Гідрооб’ємний рульовий механізм

Изобретение относится к транспортному машиностроению и, в частности, к системам рулевого управления транспортных средств. Известен гидравлический рулевой механизм (Патент №1022653, кл. B62D5/06, 1983, Бюл. №23), содержащий распределительный золотник, расположенный с возможностью поворота и левого перемещения в картере рулевого управления, причем в картере для распределения потока рабочей жидкости выполнены кольцевые перегородки и расположенные между ними кольцевые пазы, а на распределительном золотнике - соответствующие им выступы с направляющими кромками. Недостатком данного рулевого механизма является то, что направляющие кромки распределительного золотника выполняются под одним углом и, следовательно, дроссели, образуемые этими кромками, имеют одинаковую площадь, что ведет к нестабильной работе рулевого механизма при попутной нагрузке. Известно также гидростатическое рулевое управление (Патент №940639, кл. B62D5/06, 1982, Бюл. №24), содержащее распределитель рулевого управления с поворотными заслонками и насосдозатор, причем дроссели, соединяющие напорную гидролинию с насос-дозатором и насосдозатор с одной из полостей исполнительного гидроцилиндра, образованы с помощью отверстий в одной поворотной заслонке и паза в другой, а дроссели, соединяющие другую полость исполнительного гидроцилиндра со сливной гидролинией и напорную гидролинию со сливной, образованы с помощью отверстий в обоих поворотных заслонках. В данном рулевом управлении дроссели распределителя имеют разные площади проходного сечения и, следовательно, оно будет иметь более стабильный режим работы при попутной нагрузке. Недостаток данного рулевого управления в том, что, хотя дроссели распределителя имеют разные площади проходного сечения, изменять площади можно лишь в малых пределах, что не позволяет получить стабильный режим работы при попутной нагрузке для каждого типоразмера. Наиболее близким по технической сущности является гидравлический рулевой механизм (А.с. №1497090, кл. B62D5/06, 1989, Бюл. №28), содержащий гидрораспределитель рулевого механизма. Во внутреннем центральном отверстии золотника гидрораспределителя установлена втулка с внутренними шлицами на одном своем конце. Втулка выполнена с возможностью осевого поворота относительно золотника и кинематически связана с одной стороны посредством пальца и наклонных направляющих с р улевым валом, а с другой стороны через полый шлицевой вал - с внутренней шестерней, кинематически связанной с внешней шестерней, зафиксированной на корпусе рулевого механизма. В центральном отверстии внутренней шестерни закреплен подшипник, установленный с эксцентриситетом на конце вала гидромотора обратной связи, и нуль-установитель. Нуль-установитель выполнен в виде верхней и нижней шайб с размещенной между ними пружиной, установленных с возможностью взаимодействия с верхним и нижним упорами, выполненными на рулевом валу. В корпусе рулевого механизма выполнено семь проточек, первая и пятая из которых соединены с отверстиями для подсоединения исполнительного гидроцилиндра поворота, вторая и четвертая - с отверстием для подсоединения гидробака, третья и седьмая - с отверстием для подсоединения насоса, а шестая соединена внутренним каналом с одним из входов гидромотора обратной связи. Другой вход гидромотора соединен с внутренними полостями рулевого механизма. На золотнике выполнено пять кольцевых канавок, в нейтральной позиции гидрораспределителя соединяющих между собой вторую, третью и четвертую проточки. В одной из крайних позиций канавки соединяют первую проточку с внутренними полостями рулевого механизма, четвертую проточку с пятой проточкой, а шестую проточку с седьмой проточкой. В другой крайней позиции канавки соединяют первую проточку со второй проточкой, пятую проточку с шестой проточкой, а седьмую проточку с внутренними полостями рулевого механизма. Недостатком данного рулевого механизма является то, что площадь дросселей можно изменять только при помощи перекрытий на них, что ограничивает возможность подбора оптимальных соотношений площади дросселей для разных типоразмеров рулевых механизмов и, следовательно, оптимальных режимов работы рулевых механизмов при попутной нагрузке. В основу изобретения поставлена задача создания гидрообъемного рулевого механизма, в котором дроссели распределителя образованы с помощью проточек в корпусе распределителя и пазов различной длины на золотнике распределителя, чем обеспечивается возможность подбора оптимальных соотношений площадей дросселей для разных типоразмеров рулевых механизмов, и за счет этого повышается качество работы рулевых механизмов. Поставленная задача решается тем, что в гидрообъемном рулевом механизме, содержащем гидрораспределитель рулевого механизма, во внутреннем центральном отверстии золотника которого установлена втулка с внутренними шлицами на одном своем конце, выполненная с возможностью осевого поворота относительно золотника и кинематически связанная с одной стороны посредством пальца и наклонных направляющих с рулевым валом, а с другой стороны через полый шлицевой вал с наружными шлицами на двух его концах - с вн утренней шестерней, кинематически связанной с внешней шестерней, зафиксированной на корпусе рулевого механизма, в центральном отверстии внутренней шестерни закреплен подшипник, установленный с эксцентриситетом на конце вала гидромотора обратной связи, и нуль-установитель, выполненный в виде верхней и нижней шайб с размещенной между ними пружиной, установленных с возможностью взаимодействия с верхним и нижним упорами, выполненными на рулевом валу, причем в корпусе рулевого механизма выполнено семь проточек, первая и пятая из которых соединены с отверстиями для подсоединения исполнительного гидроцилиндра поворота, вторая и четвертая - с отверстием для подсоединения гидробака, третья и седьмая - с отверстием для подсоединения насоса, а шестая соединена внутренним каналом с одним из входов гидромотора обратной связи, другой вход которого соединен с внутренними полостями рулевого механизма, образованными каждой из торцовых поверхностей золотника и корпусом рулевого механизма, посредством канала, образованного межшариковым пространством подшипника, полым шлицевым и межзубным пространством внутренней и наружной шестерен редуктора, а на золотнике выполнено пять кольцевых канавок, в нейтральной позиции гидрораспределителя соединяющих между собой вторую, третью и четвертую проточки, в одной из крайних позиций соединяющих первую проточку с внутренними полостями рулевого механизма, четвертую проточку с пятой проточкой, а шестую проточку с седьмой проточкой, а в др угой крайней позиции соединяющих первую проточку со второй проточкой, пятую проточку с шестой проточкой, а седьмую проточку с внутренними полостями рулевого механизма, согласно изобретению для коммутации проточек в корпусе рулевого механизма с канавками на золотнике на нем выполнены пазы, причем длина пазов, соединяющих первую и седьмую канавки с внутренними полостями рулевого механизма и шестую канавку с пятой и седьмой больше длины пазов, соединяющих первую канавку со второй, третью канавку со второй и четвертой, четвертую канавку с пятой в 1,2 - 1,7 раза. За счет подбора оптимальных соотношений площадей дросселей можно получить стабильный режим работы для каждого типоразмера рулевого механизма при попутной нагрузке. Стабильность работы рулевого механизма при попутной нагрузке заключается в том, что угол поворота колес транспортного средства должен быть пропорциональным углу поворота рулевого колеса и не должен зависеть от величины нагрузки. При повороте рулевого колеса на определенный угол через гидромотор обратной связи проходит определенное количество рабочей жидкости, которое в сочетании с величиной давления в напорной, цилиндровых и сливных линиях определяет величину смещения золотника и, следовательно, величину открытия рабочих окон, образуемых проточками в корпусе и пазами на золотнике. Количество рабочей жидкости, вытесняемой из одной из полостей гидроцилиндра (например, поршневой) через распределитель в сливной канал должно быть пропорционально углу поворота рулевого колеса. Однако, если на шток гидроцилиндра действует попутная нагрузка, то количество рабочей жидкости, вытесняемой из поршневой полости, возрастет за счет возрастания перепада давления на дросселе, соединяющем эту полость со сливом. В штоковой полости гидроцилиндра будет создаваться разряжение и через противовакуумный клапан в нее будет поступать дополнительное количество рабочей жидкости, что приведет к возрастанию скорости штока гидроцилиндра. Таким образом, при том же повороте рулевого колеса угол поворота колес будет больше. Чтобы ограничить этот нежелательный эффект, необходимо уменьшить площадь дросселей, соединяющих полости гидроцилиндра со сливом. Кроме того, уменьшение площади дросселей, соединяющих напорный и сливной каналы, тоже ведет к уменьшению этого эффекта, так как при этом возрастает давление в рулевом механизме и для пропускания того же количества рабочей жидкости необходимо меньшее открытие рабочих окон. Следовательно, площадь дросселей, соединяющих отверстие для подсоединения насоса с одним из входов гидромотора обратной связи и выход гидромотора обратной связи с отверстиями для подсоединения гидроцилиндра должна быть больше площадей дросселя, соединяющего отверстие для подсоединения насоса с отверстиями для подсоединения гидробака, и дросселя, соединяющего отверстие для подсоединения гидроцилиндра с отверстием для подсоединения гидробака. Изменять соотношения площадей дросселей можно изменением перекрытий и изменением длины рабочей кромки. Работа рулевого механизма при попутной и встречной нагрузке была смоделирована на ЭВМ. Анализировалось влияние перекрытий на дросселях и площади проходных сечений дросселей на работу механизма. Однако при оптимизации параметров рулевых механизмов путем подбора перекрытий при повышении стабильности работы рулевых механизмов имело место повышение давления на входе в р улевой механизм, что ведет к росту энергозатрат на транспортном средстве. При выполнении дросселей при помощи фасок (Патент №1022653) технологически очень сложно получить фаски с разным углом. Если выполнять дроссели с помощью отверстий и пазов (Патент № 940639), то здесь площадь дросселей можно изменять путем изменения диаметра отверстия в очень малых пределах. Поэтому авторами была предложена конструкция рулевого механизма, в котором дроссели образованы при помощи проточек в корпусе и поперечных пазов различной длины на золотнике. При таком соотношении, когда площадь дросселей, соединяющих отверстие для подсоединения насоса с одним из входов гидромотора обратной связи и выход гидромотора обратной связи с отверстиями для подсоединения гидроцилиндра больше площади дросселя, соединяющего отверстие для подсоединения насоса с отверстиями для подсоединения гидробака, и дросселя, соединяющего отверстие для подсоединения гидроцилиндра с отверстием для подсоединения гидробак, удается добиться стабильной работы рулевого механизма и одновременного снижения давления на входе в рулевой механизм. Однако при увеличении этого соотношения до 2 : 1 появляется динамическая неустойчивость при работе рулевого механизма. Путем исследования математической модели рулевого механизма и при стендовых испытаниях опытных образцов рулевых механизмов было установлено, что для разных типоразмеров это соотношение находится в пределах 1,2 - 1,7. На фиг.1 показан гидрообъемный рулевой механизм; на фиг.2 - конструкция золотника распределителя гидрообъемного рулевого механизма. Гидрообьемный рулевой механизм содержит гидрораспределитель 1 рулевого механизма, во внутреннем центральном отверстии золотника 2 которого установлена втулка 3 с внутренними шлицами 4 на одном своем конце, выполненная с возможностью осевого поворота относительно золотника 2 и кинематически связанная с одной стороны посредством пальца 5 и наклонных направляющих 6 с рулевым валом 7, а с др угой стороны через полый шлицевой вал 8 с наружными шлицами 9 на двух его концах - с вн утренней шестерней 10, кинематически связанной с внешней шестерней 11, зафиксированной на корпусе 12 рулевого механизма, в центральном отверстии внутренней шестерни 10 закреплен подшипник 13, установленный с эксцентриситетом на конце вала 14 гидромотора 15 обратной связи, и нульустановитель, выполненный в виде верхней 16 и нижней 17 шайб с размещенной между ними пружиной 18, установленных с возможностью взаимодействия с верхним 19 и нижним 20 упорами, выполненными на рулевом валу 7, причем в распределителе 1 выполнено семь проточек 21 - 27, первая 21 и пятая 25 из которых соединены с отверстиями 28 и 29 для подсоединения исполнительного гидроцилиндра поворота, вторая 22 и четвертая 24 - с отверстием 30 для подсоединения гидробака, третья 23 и седьмая 27 - с отверстием 31 для подсоединения насоса, а шестая 26 соединена внутренним каналом 32 с одним из входов гидромотора 15 обратной связи, другой вход 33 которого соединен с внутренними полостями рулевого механизма, образованными каждой из торцовых поверхностей золотника 2 и корпусом 12 рулевого механизма, посредством канала, образованного межшариковым пространством подшипника 13, полым шлицевым 8 и межзубным пространством внутренней 10 и наружной 11 шестерен редуктора, а на золотнике 2 выполнено пять кольцевых канавок, в нейтральной позиции гидрораспределителя соединяющих между собой через фрезерованные пазы 34 и 35 на золотнике 2 вторую 22, третью 23 и четвертую 24 проточки, в одной из крайних позиций соединяющих первую проточку 21 через фрезерованный паз 36 с внутренними полостями рулевого механизма, четвертую проточку 24 через паз 37 с пятой проточкой 25, а шестую проточку 26 через паз 38 с седьмой проточкой 27, а в другой крайней позиции соединяющих первую проточку 21 через паз 39 со второй проточкой 22, пятую проточку 25 через паз 40 с шестой проточкой 26, а седьмую проточку 27 через паз 41 с внутренними полостями рулевого механизма, причем длина пазов 36, 38, 40, 41 больше длины пазов 34, 35, 37, 39 в 1,2 - 1,7 раза. Гидрообъемный рулевой механизм работает следующим образом. В нейтральной позиции золотника 2 гидрораспределителя 1 рабочая жидкость от на coca через отверстие 31 подается к рулевому механизму в проточку 23 и далее через пазы 34 и 35 в проточки 22 и 24 и к отверстию 30 для соединения с гидробаком. Происходит разгрузка насоса. При перемещении золотника 2 гидрораспределителя 1 из нейтральной позиции в одну из крайних, например, вверх (фиг.2), что осуществляется посредством поворота рулевого вала 7, происходит перемещение втулки 3 за счет взаимодействия пальца 5 с наклонными направляющими 6. Вместе с втулкой 3 перемещается золотник 2, соединяя напорное отверстие 31 через проточку 27 и паз 41 с внутренней полостью гидромотора 15 обратной связи через межзубное пространство внутренней 10 и наружной 11 шестерен редуктора. Конец вала 14 гидромотора 15 начинает вращаться, приводя во вращение шестерню 10, которая обкатываясь за счет эксцентриситета вала 14 по шестерне 11, передает крутящий момент на шлицевой вал 7, который посредством наружных шлицов 9 приводит во вращение втулку 3. Последняя, поворачиваясь, одновременно опускается при движении направляющих 6 по пальцу 5, вызывая согласование положения втулки 3 и связанного с ней золотника 2, т.е. выставление последнего в нейтральную позицию при прекращении нового воздействия на рулевой вал 7. При этом другой вход гидромотора 15, соединенный с проточкой 26, соединяется через паз 40 и проточку 25 с отверстием 29, подсоединяемым к гидроцилиндру, другая полость которого через отверстие 28 в корпусе рулевого механизма, проточку 21, паз 39 и проточку 22 соединяется со сливом. При отпускании водителем рулевого вала 7 он под действием пружины 18 нуль-установителя, воздействующей на соответствующие упоры, выполненные во втулке 3 и в рулевом валу 7, обеспечивает возврат рулевого вала 7 в нейтральное положение, одновременно обеспечивая в этом режиме возможность возвращения золотника 2 в нейтральную позицию. При перемещении золотника 2 гидрораспределителя 1 из нейтральной позиции вниз, что осуществляется при повороте рулевого вала 7 в другую сторону, рабочая жидкость из отверстия 31, соединенного с насосом, подается к проточке 27 и далее через паз 38, проточку 26 подается в канал 32, соединенный с одним из входов гидромотора 15, другой вход 33 которого соединен с внутренней полостью корпуса 12 рулевого механизма. К полости, образованной золотником 2 и корпусом 12 со стороны проточки 21, рабочая жидкость от гидромотора 15 поступает одновременно по двум каналам через межзубное пространство внутренней 10 и наружной 11 шестерен, пространство между втулкой 3 и золотником 2, а также через внутреннее пространство подшипника 13, полый шлицевой вал 8 и далее через внутренние каналы нульустановителя, попадая через паз 36 в проточку 21 корпуса 12 и далее в соответствующую полость гидроцилиндра, другая полость которого через отверстие 29, проточку 25, лаз 37, проточки 24 и 22 соединена со сливом. Перемещение втулки 3 и золотника 2 происходит аналогично описанному с тем лишь отличием, что рассогласование золотника 2 производится при его перемещении вниз, а согласование его происходит при перемещении золотника 2 вверх за счет вращения вала 14 гидромотора 15 в обратную сторону.