Recuperative hydraulic booster of steering control of wheeled vehicle

Full Text

При насосно-аккумуляторной схеме гидроусилителя колесной машины гидроаккумулятор поддерживает давление в системе вне зависимости от режима работы насоса, получающего энергию от двигателя. При отказе насоса усилитель некоторое время работает за счет убывающего запаса энергии в гидроаккумуляторе, после чего повороты колес машины можно произвести только за счет мускульной силы человека, используя рулевой механизм. В то же время возрастает и свободный ход рулевого колеса. При движении машины по неровностям опорной поверхности часть энергии колебаний ее подрессоренной массы, циркулирующая в гидроамортизаторах ходовой части, непроизводительно теряется, рассеиваясь в виде тепла в пространстве. Кроме того, для возможности заряда гидроаккумулятора в рассматриваемой схеме применяют гидрораспределитель с так называемым «закрытым центром», или «отсечной», когда при нейтральной позиции его золотника насос постоянно нагружен давлением, существующим в подсоединенном к нему гидроаккумуляторе. Поэтому насос не разгружается до уровня сливного давления, а лишь до давления, установленного перепускным клапаном, что существенно сокращает ресурс насоса [1]. Для повышения ресурса насоса и безопасности управления машиной предлагается схема рекуперативного гидроусилителя [заявка на полезную модель РФ № 2015131425], приведенная на рисунке. При работе насоса 2 масло подводится по нагнетательному трубопроводу 5 к входу изначально закрытого двухлинейного двухпозиционного распределителя 22 и через обратный клапан 21 поступает в гидроаккумулятор 4, заряжая его и одновременно питая по рабочему отводу 20 гидроцилиндр 17 усилителя. При достижении заданного максимального давления в рабочем отводе гидроаккумулятора двухлинейный двухпозиционный распределитель открывается, насос разгружается и переводится в дежурный режим работы с циркуляцией масла по контуру «насос 2 - распределитель 22 - бак 1» при пониженном давлении в сливном контуре. В этот период обратный клапан 21 под действием повышенного давления в рабочем отводе отключает насос от гидроцилиндра. Питание гидроцилиндра гидроусилителя осуществляется от рабочего отвода гидроаккумулятора, последний при этом также отключается от насоса обратным клапаном 21. После того как давление в рабочем отводе в результате расходования масла понизится до заданного минимального значения, двухлинейный двухпозиционный распределитель закрывается, и подача насоса вновь направляется на питание гидроцилиндра и зарядку гидроаккумулятора. При движении по неровностям опорной поверхности колесная машина испытывает колебания, что вызывает перемещение поршней гидроамортизаторов 25 и 26. Движение поршней вниз сопровождается вытеснением части масла из поршневых полостей гидроамортизаторов через дроссели 29, 30 и обратный клапан 32 в напорный отвод 33 блока и далее в рабочий отвод, при этом заряжается гидроаккумулятор. В то же время штоковые полости этих амортизаторов самовсасыванием заполняются маслом из бака через сливной отвод 34 и клапан 28. При движении поршней гидроамортизаторов вверх жидкость из штоковых полостей через клапан 27 и напорный отвод 33 вытесняется в гидроаккумулятор, а их поршневые полости самовсасыванием заполняются маслом из бака через отвод 34, обратный клапан 31 и дроссели 29, 30 [пат. РФ № 2294613]. Таким образом, блок рекуперации 24 служит вспомогательным источником, заряжающим гидроаккумулятор при работе гидроамортизаторов колесной машины. Дроссели определяют сопротивление гидролиний блока. Для имитации у водителя «чувства дороги» к торцам золотника 10 (реактивным камерам 8 и 9 корпуса распределителя 7) соответственно подведены гидролинии 18 и 19, в которых при втягивании и выдвижении штока 44 гидроцилиндра поддерживается такое же давление, как и в трубопроводах 13 и 14, соединенных с соответствующими полостями 15 и 16 гидроцилиндра. Разность давлений в напорной и сливной гидролиниях, действующая на площадь торцов золотника, вызывает небольшую, но пропорциональную углу поворота рулевого колеса 38 силу, нагружающую руки водителя. Повышение безопасности управления машиной при использовании гидромеханизма усилителя выражается в снижении усилия на рулевом колесе при неработающем насосе, а также при маневрировании на малых скоростях. Схема позволяет увеличить ресурс насоса за счет его периодической разгрузки и перевода в дежурный режим работы. В этом случае насос нагружен сопротивлением сливной линии. Учитывая, что прямолинейное движение преобладает в процессе движения машины, перевод насоса в дежурный режим в этот период позволит существенно уменьшить его нагрузку. Посредством гидроаккумулятора обеспечивается автоматическое поддержание давления в его рабочем отводе в заданных пределах, независимо от частоты вращения вала насоса, что стабилизирует работу гидропривода, повышая его надежность и эффективность. Расчет параметров гидроаккумулятора для быстротекущего процесса его заряда или разряда проводят для адиабатного процесса [2], принимая среднее значение показателя адиабаты k = 1,3. К преимуществам заявляемого устройства следует также отнести повышение эффективности маневрирования колесной машины на малых скоростях, снижение энергетических затрат на привод насоса гидроусилителя и уменьшение расхода топлива двигателем машины при разгрузке насоса.

About the authors

V. P Chmil

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

Email: chmil_vp@mail.ru

References

Supplementary files