ГИДРОРУЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2004 года по МПК B62D5/06 

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам и, в частности, к их рулевым приводам, а именно гидравлическим приводам, использующим текучую среду под давлением, обеспечивающим большую часть усилия, необходимого для рулевого управления транспортным средством.

Уже известен гидроруль транспортного средства, содержащий гидравлическое распределительное устройство, выполненное из корпуса и полого золотника вращательно-поступательного действия, полого рулевого вала, расположенного в центральном отверстии золотника и связанного с ним винтовой передачей, планетарного гидромотора с механизмом гидрораспределения и карданного валика, шарнирно соединенного одним концом с ротором гидромотора, а другим посредством цилиндрического пальца - с втулкой нулеустановителя и одновременно с золотником /Проспект фирмы "Zahnradfabrik Fridzichshafen AG"/ ZF-servostatz, 2/90.

Недостатком известного гидроруля является его недостаточная надежность из-за интенсивного износа подвижного соединения "палец карданного валика-золотник", а также сложности механизма гидрораспределения.

Известен также гидроруль транспортного средства, снабженный вторым цилиндрическим пальцем, расположенным в радиальном сквозном отверстии полого золотника и в сквозном продольном пазу втулки нулеустановителя, при атом рулевой вал выполнен, с двумя сквозными винтовыми пазами, в которых расположен второй цилиндрический палец. Кроме того, в механизме гидрораспределения каждый второй паз золотника выполнен со сквозным отверстием в центральную полость золотника.

В сквозных продольных пазах рулевого вала и втулки нулеустановителя расположены изогнутые фигурные пластинчатые пружины, опертые через опорные пластины своими концами в торцы пазов рулевого вала, а своими центральными поверхностями контактирующие между собой, причем линия контакта этих пружин между собой при нейтральном положении рулевого вала ориентирована вдоль его продольной оси /Патент РФ 2096227, 1996 г., В 62 D 5/06/.

Указанный известный гидроруль является сравнительно надежным, однако быстродействие возврата рулевого вала в нейтральное положение недостаточно, причем неоптимальное расположение упругого элемента относительно продольной оси рулевого вала приводит к сползанию пластинчатых пружин, заклиниванию ими золотника, мешающему возврату вала в нейтральное положение, а следовательно, возрастанию усилия на рулевом колесе при повороте и снижению надежности работы гидроруля.

Среди известных гидрорулей указанный является наиболее близким к предлагаемому гидрорулю по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату, поэтому он взят за прототип.

Задача изобретения состоит в повышении надежности работы гидроруля, значительном снижении усилия на рулевом колесе при повороте и повышении быстродействия при возврате в нейтральное положение.

Для решения поставленной задачи с указанным техническим результатом в гидроруле транспортного средства, содержащем корпус, в центральном цилиндрическом отверстии которого, выполненном с кольцевыми канавками, размещен полый золотник вращательно-поступательного действия, снабженный кольцевыми пазами, ограниченными распределительными кромками, и размещенными с возможностью взаимодействия с канавками корпуса, сообщенными с насосом, сливным баком, исполнительным цилиндром и с центральной полостью золотника, также снабженного радиально ориентированными сквозными отверстиями; рулевое колесо и связанный с ним полый рулевой вал, соосно размещенный в центральном отверстии золотника, снабженный в своей средней части сквозным продольным пазом с параллельными стенками, выполненными с радиальными расширениями с обеих сторон паза и с опорными поясками, симметрично расположенными относительно продольной оси рулевого вала, и снабженный винтовыми сквозными пазами, размещенными между сквозным продольным пазом и торцом рулевого вала, удаленным от рулевого колеса; втулку нулеустановителя, расположенную в центральном отверстии рулевого вала и снабженную в торцевых зонах сквозными продольными пазами с параллельными стенками; планетарный редуктор и связанный с ним гидромотор, рабочие полости которого сообщены с центральной полостью золотника; карданный валик, связанный посредством первого цилиндрического пальца с ротором гидромотора и посредством второго цилиндрического пальца, установленного в винтовых пазах рулевого вала, в торцевом пазу втулки нулеустановителя и в отверстиях золотника - с втулкой нулеустановителя и одновременно с золотником; а также содержащий упругий центрирующий элемент, установленный с примыканием к опорным пояскам сквозного продольного паза рулевого вала и ограниченный стенками сквозного торцевого продольного паза во втулке нулеустановителя, и выполненный в виде изогнутых по дуге с постоянным радиусом кривизны четырех пластинчатых попарно симметрично расположенных пружин, контактирующих между собой своими выпуклыми центральными частями, и плоских опорных пластин, установленных с примыканием к торцевым частям изогнутых пластинчатых пружин, согласно изобретению упругий центрирующий элемент выполнен из четырех опорных пластин и пластинчатых пружин квадратной формы /сплошных, т. е. без прорезей/, установленных попарно симметрично продольной оси рулевого вала, с примыканием пружин в каждой паре и пластин в каждой паре по всей площади их квадратной поверхности и контактированием двух пар симметричных пружин между собой выпуклыми центральными частями по линии, перпендикулярной продольной оси рулевого вала в момент нейтрального положения гидроруля, причем длина стороны квадрата каждой пружины и пластины, измеренная в направлении вдоль продольной оси рулевого вала и в перпендикулярном этой оси, выполнена равной 0,95-0,96 внутреннего диаметра золотника в его торцевой части, толщина пластин и пружин выполнена одинаковой, при этом пружины выполнены заневоленными с модулем упругости Е, равным 2,06•10⁵ МПа, а продольный сквозной паз втулки нулеустановителя, размещенный со стороны сквозного продольного паза рулевого вала, выполнен с увеличенной шириной между параллельными сторонами в торцевой части по сравнению с тупиковой и глубина этой расширенной торцевой части продольного паза втулки нулеустановителя выполнена равной 0,36-0,37 длины стороны пружины.

Зона фиксации упругого элемента параллельными стенками расширенной части сквозного продольного паза втулки нулеустановителя может быть выполнена равной 0,25-0,30 длины стороны пружины.

Радиальное расширение сквозного паза рулевого вала может быть выполнено непосредственно примыкающим к обоим торцам этого паза.

Величина осадки каждой заневоленной пружины после ее установки в сквозном пазу может быть выполнена равной по меньшей мере 0,03-0,06 максимальной высоты прогиба в середине пружины в свободном ее состоянии, т.е. до установки в сквозной паз.

Проведенный анализ патентной и научно-технической литературы не выявил известности заявляемой совокупности существенных признаков. Сущность изобретения поясняется графически.

На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого гидроруля транспортного средства.

На фиг. 2 показан продольный разрез деталей гидроруля через упругий элемент (укрупненно).

На фиг.3 показан поперечный разрез предлагаемого гидроруля через упругий элемент.

На фиг.4 показан разрез через упругий элемент предлагаемого гидроруля в плоскости возможного сдвига пружин.

На фиг. 5 для сравнения величин сдвига пружин представлен разрез через упругий элемент гидроруля-прототипа в плоскости возможного сдвига пружин.

Представленный на фиг.1-4 предлагаемый гидроруль транспортного средства содержит корпус 1, в центральном цилиндрическом отверстии 2 которого размещен полый золотник 3 вращательно-поступательного действия, выполненный с кольцевыми пазами 4, ограниченными распределительными кромками 5, регулирующими напор-слив, и с радиальными сквозными отверстиями 6, симметрично расположенными в одном из его пазов. На поверхности цилиндрического отверстия 2 корпуса гидроруля выполнены кольцевые канавки 7, сообщенные с насосом 8, сливным баком 9 и с дополнительным цилиндром 10. Канавка 7 корпуса 1 гидроруля размещены с возможностью взаимодействия с пазами 4 золотника.

В центральном отверстии 11 золотника 3 расположен полый рулевой вал 12, снабженный в своей средней части сквозным продольным пазом 13 с прямыми параллельными стенками, выполненными с опорными поясками 14 симметрично расположенными относительно продольной оси 15 рулевого вала 12, и двумя винтовыми сквозными пазами 16 с правым направлением и с шагом, равным, в частности, 84, 82 мм, позволяющим осуществлять оптимизированное поступательное перемещение золотника 3 вдоль оси 15 в двух противоположных направлениях, на расстояние, равное, в частности, 3,6 мм. Вращательное движение золотника ограничено 12-12,5^o от нейтрального положения руля.

Винтовые пазы 16 размещены между сквозным продольным пазом 13 и торцом 17 рулевого вала 12, удаленным от рулевого колеса (не показано).

В центральном отверстии 18 рулевого вала расположена втулка 19 нулеустановителя, снабженная с торцов сквозными продольными пазами 20 и 21, предназначенными для размещения цилиндрических пальцев: первого 22 и второго 23, радиально установленных, а также цилиндрической выемкой 24 со стороны карданного валика. Продольный паз 20 втулки 19, размещенный со стороны продольного паза 13 рулевого вала 12, выполнен в торцевой части с увеличенной шириной между параллельными стенками 25 по сравнению с тупиковой частью этого паза и снабжен фаской с торца.

Расстояние между опорными поясками 14 в плоскости, перпендикулярной продольной оси 15 рулевого вала l2, и расстояние между параллельными сторонами паза 20 выполнены равными между собой и равными ширине пакета упругого центрирующего элемента.

Этот упругий элемент выполнен из четырех пластинчатых пружин 26 и четырех опорных пластин 27 прямоугольной, в частности квадратной, формы, установленных попарно симметрично продольной оси 15 рулевого вала 12 с примыканием пружин 26 в каждой паре и пластин 27 в каждой паре по всей площади их квадратной поверхности, а также контактированием двух пар симметричных пружин 27 между собой выпуклыми центральными частями двух наружных в паре пружин, причем этот контакт осуществляется по линии, перпендикулярной продольной оси 15 вала 12 в момент нейтрального положения гидроруля, и по плоскости, перпендикулярной продольной оси 15 вала 12 при повороте рулевого колеса, а следовательно, сжатии пружин 27. Длина пружин оптимизирована, а толщина всех пружин и пластин в упругом центрирующем элементе выполнена одинаковой. Кроме того, все пружины выполнены заневоленными, с модулем упругости Е, равным 2,06•10⁵ МПа. Величина осадки каждой заневоленной пружины после на установки выполнена равной предпочтительно 0,03-0,06 максимальной высоты прогиба в середине пружины в свободном ее состоянии до размещения в пазу. Зона фиксации упругого элемента параллельными стенками расширенной части сквозного продольного паза втулки 19 выполнена равной 0,25-0,30 длины стороны пружины, причем последняя выполнена равной 0,95-0,96 внутреннего диаметра золотника в его торцевой части. Для удобства технического обслуживания радиальные расширения 28 сквозного паза рулевого вала выполнены непосредственно примыкающими к обоим торцам этого паза.

Привод гидроруля осуществляют посредством карданного валика 29 от планетарного редуктора 30, связанного с гидромотором 31, рабочие полости которого сообщены с центральной полостью золотника 3. Карданный валик 29 связан с ротором гидромотора 31 посредством первого цилиндрического пальца 22 и связан с втулкой 19 нулеустановителя одновременно с золотником 3 посредством второго цилиндрического пальца 23, размещенного в винтовых пазах 16 рулевого вала 12. Твердость HRC_Э пластин и пружин равна 48-52. Оптимизирована шероховатость поверхностей пружин и пластин: R_а - по средним отклонениям - не более 0,32 мкм, а R_z - по максимальной высоте микронеровностей профиля, по десяти точкам - не более 1,6 мкм.

Корпус 1 гидроруля на стыке с напорной, двумя цилиндровыми и сливной линиями гидросистемы снабжен четырьмя отверстиями, сообщенными посредством соединительных каналов с кольцевыми канавками.

Гидроруль работает следующим образом.

При неподвижном рулевом вале 12 под действием оптимально размещенных пружин 27 упругого центрирующего элемента сквозной продольный паз 13 рулевого вала 12 и торцевой продольный паз 20 втулки 19 нулеустановителя устанавливаются в одной плоскости и золотник 3 занимает нейтральное положение. Попарное размещение пружин 27 и контактирование двух пар симметричных пружин между собой выпуклыми центральными частями именно по линии, перпендикулярной продольной оси рулевого вала, исключает сползание пружин упругого элемента вдоль продольной оси 15 рулевого вала 12. При передаче крутящего момента изогнутые пружины 27 сжимаются, а плоские скручиваются, в результате чего характеристика упругого элемента получается нелинейной. Благодаря этому снижается крутящий момент на рулевом колесе в крайних положениях золотника.

При нейтральном положении гидроруля насос 8 подает рабочую жидкость в напорную линию гидроруля и далее на слив в бак 9, поскольку сообщены между собой две определенные канавки 7 корпуса 1 и кольцевого паза 4, а все остальные канавки заперты распределительными кромками 5. При повороте рулевого вала 12 золотник 3 под воздействием цилиндрического пальца 23, размещенного в винтовых сквозных пазах 16, передвигается в направлении продольной оси рулевого вала, дросселируя кромками своих пазов 4 поток рабочей жидкости. При этом открываются соответствующие каналы, соединяющие напорную линию с соответствующей цилиндровой линией. В результате этого повышается давление рабочей жидкости в напорной линии соответственно нагрузке в цилиндровой полости исполнительного цилиндра 10. Практически одновременно осуществляется слив рабочей жидкости из другой цилиндровой полости. При поступлении рабочей жидкости в гидромотор 31 эксцентриковый вал, связанный штифтом с центральной шестерней, начинает вращаться и через планетарный редуктор 30 карданным валиком 29 проворачивает втулку 19 нулеустановителя в сторону вращения рулевого вала 12, стремясь сместить золотник 3 в нейтральное положение.

Это происходит немедленно под воздействием пружин 27 упругого элемента при прекращении вращения вала руля.

В настоящее время предлагаемый гидроруль транспортного средства изготовлен и опытные образцы его успешно прошли испытания, подтвердив высокие показатели надежности и быстродействия.

Предлагаемое техническое решение является новым, имеющим изобретательский уровень и промышленно применимо.

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам, в частности к их рулевым гидравлическим приводам. Сущность изобретения: предложен гидроруль, содержащий гидравлическое распределительное устройство, состоящее из корпуса и полого золотника вращательно-поступательного действия, полого рулевого вала, размещенного в центральном отверстии золотника и связанного с ним винтовой передачей, гидромотора с приводом от планетарного редуктора и карданного валика, соединенного с ротором гидромотора и с золотником и втулкой нулеустановителя, связанной с рулевым валом упругим элементом. Новизна изобретения состоит в оптимизации упругого центрирующего элемента, выполненного из четырех пластинчатых пружин и четырех опорных пластин квадратной формы, установленных попарно симметрично продольной оси рулевого вала с примыканием пружин и пластин в каждой паре по всей площади их квадратной поверхности и контактированием двух пар симметричных пружин между собой выпуклыми центральными частями по линии, перпендикулярной продольной оси рулевого вала в момент нейтрального положения гидроруля. Оптимизированы размеры пружин, пластин и зоны фиксации упругого элемента параллельными стенками расширенной части сквозного продольного паза втулки нулеустановителя. Пружины выполнены заневоленными, а величина осадки каждой пружины после ее установки оптимизирована. Достигаемый технический результат - повышение надежности в эксплуатации и быстродействия возврата в нейтральное положение. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гидроруль транспортного средства, содержащий корпус, в центральном цилиндрическом отверстии которого, выполненном с кольцевыми канавками, размещен полый золотник вращательно-поступательного действия, снабженный кольцевыми пазами, ограниченными распределительными кромками и размещенными с возможностью взаимодействия с канавками корпуса, сообщенными с насосом, сливным баком, исполнительным цилиндром и с центральной полостью золотника, также снабженного радиально ориентированными сквозными отверстиями, рулевое колесо и связанный с ним полый рулевой вал, соосно размещенный в центральном отверстии золотника, снабженный в своей средней части сквозным продольным пазом с параллельными стенками, выполненными с радиальными расширениями с обоих сторон паза и с опорными поясками, симметрично расположенными относительно продольной оси рулевого вала, и снабженный винтовыми сквозными пазами, размещенными между сквозным продольным пазом и торцом рулевого вала, удаленным от рулевого колеса, втулку нулеустановителя, расположенную в центральном отверстии рулевого вала и снабженную в торцевых зонах сквозными продольными пазами с параллельными стенками, планетарный редуктор и связанный с ним гидромотор, рабочие полости которого сообщены с центральной полостью золотника, карданный валик, связанный посредством первого цилиндрического пальца с ротором гидромотора и посредством второго цилиндрического пальца, установленного в винтовых пазах рулевого вала, в торцевом пазу втулки нулеустановителя и в отверстиях золотника - с втулкой нулеустановителя и одновременно с золотником, а также содержащий упругий центрирующий элемент, установленный с примыканием к опорным пояскам сквозного продольного паза рулевого вала, ограниченный стенками сквозного торцевого продольного паза во втулке нулеустановителя и выполненный в виде изогнутых по дуге с постоянным радиусом кривизны четырех пластинчатых попарно симметрично расположенных пружин, контактирующих между собой своими выпуклыми центральными частями, и плоских опорных пластин, установленных с примыканием к торцевым частям изогнутых пластинчатых пружин, отличающийся тем, что упругий центрирующий элемент выполнен из четырех опорных пластин и пластинчатых пружин квадратной формы, установленных попарно симметрично относительно продольной оси рулевого вала с примыканием пружин в каждой паре и пластин в каждой паре по всей площади их квадратной поверхности и контактированием двух пар симметричных пружин между собой выпуклыми центральными частями по линии, перпендикулярной продольной оси рулевого вала в момент нейтрального положения гидроруля, причем длина стороны квадрата каждой пружины и пластины, измеренная в направлении вдоль продольной оси рулевого вала и в перпендикулярном этой оси, выполнена равной 0,95-0,96 внутреннего диаметра золотника в его торцевой части, толщина пластин и пружин выполнена одинаковой, при этом пружины выполнены заневоленными с модулем упругости Е, равным 2,06·10⁵ МПа, а продольный сквозной паз втулки нулеустановителя, размещенный со стороны сквозного продольного паза рулевого вала, выполнен с увеличенной шириной между параллельными сторонами в торцевой части по сравнению с тупиковой и глубина этой расширенной торцевой части продольного паза втулки нулеустановителя выполнена равной 0,36-0,37 длины стороны пружины.2. Гидроруль транспортного средства по п.1, отличающийся тем, что зона фиксации упругого элемента параллельными стенками расширенной части сквозного продольного паза втулки нулеустановителя выполнена равной 0,25-0,30 длины стороны пружины.3. Гидроруль транспортного средства по пп.1 и 2, отличающийся тем, что радиальное расширение сквозного паза рулевого вала выполнено непосредственно примыкающим к обоим торцам этого паза.4. Гидроруль транспортного средства по пп.1-3, отличающийся тем, что величина осадки каждой заневоленной пружины после ее установки выполнена равной 0,03-0,06 максимальной высоты прогиба в середине пружины в свободном ее состоянии.