ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1995 года по МПК B62D5/06 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к рулевым управлениям транспортных средств с гидроприводом.

Известна гидравлическая система рулевого управления транспортного средства, содержащая основной распределитель, гидравлически соединенный с силовым цилиндром, напорной линией с насосом, сливной через редукционный клапан с гидробаком, а также с насос-мотором, который в свою очередь кинематически связан с рулевым колесом и основным распределителем, а гидравлически - c рабочими полостями силового цилиндра через дополнительный распределитель, имеющий кинематическую связь со штоком силового цилиндра посредством толкателя и кулачковой рейки [1].

Недостатком известной системы является отсутствие жесткой кинематической связи между рулевым колесом и управляемыми колесами, что приводит к ухудшению характеристик управляемости и устойчивости транспортного средства. Износ рабочих поверхностей кулачковой рейки и толкателя дополнительного распределителя приводит к непостоянству рабочих характеристик системы стабилизации управляемых колес в процессе эксплуатации. Кроме того, увеличенное давление слива, создаваемое редукционным клапаном, установленным в сливной гидролинии, приводит к увеличению непроизводительных затрат мощности насоса, снижению максимального рабочего давления в гидросистеме и увеличению ошибки восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Принудительная стабилизация управляемых колес (создание сил и моментов, обеспечивающих возврат и удержание управляемых колес в нейтральном положении путем применения специальных устройств) начинается только после установки основного распределителя в среднее положение, что увеличивает время возврата рулевого колеса в нейтральное положение.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой системе является выбранная в качестве прототипа гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства [2], содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель, гидравлически соединенный с насосом, силовым цилиндром и через редукционный клапан с гидробаком и кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и сошкой. Основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель механически связан с механизмом возврата управляемых колес, выполненным в виде дополнительного силового цилиндра с двумя подвижными поршнями и гидравлически соединенным с гидробаком и редукционным клапаном через двухпозиционный распределитель, привод которого осуществляется от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса.

Недостатком данной системы является повышенное давление слива, создаваемое редукционным клапаном в сливной гидролинии и необходимое для создания давления рабочей жидкости в дополнительном силовом цилиндре при возврате управляемых колес в нейтральное положение, приводящее к непроизводительным затратам мощности насоса, снижению максимального рабочего давления в гидросистеме и увеличению ошибки восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Величина давления рабочей жидкости в дополнительном силовом цилиндре, определяемая давлением срабатывания редукционного клапана, не обеспечивает возврат управляемых колес в нейтральное положение в сложных дорожных условиях (при большом моменте сопротивления повороту управляемых колес, например, на грунтах с низкой несущей способностью). Принудительная стабилизация управляемых колес начинается только после установки основного четырехлинейного трехпозиционного распределителя в среднее положение, что увеличивает время возврата рулевого колеса в нейтральное положение. Кроме того, наличие дополнительного силового цилиндра и необходимость его жесткой кинематической связи с основным силовым цилиндром затрудняет компоновку рулевого управления на транспортном средстве, а большое количество подвижных механических соединений, несущих силовую нагрузку, снижает надежность рулевого управления и повышает потери на трение.

Изобретение направлено на повышение эффективности работы гидравлической системы рулевого управления колесного транспортного средства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства, содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель (далее - основной распределитель), гидравлически связанный с насосом и гидробаком с одной стороны и полостями силового цилиндра с другой, кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами, предохранительный и редукционный клапаны, двухпозиционный распределитель с приводом от датчика момента, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса, дополнительно снабжена вспомогательным четырехлинейным трехпозиционным распределителем (далее - вспомогательный распределитель), двумя дросселями и вторым двухпозиционным распределителем. Вспомогательный распределитель управляется давлением рабочей жидкости, а второй двухпозиционный распределитель имеет общий с двухпозиционным распределителем привод от датчика момента, который расположен на валу рулевого колеса и имеет механизм блокировки. Вспомогательный распределитель связан гидролиниями управления через два дросселя с гидробаком, а через нормально открытый второй двухпозиционный распределитель с силовым цилиндром посредством двух дополнительных отверстий, выполненных в силовом цилиндре таким образом, что они открыты при нейтральном положении поршня и одно из них перекрываются при его смещении. Первой гидролинией вспомогательный распределитель связан с насосом через редукционный клапан, второй и четвертой гидролиниями он связан непосредственно с полостями силового цилиндра, а третьей - с первой гидролинией основного распределителя. Основной распределитель в свою очередь соединен второй гидролинией с гидробаком, а третьей и четвертой - через нормально закрытый двухпозиционный распределитель с полостями силового цилиндра. Кроме того, вспомогательный распределитель выполнен с возможностью соединения в нейтральной позиции его первой гидролинии с третьей, а в двух других позициях - со второй или четвертой, в то время как две другие гидролинии заперты.

Предлагаемая система отличается наличием дополнительно введенных элементов: вспомогательного распределителя, двух дросселей и второго двухпозиционного распределителя и их связей с остальными элементами системы. Дополнительные элементы широко известны, однако при их введении в указанной связи с остальными элементами система проявляет новые свойства. В частности, в результате того, что вспомогательный распределитель установлен между насосом и основным распределителем и связан гидролиниями управления через второй двухпозиционный распределитель с дополнительными отверстиями в силовом цилиндре, а второй и четвертой гидролиниями непосредственно с полостями силового цилиндра, минуя основной распределитель, принудительная стабилизация управляемых колес начинается сразу же после снятия усилия с рулевого колеса независимо от положения основного распределителя, что приводит к уменьшению времени возврата рулевого колеса в среднее положение. В качестве механизма, возвращающего управляемые колеса в нейтральное положение, используется силовой цилиндр, осуществляющий поворот управляемых колес, в котором давление создается непосредственно насосом, а не редукционным клапаном, установленным в сливной гидролинии. Поэтому усилие, возвращающее управляемые колеса, такое же по величине как и усилие, создаваемое силовым цилиндром при повороте, что дает возможность возвращать управляемые колеса в нейтральное положение в сложных дорожных условиях. Кроме того, отсутствие редукционного клапана в гидролинии слива, создающего давление рабочей жидкости для возврата и удержания управляемых колес в нейтральном положении, позволяет снизить непроизводительные затраты мощности насоса, увеличить максимальное рабочее давление в гидросистеме и уменьшить ошибку восприятия водителем момента сопротивления повороту транспортного средства. Отсутствие дополнительного силового цилиндра облегчает компоновку рулевого управления на транспортном средстве и значительно уменьшает количество подвижных механических соединений, несущих силовую нагрузку, повышая тем самым надежность системы и снижая потери на трение.

Таким образом за счет устранения отмеченных недостатков повышается эффективность работы гидравлической системы рулевого управления транспортного средства.

На чертеже представлена схема гидравлической системы рулевого управления колесного транспортного средства.

Гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства содержит насос 1, параллельно которому подсоединен предохранительный клапан 2. Насос 1 гидравлически связано гидробаком 3 и через редукционный клапан 4 с первой гидролинией вспомогательного распределителя 5. Вспомогательный распределитель 5 связан гидролиниями управления 6 и 7 через дроссели 11 и 12 с гидробаком 3, а через нормально открытый второй двухпозиционный распределитель 8 с силовым цилиндром 9 посредством двух дополнительных отверстий, выполненных в силовом цилиндре 9 таким образом, что они открыты при нейтральном положении поршня 10 и одно из них перекрывается при его смещении. Второй 13 и четвертой 14 гидролиниями вспомогательный распределитель 8 связан с полостями силового цилиндра 9, а третьей - с гидролинией 15 и первой гидролинией основного распределителя 16. Причем вспомогательный распределитель 5 выполнен с возможностью соединения в нейтральном позиции его первой гидролинии с третьей 15, а в двух других позициях со второй 13 или четвертой 14 гидролиниями, в то время как две другие заперты. Основной распределитель 16 в свою очередь соединен второй гидролинией 17 с гидробаком 3, а третьей 18 и четвертой 19 гидролиниями через нормально закрытый двухпозиционный распределитель 20 - с полостями силового цилиндра 9. Кроме того, основной распределитель 16 кинематически связан с рулевым колесом 21, штоком силового цилиндра 22 и управляемыми колесами 23. Двухпозиционный распределитель 20 и второй двухпозиционный распределитель 8 имеют общий привод от датчика момента 24, который расположен на валу рулевого колеса 21 и имеет механизм блокировки 25, выполненный, например, в виде размыкающего контакта без самовозврата и включенного последовательно в цепь питания датчика момента 24.

При прямолинейном движении транспортного средства и отсутствии управляющих воздействий (момент на валу рулевого колеса 21 отсутствует) вспомогательный распределитель 5, основной распределитель 16 и поршень 10 силового цилиндра 9 находятся в нейтральном положении. Двухпозиционный распределитель 20 разъединяет гидролинии 18 и 19 от полостей силового цилиндра 9, а второй двухпозиционный распределитель 8 соединяет полости силового цилиндра 9 с гидролиниями управления 6 и 7. Рабочая жидкость, поступающая от насоса 1, проходит через редукционный клапан 4, вспомогательный распределитель 5, гидролинию 15 и основной распределитель 16 на слив в гидробак 3.

При возникновении внешней силы, стремящейся отклонить управляемые колеса 23 от положения прямолинейного движения (наезд на неровность дороги, разрушение шины управляемого колеса 23), поршень 10 смещается из нейтрального положения, перекрывая одно из дополнительных отверстий и запирая данную полость силового цилиндра 9, что приводит к удержанию управляемых колес 23 в нейтральном положении.

При повороте рулевого колеса 21 усилие, возникающее на его валу, воспринимается датчиком момента 24, под управляющим воздействием которого двухпозиционный распределитель 20 соединяет гидролинии 18 и 19 с полостями силового цилиндра 9, а второй двухпозиционный распределитель 8 отсоединяет гидролинии управления 6 и 7 от силового цилиндра 9. Основной распределитель 16 смещается, например, вниз, соединяя тем самым гидролинию 15 с гидролинией 19 и через открытый двухпозиционный распределитель 20 с бесштоковой полостью силового цилиндра 9, а штоковую полость через двухпозиционный распределитель 20, гидролинию 18, основной распределитель 16 с гидробаком 3. Рабочая жидкость поступает от насоса 1 через находящийся в нейтральном положении вспомогательный распределитель 5 и далее по гидролиниям 15 и 19 в бесштоковую полость силового цилиндра 9, осуществляя тем самым перемещение поршня 10 и поворот управляемых колес 23. Из штоковой полости рабочая жидкость вытесняется поршнем 10 в гидролинию 18 и далее на слив в гидробак 3. Если управляющее воздействие водителя на рулевое колесо 21 прекращается, то под управлением датчика момента 24 двухпозиционный распределитель 20 и второй двухпозиционный распределитель 8 возвращаются в исходное положение, отсоединяя полости силового цилиндра 9 от гидролиний 18, 19 и соединяя их через дополнительные отверстия с гидролиниями управления 6 и 7. При этом в результате смещения поршня 10 одно из дополнительных отверстий в силовом цилиндре 9 оказывается перекрытым, например, соединенным с гидролинией 6, а во втором вследствие действия стабилизирующего момента создается избыточное давление, которое, передаваясь по гидролинии управления 7, смещает вспомогательный распределитель 5 таким образом, что его первая гидролиния соединяется через гидролинию 13 со штоковой полостью силового цилиндра 9, направляя в нее под давлением рабочую жидкость. Из бесштоковой полости рабочая жидкость вытесняется поршнем 10 через гидролинию управления 7 и дроссель 11 в гидробак 3, удерживая давлением, создаваемым за счет сопротивления дросселя 11 вспомогательный распределитель 5 в указанном положении. В результате происходит возврат поршня 10, а следовательно, и управляемых колес 23 в нейтральное положение. Это происходит до тех пор, пока не откроются оба дополнительных отверстия (поршень займет нейтральное положение). После этого давление в гидролиниях 6 и 7 выровняется и вспомогательный распределитель 5 под действием центрирующих пружин возвращается в исходное положение, соединяя тем самым свою первую гидролинию с третьей, и далее через гидролинию 15 возвратившийся к тому времени в нейтральную позицию основной распределитель 16 и гидролинию 17 с гидробаком 3. При большой величине стабилизирующего момента, имеющей место в случае движения транспортного средства с высокой скоростью, перехода управляемых колес 23 через нейтральное положение не происходит вследствие того, что поршень, сместившись из нейтрального положения, перекрывает одно из дополнительных отверстий, например соединенное с гидролинией 7, что приводит к запиранию бесштоковой полости и, следовательно, удержанию управляемых колес 23 в нейтральном положении.

Подобным образом происходит поворот управляемых колес 23 в другую сторону и их возврат в нейтральное положение. Отличие состоит в том, что при осуществлении поворота основной распределитель 16 смещается вверх, соединяя гидролинию 15 с гидролинией 18, а гидролинию 19 с гидролинией 17. При возврате управляемых колес 23 в нейтральное положение избыточное давление создается в гидролинии 6 управления, под действием которого вспомогательный распределитель 5 смещается таким образом, что его первая гидролиния соединяется с четвертой и через гидролинию 14 с бесштоковой полостью силового цилиндра 9. Рабочая жидкость, вытесняемая при этом поршнем 10 из штоковой полости, поступает по гидролинии управления 6 через дроссель 12 в гидробак 3.

При размыкании контактов механизма блокировки 25 двухпозиционный распределитель 20 и второй двухпозиционный распределитель 8 приводятся в положение, соответствующее наличию момента на валу рулевого колеса 21, соединяя основной распределитель 16 с полостями силового цилиндра 9 и запирая гидролинии управления 6 и 7. В таком состоянии система работает таким же образом, как и гидравлические системы рулевых управлений серийных автомобилей.

Использование: в рулевых управлениях транспортных средств с гидроприводом. Изобретение направлено на повышение эффективности работы рулевого управления колесного транспортного средства. Сущность изобретения: гидравлическая система рулевого управления колесного транспортного средства содержит основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель 16, гидравлически связанный второй гидролинией 17 с гидробаком 3, а третьей 18 и четвертой 19 гидролиниями через нормально закрытый двухпозиционный распределитель 20 - с полостями силового цилиндра 9, кинематически связанный с рулевым колесом 21, штоком 10 силового цилиндра 9 и управляемыми колесами 23 вспомогательный четырехлинейный трехпозиционный распределитель 5, предохранительный 2 и редукционный 4 клапаны, два двухпозиционных распределителя 20,8 с приводом от датчика момента 24, имеющего механизм блокировки и расположенного на валу рулевого колеса 21, и два дросселя 11,12. Распределитель 5 управляется давлением рабочей жидкости и связан гидролиниями управления через два дросселя 11,17 с гидробаком 3, а через нормально открытый второй двухпозиционный распределитель 8 - с силовым цилиндром 9 посредством двух дополнительных отверстий, выполненных в силовом цилиндре 9 таким образом, что они открыты при нейтральном положении поршня 10 и одно из них перекрывается при его смещении. Первой гидролинией распределитель 5 связан с насосом 3 через редукционный клапан 4, второй и четвертой гидролиниями он связан непосредственно с полостями силового цилиндра 9, а третьей - с первой гидролинией распределителя 16. Вспомогательный четырехлинейный трехпозиционный распределитель 5 выполнен с возможностью соединения в нейтральной позиции его первой гидролинии с третьей, а в двух других позициях - со второй или четвертой, в то время как две другие гидролинии заперты. 1 ил.

ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая основной четырехлинейный трехпозиционный распределитель, гидравлически связанный с насосом и гидробаком с одной стороны и полостями силового цилиндра с другой, кинематически связанный с рулевым колесом, штоком силового цилиндра и управляемыми колесами, предохранительный и редукционный клапаны, двухпозиционный распределитель с приводом от датчика момента, имеющего механизм блокировки, и расположенного на валу рулевого колеса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена вспомогательным четырехлинейным трехпозиционным распределителем, управляемым давлением рабочей жидкости, двумя дросселями и вторым двухпозиционным распределителем с приводом от датчика момента, при этом вспомогательный четырехлинейный трехпозиционный распределитель связан гидролиниями управления через два дросселя с гидробаком, а через нормально открытый второй двухпозиционный распределитель - с силовым цилиндром посредством двух дополнительных отверстий, выполненных в силовом цилиндре с возможностью открытия при нейтральном положении поршня и закрытия одного из них при смещении поршня первой гидролинией через редукционный клапан - с насосом, второй и четвертой гидролиниями непосредственно связан с полостями силового цилиндра, а третьей - с первой гидролинией основного четырехлинейного трехпозиционного распределителя, который второй гидролинией соединен с гидробаком, а третьей и четвертой через нормально закрытый двухпозиционный распределитель - с полостями силового цилиндра, причем вспомогательный четырехлинейный трехпозиционный распределитель выполнен с возможностью соединения в нейтральной позиции его первой гидролинии с третьей, а в двух других позициях - с второй или четвертой, в то время как две другие гидролинии заперты.