СПОСОБ ГИДРОУСИЛЕНИЯ ДИСТАНЦИОННОГО РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ И СИСТЕМА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF REMOTE STEERING HYDRAULIC BOOSTING AND STEERING SYSTEM TO THIS END

Изобретение относится к способам и системам гидроусиления рулевого управления транспортным средством.
Известны способы гидроусиления дистанционного рулевого управления транспортным средством, по которому формируют поток масла вращением рулевого колеса и направляют его посредством гидрораспределителя по маслопроводам к исполнительному гидроцилиндру поворота управляемых колес, не имеющих механических звеньев обратной связи с гидрораспределителем, например, из: SU 499166 [1]; в самоходной свеклоуборочной машине КС-6Б [2] с.70, рис.47; SU 743611 [3]; системы автоматического вождения по SU 1817958, фиг.1 [4]; RU 2247674 и др.
Недостаток их в том, что при прямолинейном движении транспортного средства управляемые колеса и систему рулевого управления при несимметричных случайных ударах на управляемые колеса не удерживают в позиции прямолинейного движения автоматически под действием стабилизирующего момента. Причина в том, что аналоги не имеют отрицательной обратной связи с гидрораспределителем гидроусилителя, а масло при несимметричных ударах сливают в бак из полостей гидроцилиндра поворота мимо гидрораспределителя через противоударные клапаны в [1], [2], [3], [4], [5] или через управляемые клапаны в RU 2247674, так как у них гидрораспределитель только с положительным перекрытием золотника. Поэтому системой рулевого управления случайные удары на колеса автоматически не парируют. Их возвращают в позицию прямолинейного движения поворотом рулевого колеса. То же относится и к другим помехам. В этом главная причина ограничения скорости движения упомянутыми способами не более 50 км/ч.
Известен способ гидроусиления рулевого управления транспортным средством, по которому вращением рулевого колеса выводят гидрораспределитель из исходной позиции и направляют через него поток масла от питающего насоса в мотор-насос, которым возвращают гидрораспределитель в исходную позицию, причем поток масла, выходящий из мотор-насоса, направляют по дистанционному маслопроводу мимо гидрораспределителя непосредственно в одну из полостей исполнительного гидроцилиндра поворота управляемых колес, а в позиции системы гидроусиления для прямолинейного движения транспортного средства удерживают рулевое колесо неподвижно, например, по RU 2247674 - прототип способа.
Недостаток его такой же, как и у других аналогов, изложенный выше, и кроме того еще в том, что обратная связь между гидродвигателем (мотор-насосом) и гидрораспределителем не отрицательная, а положительная. Для поворота колес отклоняют золотник рулевым колесом до открытия входного канала. При этом давлением масла на торец золотника воздействуют на винтовую пару так, что поворачивают рулевое колесо в сторону еще большего поворота колес в ту же сторону, если не удержат руль с достаточным усилием и не малым, учитывая величину стабилизирующего момента от наклонных продольных направляющих. Если же шаг винтовой пары достаточен для самоторможения, то колеса после поворота в позицию для прямолинейного движения вообще не вернут. Причина в том, что оба гидроцилиндра связаны механически через поперечную тягу рулевой трапеции и поэтому при повороте колес имеют неодинаковый ход поршней. Маслу из гидроцилиндра с большим ходом просто некуда выйти.
Техническим результатом изобретения является способ усиления дистанционного рулевого управления транспортным средством на скоростях движения до 200 и более км/ч.
Сущность способа гидроусиления рулевого управления транспортным средством, по которому вращением рулевого колеса выводят гидрораспределитель из исходной позиции и направляют через него поток масла от питающего насоса в мотор-насос, которым возвращают гидрораспределитель в исходную позицию, причем поток масла, выходящий из мотор-насоса, направляют по дистанционному маслопроводу мимо гидрораспределителя непосредственно в одну из полостей исполнительного гидроцилиндра поворота управляемых колес, а в позиции системы гидроусиления для прямолинейного движения транспортного средства удерживают рулевое колесо неподвижно, и в соответствии с изобретением, при удержании рулевого колеса неподвижно в позиции управляемых колес и системы гидроусиления, соответствующей прямолинейному движению, и случайных при этом несимметричных ударах на управляемые колеса, их и гидрораспределитель удерживают в нейтральной позиции посредством отрицательной обратной связи между насос-мотором и гидрораспределителем, причем в нейтральной позиции гидрораспределителя маслу одновременно из обеих полостей исполнительного гидроцилиндра поворота управляемых колес открывают возможность выхода на слив в бак через дистанционные маслопроводы и гидрораспределитель, при этом маслу из одной из полостей исполнительного гидроцилиндра открывают возможность выхода на слив последовательно через входной-выходной канал мотор-насоса и каналы гидрораспределителя.
Благодаря этому удары на управляемые колеса не передаются на рулевое колесо, так как мотор-насосом включают гидрораспределитель на подачу встречного потока масла, которым парируют удар. В результате, дистанционной передачей сигнала парой маслопроводов к исполнительному гидроцилиндру на поворот колес заявленным способом гидроусиления рулевого управления, качество вождения на повышенных (автомобильных) скоростях не хуже, чем, например, по способу гидроусиления в автомобиле ЗИЛ-130 [6] с.219, 220, рис.176, имеющим механическую связь управляемых колес с рулевым колесом. Способ пригоден для скоростей до 200 км/ч и более.
Известны системы гидроусидения рулевого управления транспортным средством, содержащие звенья механической связи управляемого колеса с гидроусилителем рулевого управления, например, рулевой механизм с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130 [6] с.219, 220, рис.176, гидроусилитель рулевого управления трактора МТЗ-50 [7] с.21, рис.3, тракторов МТЗ-80/82 [7] с.23…27, рис.5, и др.
Недостаток их в том, что звенья механической связи мешают рациональной компоновке машины.
Известна система гидроусиления рулевого управления транспортным средством, содержащая следящий контур с отрицательной обратной связью, включающий зубчатую передачу, соединяющую механической связью рулевое колесо, золотник гидрораспределителя и гидродвигатель, сообщенный маслопроводами с управляющими каналами гидрораспределителя, питаемого потоком масла от насосной станции, причем рулевое колесо соединено с золотником гидрораспределителя через червячную вал-шестерню, установленную с возможностью вращения и подвижно вдоль своей оси на величину хода золотника гидрораспределителя, например система трактора МТЗ-50 [7] с.21, рис.3 - прототип системы.
Недостаток ее в том, что звенья механической связи мешают рациональной компоновке машины.
Техническим результатом является система гидроусиления рулевого управления транспортным средством с дистанционной посредством маслопроводов связью исполнительного гидроцилиндра поворота управляемых колес с гидроусилителем рулевого механизма, способная удовлетворительно работать на скоростях движения транспортного средства от 0 до 200 км/ч и более.
Сущность системы гидроусиления рулевого управления транспортным средством, содержащей следящий контур с отрицательной обратной связью, включающий кинематическую передачу, соединяющую механической связью рулевое колесо, золотник гидрораспределителя и гидродвигатель, сообщенный маслопроводами с управляющими каналами гидрораспределителя, питаемого потоком масла от насосной станции, причем рулевое колесо соединено с золотником гидрораспределителя через червячную вал-шестерню, установленную с возможностью вращения и подвижно вдоль своей оси на величину хода золотника гидрораспределителя, в соответствии с изобретением рулевое колесо связано с гидродвигателем посредством червячного редуктора с полным червячным колесом-шестерней, причем гидродвигатель выполнен в виде реверсивного мотор-насоса, первый входной-выходной канал которого сообщен маслопроводом с первым управляющим каналом гидрораспределителя, второй входной-выходной канал мотор-насоса сообщен дистанционным маслопроводом с первой полостью исполнительного гидроцилиндра, вторая полость которого сообщена дистанционным маслопроводом со вторым управляющим каналом гидрораспределителя.
Благодаря таким признакам система гидроусиления рулевого управления с дистанционной (только посредством маслопроводов) связью с исполнительным гидроцилиндром поворота управляемых колес точно работает на скоростях движения тяжелого транспортного средства от 0 до 200 км/ч и более.
Устроена система гидроусиления рулевого управления тяжелого транспортного средства (далее машины) следующим образом.
Условные обозначения на чертеже принципиальной схемы рулевого управления машины:
1 - емкость для масла (далее бак),
2 - шестереночный насос, вал которого связан кинематически с двигателем машины (далее насос),
3 - шестереночный насос, вал которого связан кинематически со вторичным валом коробки переключения передач машины (далее насос),
4 - регулятор потока, например, типа ПГ55-2 [8], с.186...188, рис.4.63, табл.433 (далее регулятор),
5 - масляный фильтр (далее фильтр),
6 - предохранительный клапан (далее клапан),
7 - редукционный клапан (далее клапан),
8 - обратный клапан (далее клапан),
9 - маслопровод,
10 - гидрораспределитель с отрицательным перекрытием золотника, с центрирующими пружинами и реактивными камерами "чувства дороги" [6], с.217 (далее распределитель),
11 - рулевое колесо машины (далее руль),
12 - червячный редуктор (далее редуктор),
13 - червячная вал-шестерня редуктора 12, установленная с возможностью вращения и подвижно вдоль оси своего вала, соединяющего вал руля 11 с золотником распределителя 10 (далее червяк),
14 - червячное колесо-шестерня редуктора 12 (далее шестерня),
15 - гидродвигатель в виде реверсивного и обратимого мотор-насоса (далее мотор-насос),
16 - дистанционный маслопровод от мотор-насоса 15 (далее дистанционный маслопровод),
17 - гибкий резиновый с кордом рукав высокого давления (далее рукав),
18 - исполнительный гидроцилиндр поворота управляемых колес машины (далее цилиндр),
19 - гибкий резиновый с кордом рукав высокого давления (далее рукав),
20 - дистанционный маслопровод (любой длины и формы) от цилиндра 18 ко второму управляющему каналу распределителя 10 (далее дистанционный маслопровод),
21 - противоударный клапан (далее клапан),
22 - с поворотным кулаком управляемое колесо машины (далее колесо).
Бак 1, насосы 2 и 3, регулятор 4, фильтр 5, клапаны 6, 7, 8 насосной станции маслопроводами 9 сообщены с напорным и сливным каналами распределителя 10, с золотником которого соединен руль 11 через червяк 13 редуктора 12. Вал шестерни 14 этого редуктора соединен с валом мотор-насоса 15. Первый входной-выходной канал мотор-насоса сообщен маслопроводом с первым управляющим каналом распределителя. Второй входной-выходной канал мотор-насоса сообщен дистанционным маслопроводом 16 и рукавом 17 с первой полостью цилиндра 18, чья вторая полость сообщена рукавом 19 и дистанционным маслопроводом 20 со вторым управляющим каналом распределителя. Входные-выходные каналы мотор-насоса имеют маленький перепад давления, сообщены между собой двумя противоположно направленными клапанами 21, отрегулированными на давление существенно меньшее, чем клапан 6. Шток цилиндра 18 шарнирно соединен с поворотным кулаком колеса 22 машины.
Работу вождения машины рулевым управлением системы выполняют следующим образом.
Пусть при прямолинейном движении руль 11 удерживают неподвижно в позиции прямолинейного движения машины. Пружинами распределителя 10 удерживают его золотник в средней позиции, что соответствует позиции распределителя "плавающая". Масло перекачивают насосами 2 и 3 через регулятор 4 и через зазоры отрицательного перекрытия золотника распределителя 10 обратно в бак 1. При наезде правым (левым) колесом на неровность на поверхности пути правое (левое) колесо получает удар и перемещает поршень цилиндра 18 влево (вправо), прокачивая масло через распределитель 10 и мотор-насос 15, которым поворачивают шестерню 14 против часовой стрелки (по часовой стрелке) и перемещают червяк 13 вместе с золотником в направлении выхода его из корпуса распределителя 10. Этим переключают распределитель так, что поток масла от насосов 2 и 3 направляют навстречу потоку от удара, парируют его, проворачивают шестерню 14 по часовой стрелке (против часовой стрелки), пружинами распределителя 10 возвращают золотник с червяком и распределитель 10 в исходное положение. Если удар на колесо 22 очень сильный, то часть масла через полости цилиндра 18 и через клапаны 21 пропустят мимо мотор-насоса, уменьшая приведенную к рулю силу удара.
Пусть требуется повернуть управляемые колеса машины вправо (влево). Для этого вращают руль 11 вправо (влево) и вместе с ним червяк 13, который винтовым зубом упирают в зубья шестерни 14 и перемещают совместно с золотником распределителя 10 на величину хода золотника от его средней позиции в распределителе по направлению входа в корпус (выхода из корпуса) распределителя, так как переместить золотник существенно легче, чем шестерней 14 повернуть вал насос-мотора 15, прокачать им масло через цилиндр 18 и повернуть колесо 22 вправо (влево). Поэтому вначале перемещают золотник и затем поток масла от насосов 2 и 3 после регулятора 4 распределителем 10 направляют к мотор-насосу 15, которым вращают шестерню 14 против часовой стрелки (по часовой стрелке), то есть сонаправленно с давлением на ее зубья червяком 13 от руля 11. При этом скорость потока масла к цилиндру 18 поворота колес 22 пропорциональна скорости вращения руля 11 вне зависимости от величины сопротивления повороту и ограничена только скоростью потока регулятора 4. Как только руль 11 вращать перестают, то мотор-насосом 15 доворачивают шестерню 14 против часовой стрелки (по часовой стрелке) и возвращают пружинами распределителя 10 червяк 13 в исходную (среднюю) позицию. Этим переключают распределитель в исходную позицию "плавающая" и мотор-насос останавливают. Для выхода из поворота руль вращают в обратном направлении.
Пусть правое (левое) колесо получает больше сильных ударов, чем левое (правое). Этим мимо мотор-насоса 15 к цилиндру 18 (к распределителю 10) подают больше масла, чем наоборот. Поэтому шестерню 14 против часовой стрелки повернут на больший угол, чем по часовой, но так как шестерня 14 полная (то есть не зубчатый сектор), то ее зубья никогда не выйдут из зацепления с червяком 13.
Насос 2 приводят от двигателя, а насос 3 приводят от ведущих колес машины через вторичный вал коробки переключения передач. Поэтому система гидроусиления рулевого управления работает в движении при работающем и при неработающем двигателе машины, работает при неподвижной машине с работающим двигателем. Кроме того, рулем поворачивают поднятые от опорной поверхности колеса 22 и при неработающем двигателе.
Таким образом, система гидроусиления рулевого управления с дистанционной (только посредством маслопроводов любой длины и формы) связью с исполнительным гидроцилиндром поворота управляемых колес точно работает на скоростях движения тяжелой машины от 0 до 200 км/ч и более при работающем и неработающем двигателе, работоспособна на неподвижной машине с работающим двигателем. Удары на колеса, если и передаются на руль, то существенно более ослабленными, чем в известных системах рулевого управления.
Источники информации
1. SU 499166, B62D 7/14. Описание изобретения. 12.10.1976.3 с.
2. Справочник по эксплуатации свеклоуборочных машин. А.М. Мазуренко и др. Под ред. А.М. Мазуренко. - К.: - Урожай, 1984. -128 с.
3. SU 743611, А 01 В 69/04. Описание изобретения. 30.06.1980. 2 с.
4. SU 1817958, А01 В 69/04. Описание изобретения. 30.05.1993. 6 с.
5. Гидравлические агрегаты тракторов и сельскохозяйственных машин. Каталог.- М.: ЦНИИТЭИтракторосельмаш, 1989. - 137 с.
6. Автомобиль: Учебник для вузов по специальности "Автомобиль и автомобильное хозяйство" / Н.Н. Вишняков и др. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1983. - 301 с.
7. Бендицкий ЭЛ. Рулевое управление колесных тракторов. - 2-е изд. - М.: Россельхозиздат, 1987,124 с.
8. Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин: Справочник. -М.: Машиностроение, 1983.- 301с.