь питается от вспомогательного золотника 6, связанного рыча­ гом 5 со входом (ручкой управления).

Рис. 284. Схемы двухкаскадного гидроусилителя с коррекцией пропорционального управления по сигналам рассогласования

Корректирование пропорционального управления осуществляется следующим образом. Поршневой шток цилиндра 2, связанный с золот­

351