УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ, ПОДАВАЕМОГО К БЛОКУ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B62D5/83 

Изобретение относится к устройству для регулирования давления, подводимого к блоку гидростатического управления, с помощью управляющего сигнала.

Известно устройства указанного типа (US-PS 4620416), имеющее устройство регулирования давления и узел поворотного золотника, один из золотниковых элементов которого выполнен с возможностью поворота средствами управления, а другой выполнен с возможностью коррекции его положения с помощью измерительного двигателя, через который проходит поток, причем золотниковые элементы установлены с возможностью поворота друг относительно друга на ограниченный угол в любую сторону от нейтрального положения и имеют регулирующие отверстия, которые образуют по меньшей мере один первый дроссель, закрытый в нейтральном положении, во впускной линии управляющего двигателя рулевого управления, по меньшей мере один второй дроссель, закрытый в нейтральном положении, в возвратной линии управляющего двигателя и по меньшей мере один регулирующий дроссель, который открыт в нейтральном положении золотниковых элементов и установлен в линии между отводом для подачи управляющего сигнала о давлении и резервуаром.

В известных устройствах такого рода (DE-PS 3635162, US-PS 4620416) управляющий сигнал отводится в точке, лежащей между двумя дросселями, установленными во впускной линии, а именно, между измерительным дросселем и следующим дросселем, при этом точка отвода соединена с резервуаром через регулирующий дроссель. При приведении в действие средств управления регулирующий дроссель должен закрываться при наименьшем возможном угле поворота, так как в противном случае по мере открывания дросселей, находящихся во впускной линии, происходит утечка части жидкости, подаваемой к управляющему двигателю, через регулирующий дроссель. При относительно больших углах поворота управляющий сигнал вырабатывается такой величины, что падение давления в измерительном дросселе во впускной линии остается постоянным. Переход от первого типа определения управляющего сигнала регулирующим дросселем ко второму типу определения управляющего сигнала измерительным дросселем вызывает нежелательный рост величины управляющего сигнала в процессе работы, т. е. нежелательный рост так называемого LS давления, и, следовательно, нежелательное изменение давления в линиях двигателя.

Нагрузка на управляющий двигатель дополнительно влияет на управляющий сигнал. Действительно, если на управляющий двигатель действуют отрицательные силы, в нем возникает отрицательное давление. Это тот случай, например, когда скорость поршня управляющего двигателя превышает максимальную величину, предусмотренную конструкцией блока управления. Отрицательное давление вызывает всасывание жидкости под давлением через впускную линию, которое ведет к соответствующему падению давления у измерительного дросселя. В результате управляющий сигнал изменяется так, что устройство регулирования давления создает пониженное давление.

В основу изобретения положена задача создания устройства упомянутого выше типа, с помощью которого потребности практики могут быть удовлетворены даже лучше, чем прежде.

Эта задача решается, согласно изобретению, тем, что устройство для регулирования давления, подводимого к блоку гидростатического управления, содержит по меньшей мере один дополнительный дроссель, установленный последовательно с регулирующим дросселем в линии, подключенной к источнику давления, при этом регулирующий дроссель имеет характеристику закрывания, проходящую по существу через весь рабочий диапазон угла поворота золотниковых элементов.

В этой конструкции отсутствует зависимость от нагрузки управляющего двигателя. Напротив, управляющий сигнал в результате выбора характеристики закрывания соответствует действительным требованиям управляющего воздействия, определяемого относительным поворотом двух золотниковых элементов друг относительно друга. Для этой цели регулирующий дроссель работает во всем рабочем диапазоне угла поворота. Это возможно вследствие того, что регулирующий дроссель не соединен со впускной линией. По этой причине также отсутствует различие между первым и вторым типами определения управляющего сигнала. Величина потока, протекающего через последовательно установленные регулирующий и дополнительный дроссели, может быть небольшой. На практике этот поток определяется тем количеством подаваемой к блоку управления жидкости под давлением, которое является достаточным для поддержания его температуры во время простоя устройства.

Дополнительное преимущество заключается в том, что нет необходимости в установке измерительного дросселя во впускной линии. Это ведет к уменьшению стоимости производства. Кроме того, падение давления в блоке управления меньше, чем повышает его КПД. Отсутствует также необходимость в открывании такого измерительного дросселя одновременно с другим дросселем, что труднее осуществить с точки зрения технологии производства. Напротив, отдельные дроссели не требуется открывать точно в одно и то же время. Поскольку давление не зависит от нагрузки, во многих случаях могут отсутствовать даже переливные клапаны.

В частности, регулирующий дроссель может иметь такую характеристику закрывания, что площадь его проходного сечения изменяется в сторону уменьшения в зависимости от угла поворота золотниковых элементов в большей степени вблизи нейтрального положения золотниковых элементов, чем при больших углах их поворота. Таким образом достигается относительно большая величина управляющего сигнала сразу в начале работы средств управления, в результате чего соответственно высокое давление действует у устройства регулирования давления, будь это регулируемый насос или регулирующий клапан, например, очередной клапан. Как только открываются впускная и обратная линии управляющего двигателя, он может работать с соответствующей силой.

Особенно целесообразно, чтобы регулирующий дроссель имел такую характеристику закрывания, при которой площадь его проходного сечения изменяется в зависимости от угла поворота золотниковых элементов резко в первой части рабочего диапазона от нейтрального положения золотниковых элементов до начала открывания первого дросселя, относительно мало во второй части рабочего диапазона до начала открывания второго дросселя и еще меньше в остальной, третьей части рабочего диапазона. Таким образом, может быть принят во внимание тот факт, что отдельные дроссели в блоке управления открываются в разное время. Давление, соответствующее данной степени открытия дросселей, всегда имеется.

Рекомендуется, чтобы регулирующий дроссель состоял по меньшей мере из двух соединенных параллельно дросселей, из которых первый установлен с возможностью закрывания при небольшом угле поворота золотниковых элементов при открытом втором дросселе. В результате использования таких отдельных дросселей можно легко получить желаемую характеристику закрывания.

Двух отдельных дросселей оказывается достаточно, в особенности когда площадь проходного сечения второго дросселя выполнена с возможностью уменьшения в зависимости от угла поворота золотниковых элементов в большей степени в первой части рабочего диапазона угла поворота, чем во второй его части.

Особенно целесообразно, чтобы источник давления был образован выходной линией устройства регулирования давления.

В связи с этим целесообразно, чтобы дополнительный дроссель был расположен в устройстве регулирования давления.

В предпочтительном альтернативном варианте источник давления образован входной линией блока гидростатического рулевого управления. В этом случае имеющиеся на рынке блоки управления нуждаются лишь в небольшой модификации.

В предпочтительном варианте выполнения первый золотниковый элемент выполнен в виде внутренней гильзы, а второй золотниковый элемент - в виде внешней гильзы, при этом гильзы установлены в корпусе и выполнены с кольцевыми каналами, осевыми каналами и регулирующими отверстиями, образующими соединительные каналы и дроссели, а кольцевой канал, соединенный с выходом для управляющего сигнала, соединен через дополнительный дроссель с кольцевым каналом, подающим входное давление блока управления, а через регулирующий дроссель - с выходом блока управления, имеющим давление, равное давление в резервуаре. В результате получается компактная конструкция.

Целесообразно, чтобы устройство было снабжено двумя установленными параллельно друг другу дополнительными дросселями, каждый из которых работает в зависимости от направления относительного поворота золотниковых элементов. В этом случае дополнительный дроссель может быть аналогичен по конструкции всем остальным дросселям в гильзах, однако с учетом двух возможных направлений поворота.

Также целесообразно, чтобы устройство было снабжено двумя регулирующими дросселями, соответствующий из которых работает в зависимости от направления относительного поворота золотниковых элементов.

Изобретение более подробно описано ниже в виде предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематично устройство управления с устройством регулирования давления согласно изобретению, фиг. 2 изображает график изменения площади пропускного сечения дросселей в зависимости от относительного угла поворота α, фиг. 3 изображает в разрезе блок управления, который может быть использован согласно изобретению, и фиг. 4 изображает принципиальную схему этого блока управления.

Фиг. 1 изображает блок 1 управления, на который от насоса 2 подается жидкость под давлением с постоянным объемом подачи через устройство 3 регулирования давления в виде регулируемого клапана и который приводит в действие управляющий двигатель 4 в зависимости от средств управления 5. Устройство 3 регулирования давления имеет первый выход CF, у которого может быть отведено регулирующее давление, и второй выход EF, который подает избыточную жидкость либо в резервуар 6, либо к последующей нагрузке. Заданное давление устанавливается на выходе CF с помощью золотника 7. В правой полости 8 давления такое же, как на выходе CF, так как они соединены друг с другом линией 9, имеющей нерегулируемый дроссель АК. В левой полости 10 действует пружина 11 и давление несколько ниже, потому что выход CF соединен с полостью 10 линией 9а, имеющей постоянный дополнительный дроссель AV и жидкость способна перетекать дальше из полости 10 по линии 12 с регулирующим дросселем AS в резервуаре 6. Полость 10 таким образом образует отвод последовательной цепи, лежащей между выходом CF и резервуаром 6 и содержащей установленные последовательно дополнительный дроссель AV и регулирующий дроссель AS; управляющий сигнал s в виде регулирующего давления может быть отведен в этом ответвлении.

Блок 1 управления имеет ввод P со стороны высокого давления, соединенный линией 13 с выходом CF устройства 3 регулирования давления, выход T со стороны резервуара 6, два отверстия R и L, которые соединены с управляющим двигателем 4, и отверстие LS, с которым соединена линия 12, для ввода управляющего сигнала. На стороне 14 ввода давления расположены последовательно обратный клапан 15, дроссель А2, измерительный двигатель 16, дроссель А3 и дроссель А4. На стороне 17 отвода имеется дроссель А5. Дроссели А2 и А3 служат по существу для включения двигателя 16 во впускной линии. Дроссели А4 и А5 закрыты в нейтральном положении блока управления и открыты, когда приводятся в действие средства 5 управления, при этом дроссель А5 открывается позднее, чем дроссель А4. Регулирующий дроссель AS открыт в нейтральном положении и постепенно закрывается во время работы средств управления.

Конструкция такого блока управления, за исключением цепи для регулирующего дросселя AS, в общем хорошо известна, например, из блока управления "ORBITROL" автора данной заявки или из DE-PS 3635162. В таких блоках управления средства 5 управления, например, маховик управления, действуют на первый поворотный золотниковый элемент, а измерительный двигатель 16 действует на второй поворотный золотниковый элемент. Относительный угол α поворота между двумя поворотными золотниковыми элементами определяется открытие дросселей. Поворотом средств 5 управления открываются дроссели во впускной линии и в возвратной линии. Измерительный двигатель 16 приводится в действие текущей в результате этого жидкостью под давлением, после чего указанные дроссели снова перемещаются в направлении закрытия. Блокировка управления определяется количеством жидкости под давлением, достигающей управляющего двигателя 4 рулевого управления, при этом скорость управления определяется открыванием отдельных дросселей. Характеристика закрывания регулирующего дросселя AS выбирается так, чтобы даже относительно большое количество жидкости поступало в управляющий двигатель 4 под значительным давлением.

На фиг. 2 представлен график изменения площади пропускного сечения отдельных дросселей в зависимости от относительного угла α поворота поворотных золотниковых элементов. Характеристика 18 соответствует дросселям A2 и A3, характеристика 19 соответствует дросселю A4, характеристика 20 соответствует дросселю A5 и характеристика 21 соответствует регулирующему дросселю AS. Следует отметить, что в нейтральном положении дроссели A2 и A3 открыты, а дроссели A4 и A5 закрыты. Дроссель A4 открывается при малом относительном угле поворота, дроссель A5 открывается при несколько большем угле поворота. По мере возрастания угла поворота площади пропускных сечений растут до максимальной величины.

Регулирующий дроссель AS полностью открыт в нейтральном положении. Его характеристика 21 закрывания проходит по существу по всему рабочему диапазону угла поворота. В данном конкретном варианте выполнения она имеет три участка 22, 23 и 24. На первом участке 22, который соответствует началу операции управления, пропускное сечение дросселя существенно уменьшается. Давление управляющего сигнала s соответственно возрастает. Когда дроссель A4 в результате этого начинает открываться, на выходе CF устройства регулирования давления уже существует значительное рабочее давление. Второй участок 23, который проходит приблизительно от начала открывания дросселя A4 до начала открывания дросселя A5, имеет менее крутой наклон. Пропускное сечение регулирующего дросселя продолжает уменьшаться, но с меньшей скоростью на угловую единицу. Третий участок 24, на который приходится остаток диапазона угла поворота, имеет еще более пологий наклон. Вызванный этим дальнейший рост давления управляющего сигнала служит только для компенсации повышенных сил противодействия, возникающих в результате быстрого управляющего движения. Характеристика 21 не обязательно должна состоять из прямолинейных участков; напротив, она может иметь плавный переход между отдельными участками.

Крутой начальный участок 22 обеспечивает быстрое открывание золотника в устройстве 3 регулирования давления в направлении дальнейшего открывания выхода CF. Когда во впускном тракте открывается последний дроссель A4, уже имеется высокое рабочее давление. Когда дроссель A5 начинает открываться по мере продолжения поворота маховика управления и фактически может начаться управляющее действие, в управляющем двигателем 4 действует высокое рабочее давление, которое ведет к немедленной корректировке управляющего двигателя со значительной силой.

На фиг. 3 изображен модифицированный блок управления. Блок 101 управления содержит корпус 30 с расточенным отверстием 31. В этом отверстии установлена с возможностью поворота внешняя гильза 32, а внутри нее установлена с возможностью поворота внутренняя гильза 33. Соединительный вал 34 соединяет измерительный двигатель 116 с внешней гильзой 32. Внутренняя гильза 33 выполнена с возможностью соединения муфтой 35 со средствами 5 управления. Внутренняя и внешняя гильзы соединены друг с другом с помощью листовой пружины 36, которая позволяет осуществлять ограниченный относительный поворот. Измерительный двигатель 116 - это редукторный двигатель, который имеет внешний зубчатый венец 37 и внутреннее зубчатое колесо 38, между которыми находятся вытеснительные камеры 39 и который закрыт крышкой 40. Гильзы 32 и 33 образуют два золотниковых элемента узла 41 поворотного золотника. Имеется кольцевой канал 42, который сообщается с выходом T для резервуара, кольцевой канал 43, который сообщается с левым отверстием L управляющего двигателя, кольцевой канал 44, который сообщается с правым отверстием R управляющего двигателя, ряд регулирующих отверстий 45, которые сообщаются через осевые каналы 46 с соответствующими вытеснительными камерами 39, кольцевой канал 47, который сообщается с отверстием P подвода давления, и кольцевой канал 48, который сообщается с отверстием подвода управляющего сигнала LS. Кроме того, имеется ряд осевых каналов, например, канал 49 и ряд регулирующих отверстий, например, отверстие 50. Все вместе они образуют соединительные каналы и дроссели, которые необходимы для такого блока управления.

Отличия этого блока управления от известных блоков, описанных в DE-PS 3635162, поясняются со ссылкой на фиг. 4, на которой элементы, одинаковые с изображенными на фиг. 1, обозначены теми цифровыми позициями, увеличенными на 200. Можно видеть, что жидкость под давлением, подаваемая по линии 213, достигает кольцевого канала 47 и из него передается через один из дросселей A2, измерительный двигатель 216, один из дросселей A3, распределительный канал 51 и один из дросселей A4 во входное отверстие R управляющего двигателя рулевого управления, в то время как возврат жидкости осуществляется через отверстие L управляющего двигателя и дроссель A5 в отверстие T для резервуара. Другие дроссели A2, A3, A4, A5 требуются для другого направления поворота узла 41 поворотного золотника.

Кольцевой канал 48, который сообщается с отверстием LS для управляющего сигнала, соединен при помощи нерегулируемого дополнительного дросселя AV1 с кольцевым каналом 47, по которому поступает входное давление. Аналогичный второй дополнительный дроссель AV2 вступает в действие при повороте в противоположную сторону. Кроме того, кольцевой канал 48 соединен с помощью двух параллельных отдельных регулирующих дросселей AS1 и AS2 с распределительным каналом 52 и с помощью двух параллельных отдельных регулирующих дросселей AS3 и AS4 - с управляющим каналом 53. По достижении небольшого угла поворота один дроссель AS1, AS3 может быть полностью закрыт и жидкость проходит через другой дроссель AS2, AS4. Распределительные каналы 52 и 53 соединены с помощью соответствующего переключения дросселя AU1 и AU2 с выходным отверстием T для резервуара. Переключающие дроссели обеспечивают действие каждого отдельного регулирующего дросселя при повороте в соответствующем направлении.

Соответственно, между источником давления (кольцевой канал 47) и выходом T для резервуара имеется цепь из дополнительного дросселя AV1, AV2 и установленного с ним последовательно соответствующего регулирующего дросселя AS1, AS2 и AS3, AS4 с отводом для управляющего сигнала s в кольцевом канале 48. Давление управляющего сигнала s и пружины 211 действует на золотник 207 слева, а давление у выхода CF действует справа.

Кроме того, в линии 213 установлены предохранительный клапан 54 для ограничения давления управляющего сигнала s и всасывающий клапан 55, выравнивающий отрицательное давление.

Описанные варианты выполнения могут быть модифицированы различными способами, не выходя из основной концепции изобретения. Например, поворотные золотники могут быть также выполнены в виде плоских золотников, известных из DE-PS 3243402. В качестве устройства регулирования давления могут применяться различные насосы. Предлагаемое устройство управления особенно подходит для блоков гидростатического управления транспортных машин.

Устройство для регулирования давления, подводимого к блоку гидростатического управления, содержит узел поворотного золотника, один из золотниковых элементов которого выполнен с возможностью поворота средствами управления, а положение другого элемента золотника корректируется с помощью измерительного двигателя. Вместе с последовательным дросселем регулирующий дроссель образует последовательную цепь, независимую от впускного тракта управляющего двигателя и подсоединенную между источником давления и резервуаром. Регулирующий дроссель имеет характеристику закрывания, которая проходит, по существу, через весь рабочий диапазон угла поворота золотниковых элементов. Управляющий сигнал отводится между последовательным дросселем и регулирующим дросселем. Это обеспечивает регулирование давления, независимое от нагрузки. 10 з.п. ф-лы. 4 ил.

1. Устройство для регулирования давления, подаваемого к блоку гидростатического рулевого управления, с помощью управляющего сигнала, имеющее устройство регулирования давления и узел поворотного золотника, один из золотниковых элементов которого выполнен с возможностью поворота средствами управления, а другой золотниковый элемент выполнен с возможностью коррекции его положения с помощью дозирующего двигателя (16) и проходящего через него потока, при этом оба золотниковых элемента установлены с возможностью поворота друг относительно друга на ограниченный угол в любую сторону от нейтрального положения и имеют регулируемые отверстия, образующие по меньшей мере один первый дроссель (А2), закрытый в нейтральном положении золотниковых элементов и находящийся во впускной линии управляющего двигателя (4) рулевого управления, по меньшей мере один второй дроссель (А5), закрытый в нейтральном положении золотниковых элементов и находящийся в возвратной линии управляющего двигателя (4), и по меньшей мере один управляющий дроссель (AS), открытый в нейтральном положении золотниковых элементов и установленный в линии между отводом для подачи управляющего сигнала и резервуаром (6), отличающееся тем, что управляющий дроссель (AS; AS1-AS4) вместе с последовательным дросселем (AV; AV1, AV2) образуют последовательную цепь, которая не зависит от впускной линии управляющего двигателя (4, 204) и подключена к источнику давления, при этом указанная цепь имеет характеристику (21) закрывания, проходящую, по существу, через весь рабочий диапазон угла поворота золотниковых элементов. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходное сечение управляющего дросселя (AS) выполнено с возможностью изменения его в сторону уменьшения в зависимости от угла поворота золотниковых элементов в большей степени вблизи нейтрального положения золотниковых элементов, чем при больших углах их поворота. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что проходное сечение управляющего дросселя (AS) выполнено с возможностью уменьшения в зависимости от угла поворота золотниковых элементов - резкого в первой части рабочего диапазона от нейтрального положения золотниковых элементов до начала открывания первого дросселя (А2), относительно небольшого во второй части рабочего диапазона до начала открывания второго дросселя (А5) и малого в остальной части рабочего диапазона. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что управляющий дроссель (AS) состоит по меньшей мере из двух соединенных параллельно управляющих дросселей (AS1, AS2), из которых первый управляющий дроссель установлен с возможностью закрывания при небольшом угле поворота золотниковых элементов при открытом втором управляющем дросселе. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что проходное сечение второго управляющего дросселя (AS2, AS4) выполнено с возможностью уменьшения в зависимости от угла поворота золотниковых элементов в большей степени в первой части рабочего диапазона угла поворота, чем по второй его части. 6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что источник давления образован выходной линией (CF) устройства (3,203) регулирования давления. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно снабжено вторым дополнительным дросселем (АК), расположенным в устройстве (3) регулирования давления. 8. Устройство по одному из пп.1 - 5, отличающееся тем, что источник давления образован входной линией блока (1) гидростатического рулевого управления. 9. Устройство по одному из пп.1 - 8, отличающееся тем, что первый золотниковый элемент выполнен в виде внутренней гильзы (33), а второй золотниковый элемент - в виде внешней гильзы (32), гильзы (32, 33) установлены в корпусе (30) и выполнены с кольцевыми каналами (42, 43, 44, 47, 48), осевыми каналами (49) и регулируемыми отверстиями (50), образующими соединительные каналы и дроссели, а кольцевой канал (48), соединенный с выходом (LS) для управляющего сигнала, соединен через последовательный дроссель (AV1, AV2) с кольцевым каналом (47), подающим входное давление блока (1, 101, 201) управления, а через управляющий дроссель (AS1, AS2; AS3, AS4) - с выходом блока (1, 101, 201) управления, имеющим давление, равное давлению в резервуаре (6). 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено двумя последовательными дросселями (AV1, AV2), каждый из которых работает в зависимости от направления относительного поворота золотниковых элементов. 11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что оно снабжено двумя управляющими дросселями (AS1, AS2; AS3, AS4), каждый из которых работает в зависимости от направления относительного поворота золотниковых элементов.