Гідрооб’ємний рульовий механізм

Винахід відноситься до транспортного машинобудування, а саме до систем рульового керування транспортних засобів. Відома система гідрооб’ємного рульового керування транспортного засобу (патент 2029700, Россия. Гидрообъемное рулевое управление транспортного средства. МКИ В62D5/06, 1995, Бюл. изоб. №6), що містить насос-дозатор і підсилювач потоку. Вхідні порожнини насоса-дозатора зв'язані з насосною станцією, а вихідні - з порожнинами виконавчого гідроциліндра. Підсилювач потоку також підключено до насосної станції. Керується він гідравлічне і виконує підсилення керуючого потоку, що подається від дозуючого вузла насоса-дозатора. У штатному режимі роботи у виконавчий гідроциліндр подається потік робочої рідини від дозуючого вузла і підсилювача потоку, а в аварійному режимі - тільки потік від дозуючого вузла, що приводить до зменшення потоку робочої рідини, який подається в порожнини виконавчого гідро циліндра. За рахунок цього забезпечується керованість транспортного засобу в аварійному режимі. Недоліком даної системи є те, що в штатному режимі роботи системи гідрооб’ємного рульового керування її характеристика визначається якістю підсилювача потоку. Внаслідок недосконалості конструкцій існуючих підсилювачів потоку кінематична характеристика переміщення поршня виконавчого гідроциліндра від кута повороту рульового колеса залежить від швидкості обертання рульового колеса і від навантаження на виконавчому гідроциліндрі. Це знижує показники якості системи рульового керування. Відома також система рульового керування (патент 19511501, Німеччина. Hydraulische Steuereinrichtung, МКИ В62D5/06, 1997), що містить насос-дозатор, дозуючий вузол якого виконаний із двома робочими парами. Ротори останніх механічно з'єднані між собою, а їх вихідні гідравлічні канали через кромки золотникової пари з'єднуються з порожнинами виконавчого гідроциліндра. При цьому вихід однієї робочої пари проходить через додатковий гідрокерований розподільник, положення якого керується тиском робочої рідини в напірному вхідному каналі насоса-дозатора. У штатному режимі у виконавчий гідроциліндр подається робоча рідина від двох робочих пар, а в аварійному режимі потік робочої рідини від однієї з робочих пар відводиться на злив через додатковий гідрокерований розподільник. Це забезпечує зміну потоку робочої рідини, який подається у виконавчий гідроциліндр в аварійному режимі, що забезпечує керованість транспортного засобу. Дана система має нормальні технічні характеристики при штатному і аварійному режимах роботи, однак виконання насоса-дозатора з двома робочими парами і розташованим між ними додатковим гідрокерованим розподільником робить її громіздкою. Найбільш близьким по технічній суті є гідрооб’ємний рульовий механізм (Steering unit Type LAGU. Mannesmann Rexroth AG, Rexroth H ydraulics, Par-chim, D - 19370 Parchim, RE 11876/09.98), що містить слідкуючу золотникову пару із пружинним центруючим елементом, що забезпечує фіксацію середнього положення золотника слідкуючої золотникової пари, і дозуючий вузол героторного типу, що включає в себе ротор і статор, між робочими поверхнями яких утворені робочі камери дозуючого вузла. Вхідний вал з однієї сторони з'єднаний з рульовим колесом, а з іншої сторони з'єднаний з першим входом слідкуючої золотникової пари. Другий вхід цієї пари з допомогою карданного вала з'єднаний з ротором дозуючого вузла. Гідрооб'ємний рульовий механізм містить гідравлічні лінії, що з'єднують відповідні кромки слідкуючої золотникової пари з каналом «Р» підключення живильного насоса, каналом «Т» підключення бака і з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра. При цьому в гідравлічній лінії, що зв'язана з каналом «Р» підключення живильного насоса, установлені підпружинений герметизуючий зворотний клапан, запобіжний клапан і підсмоктуючий зворотний клапан, а в гідравлічних лініях, що зв'язані з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра, установлені протиударний клапан і противакуумний зворотний клапан у кожній лінії. Робочі камери дозуючого вузла розділені на групу відключаємих та невідключаємих камер. Для реалізації можливості відключення однієї групи цих камер вони гідравлічне розділені за рахунок виконання слідкуючої золотникової пари із двома групами розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари, кожна з яких з'єднана з відключаємими чи невідключаємими робочими камерами. Вихідні канали обох груп розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари через відповідні кромки золотникової пари з'єднуються гідравлічними лініями з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра. Але в гідравлічних лініях, що з'єднують вихідні канали групи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари з відключаємими робочими камерами, встановлено механізм відключення. Останній виконано у вигляді дво х додаткових двопозиційних гідрокерованих двоходових розподільників, вихідний канал кожного з яких з'єднаний зі зливом. Одна з торцьових порожнин додаткових двопозиційних гідрокерованих двоходови х розподільників з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса, а друга їхня торцьова порожнина - з відповідним каналом підключення порожнини виконавчого гідроциліндра. В аварійному режимі, коли тиск у каналі «Р» підключення живильного насоса дорівнює нулю, обидва додаткових двопозиційних гідрокерованих двоходови х розподільника залишаються в положенні, коли їх вхідний канал комутується зі зливом. При цьому один з додаткових гідрокерованих розподільників відповідно до напрямку потоку робочої рідини у виконавчий гідроциліндр відводить на злив весь потік, що подається від відключаємих робочих камер дозуючого вузла. Тим самим в аварійному режимі роботи робочий об'єм дозуючого вузла визначається об'ємом невідключаємих робочих камер, а у штатному режимі робочий об'єм визначається сумою невідключаємих та відключаємих робочих камер дозуючого вузла. Недоліком даного рульового механізму є збільшення осьових розмірів слідкуючої золотникової пари і, відповідно, всього гідрооб’ємного рульового механізму за рахунок виконання двох груп розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари дозуючого вузла. Крім того, на кромках одного з додаткових гідрокерованих розподільників, через який відводиться на злив потік робочої рідини від відключаємих робочих камер, виникають істотні втрати тиску при значних потоках робочої рідини. Такі потоки робочої рідини створюються при значних об'ємах та кількості відключаємих робочих камер. Це обмежує можливість використання такої конструкції для гідрооб'ємних рульових механізмів великих типорозмірів, у зв'язку з чим фірма Mannesmann Rexroth (на сьогодні фірма перетворилася й існує за назвою Bosch Rexroth) випускає їх з максимальним робочим об'ємом 320см 3. В основу даного винаходу поставлена задача створення гідро об'ємного рульового механізму, у якому шляхом виконання механізму відключення частини робочих камер дозуючого вузла у вигляді додаткових двопозиційних гідрокерованих триходових розподільників, кількість яких дорівнює кількості відключаємих робочих камер, з'єднаних певним чином, забезпечується скорочення осьових розмірів слідкуючої золотникової пари і, відповідно, механізму в цілому, а також розширення діапазону типорозмірів цих механізмів (використання для гідро об'ємних рульових механізмів з робочим об'ємом до 1000см 3). Поставлена задача вирішується тим, що в гідрооб’ємному рульовому механізмі, що містить слідкуючу золотникову пару, вхідний вал, що з'єднаний з рульовим колесом, пружинний центруючий елемент, що забезпечує фіксацію середнього положення золотника слідкуючої золотникової пари, гідравлічні лінії комутації відповідних кромок слідкуючої золотникової пари з каналом «Р» підключення живильного насоса, з каналом «Т» підключення бака і з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра, причому в гідравлічній лінії, що зв'язана з каналом «Р» підключення живильного насоса, установлені підпружинений герметизуючий зворотний клапан, запобіжний клапан і підсмоктуючий зворотний клапан, а в гідравлічних лініях, що зв'язані з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра, установлені протиударний клапан і противакуумний зворотний клапан у кожній лінії, дозуючий вузол героторного типу, що включає в себе ротор і статор, між робочими поверхнями яких утворені робочі камери дозуючого вузла, причому ці камери розділені на групу невідключаємих робочих камер, виходи яких через відповідні кромки золотникової пари безпосередньо з'єднані з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра, і на групу відключаємих робочих камер, виходи яких з'єднуються з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра через механізм відключення, який виконано у вигляді додаткових двопозиційних гідрокерованих розподільників, одна з торцьових порожнин яких з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса, при чому перший вхід слідкуючої золотникової пари з'єднаний із вхідним валом а її другий вхід за допомогою карданного вала з'єднаний з ротором дозуючого вузла, додаткові двопозиційні гідрокеровані розподільники механізму відключення виконані триходовими, їх кількість дорівнює кількості відключаємих робочих камер, причому вхідний канал кожного з цих розподільників підключений безпосередньо до відключаємої робочої камери, їх перший вихід підключено до відповідних вхідних порожнин системи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі, а їх др угий ви хід підключено до гідравлічної лінії, що з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса, причому протилежна торцьова порожнина додаткового розподільника з'єднана з відключаємою робочою камерою. Крім того, в кожному додатковому розподільнику золотник підпружинений з боку торцьової порожнини, яка підключена до гідравлічної лінії, що з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса. Виконання додаткових двопозиційних гідрокерованих розподільників механізму відключення частини робочих камер дозуючого вузла триходовими і в кількості, що дорівнює кількості відключаємих робочих камер, причому вхідний канал кожного з цих розподільників підключений безпосередньо до відключаємої робочої камери, їх перший вихід підключено до відповідних вхідних порожнин системи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі, а їх другий вихід підключено до гідравлічної лінії, що з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса, забезпечує незалежне керування потоком робочої рідини, що подається з кожної робочої камери, тому що керують цими потоками до їхнього об'єднання в порожнинах розподільних кромок слідкуючої золотникової пари. Це виключає необхідність виконання другої групи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі і, відповідно, скорочує осьові розміри цієї пари і всього механізму в цілому. Крім того, відсутність додаткового ряду геометричних поверхонь на деталях слідкуючої золотникової пари спрощує конструкцію цієї пари, тому що на поверхнях її де талей не виконується додатковий ряд точних геометричних поверхонь. Крім того, при такій конструкції гідрооб’ємного рульового механізму потік робочої рідини, що відключається в аварійному режимі роботи, проходить через кромки декількох додаткових розподільників, число яких визначається числом камер, що відключаються. Це збільшує загальну площу робочих вікон, по яких тече відключаємий потік робочої рідини, що знижує втрати тиску на кромках додаткових розподільників і дозволяє використовува ти запропоновану конструкцію для гідрооб’ємних рульових механізмів великих типорозмірів - з об'ємом робочої пари до 1000см 3. На фіг.1 наведена гідравлічна схема гідрооб'ємного рульового механізму. На фіг.2 наведена схема комутації робочих камер дозуючого вузла героторного типу з порожнинами системи розподільних кромок на золотниковій парі. Гідрооб’ємний рульовий механізм містить слідкуючу золотникову пару 1 (фіг.1), золотник якої з'єднаний з вхідним валом 2, що з'єднується з рульовим колесом. Пружинний центруючий елемент 3 забезпечує фіксацію середнього положення золотника слідкуючої золотникової пари 1. В гідрооб’ємному рульовому механізмі виконані гідравлічні лінії, що з'єднують відповідні кромки слідкуючої золотникової пари 1 з вхідними та вихідними каналами. Так, гідравлічна лінія 4 з'єднує слідкуючу золотникову пару 1 з каналом «Р» підключення живильного насоса, гідравлічна лінія 5 - з каналом «Т» підключення бака, а гідравлічні лінії 6 та 7 - з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра. В гідравлічній лінії 4, що зв'язана з каналом «Р» підключення живильного насоса, установлені підпружинений герметизуючий зворотний клапан 8, запобіжний клапан 9 і підсмоктуючий зворотний клапан 10. В гідравлічних лініях 6 та 7, зв'язаних з каналами «L» і «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра, установлені протиударний клапан 11 і противакуумний зворотний клапан 12 в кожній лінії. Дозуючий вузол 13 виконано героторного типу і включає в себе ротор 14 і статор 15 (фіг.2), між робочими поверхнями яких утворені робочі камери 16 дозуючого вузла. Ці камери 16 розділені на дві групи. Невідключаємі робочі камери комутаційними каналами 17 безпосередньо з'єднані з відповідними вхідними порожнинами 18 системи розподільних кромок, які виконані на спряжених елементах слідкуючої золотникової пари 1. Відключаємі робочі камери комутаційними каналами 17 з'єднуються з вхідним каналом відповідного додаткового двопозиційного гідрокерованого триходового розподільника 19 механізму відключення, кількість яких відповідає кількості відключаємих робочих камер. Перший вихід кожного додаткового двопозиційного гідрокерованого триходового розподільника 19 підключено до відповідних вхідних порожнин 18 системи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі 1, а їх другий вихід підключено до гідравлічної лінії 4, що з'єднана з каналом «Р» підключення живильного насоса. Вихідні канали 20 та 21 системи розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі через відповідні кромки цієї золотникової пари з'єднані з каналами «L» або «R» підключення порожнин виконавчого гідроциліндра відповідно до напрямку повороту вхідного вала 2 а також з каналом 4 підключення живильного насоса. В кожному додатковому розподільнику 19 золотник 22 піджатий пружиною 23 і його торцьова порожнина з боку пружини з'єднана з гідравлічною лінією 4 підключення живильного насосу, а протилежна торцьова порожнина з'єднана з відповідною робочою камерою 16, яка має відключатись цим розподільником в аварійному режимі. Кардан 24 (фіг.1) з’єднує другий вхід слідкуючої золотникової пари 1 з ротором 14 дозуючого вузла 13 героторного типу. Гідрооб’ємний рульовий механізм працює наступним чином. При нейтральному положенні золотника слідкуючої золотникової пари 1 робоча рідина, що подається від живильного насоса в гідравлічну лінію 4, через кромки "відкритого центру" слідкуючої золотникової пари відводиться в гідравлічну лінію 5, яка з'єднана з баком. При цьому живильний насос розвантажений. При роботі гідрооб’ємного рульового механізму в штатному режимі, коли до вхідного каналу «Р» підводиться потік робочої рідини від живильного насоса, механізм працює наступним чином. При повороті вхідного вала 2 рульовим колесом золотник слідкуючої золотникової пари 1, деформуючи пружинний центруючий елемент 3, зміщується з нейтрального положення, що призводить до перекриття кромок "відкритого центру" слідкуючої золотникової пари 1. Це призводить до збільшення тиску робочої рідини у вхідному каналі 4, що з'єднаний з живильним насосом. Система розподільних кромок комутації робочих камер героторної пари на слідкуючий золотниковій парі побудована таким чином, що вхідні порожнини 18 системи розподільних кромок комутуються з вихідними каналами 20 або 21, які з'єднані або з гідравлічною лінією 4, по якій робоча рідина підводиться до дозуючого вузла 13, або з однією з ліній 6 чи 7 (в залежності від напрямку повороту вхідного валу), по якій робоча рідина відводиться від дозуючого вузла 13. При протіканні робочої рідини через дозатор 13 його ротор 14 починає обертатись. Цей рух через кардан 24 передається на другий вхід слідкуючої золотникової пари 1, що забезпечує необхідне відкриття робочих кромок самої слідкуючої золотникової пари. Під дією тиску в гідравлічній лінії 4 та пружини 23 золотник кожного додаткового двопозиційного гідрокерованого триходового розподільника 19 займає крайнє ліве (по кресленню) положення, при якому комутаційні канали 17 від відключаємих камер 16 без опору з'єднуються з порожнинами 18. При цьому дозуючий вузол подає в ви хідний канал повний обсяг робочої рідини, який визначається сумою об'ємів невідключаємих та відключаємих робочих камер героторної пари, що забезпечує нормальне функціонування гідрооб’ємного рульового механізму в штатному режимі роботи. При роботі системи рульового керування в аварійному режимі, коли до вхідного каналу «Р» внаслідок поломки (насоса, рукава високого тиску і т. і.) не підводиться потік робочої рідини від живильного насоса, при повороті рульовим колесом вхідного вала 2 золотник слідкуючої золотникової пари 1, деформуючи пружинний центруючий елемент 3, зміщується з нейтрального положення до упора, що дозволяє водію повертати ротор 14 дозуючого вузла 13 за рахунок своєї мускульної сили. При цьому дозуючий вузол працює в режимі насоса. Робоча рідина засмоктується через гідравлічну лінію 4, підсмоктуючий зворотний клапан 10 та гідравлічну лінію 5 із бака насосної станції (на рис. не показана). Тому в торцьовій порожнині додаткових двопозиційних гідрокерованих триходових розподільників 19, що з'єднана з гідравлічною лінією 4 підключення живильного насосу, створюється тиск, що менший за атмосферний. В той же час на протилежну торцьову поверхню золотника 22 додаткових двопозиційних гідрокерованих триходових розподільників 19 діє тиск робочої рідини, що створюється в відключаємій робочій камері 16 дозуючого вузла 13, яка в цей час зменшується і витискає робочу рідину в вихідний канал і, відповідно, в порожнину виконавчого гідроциліндру. Величина цього тиску визначається зусиллям, яке необхідно подолати виконавчому гідроциліндру для повороту управляємих коліс. Під дією цього тиску золотник 22, деформуючи пружину 23, переміщується вправо (по кресленню). При цьому комутаційний канал 17 від робочої камери 16, що відключається, з'єднується з гідравлічною лінією 4, і вся робоча рідина з відключаємої робочої камери витікає в цей канал, тому що в цей час в ньому тиск менше за атмосферний. В результаті в аварійному режимі роботи дозуючий вузол подає в вихідний канал обсяг робочої рідини, який визначається тільки об'ємом невідключаємих робочих камер. Це зменшує об'єм героторної пари, що забезпечує нормальне функціонування гідрооб’ємного рульового механізму в аварійному режимі роботи.