Гидродинамическое устройство для поворота шарнирно установленных колес транспортного средства Советский патент 1987 года по МПК B62D5/20 

11

Изобретение относится к устройству гидродинамического управления рулевым колесом транспортного средства снабженному стабилизатором прямолинейного движения, а именно к гидродинамическому устройству, управляющему поворотом задних колес транспортных средств, на которые воздействует стабилизатор прямолинейного движения и гидроусилитель руля через шарнирное сочленение.

Цель, изобретения - улучшение стабилизации прямолинейного движения.

На фиг. 1 изображена рулевая система, включающая в себя предлагаемое устройство для трехосного транспортного средства; на фиг. 2 - часть предлагаемого устройства (первый вариант) , осевое сечение; на фиг. 3 - то же, в рабочем положении; на фиг.4 то же, в другом рабочем положении; на фиг. 5 - передняя часть транспортного средства, снабженного устройством по второму варианту; на фиг.6 - устройство (третий вариант) в рабочем положении, осевое сечение; на фиг. 7 - то же, в другом рабочем положении; на фиг. 8 - предлагаемое устройство (четвертый вариант), осевое сечение; на фиг. 9 и 10 - два радиуса поворота трехосного транспортного средства, снабженного предлагаемым устройством; на фиг. 11 и 12 - перепускной клапан, который может быть использован в предлагаемом устройстве, сечение; на фиг. 13 - рулевое устройство, содержащее предлагаемое устройство для полуприцепа с поворотом колес пятой оси.

На фиг. 1 схематически показана система рулевого управления трехосны транспортным средством, содержащая предлагаемое гидродниамическое управляющее устройство 1. На передней оси шарнирно установлены колеса 2 и 3, которые соединены друг с другом поперечной штангой 4 и шарнирными рычагами 5 и 6 и управляются- рулем 7 через рулевзпо колонку 8, рулевой механизм 9, сошку 10 рулевого управления и продольную тягу 11. К- сошке 10 рулевого управления- шарнирно прикреплена другая сошка 12, которая, в свою очередь, шарнирно соединена со штоком 13 поршня, подвижно установленного в цилиндре, который образует гидродинамическое управляющее устройство 1. От цилиндра управляющего уст

ройства 1 двойного действия отходят трубопровода 14 и 15, которые пропускают среду от цилиндра управляющего устройства 1 к устройству 16 (фиг. 3 и 4). Устройство 16 содержит стабилизатор прямолинейного движения для колес 17, 18 и сдвигающий привод 19, выполненной с возможностью поворота этих колес, которые шарнирно установлены на оси 20. Устройство 16 шарнирно установлено на кронштейне 21, который закреплен на балке оси 20, и из него выходит шток 22, шарнирно установленный на рычаге 23, воздействующим на колеса. Колеса ведущей оси 24 неподвижны. Поворот колес 17 и 18 управляется устройством 1, которое реагирует на изменения направления поворотных колес 2 и 3.

5

0

5

0

5

0

5

На фиг. 3 показано подключение устройства 1 к устройству 16. На фиг. 2 и 3 видно, что, когда транспортное средство движется по прямой, поршень 25 находится в положении, соответствующем центральной линии цилиндра управляющего устройства 1. Когда главная рулевая система т-ранспортного средства просто остается в положении поддержания прямолинейного движения, поршень 25 цилиндра управляющего устройства ,1 остается в промежуточном Положении, так что в трубопроводах 14 и 15 .не создается давление среды. В устройство 16 входит стабилизатор 26, который прилагает к колесам оси 20 стабилизирующие усилия, превьш1ающие внешние усилия, воздействующие на колеса, так, что колеса сохраняют ориентацию прямолинейного движения до тех пор, пока другая составляю- щая устройства 16, например привод 27, не будет введен в действие, при этом привод 27 является цилиндром двойного действия, соединенным через трубопроводы 14 и 15 с управляющим устройством 1. Когда включается управляющее устройство 1, т.е. когда среда под давлением подается на привод 27 по трубопроводу 14 или 15, привод 27 прикладывает к колесам усилия, превьш1ающие усилия, прикладываемые стабилизатором 26, в результате чего колеса 17, 18 можно повернуть. В ситуации, показанной на фиг. 2 и 3, среда под давлением не подает- с.я на привод 27, поэтому отсутствует поворот колес 17, 18. /

313

На центральной линии цилиндра управляющего устройства 1 размещен трубопровод (байпас) 28, На центральной линии Цилиндра управляющего устройства 1 и рядом с нею имеется утолщенный профиль 30, где поршень не уплотнен относительно стенок цилиндра, а позволяет среде перетекать по байпасу 28 и сливаться в резервуар 29.

Вокруг центральной линии цилиндра управляющего устройства 1 (фиг. 2)

имеется диапазон а, в котором поршень 25. может перемещаться из положения I в положение II, не создавая какого-либо давления среды, благодаря наличию байпаса и резервуара. Следовательно, небольшие изменения в направлении движения от главной рулевой системы, приводящие к сдвигу

20

25

30

поршня в указанном диапазоне вокруг центральной линии, не вызывают какого-либо поворота колес 17, 18, шар- нирно установленных на оси 20.

На фиг. 4 показана ситуация, соответствующая фактическому повороту передних рулевых колес, который через поворот сошки 12 приводит к ходу поршня 25 за пределы профиля 30. Это приводит к созданию давления среды в трубопроводе 15 и, следовательно, к включению цривода 27, шток 22 которого, шарнирно соединенный с рычагом 23, задает колесам 17, 18 криволинейное направление движения, преодолевая упругое сопротивление стабилизатора 26.

В управляющем устройстве может быть использован перепускной клапан 31, соединенный с резервуаром 29 трубопроводом 32. Этот клапан показан -Q в сечении на фиг. -1 Г и 12.

В рабочей ситуации по фиг. 11 поршень 33 клапана, смещаемьй пружиной 34, закрывает трубопровод 32 так. Что среда может течь по трубопроводам 14 и 15 для включения сдвигающего привода 27. На фиг. 12 показано отведенное положение поршня 33, которое может быть создано с помощью ручного управляющего элемента 35, разме-rg щенного в кабине водителя (фиг. 1). В ситуации, показанной на фиг. 12, среда перепускается через байпасную камеру 36 в резервуар 29 с тем,.чтобы давление на приводе 27 сбрасыва- re лось и колеса оси 20 удерживались в фиксированном положении независимо от рабочего положения поршня цилиндра управляющего устройства 1.

45

ог

О

0

5

0

Q

g e

5

1 .

5

На фиг. 5 показана передняя часть транспортного средства с вторым вариантом воплощения рулевого управляющего устройства. В этом случае управляющее устройство представляет собой полуцилиндр 37, внутри которого размещен с возможностью вращения подвижный элемент или лопатка 38, устанавливаемая в шпоночной канавке вращающегося вала 39, вращение которого связано с отклонениями от прямолинейного направления перемещения главной рулевой системы, компоненты которой идентичны показанным на фиг Лопатка 38 установлена с возможностью герметичного скольжения вдоль стенок полуцилиндра 37, в котором выполнен утолщенньм участок 40 рядом с центральной линией полуцилиндра, что позволяет среде перетекать в бай- пасный трубопровод 28, ведущий в резервуар 29. При направлении прямолинейного движения, занимаемом рулевыми колесами, лопатка 38 находится в строго вертикальном положении и тем самым позволяет среде перетекать в резервуар. То же происходит при положении лопатки во всем диапазоне вокруг центральной линии, в котором лопатка обращена к утолщенному участку 40.

На фиг. 6 и 7 показан третий вариант воплощения гидродинамического управляющего устройства в двух раз- г личных рабочих положениях. В данном случае устройство вьшолнено в виде гидроцилиндра 41 двойного действия с поршнем 42, выполненным с возможнос- .тью возвратно-поступательного перемещения. На центральной линии гидроцилиндра 41 выполнено отверстие 43, которое по байпасному трубопроводу ведет в резервуар 29 (показан частично) . В поршне 42 выполнена ворон- кообра зная канавка 44 с тем, чтобы образовывать кольцевую камеру, в которую среда может затекать через отверстия 45, 46, служащие для сообщения кольцевой камеры с противоположными торцами 47, 48 поршня. Ко- аксиально штоку 49 установлены две спиральные пружины 50, 51, на которых установлены крьшгки 52, 53, прижатые одна - к стопорному кольцу 54, выполненному заодно с поршнем 42, а другая - к упору 55, жестко закрепленному на штоке 49 (фиг. 6). На фиг. 6 поршень 42 занимает положение по центральной линии гидроцилиндра Al, которое соответствует прямолинейному направлению движения транспортного средства, В этом положении среда может протекать сквозь отверстия 45, 46, в отверстие 43 и из него в трубопровод 28 и резервуар 29. Такое положение перепуска также сохраняется в определенном диапазоне рядом с центральной линией, когда поршень 42 может совершать перемещение до того, как крышки 52, 53 прижмутся давлением среды в цилиндре к одному из торцов 47, 48 поршня, перекрывая отверстия 45, 46, которые позволяют среде перетекать в резервуар 29.

Фиг. 7 показывает положение, занятое системой, при реальном повороте рулевых колес.

Ход поршня вправо в данном случае заставляет крышку 52 прижаться к торцу 47 и закрыть отверстие 45. В этой ситуации кольцевая канавка 44 более не сообщается с отверстием 43 и трубопроводом 28, поэтому система более не перепускается в резервуар 29, среда под давлением подается по трубопроводу- 15 на сдвигающий привод, обеспечивающий поворот колес, шарнирно установленных на задней оси

На фиг. 8 показан четвертый вариант воплощения гидродинамического управляющего устройства, которое содержит цилиндр 56, аналогичньй цилиндру, показанному на фиг. 1-4, но дополнительно содержащий гидроусилитель 57, выполненный в виде параллельного цилиндра с поршнем 58, установленным на штоке 59, общим с цилиндром 56. Среда под давлением, которая подается на гидроусилитель 57 от рулевого механизма 9 по линиям 60, 61, обеспечивает мощность, достаточную для сдвига поршня 58 и тем самым поршня 62 цилиндра 56 для усиления поворачивающих усилий, вручную передаваемых водителем на систему.

Очевидно, что гидроусилитель может быть встроен в любой из описанных вариантов гидродинамического управляющего устройства.

На фиг, 9 схематически показано трехосное транспортное средство с осями 63, 24 и 20, аналогичное показанному на-фиг, 1, Для выполнения правильного поворота без заноса радиусы поворота каждого колеса (показаны пунктирными Jп ниями) должны сойтись в центре 64 поворота. Поэтому колеса 17, 18, шарнирно установленные на оси 20, должны поворачиваться на угол в , который является функцией угла (X, определяемого поворотом колес 2 и 3.

Однако когда, как показано на фиг. 10, колеса 2, 3 поворачиваются на угол ai , которьй гораздо меньше

угла В, система не поворачивает задние колеса 17, 18 и удерживает заднюю ось 20 в положении фиксированной оси. Величина угла а6 , при котором не происходит поворот задних колес, зависит от величины об байпасного участка 30, поскольку во всем этом диапазоне давление на гидроприводе задних колес равно нулю.

Преимуществом предлагаемого устройства, таким образом, является то, что оно предотвращает незначительные коррекции траектории движения, которые возникают и при прямолинейном движении, и предотвращает дублирование незначительных люфтов рулевой системы поворотом управляемых колес оси или осей с вытекающей отсюда нестабильностью движения транспортного средства или риском схода с занятой

траектории.

Диапазон, в котором удерживается состояние прямолинейной ориентации колес 17, 18, можно учитывать в единицах угла поворота, где величина

угла является функцией перепускного диапазона: аС f (d) .

Очевидно, что байпас обеспечивает движение транспортного средства на колесах 17, 18, стабилизированных для

прямолинейного движения при любом виде покрытия: снег, лед и т.д.

Устройство гидродинамического уп- равления можно также использовать для поворота колес оси или осей полуприцепа, как показано на фиг. 13. Участок тягача 65 снабжен сцепным седлом 66. Полуприцеп 67 -содержит фиксированную ось 68 и ось 69, на которой шарнирно установлены колеса 70, 71, ndBopo r которых достигается с помощью устройства-72, совершенно аналогично устройству 16 на ,фиг, 1,

Привод поворота, содержащийся в устройстве 72, соединен двойной гидравлической цепью 73, 74 с гидродинамическим рулевым управляющим устройством 75, совершенно аналогичным устройству 1 - (или устройству 37,41), Шток 76, выступающий из устройства

75, шарнирно соединен со штоком 77, на котором выполнен цилиндрический увеличенный участок 78, взаимодей- ствующий с выемкой 79 седла 66, Кроме того, рычаг 80 шарнирно соединен с одним концом штока 77, а другим концом со штоком 81, вставленным в центральное отверстие 82 седла 66. Таким образом, поворот тягача вызывает возвратно-поступательное перемещение штока 76. Фактически стенки выемки 79, которые всегда контактируют с цилиндрическим увеличенным участком 78, сдвигают шток 77 вокруг центра вращения, расположенного на штоке 81, и шток 76, которьш шарнирно соединен со штоком 77.

В данном случае управляющее устройство 75 подает среду под давлени- -ем на устройство 72 только при тех ходах поршня, установленного на штоке 76, которые выходят за пределы байпасного диапазона, описанного ранее.

Таким образом, можно проанализировать следующие рабочие условия: движение по кривой, движение по прямой, движение по прямой с небольшими поворотами, движение с отключенной системой, отказ гидравлической цепи (олеодинамической системы).

Движение по кривой (фиг. 4, 7, 9) В таких условиях система обеспечивает движение по заранее определенным и управляемым траекториям.

Поворот, вводимый главной системой рулевого управления транспортного средства или седлом для прицепов или полуприцепов, передается на правую или левую управляющую цепь, что может быть объединено в одном управляющем цилиндре двойного действия; в зависимости от направления поворота эта цепь пропорционально действию главной системы рулевого управления передает гидродинамическое воздействие на привод 27, которьй, преодолевая действие стабилизатора 26, создает прогрессивное заранее определенное и управляемое поворачивание колес 17, 18, 70, 71 на угловые величины, заранее определенные системой как функция радиуса поворота или центра поворота (фиг. 9). Когда воздействие управляющих усилий, прилагаемых- давлением гидродинамической цепи на привод 27, прекращается, стабилизирующие усилия устройства 26

возвращают устройство к ориентации прямолинейного движения, т.е. в конце кривой состояние колес стабилизируется для прямолинейного движения. Движение по прямой (фиг. 2,3,6,8). Поскольку при направлении движения действие главной системы рулевого управления отсутствует, происходит следующее: двойная управляющая система 14, 15 и 73, 74 сливает среду в резервуар 29 и, тем самым, в байпас; гидродинамическое давление на приводе 27 равно нулю, стабилизатор 2,6 прилагает к колесам, шарнирно установленным на оси 20, 69, стабилизирующие усилия, которые по абсолютной величине выше-, чем внешние усилия, и удерживает колеса в состоянии,

стабилизированном для прямолинейно- . го движения.

Движение по прямой с небольшими поворотами (фиг, 2 и 10).

При наличии небольших сдвигов,

вызванных корректированием положения рулевого колеса при значительной скорости движения транспортного средства поворот происходит только на передних поворотных рулевых колесах,

но не на колесах управляемой задней оси с. тем, чтобы избежать опасной нестабильности. При небольших углах поворота в6(фиг. 10) передних поворотных рулевых колес колеса задней управляемой оси не поворачиваются, а сохраняют ориентацию прямолинейного движения.

Описанное выше состояние подпадает под диапазон

40

- еС О + oi .

Движение с отключенной системой (фиг. 12).

После включения соответствующег управляющего элемента 35, который может работать вручную или автоматически, среда из цепей трубопроводов 14 и 15 перепускается в резервуар 29, в результате чего давление нейтрали- зуется и шарнирные колеса задней оси стабилизируются для прямолинейного движения.

Возможность отключения системы может быть полезной в определенных до- рожных условиях, например при снеге, гололеде, или при некоторых маневрах.

Отказ олеодинамической системы.

При отказе одного или обоих трубопроводов 14, 15, обеспечивающих

10

элемент выполнен в виде поршня, а байпас - в виде участка гидроцилиндра увеличенного диаметра, снабженного отверстием, соединенным с гидробакой.

3.Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что подвижный элемент выполнен в виде поршня, внутри которого выполнена кольцевая камера, сообщающаяся с его противоположными торцами посредством отверстий, и имеющего крышки с пружинами, размещенными с возможностью осевого перемещения для закрывания указан 5 ных отверстий, в центре гидроцилиндра выполнено отверстие, соединенное с гидробаком, а осевое перемещение крьш1ек ограничено упорами, вьтолнен- ными в поршне.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроцилиндр вьтолнен однолопастным поворотным, при этом в гидроцилиндре в среднем положении лопасти выполнено утолповорот, давление в цепи нейтрализу- ется так, что возникает состояние стабилизации колес для прямолинейного движения, которое поддерживается устройством 26.

Формула изобретения

1. ,Гидродинамическое устройство

для поворота шарнирно установленных

колес транспортного средства, содержащее стабилизатор прямолинейного

движения, гидродинамический привод

поворота, рабочие полости которого

соединены трубопроводами с рабочими

полостями механизма поворота, вьтолненного в виде гидроцилиндра, каме- ; ру переменного объема, скользящий подвижный элемент, установленный в среднем положении при прямолинейном движении транспортного средства, и гидробак, отличающееся

.тем, что, с целью улучшения управляемости путем улучшения стабилизации 25 для камеры, соединенной отвер- прямолинейного движения, оно снабжено стием с гидробаком. байпасом для среды, соединенным с

20

гидробаком и обеспечивающим сброс давления при -перемещении подвижного элемента гидроцилиндра в диапазоне рядом со средним положением.

2. Устройство по п. 1, отли- ч а ю щ е е с я тем, что подвижный

30

5. Устройство по п. .2, о т л и - чающееся тем, что оно снаб-7 жено гидроусилителем, выполненным в одном корпусе с гидроцилиндром, при этом поршни гидроцилиндра и гидроусилителя установлены на одном штоке.

0

элемент выполнен в виде поршня, а байпас - в виде участка гидроцилиндра увеличенного диаметра, снабженного отверстием, соединенным с гидробакой.

3.Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что подвижный элемент выполнен в виде поршня, внутри которого выполнена кольцевая камера, сообщающаяся с его противоположными торцами посредством отверстий, и имеющего крышки с пружинами, размещенными с возможностью осевого перемещения для закрывания указан5 ных отверстий, в центре гидроцилиндра выполнено отверстие, соединенное с гидробаком, а осевое перемещение крьш1ек ограничено упорами, вьтолнен- ными в поршне.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что гидроцилиндр вьтолнен однолопастным поворотным, при этом в гидроцилиндре в среднем положении лопасти выполнено утол25 для камеры, соединенной отвер- стием с гидробаком.

0

для камеры, соединенной отвер- стием с гидробаком.

5. Устройство по п. .2, о т л и - чающееся тем, что оно снаб-7 жено гидроусилителем, выполненным в одном корпусе с гидроцилиндром, при этом поршни гидроцилиндра и гидроусилителя установлены на одном штоке.

Изобретение относится к устройствам гидродинамического управления шарнирно установленными колесами транспортного средства, снабженного стабилизатором прямолинейного движения. Цель изобретения - улучшение стабилизации прямолинейного движения. гэ 11 Устройство образовано управляюпщм устройством 1, имеющим цилиндрическую геометрию, с подвижным элементом, выполненным с возможностью совершать возвратно-поступательные или вращательные перемещения, соединено с главной системой рулевого управления транспортного средства и может создавать давление среды, которое передается на привод поворота 27 желаемой оси 20. Устройство создает байпас для среды в резервуар 29 в определенном диапазоне вокруг положения, соответствующего прямолинейному направлению движения, которое возникает при относительно высоких скоростях, не передается и не дублируется на оси 20, которая тем самым стабилизируется, что приводит к повышенной безопасности движения. 4 з.п. :ф-лы, 13 ил. g СО f/ 7S / см .З

Фиг. Г

28

30

г

I I

3г

25

Г

J

LaJ

у;

IЖ

Фиг. 2

фигЛ

75

Фиг, 5

фиг. 7

6it

fPus.S

35

3ft

L

7/77

3ft

L

32

щт

e

zzz Ht

фиг. 11

eo

31

23

J5

15

/ /,////////////л

)///////

J5 JJ J/ фи&.12

68

71

70

Составитель В.Ионова Редактор М.ЦиТкина Техред Л.Олийньж Корректор И.Муска

Заказ 3397/58 Тираж 566Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035J Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4