РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕСНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в конструкции систем рулевых управлений колесных транспортных средств.
Известно рулевое управление колесного транспортного средства, содержащее кинематически связанные рулевое колесо, рулевой механизм, рулевой привод и распределитель. Распределитель, в свою очередь, гидравлически соединен с насосом, баком и полостями основного силового цилиндра, шток которого кинематически соединен с рулевым приводом. В корпусе основного силового цилиндра выполнены два отверстия по обе стороны от поршня. При этом отверстия расположены таким образом, что открыты при нейтральном положении поршня и поочередно перекрываются при его смещении. Посредством указанных отверстий полости основного силового цилиндра связаны с соответствующими полостями дополнительного силового цилиндра, корпус которого соединен с рамой транспортного средства, а шток - с корпусом основного силового цилиндра. Наличие двух силовых цилиндров различного диаметра обеспечивает переменную характеристику рулевого управления, улучшая тем самым управляемость транспортного средства [1].
Недостатками данной конструкции являются большие габаритные размеры, большая металлоемкость и сложность компоновки, что обусловлено наличием в рулевом управлении последовательно соединенных двух силовых цилиндров.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является рулевое управление колесного транспортного средства, содержащее кинематически связанные рулевое колесо, рулевой механизм, рулевой привод и распределитель, гидравлически соединенный с насосом, баком и полостями основного силового цилиндра, шток которого соединен с рулевым приводом, а в корпусе выполнены два отверстия по обе стороны от поршня, открытые при его нейтральном положении и поочередно перекрываемые при смещении, посредством которых полости основного силового цилиндра соединены с соответствующими полостями дополнительного силового цилиндра, при этом основной и дополнительный силовые цилиндры имеют общий шток, а корпус основного силового цилиндра выполнен в виде поршня дополнительного силового цилиндра, причем длина поршня основного силового цилиндра составляет более одной третьей длины его корпуса, в котором выполнены два канала, соединяющие соответствующие полости основного силового цилиндра с распределителем только в крайних положениях поршня дополнительного силового цилиндра [2].
Недостатком данной конструкции рулевого управления является различная чувствительность при поворотах налево и направо, вызванная неодинаковыми скоростями перемещения поршней при подаче одинаковых объемов рабочей жидкости в разные (противоположные от поршней) полости основного и дополнительного силовых цилиндров (в зависимости от направления поворота). Данное обстоятельство обусловлено разницей объемов полостей надпоршневого и подпоршневаго пространства, определяемой объемом, занимаемым штоком цилиндров. В результате динамическая чувствительность (длительность нарастания кривизны траектории движения машины) при повороте направо значительно ниже, чем при повороте налево, что вызывает необходимость повышенной концентрации внимания и реакции водителя, требует его высокой квалификации и негативно влияет на безопасность движения в целом.
Технический результат направлен на повышение точности и обеспечение легкости управления машиной за счет обеспечения одинаковой чувствительности рулевого управления при поворотах налево и направо.
Технический результат достигается тем, что рулевое управление колесного транспортного средства содержащее кинематически связанные рулевое колесо, рулевой механизм, рулевой привод и распределитель, гидравлически соединенный с насосом, баком и полостями основного силового цилиндра, шток которого соединен с рулевым приводом, а в корпусе выполнены два отверстия по обе стороны от поршня, открытые при его нейтральном положении и поочередно перекрываемые при смещении, посредством которых полости основного силового цилиндра соединены с соответствующими полостями дополнительного силового цилиндра, основной и дополнительный силовые цилиндры имеют общий шток, а корпус основного силового цилиндра выполнен в виде поршня дополнительного силового цилиндра, причем длина поршня основного силового цилиндра составляет более одной третьей длины его корпуса, в котором выполнены два канала, соединяющие соответствующие полости основного силового цилиндра с распределителем только в крайних положениях поршня дополнительного силового цилиндра, при этом каналы, выполненные в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, имеют меньший диаметр по сравнению с каналами, выполненными в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, определяемый по зависимости:
1
2
2
2
d=[(D-d)·d]/D,
1
где d - диаметр каналов, выполненных в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, м;
2
d - диаметр каналов, выполненных в корпусах основного и дополни тельного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, м;
0
d - диаметр штока поршня, м;
D - внутренний диаметр основного силового цилиндра, м.
Отличительными признаками от прототипа является то, что каналы, выполненные в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, имеют меньший диаметр по сравнению с каналами, выполненными в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, определяемый по зависимости:
1
2
2
2
d=[(D-d)·d]/D,
1
где d - диаметр каналов, выполненных в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, м;
2
d - диаметр каналов, выполненных в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, м;
0
d - диаметр штока поршня, м;
D - внутренний диаметр основного силового цилиндра, м.
ст
На фиг.1 представлена схема рулевого управления, обеспечивающая переменную нагрузочную характеристику рулевого усилителя. На фиг.2 изображены основной и дополнительный цилиндры при смещении их поршней в одно из крайних положений с учетом разных диаметров каналов. На фиг.3 представлены графики динамической чувствительности рулевого управления (зависимостей статической чувствительности µ от времени t) при поворотах налево и направо в случаях одинаковых и различных диаметров каналов.
Рулевое управление колесного транспортного средства (фиг.1) содержит кинематически связанные рулевое колесо 1, рулевой механизм 2, рулевой привод 3 и распределитель 4. Распределитель 4, в свою очередь, гидравлически соединен с насосом 5, баком 6 и полостями основного силового цилиндра 7. При этом шток 8 основного силового цилиндра 7 соединен с рулевым приводом 3 и управляемыми колесами 9, а в его корпусе выполнены два отверстия 10 и 11 (фиг.2) по обе стороны от поршня 12, открытые при нейтральном его положении и поочередно перекрываемые при его смещении. Посредством этих отверстий полости основного силового цилиндра 7 соединены с соответствующими полостями дополнительного силового цилиндра 13. Кроме того, основной 7 и дополнительный 13 силовые цилиндры имеют общий шток 8, а корпус основного силового цилиндра 7 выполнен в виде поршня дополнительного силового цилиндра 13. При этом длина поршня 12 основного силового цилиндра 7 составляет более одной третьей длины его корпуса, в котором выполнены два дополнительных канала 14 и 15, соединяющие соответствующие полости основного силового цилиндра 7 с распределителем 4 только в крайних положениях поршня дополнительного силового цилиндра 13. При этом диаметры каналов 11 и 15, выполненных в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства (со стороны штока поршня), имеют меньший диаметр по сравнению с диаметрами каналов 10 и 14, выполненных в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, и определяются по зависимости
1
2
2
2
d=[(D-d)·d]/D.
Рулевое управление колесного транспортного средства работает следующим образом.
При повороте рулевого колеса 1 (фиг.1) из нейтрального положения управляющее воздействие передается через рулевой механизм 2 к рулевому приводу 3 и распределителю 4. Распределитель 4, смещаясь, направляет рабочую жидкость от насоса 5 в одну из полостей дополнительного силового цилиндра 13 и через одно из отверстий 10 или 11, выполненных в корпусе основного силового цилиндра 7, в одну из его полостей соответственно. Поскольку дополнительные каналы 14 и 15 перекрыты, произойдет смещение поршня 12, которое вызовет соответствующее смещение управляемых колес 9. При этом поршень 12 основного силового цилиндра 7 будет смещаться до тех пор, пока не перекроет одно из отверстий или 10. В результате одна из полостей основного силового цилиндра 7 окажется перекрытой, что будет препятствовать дальнейшему перемещению поршня 12 в основном силовом цилиндре 7.
При дальнейшем повороте рулевого колеса 1 под действием давления рабочей жидкости, подаваемой насосом 5 через распределитель 4 в дополнительный силовой цилиндр 13, начнет смещаться корпус основного силового цилиндра 7, являющийся поршнем дополнительного силового цилиндра 13, совместно со своим поршнем 12 и общим штоком 8, поворачивая управляемые колеса 9. При этом рабочая жидкость из противоположной полости дополнительного силового цилиндра 13 будет вытесняться в бак 6 через распределитель 4. Так будет продолжаться до тех пор, пока поршень дополнительного силового цилиндра 13 не займет крайнее положение.
После того, как поршень дополнительного силового цилиндра 13 займет крайнее положение, посредством дополнительного канала 15 или 14 одна из полостей основного силового цилиндра 7 соединится с баком 6 через распределитель 4. Дальнейший поворот рулевого колеса 1 и соответствующее ему смещение распределителя 4 приведут к тому, что рабочая жидкость от насоса 5 будет подаваться через полость дополнительного силового цилиндра 13 и одно из отверстий 10 или 11 в основной силовой цилиндр 7, смещая при этом его поршень 12 и шток 8, и вытесняться из него через открывшийся дополнительный канал 15 или 14 в бак 6.
При повороте рулевого колеса в обратном направлении рулевое управление работает аналогичным образом. При этом за счет того, что каналы, выполненные в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, имеют меньший диаметр по сравнению с каналами, выполненными в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, определяемый по зависимости:
1
2
2
2
d=[(D-d)·d]/D,
ст
графики динамической чувствительности при поворотах направо и налево имеют аналогичный вид (фиг.3, б) и одинаковый характер зависимости статической чувствительности µ от времени t.
При снятии усилия водителя с рулевого колеса, распределитель в результате воздействия реактивных плунжеров и пружинного торсиона занимает нейтральное положение. Под действием стабилизирующих моментов управляемые колеса возвращаются в среднее положение, соответствующее прямолинейному движению. В результате этого поршень 12 основного силового цилиндра перемещается в исходное положение вместе с поршнем дополнительного силового цилиндра 13 за счет гидравлической связи.
Соотношение диаметров силовых цилиндров определяет последовательность перемещений их поршней при одинаковой подаче рабочей жидкости и вид зависимости между углами поворота рулевого и управляемых колес.
1
2
2
2
Таким образом, предлагаемое рулевое управление колесного транспортного средства обеспечивает переменную нагрузочную характеристику рулевого усилителя. При этом благодаря тому, что каналы, выполненные в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны подпоршневого пространства, имеют меньший диаметр по сравнению с каналами, выполненными в корпусах основного и дополнительного цилиндров со стороны надпоршневого пространства, определяемый по зависимости d=[(D-d)·d]/D, предлагаемое рулевое управление обеспечивает одинаковую динамическую чувствительность при поворотах налево и направо, следствием чего является повышение точности и обеспечение легкости управления транспортным средством.
Источники информации, принятые во внимание при проведении патентной экспертизы:
1 А.с. 1022853 СССР, МКИ B62D 6/06. Рулевое управление колесного транспортного средства [Текст] / В.С.Ваулин, В.Г.Кемайкин (СССР). - №3360585/25-08; заявл. 23.11.81; опубл.30.03.83, Бюл. №12. - 5 с: ил.
2 Пат. 2211779 Российская Федерация, МПК B62D 6/06. Рлевое управление колесного транспортного средства [Текст] / Редчиц С.В., Толстиков А.Н., Зиновьев А.В., Орлов А.В.; заявитель и патентообладатель Ряз. Воен. автомоб. ин-т им. генерала аримии В.П.Дубынина - №2000121974/28; заявл. 15.08.2000; опубл. 10.09.2003, Бюл. №25. - 10 с: ил.