Гидравлическая система рулевого управления транспортного средства Советский патент 1985 года по МПК B65D5/06 

Изобретение касается гидравлической системы рулевого управления с аварийным источником для управления направлением движения, прежде всего для мобильных средств и машин. Известна система рулевого управления транспортного средства, содержащая два независимых контура с двумя источниками энергии - первичным и аварийным, два кинематически связанных между собой гидроцилиндра и гидроуправляемый гидрораспределитель рулевого управления, гидравлически соединенный с поршневыми полостями двух гидроцилиндров, с гидронасосом и с гидробаком, причем гидролинии управления гидрораспределителя гидравлически соединены со штоковыми полостями обоих гидроцилиндров и с гидрорулем, соединенным посредством напорной гидролинии с установленным в ней обратным клапаном, с аварийным источником энергии (патент США № 3556242 кл. 180-79.2, 1971). Недостатком известной системы является то, что аварийное управление реагирует очень медленно, чем основное. Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения возможности управления транспортным средством. Указанная цель достигается тем, что известная система рулевого управления транспортного средства, содержащая два независимых контура с двумя источниками энергии - первичным и аварийным, два кинематически связанных между собой гидроцилиндра и гидроуправляемый гидрораспределитель рулевого управления, гидравлически соединенный с поршневыми полостями двух гидроцилиндров, с гидронасосом и с гидробаком, причем гидролинии управления гидрораспределителя гидравлически соединены со штоковыми полостями обоих гидроцилиндров и с гидрорулем, соединенным посредством напорной гидролинии с установленным в ней обратным клапаном, с аварийным источником энергии, снабжена дополнительной гидролинией, соединяющей первичный и аварийный источники между собой, в которой последовательно установлены регулятор потока и дополнительный обратный клапан с возможностью перепуска рабочей жидкости от первичного источника, и предохранительным клапаном, установленным в гидролинии, соединяющей аварийный источник энергии со сливом, линия управления которого соединена с гидролинией, расположенной между первичным источником и дополнительным обратным клапаном. Кроме того, аварийный источник может быть выполнен в виде гидронасоса, соединенного с ведущими колесами транспортного средства, гидронасоса, соединенного с электродвигателем, подпитываемым от аккумуляторной батареи, гидравлического аккумулятора или в виде источника давления рабочей жидкости, связанного с ведущими колесами транспортного средства, или а также может быть снабжена устройством сигнализации. На фиг. 1 изображена базовая схема расположения элементов гидравлической системы рулевого управления; на фиг. 2 - гидравлическая система, второй вариант; на фиг. 3 - то же, третий вариант; на фиг. 4 - то же, четвертый вариант. Гидравлическая система рулевого управления (фиг. 1) состоит из основного контура 1 и вспомогательного контура 2. Основной контур 1 состоит из первичного источника 3, соединенного посредством напорной линии 4 с гидрораспределителем 5, соединенным при помощи исполнительных линий 6 и 7 с рабочими полостями 8 и 9 (поршневыми) гидравлических цилиндров 8 и 9 двойного действия, с помощью которых управляется механизмом 11 управления, представленный на фиг. 1 двуплечим рычагом 1Г и управляемым колесом 12. Ответвлением 4 напорной линии 4, в которую включен обратный клапан 13 и регулятор 14 потока, первичный источник 3 соединен с впускным патрубком управляющего блока 18. Для потребности предмета изобретения под регулятором 14 расхода подразумевается любой гидравлический элемент, управляющий, ограничивающий или другим способом влияющий на расход потока, направленный в управляющий блок 18. На фиг. I (как регулятор 14 расхода), схематически изображен регулируемый дроссель. Вспомогательный контур 2 состоит из любого аварийного источника 15, соединенного посредством напорной линии 16 через обратный клапан 17 с ответвлением 4, ведущим от напорной линии 4 к выпускному патрубку управляющего блока 18. Управляющий блок 18, включающий дозирующий узел 18 и гидрораспределитель 18, соединен посредством управляющих линий 19 и 20 с рабочими полостями 8 и 9 (щтоковыми) гидравлических цилиндров 8 и 9 и посредством ответвлений 19 и 20 управляющих линий 19 и 20 - с управляющими полостями гидрораспределителя 5, а входной вал управляющего блока 18 снабжен управляющим элементом 25 (рулевым колесом). К напорной линии 16 может быть параллельно присоединен разгрузочный клапан 26, управляемый давлением из напорной линии 4, подводимым к разгрузочному клапану 26 ответвлением 4. Для контроля (работоспособности) основного контура 1 могут быть применены обычные средства контроля и сигнализации. С этой целью применен включатель давления 22 (фиг. 1), соединенный посредством ответвления 4 с напорной линией 4, который в зависимости от давления в напорной линии 4 зажигает или гасит контрольную лампу накаливания 24 или другое незарисованное устройство сигнализации. Электрическая цепь выключателя давления 22 включается прямо или непрямо выключателем зажигания 23 мобильного средства. Для простоты изображения не зарисованы ни в основном контуре 1, ни во вспомогательном контуре 2 какие-нибудь пре дохранительные или другие клапаны, защищающие сервоуправление от перегрузки, потому что для объяснения предмета изобретения не имеют значения. Гидравлическая система рулевого управления (фиг. 2) оборудована аварийным источником 15 в виде гидронасоса 27, приводимого от ходовых колес 28, соединенного трубопроводными линиями 29 и 30 с блоком клапанов 31, обеспечивающим работу гидронасоса 27 во время реверсирования направления вращения, т. е. при реверсировании направления движения вперед - и назад. Блок клапанов 31 может иметь разнообразную компоновку. На фиг. 2 он состоит из четырех обычных обратных клапанов 32. В нагнетательную магистраль 16 включен двухходовой стабилизатор потока как регулятор расхода потока 14, ограничивающий суммарный поток жидкости из обоих источников - первичного 3 и аварийного 15 в управляющий блок 18. Для функции гидронасоса 27 может использоваться гидромотор, например, зубчатый или поршневой, позволяющий работу в обоих направлениях движения (вперед и назад) мобильного средства. Выполнение остальных частей сервоуправления соответствует принципиальному выполнению на фиг. 1 и они имеют одинаковые условные обозначения. Гидравлическая система рулевого управления (фиг. 3) снабжена аварийным источником 15 в виде гидронасоса 27, приводимого электродвигателем 33, питаемым от аккумуляторной батареи 34 мобильного средства. Гидрораспределитель 5 позволяет в своем среднем положении «О прекратить или дросселировать соединение напорной линии 4 со сливной линией 10. Электрическая цепь включает выключатель давления 22, выключатель зажигания 23 и контрольную лампу накаливания 24. Гидравлическая система рулевого управления (фиг. 4) оборудована аварийным источником 15 в виде гидравлического аккумулятора 35, питаемого через обратный клапан 36 от напорной линии 4. Посредством двухпозиционного гидрораспределителя 37, управляемого давлением в напорной линии 4 и ее ответвлении 4, гидравлический аккумулятор 35 соединен с напорной линией 16 и далее ответвлением 4 с управляющим блоком 18. Притом гидрораспределитель 18 управляющего блока 18 в своем среднем положении «О замыкает соединение ответвления 4 со сливной линией 10. У всех вариантов исполнения изобретения могут быть распределительные щлицы центрирующей пружины и части гидрораспределителя 5 и гидрораспределителя 18 управляющего блока 18 выполнены таким образом, что соединение напорной линии 4 со сливной линией 10 замыкает-гидрораспределитель 5 раньще, чем соединение напорной линии 4 со сливной линией 10 при помощи гидрораспределителя 18 управляющего блока 18. В варианте, изображенном на фиг. 3, является выгодным проведение распределительных щлицов гидрораспределителя 5 таким образом, чтобыв своем среднем положении «О замыкалось или дросселировалось соединение напорной линии 4 со сливной линией 10. В варианте, представленном на фиг. 4, является выгодным, чтобы гидрораспределитель 18 управляющего блока 18 в своем среднем положении «О замыкал соединение ответвления 4 со сливной линией 10. Во время нормальной работы сервоуправления находится в действии первичный источник 3, питающий жидкость через напорную линию 4 в гидрораспределитель 5 и через ответвление 4 в управляющий блок 18. Действием давления в ответвлении 4 открывается разгрузочный клапан 26 и тем самым аварийный источник 15 не находится под давлением. Действием давления в ответвлении 4 выключатель давления 22 размыкается, так что контрольная лампа накаливания не светит. Если управляющий элемент 25 находится в состоянии покоя, то управляющий блок 18 и гидрораспределитель 5 находятся в средних положениях, при которых подача к гидравлическим цилиндрам 8 и 9 замкнута, а положение механизма управления 11 арретировано. Поворотом рулевого колеса - управляющего элемента 25, например направо, управляющий блок 18 перемещается в положение «1, при котором жидкость протекает управляющей линией 19 в рабочую полость 8 гидравлического цилиндра 8. Одновременно жидкость из управляющей линии 19 действует на гидрораспределитель 5 и перемещает его в положение «1, в котором соединяется напорная линия 4 с исполнительной линией 7 и жидкость течет в рабочую полость 9 гидравлического цилиндра 9. Жидкость, подведенная в оба гидравлические цилиндры 8 и 9 перемещает их корпуса налево, а схематически изображенный механизм управления 11 поворачивается направо. Остановкой поворота рулевого колеса - управляющего элемента 25 установится управляющий блок 18 и его гидрораспределитель 18 (центрирующими пружинами) в среднем положении, подвод жидкости в гидравлические цилиндры 8 и 9 прекратился и движение механизма управления 11 остановится. Ввиду того, что гидрораспределитель 5 частью или совсем замыкает соединение напорной линии 4 со сливной линией 10 раньще, чем гидрораспределитель 18 управляющего блока 18 частью или совсем замыкает соединение ответвление 4 напорной линии 4 со сливной линией 10 и ввиду того, что поток жидкости

в управляющий блок 18 ограничен регулятором расхода потока 14, нагружается давлением в первую очередь основной контур 1 и только потом вспомогательный контур 2. При меньших сопротивлениях управлению. т. е. при рабочем режиме, преобладающем в управлении, практически нагружается только основной контур 1, а вспомогательный контур 2 обеспечивает только передачу управляющих команд и обратной связи. Только при экстремальных значениях сопротивлений управлению, происходящих редко, вспомогательный контур 2 участвует в передаче энергии, требуемой для управления.. Это в значительной степени способствует тому, что вспомогательный контур 2 сберегается во время эксплуатации и, таким образом, создает естественный резерв для основного контура 1.

В случае прекращения подачи жидкости от первичного источника 3 из-за его повреждения или остановки ведущего двигателя мобильного средства или повреждения исполнительных линий 6 и 7 падает давление в напорной линии 4, что проявится тем, что разгрузочный клапан 26 закроется и выключатель давления 22 отключится, а контрольная лампа накаливания 24 зажигается. Таким образом, все сервоуправление, включая аварийный источник 15, автоматически приготовится для аварийного режима работы.

Если рулевое колесо - управляющий элемент 25 находится в состоянии покоя, то находится в покое и механизм управления 11 и его положение арретировано. При повороте рулевого колеса управляющего элемента 25, например направо, перемещается управляющий блок 18 в положение «1, и жидкость, притекающая из аварийного источника 15 через напорную линию 16, ответвление 4, в управляющий блок 18, из него оттекает через управляющую линию 19 в рабочую полость 8 гидравлического цилиндра 8. Одновременно гидрораспределитель 5 пере мещается под действием жидкости из управляющей линии 19 в положение «1 так, что жидкость в неактивных рабочих полостях 8 и 9 может перемещаться и не препятствует (не тормозит) действию жидкости, подводимой через управляющую линию 19 в рабочую полость 8 гидравлического цилиндра 8, и повороту управляющего механизма 11 направо.

Работа сервоуправления при повороте рулевого колеса - управляющего элемента 25 налево является такой же.

Сервоуправление в исполнении по фиг. 2 обеспечивает аварийное управление, пока мобильное средство движется вперед или назад. Скорость реакции аварийного управления пропорциональна скорости движения мобильного средства, что в сущности отвечает требованиям к аварийному управлению. Преимуществом этого исполнения является то, что действие аварийного управления не ограничено по времени.

Исполнение сервоуправления по фиг. 3 обеспечивает аварийное управление только до времени, когда произойдет разряд аккумуляторной батареи 34, т. е. практически на время от десяти секунд до одной минуты.

Сервоуправление в исполнении по фиг. 4 обеспечивает аварийное управление только во времени до опорожнения гидравлического аккумулятора 35, т. е. обыкновенно только в течение нескольких секунд.

Аварийным источником 15 может служить кроме аварийных источников, указанных на фиг. 1-4, любой другой известный источник. Аварийным источником могут служить также гидростатический привод хода и клапан аварийного управления, при помощи которого гидростатический привод присоединяется к сервоуправлению в случае повреждения первичного источника 3. Аварийным источником может служить гидронасос, приводимый в действие маховиком и т. п.

Во время аварийного рабочего режима сервоуправления жидкость от аварийного источника 15 действует только в двух из четырех рабочих гидравлических цилиндров 8 и 9 и силовой эффект механизма управления 11 является вследствие того низким. Даже этого пониженного силового эффекта хватит для преодоления сопротивлений управлению во время движения на автомобильной или временной дороге, потому что потребность в максимальном эффекте управления, на которое решено сервоуправление, появляется редко, главным образом, только при экстремальных рабочих условиях, когда не возникает необходимость применения аварийного управления. Если возникает необходимость повысить силовой эффект аварийного управления некоторых мобильных средств, возможно применить известные устройства, соединяющие при чрезмерном повышении давления в некоторой из управляющих линий 19 и 20 управляющую линию 19 с исполнительной линией 7 и управляющую линию 20 с исполнительной линией 6

Другая указанная действительность, проявляющаяся тем, что жидкость от аварийного источника 15 протекает только в рабочие полости 8 и 9 гидравлических цилиндров 8 и 9 очень положительно влияет на ускорение или удлинение работы аварийного управления и таким образом устраняет недостаток известных сервоуправлений, сущность которого проявляется или относительно пониженной скоростью реакции или коротким временем действия аварийного управления. Это позволяет даже в ограниченном пространстве и при минимальных расходах обеспечить максимально работоспособное аварийное управление.

Фие. 1

U/

/J

.//

р

г

I, /

20

Фиа. 5

I. ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая два независимых контура с двумя источниками энергии - первичным и аварийным, два кинематически связанных между собой гидроцилиндра и гидроуправляемый гидрораспределитель рулевого управления, гидравлически соединенный с поршневыми полостями двух гидроцилиндров, с гидронасосом и с гидробаком, причем гидролинии управления гидрораспределителя гидравлически соединены со штоковыми полостями обоих гидроцилиндров и с гидрорулем, соединенным посредством напорной гидролинии с установленным в ней обратным клапаном, с аварийным источником энергии, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем обеспечения возможности управления транспортным средством в аварийном режиме, она снабжена дополнительной гидролинией 4, соединяющей первичный 3 и аварийный 5 источники между собой, в которой последовательно установлены регулятор потока 14 и дополнительный обратный клапан 13 о возможностью перепуска рабочей жидкости от первичного источника, и предохранительным клапаном 26, установленным в гидролинии, соединяющей аварийный источник энергии со сливом, линия управления 4 которого соединена с гидролинией, расположенной между первичным источником 3 и дополнительным обратным клапаном 13. 2.Гидравлическая система по п. 1, отличающаяся тем, что аварийный источник 15 выполнен в виде гидронасоса 27, соединенного с ведущими колесами 28 транспортного средства. 3.Гидравлическая система по п. 1, отлиi чающаяся тем, что аварийный источник 15 состоит из гидронасоса 27, соединенного (Л с электродвигателем 33, подпитываемым от аккумуляторной батареи 34. 4.Гидравлическая система по п. 1, отличающаяся тем, что аварийный источник 15 выполнен в виде гидравлического аккумулятора 35. 5.Гидравлическая система по п. I, отличающаяся тем, что аварийный источник 15 выполнен в виде источника давления рабочей жидкости, связанного с ведущими косо ;о лесами транспортного средства. 6.Гидравлическая система по п. I, отличающаяся тем, что она снабжена устройNt ством сигнализации 21. СП