Гидроусилитель руля с трехфазным режимом работы, золотниковый механизм с замкнутым жидкостным контуром

Изобретение относится к области автомобилестроения. Золотниковый механизм гидроусилителя руля автомобиля содержит корпус (5) с окнами для тяг привода, золотниковый узел (3) и масляные каналы (18). При этом он снабжен нижней (4) масляной рампой со штуцерами подвода-отвода масла (17, 19, 20) и масляными каналами (18), верхней (2) масляной рампой со штуцерами масляных магистралей (34, 35), соединенных с камерами (16) силовых гидроцилиндров (33) поворота колес автомобиля и в которых группируются одноименные каналы, стыковочным узлом (1), а также золотниковым узлом (3), который содержит установленные с возможностью поворота центральную заслонку (6), связанную с рулевым валом, следящую заслонку (7), связанную с рычагом привода от продольной тяги (28) поворотного механизма автомобиля, и заслонку (8) переключения режимов работы, связанную с приводом переключателя. Причем все три заслонки находятся в одной плоскости. Золотниковый механизм обеспечивает один из трех режимов поворота колес автомобиля - поворот колес передней и задней осей автомобиля в одну сторону, поворот в противоположные стороны или управление колесами только передней оси. Собственно сам гидроусилитель руля автомобиля содержит масляный насос, золотниковый механизм (30), упомянутый выше, силовые гидроцилиндры (33), установленные на передней и задней осях автомобиля, масляные магистрали (34, 35), соединяющие масляный насос с силовыми гидроцилиндрами (33) через золотниковый механизм (30). Технический результат заключается в упрощении устройства гидроусилителя руля и получении возможности обеспечения трех режимов поворота колес автомобиля - поворота колес передней и задней осей автомобиля в одну сторону, поворота в противоположные стороны или управление колесами только передней оси. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 22 ил.

 

Изобретение относится к области автомобилестроения.

Известен электрический усилитель руля, в котором для увеличения усилия, не сдаваемого с рулевой колонки на управляемые колеса, применяется электродвигатель, соединенный с рулевым валом посредством червячного редуктора, как, например в рулевом управлении "ЭКТИБ СТИРИНГ" фирмы БМВ /журнал "За рулем" № 10, 2002 г. c.68-70/. Недостатком электрического усилителя является небольшая мощность, запаздывание реакций на действия водителя.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является гидравлический, усилитель руля роторного типа, в котором для увеличения усилия используется гидравлическая система, включающая в себя гидравлический насос, гидравлический силовой цилиндр с поршнем и управляющее устройство - золотниковый механизм следящего действия. Такой усилитель устанавливается, например, на последние модификации автомобиля ГАЗ-3110 "ВОЛГА" /журнал "За рулем" №9, 2003, с.124/. Недостатком его являются сложности в установке на заднюю управляемую ось, связанные с необходимостью управления его золотниковым механизмом с места водителя, сложность устройства, передаточное число рулевого механизма, значительно превышающее единицу, что требует большого угла поворота рулевого колеса - около тех оборотов.

Целью изобретения является упрощение устройства гидроусилителя руля, а также получение возможности управления задними колесами в синфазном и противофазном режиме совместно с передними.

Поставленная цель достигается применением раздельной схемы размещения золотникового устройства и силовых цилиндров управляемых осей, схемы замкнутого контура гидравлической системы, а также использованием золотникового механизма с передаточным числом, равным единице или близким к нему.

На фиг.1 изображен продольный разрез золотникового механизме в сборе.

На фиг.2 - продольный разрез редуктора золотникового механизма.

На фиг.3 - рампа маслянного насоса /нижняя рампа/ - сечение по А-А.

На фиг.4 - рампа магистрали силовых цилиндров /верхняя рампа/ - сечение по С-С.

На фиг.5 - положение заслонок золотникового механизма при повороте рулевого вала на максимальный угол /переключатель в синфазном режиме/.

Ни фиг.6 - то же, по достижении максимального угла поворота колес.

На фиг.7 - то же, при возращении рулевого колеса в среднее положение.

На фиг.8 - то же, при возвращении колес в среднее положение.

На фиг.9 - то же, при повороте рулевого вала в другую сторону на половину максимального угла.

На фиг.10 - то же, при выравнивании углов поворота колес и рулевого вала.

На фиг.11 - положение заслонок золотникового механизма при повороте рулевого вала на максимальный угол /переключатель в противофазном режиме/.

На фиг.12 - то же, по достижению максимального угла поворота колес.

На фиг.15 - то же, при возвращении рулевого колеса в среднее положение.

На фиг.14 - то же, при возвращении колес в среднее положение.

На фиг.15 - то же, при повороте рулевого вала в другую сторону на половину максимального угла.

На фиг.16 - то же, при выравнивании углов поворота колес и рулевого вала.

На фиг.17 - положение заслонок золотникового механизма в режиме управления одной осью и средней позиции рулевого вала.

На фиг.18 - то же, при повороте рулевого вала в любую сторону на любой угол.

На фиг.19 - схема работы поворотного механизма в синфазном режиме - движение направо "крабом".

На фиг.20 - то же, в противофазном режиме - поборот направо.

На фиг.21 - схема стенда для калибровки каналов золотникового механизма.

На фиг.22 - многоканальная плашка с круглыми отверстиями.

Гидроусилитель руля с трехфазном режимом работы содержит два силовых цилиндра, по одному на каждую ось, и золотниковый механизм следящего действия с центрально-осевым перемещением заслонок /клапанов/.

Золотниковый механизм в сборе /фиг.1/ состоит из стыковочного узла 1, верхней рампы 2, собственно золотникового узла с механизмом заслонок 3, нижней маслянной рампы 4. Золотниковый узел 3 содержит корпус 5, в котором с возможностью вращения установлены центральная заслонка 6, следящая заслонка 7, заслонка переключателя режим работы 8 с электромагнитным приводом, а также две калиброванные плашки - верхняя 9 и нижняя 10.

В корпусе 5 имеется два окна: 11 - для соединения следящей заслонки 7 с рычагом привода от продольной тяги поворотного механизма и 12 - для соединения заслонки переключателя 8 с электромагнитным приводом переключателя. Стыковочный узел 1 имеет фланец 15 для соединения с редуктором и центральный канал 14 для оси золотника. Верхняя рампа 2 также имеет центральный канал 15 оси золотника и, кроме того, четыре камеры 16 со штуцерами 17 отвода-подвода масла. Нижняя рампа 4 имеет шесть маслянных каналов 18 и два штуцера: подвода 18 и отвода 20 масла.

Редуктор золотникового механизма /фиг.2/ имеет корпус 22, в котором с возможностью вращения располагаются конические шестерни рулевого вала 25 и вала привода 24 центральной заслонки. Корпус 22 имеет также фланец 25 для соединения с золотниковым механизмом и кронштейны крепления 26.

Поворотный механизм полноуправляемого автомобиля содержит две поперечные тяги 27, две продольные тяги 28, с одной из которых связан рычаг 29 привода следящей заслонки 7; золотниковый механизм 30 с переключателем режимов работы; маслянный насос 31; рулевой механизм 32; рабочие цилиндры передней и задней оси 33; маслянные магистрали насоса 34 и рабочих цилиндров 35.

Работает гидроусилитель руля с трехфазным режимом работы следующим образом.

1-й режим: синфазная работа поворотного механизма, заслонка переключателя в положении, как на фиг.8. При этом нагнетение давления в камерах верхней рампы 2 компенсируется расходом из этих же полостей. Маслинный насос работает в перепускном режиме. Поворотный механизм неподвижен. Поворотом центральной заслонки на максимальный угол /фиг.5/ включается контур разрежения /-контур/ в передней полости /а/ первого цилиндра и задней полости /г/ второго цилиндра и контур нагнетения /+контур/ в задней полости /б/ первого цилиндра и передней полости /в/ второго цилиндра. Происходит перемещение поршней рабочих цилиндров в одном направлении и синфазный поворот колес на одинаковый угол в 30°, заданный поворотом центральной заслонки на этот угол. При выравнивании величин углов поворота этих заслонок /фиг.6/ происходит перекрытие каналов первого цилиндра и подключение перепускных каналов второго цилиндра, что приводит к остановке их поршней.

Движение центральной заслонки в противоположную сторону /фиг.7/ ведет к изменению баланса в + и - контурах в обратном направлении и перемещению следящей заслонки вслед за центральной заслонкой до тех пор, пока они не займут среднее положение и не произойдет выравнивание баланса жидкости в + и - контурах /фиг.8/. Дальнейшее вращение рулевого вала в прежнем направлении влечет за собой перемещение второго лепестка центральной заслонки при неизменном положении первого /фиг.9/. Схема работы золотникового механизма в этом случае аналогична вышеописанной. При этом в работе участвует соответствующие лепесток следящей заслонки /фиг.10/. Рулевой вал имеет устройство, позволяющее перемещать нужный лепесток центральной заслонки в зависимости от направления вращения, а сами лепестки благодаря упругой связи с заслонкой переключателя режимов работы 3 имеют возможность возвращения в исходное положение после прекращения воздействия на них со стороны рулевого вала, а также изменения положения вслед за перемещением заслонки переключателя режимов работы 8.

2-й режим: противофазная работа поворотного механизма, заслонка переключателя режимов работы, как на фиг.14. Вслед за ее перемещением сдвигаются и находящиеся с ней в одной плоскости центральная 6 и следящая 7 заслонки. Полости /в/ и /г/ включаются в работу во взаимообратном порядке, маслянный насос работает в перепускном режиме. Поворотом центральной заслонки на максимальный угол /фиг.11/ включается контур разрежения в передней полости /а/ первого цилиндра и в передней полости /в/ второго цилиндра, а контур нагнетения в задней полости /б/ первого цилиндра и задней полости /г/ второго цилиндра. Поршни силовых цилиндров перемещаются в противоположных направлениях. Задние и передние колеса поворачиваются в разные стороны. Дальнейшая работа золотникового механизма полностью соответствует вышеописанной схеме /фиг.12, 13, 14, 15, 16/.

3-й режим: поворот передних колес при неподвижных задних, заслонка переключателя 8 в положении, как на фиг.17. Маслянные магистрали заднего силового цилиндра перекрыты, а его рабочий контур перебрасывается на передний цилиндр в дополнение к имеющемуся, что ведет к увеличению его производительности в два раза, маслянный насос работает в перепускном режиме. При повороте центральной заслонки происходит изменение баланса жидкости в двукратном размере /фиг.18/. Механизм сложения аналогичен вышеописанному, с той разницей, что задние колеса остаются неподвижными, а угол поворота передних колес изменяется вдвое быстрее /фиг.18/.

Для правильной работы золотникового механизма необходимо соблюдать строгое соответствие площадей внешнего кольца /следящей заслонки/следящей заслонки/ и внутреннего кольца /центральной заслонки, a также сечения + и - канатов плашек 9 и 10 золотникового узла. Для калибровки каналов используется стенд /фиг.21/. Жидкость из резервуара 36 пропускается через устройство 37 с находящейся внутри плашкой и отводится в двадцать четыре мензурки 38 посредством сливных трубок 39. Для обеспечения равномерности потока жидкости используется клапанный механизм 40. Сравниванием расхода жидкости делается вывод с пропускной способности каналов. Одноименные каналы золотникового механизма: восемь каналов /а/, восемь каналов /б/, четыре канала /в/, четыре канала /г/ группируются в четырех камерах верхней рампы /фиг.4/. Каждая камера имеет по одному штуцеру для подсоединения трубки магистрали рабочих цилиндров - по одной на каждую полость.

Для упрощения изготовления золотникового механизма возможно сверление двадцати четырех отверстий в верхней и нижней плашках по числу каналов /фиг.22/.

Привод маслянного насоса осуществляется электродвигателем с изменяемым числом оборотов. Между полостями рабочих цилиндров имеется перепускной клапан, открывающийся при отсутствии нагружения бортовой цепи.

1. Золотниковый механизм гидроусилителя руля автомобиля, содержащий корпус (5) с окнами для тяг привода, золотниковый узел (3) и масляные каналы (18), отличающийся тем, что он снабжен нижней (4) масляной рампой со штуцерами подвода-отвода масла (17, 19, 20) и масляными каналами (18), верхней (2) масляной рампой со штуцерами масляных магистралей (34, 35), соединенных с камерами (16) силовых гидроцилиндров (33) поворота колес автомобиля и в которых группируются одноименные каналы, стыковочным узлом (1) и золотниковым узлом (3), содержащим установленные с возможностью поворота центральную заслонку (6), связанную с рулевым валом, следящую заслонку (7), связанную с рычагом привода от продольной тяги (28) поворотного механизма автомобиля, и заслонку (8) переключения режимов работы, связанную с приводом переключателя, причем все три заслонки находятся в одной плоскости, при этом нагнетание давления в камерах верхней (2) масляной рампы компенсируется расходом из этих полостей в перепускном режиме либо происходит изменение жидкостного баланса при повороте центральной заслонки (6) и его последующее выравнивание при повороте следящей заслонки (7) на тот же угол, а в зависимости от положения заслонки (8) переключения режимов работы обеспечен один из трех режимов поворота колес автомобиля - поворот колес передней и задней осей автомобиля в одну сторону, поворот в противоположные стороны или управление колесами только передней оси.

2. Золотниковый механизм (30) по п.1, отличающийся тем, что центральная заслонка (6) имеет лепестки, соединенные упругой связью с заслонкой (8) переключателя режимов работы для обеспечения возможности возвращения в исходное положение после прекращения воздействия на них со стороны рулевого вала и изменения положения вслед за перемещением заслонки (8) переключения режимов работы.

3. Гидроусилитель руля автомобиля, содержащий масляный насос, золотниковый механизм (30), силовые гидроцилиндры (33), установленные на передней и задней осях автомобиля, масляные магистрали (34, 35), соединяющие масляный насос с силовыми гидроцилиндрами (33) через золотниковый механизм (30), отличающийся тем, что золотниковый механизм (30) выполнен по п.1.

4. Гидроусилитель по п.3, отличающийся тем, что привод масляного насоса осуществлен электродвигателем с изменяемым числом оборотов.

5. Гидроусилитель по п.3, отличающийся тем, что между полостями силовых гидроцилиндров установлен перепускной клапан, открывающийся при отсутствии напряжения бортовой сети.