CS219025B1 - Hydrostatic servodevice with supplemental source for thee control of mobile means - Google Patents

Description

Vynález se týká hydrostatického -servořízení s náhradním zdrojem pro řízení směru, zejména mobilních prostředků a strojů.

Dosud známá hydrostatická dvouokruhová servořízení sestávají z řídicího okruhu, kterým se přenášejí povely a ' zpětná vazba z výkonového' okruhu k řízení. Řídicím okruhem obsahujícím řídicí jednotku opatřenou volantem se ' přestavuje rozváděč, kterým se rozvádí a usměrňuje kapalina z motoricky poháněného hydrogenerátoru k přímočarým hydromotorům výkonového okruhu v souladu s povely zadávanými volantem.

Princip takového' servořízení je chráněn čs. patenty č. 133 073 a 137 286. Hlavní nevýhodou uvedených servořízení je, že při zastavení motoru nebo poruše výkonového okruhu lze řídicím okruhem přenášet jen svalovou energii řidiče, která nestačí ke zvládnutí odporů řízení a tedy k zabezpečení - nouzového - řízení. Jiná známá dvouokruhová servořízení se od předcházejících liší tím, že každý okruh je napájen samostatným hydrogenerátorem poháněným motorem mobilního prostředku. Přitom k menšímu hydromotoru je kapalina dávkována a usměrňována řídicí jednotkou opatřenou volantem a k většímu hydromotoru je kapalina usměrňována rozváděčem ovládaným kapalinou dodávanou řídicí jednotkou k prvému hydromotoru. U těchto -servořízení je obtížné - dosáhnout synchronní - činnosti obou odděleně napájených okruhů, kde tlaky i nároky na dodávku kapaliny kolísají s proměnnými provozními stavy. Další jejich nevýhodou je, že zastavením motoru mobilního- -prostředku jsou z činnosti vyřazeny zároveň oba zdroje -a tím celé servořízení.

Jsou známa též jednookruhová servořízení s -rozváděčem -ovládaným volantem, s jedním hydromotorem, s jedním hydrogenerátorem poháněným motorem vozidla a dalším nouzovým hydrogenerátorem poháněným od kol vozidla - a -s jedním připojovacím ventilem, který měří průtok- dodávaný motorem poháněným hydrogenerátorem a při poklesu průtoku pod určitou hodnotu zapojuje nouzový hydr-ogenerátor.

Tyto servomechanismy řízení (posilovače řízení) vhodné pro lehčí vozidla -se zaměřují na přesné rozlišení poruchy motorem hnaného hydrogenerátoru.

Nedostatkem těchto, i jiných jednookruhových servořízení je, že při poruše hydromotoru nebo vedení vedoucích k němu je celé servořízení vyřazeno z činnosti -a mobilní prostředek je směrově neovladatelný.

Společným nedostatkem většiny známých servořízení je, že počítají jen s poruchou primárního zdroje či zastavením -motoru, takže při jiném druhu poruchy, např. prasknutí potrubí či hadice jsou vyřazeny z provozu. Obvykle všechny -části servořízení jsou zaaěžovány přibližně - stejně, takže nebezpečí výskytu poruchy je u všech jeho částí též přibližně stejné. Jiným, společným ne dostatkem známých servořízení je, že nouzové řízení reaguje velmi pomalu, mnohem pomaleji než základní řízení, a to proto, aby náhradní zdroj- — -který představuje nežádoucí zvýšení váhy a nákladů — byl co nejmenší.

Uvedené nedostatky odstraňuje hydrostatické -servořízení podle vynálezu, vytvořené ze základního -a pomocného okruhu, jehož podstata spočívá v -tom, že řídicí jednotka, která je spojená řídicími -větvemi s pracovními prostory přímočarých - hydromotoru, je napojena odbočkou a výtlačnou větví základního -okruhu k primárnímu zdroji a odbočkou výtlačné -větve je řídicí jednotka napojena i k náhradnímu zdroji. Současně je rozváděč, který - je spojen výkonovými větvemi -s pracovními - prostory přímočarých hydromotorů, spojen - - výtlačnou větví základního -okruhu s - primárním zdrojem.

Rozváděč přitom uzavírá propojení -výtlačné větve základního- okruhu s - odpadní větví základního okruhu dříve, než rozváděč řídicí jednotky uzavírá propojení odbočky výtlačné větve - základního okruhu s odpadní větví pomocného - okruhu. - Náhradní zdroj může být . - tvořen hydrogenerátorem napojeným na - pojezdová kola mobilního prostředku nebo jím může být hydrogenerátor napojený na elektromotor, - jemuž je energie dodávána -z akumulátorové baterie, případně to může, být i hydraulický akumulátor. Funkci náhradního zdroje může plnit i hydrostatický - pohon pojezdu mobilního prostředku. K výkonovému okruhu může být -též připojeno signalizační - zařízení, signalizující jeho poruchu.

Výhodou -servořízení - podle vynálezu je jeho jednoduchost, vyšší provozní spolehlivost -a menší prostorová náročnost. Vysoké provozní spolehlivosti je dosaženo 'tím, že jeden -z okruhů — pomocný okruh — není za - - normální činnosti servořízení zatěžován nebo je zatěžován jen částečně, - . takže vytváří - přirozenou zálohu - základního- okruhu v případě jeho poruchy.

Na přiložených výkresech je schematicky znázorněn příklad - provedení hydraulického servořízení podle vynálezu v několika alternativách.

Obr. 1 představuje základní schéma uspořádání -prvků hydrostatického -servořízení podle vynálezu, obr. 2 je alternativní řešení hydrostatického servořízení s náhradním zdrojem poháněným od kol mobilního prostředku, obr. 3 je alternativní řešení hydrostatického servořízení s náhradním zdrojem -tvořeným hydrogenerátorem poháněným - elektromotorem napájeným z akumulátorové baterie, obr. 4 představuje další alternativu předmětu vynálezu -s náhradním zdrojem tvořeným hydraulickým akumulátorem.

Hydrostatické -servořízení podle vynálezu v provedení podle obr. 1 -sestává ze základ ní ho okruhu 1 (zakresleného silnými čarami] .a pomocného okruhu 2 (zakresleného slabými čarami]. Základní okruh 1 sestává z primárního zdroje 3 .spojeného výtlačnou větví 4 s rozváděčem 5, který je výkonovými větvemi 6, 7 spojen s pracovními prostory 8‘, 9‘ [pístovými) přímočarých hydromotorů 8, 9 (dvojčinných], kterými je ovládán mechanismus řízení 11 reprezentovaný na obr. 1 dvouramennou pákou 11‘ a řízeným kolem 12. Odbočkou 4“ výtlačné větve 4, v níž je zařazen zpětný ventil 13 a regulátor průtoku 14 je primární zdroj 3 spojen se vstupním hrdlem řídicí jednotky 18. Pro potřeby předmětu vynálezu se regulátorem průtoku 14 rozumí jakýkoliv hydraulický prvek, který řídí, omezuje, či jinak ovlivňuje průtok k řídicí jednotce 18. Na obr. 1 je jako regulátor průtoku 14 schematicky znázorněn regulovatelný škrtíc.

Pomocný okruh 2 sestává .z libovolného náhradního zdroje 15 napojeného výtlačnou větví 16 přes zpětný ventil 17 k odbočce 4‘ vedoucí od výtlačné větve 4 ke vstupnímu hrdlu řídicí jednotky 18. Řídicí jednotka 18 zahrnující odměrnou jednotku 18‘ a rozváděč 18“ je řídicími větvemi 19, 20 spojena s pracovními prostory 8“, 9“ (pístnicovými ] přímočarých hydromotorů 8, 9 a odbočkami 19‘, 20‘ řídicích větví 19, 20 s ovládacími prostory rozváděče 5, řídicí jednotka 18 má vstupní hřídel opatřen ovládacím prvkem 25 (volantem).

Paralelně k výtlačné větvi 16 může být připojen odlehčovací ventil 26 řízený tlakem z výtlačné větve 4, přiváděným k odlehčovacímu ventilu 26 odbočkou 4“. Ke kontrole (funkční způsobilosti] základního okruhu 1 může být použito běžných kontrolních a signalizačních zařízení. Na obr. 1 je k tomuto účelu použito tlakového spínače 22 napojeného odbočkou 4“‘ k výtlačné větvi 4, který v závislosti na tlaku ve výtlačné větvi 4 rozsvěcuje či zháší kontrolní žárovku 24, či jiné nezakreslené signalizační zařízení. Elektrický obvod tlakového spínače 22 se zapíná přímo či nepřímo spínačem zapalování 23 mobilního prostředku.

Pro; jednoduchost nejsou ani v základním okruhu 1 ani v pomocném okruhu 2 kresleny žádné pojistné či jiné ventily chránící servořízení proti přetížení, které pro objasnění předmětu vynálezu nemají význam.

Hydrostatické servořízení podle vynálezu v provedení podle obr. 2 má náhradní zdroj 15 proveden jako hydrogenerátor 27, poháněný od pojezdových kol 28, spojený potrubními větvemi 29, 30 s ventilovým blokem 31, který .zabezpečuje činnost hydrogenerátoru 27 při reverzaci smyslu otáčení — tj. při .reverzaci směru jízdy vpřed — vzad. Ventilový blok 31 může být proveden rozmanitým způsobem. Na obr. 2 je sestaven ze čtyř běžných zpětných ventilů 32. Ve výtlačné větvi 16 je vřazen jako regulátor průtoku 14‘ dvoucestný stabilizátor průtoku, který omezuje souhrnný tok kapaliny z obou zdrojů — primárního 3 a náhradního 15 do· řídicí jednotky 18. Ve funkci hydrogenerátoru 27 může být použit hydromotor napr. zubový nebo pístový dovolující provoz v obou směrech pohybu (vpřed — vzad) mobilního prostředku. Ostatní části servořízení. jsou provedeny .shodně s principiálním provedením na obr. 1 a jsou jim ponechány stejné vztahové znaky.

Hydrostatické servořízení podle . vynálezu v provedení podle obr. 3 má náhradní zdroj 15 proveden jako hydrogenerátor 27‘, poháněný elektromotorem 33 napájeným z akumulátorové baterie 34 mobilního prostředku. Rozváděč 5‘ je proveden tak, že ve své střední poloze O přerušuje, popřípadě seškrcuje spojení výtlačné větve 4 s odpadní větví 10. V elektrickém obvodu jsou tlakový spínač 22‘, spínač zapalování 23 a kontrolní žárovka 24.

Hydrostatické servořízení podle vynálezu v provedení podle obr. 4 má náhradní zdroj 15 proveden jako hydraulický akumulátor 35, napájený přes zpětný ventil 36 z výtlačné větve 4. Dvoupolohovým rozváděčem 37 ovládaným tlakem ve výtlačné větvi 4 a jeho odbočce 4“ je hydraulický akumulátor 35 spojen s výtlačnou větví 16 a dále odbočkou 4‘ s řídicí jednotkou 18. Přitom rozváděč 18“ řídicí jednotky 18 ve své střední poloze O uzavírá spojení odbočky 4‘ s odpadní větví 10‘. U všech provedení vynálezu mohou být rozvodné zářezy středící pružiny a další části rozváděče 5 a rozváděče 18“ řídicí jednotky 18 provedeny tak, že propojení výtlačné větve 4 s .odpadní větví 10 se rozváděčem 5 uzavírá dříve než propojení výtlačné větve . 4‘ s odpadní větví 10‘ rozváděčem 18“ řídicí jednotky 18. U provedení podle obr. 3 je výhodné, aby rozváděč 5 měl rozvodné zářezy provedeny tak, aby -ve své střední poloze O uzavíral, popřípadě seškrcoval propojení výtlačné větve 4 s odpadní větví 10. U provedení podle obr. 4 je výhodné, aby rozváděč 18“ řídicí jednotky 18 ve své střední poloze O uzavíral spojení odbočky 4‘ s odpadní větví 10‘.

Při normální funkci servořízení je v činnosti primární zdroj 3, který dodává kapalinu výtlačnou větví 4 do rozváděče 5 a odbočkou 4‘ do řídicí jednotky 18. Tlakem v odbočce 4“ je odlehčovací ventil 26 otevřen a tím náhradní zdroj 15 tlakově odlehčen. Tlakem v odbočce 4“‘ je tlakový -spíínač 22 rozepnut, takže kontrolní žárovka 24 nesvítí.

Je-li ovládací prvek 25 v klidu, zaujímají řídicí jednotka 18 i rozváděč 5 střední polohy v nichž přívody k přímočarým hydromotorům 8, 9 jsou uzavřeny a poloha mechanismu řízení 11 je aretována.

Otáčí-li se volantem — ovládacím prvkem 25 např. doprava přestaví se řídicí jednotka 18 do· polohy I, ve které kapalina proudí řídicí větví 19 do pracovního· prostoru 8“ přímočarého hydromotorů 8. Zároveň kapalina z řídicí větve 19 působí na rozváděč 5 a přestavuje ho do polohy I, v níž propojuje výtlačnou větev 4 s výkonovou větví 7 a kapalina proudí do pracovního prostoru 9‘ přímočarého hydromotoru 9. Kapalina přiváděná do· obou přímočarých hydromotorů 8, 9 posouvá jejich tělesa doleva, čímž se schematicky znázorněný mechanismus řízení 11 natáčí doprava.

Ustane-li otáčení volantu — ovládacího prvku 25, ustaví se řídicí jednotka 18 -a její rozváděč 18“ (středícími pružinami] ve střední poloze, přívod kapaliny do , přímočarých hydromotorů 8, 9 se přeruší a pohyb mechanismu řízení 11 se zastaví. V důsledku toho, že rozváděč 5 přivírá až uzavírá propojení výtlačné větve 4 s odpadní větví 10 dříve než rozváděč 18“ řídicí jednotky 18 přivírá až uzavírá propojení odbočky 4‘ výtlačné větve 4 s odpadní větví 10‘ a v důsledku toho, že proud kapaliny k řídicí jednotce 18 je ohraničen regulátorem průtoku 14 nebo regulátorem průtoku 14‘, zatěžuje · se tlakově nejdříve základní okruh 1 a teprve potom pomocný okruh 2. Při menších odporech řízení, tj. za provozního' stavu, který u řízení převládá, je prakticky zatěžován jen základní okruh 1 a pomocný okruh 2 zabezpečuje jen přenos řídicích povelů a zpětné vazby. Jen při extrémně vysokých odporech řízení, ke kterým dochází ojediněle, se pomocný okruh 2 podílí na přenosu energie potřebné k řízení. Toto značnou měrou přispívá k tomu, že pomocný okruh 2 je za provozu šetřen a tvoří tak přirozenou zálohu · za základní okruh 1.

Přeruší-li se dodávka kapaliny z primárního zdroje 3 v důsledku jeho poruchy nebo zastavení hnacího motoru mobilního· prostředku či poruchy výkonových větví 6, 7, poklesne ve výtlačném potrubí 4 tlak, což se projeví tím, že odlehčovací ventil 2б se uzavře a tlakový spínač 22 se sepne a kontrolní žárovka 24 se rozsvítí. Tím se celé servořízení včetně náhradního zdroje 15 samočinně připraví na náhradní či nouzovou činnost.

Je-li volant — ovládací prvek 25 v klidu, je v klidu i mechanismus řízení 11 a jeho poloha je aretována. Otáčí-li se volantem — ovládacím prvkem 25 napr. doprava, přestaví se řídicí jednotka 18 do polohy I a kapalina přicházející z náhradního zdroje 15 výtlačnou větví 16, odbočkou 4‘ do řídicí jednotky 18, odtéká z ní řídicí větví 19 do pracovního prostoru 8“ přímočarého hydromotoru 8. Zároveň účinkem kapaliny z řídicí větve 19 na rozváděč 5 se tento přestaví do polohy I, takže . kapalina v nečinných pracovních prostorech 8‘, 9‘ se může přemisťovat a nebrání (nebrzdí) účinku kapaliny přiváděné řídicí větví 19 do pracovního' prostoru 8“ přímočarého hydromotorů 8 a tím natáčení řídicího mechanismu 11 doprava.

Funkce servořízení při otáčení volantu — ovládacího prvku 25 doleva je zcela obdobná.

Servořízení v provedení podle obr. 2 zabezpečuje nouzové řízení pokud se mobilní prostředek pohybuje pro oba směry pohybu. Rychlost reakce nouzového řízení je úměrná rychlostí pohybu . mobilního prostředku, což v podstatě odpovídá nárokům , na nouzové řízení. Výhodou tohoto provedení je, že činnost nouzového řízení není časově omezena.

Servořízení v provedení podle obr. 3 zabezpečuje nouzové řízení nejvýše jen do doby než dojde k vybití akumulátorové baterie 34, tj. prakticky po dobu desítek sekund až jedné minuty.

Servořízení v provedení podle obr. 4 zabezpečuje nouzové řízení jen po dobu než se vyprázdní hydraulický akumulátor 35, tj. obvykle jen po dobu několika sekund.

Náhradním zdrojem 15 mimo náhradní zdroje uvedené na obr. 1 až 4 může být · použito jakéhokoliv jiného známého zdroje. Tak např. může být jako· náhradního zdroje též použito· hydrostatického pohonu pojezdu a ventilu nouzového řízení, kterým se hydrostatický pohon připojuje k servořízení v případě poruchy primárního zdroje 3. Náhradním zdrojem 15 může být též hydrogenerátor uváděný do činnosti setrvačníkem apod.

Při nouzové funkci •servořízení kapalina z náhradního zdroje 15 · působí jen ve dvou ze čtyřech pracovních prostorů přímočarých hydromotorů 8, 9 a silový účinek mechanismu řízení 11 je v důsledku toho nižší. I tento nižší silový účinek postačuje 'k zvládnutí odporŮ řízení při jízdě po vozovce či provizorní komunikaci, poněvadž potřeba max. silového účinku řízení, na něž je servořízení dimensováno, se objevuje ojediněle, převážně jen při extrémních pracovních podmínkách, kdy nouzového řízení není třeba. Pokud by u některých mobilních prostředků bylo třeba silový účinek nouzového řízení zvýšit, lze to provést použitím známých zařízení, která při nadměrném vzrůstu tlaku v některé z řídicích větví 19, 20 propojí řídicí větev 19 s výkonovou větví 7 a řídicí větev 20 s výkonovou větví 6.

Na druhé straně uvedená skutečnost, že kapalina z náhradního ' zdroje 15 přichází jen do pracovních prostorů 8“, 9“ přímočarých hydromotorů 8, 9 se projevuje velmi kladně tím, že urychluje, případně prodlužuje činnost nouzového řízení a tím odstraňuje nedostatek známých servořízení, který se projevuje buďto poměrně pomalou rychlostí reakce, nebo krátkou dobou působení nouzového řízení. To umožňuje i v omezeném postoru a při minimálních nákladech zabezpečit , maximálně funkčně a provozně schopné nouzové řízení.

Hydrostatické servořízení podle předmětu vynálezu není vázáno, jen na vyobrazená provedení, ale může být v celku i v jed notlivostech provedeno odlišně. Servořízení muže být realizováno ze standardních hydraulických uzlů. Konstrukce, funkce i provedení rozváděče 5 servořízení к řídicí jednotky 18, zejména propojení jejich kanálů mohou 'být velmi rozmanité, podřízené zvláštnostem různých aplikací. Např. rozváděč 5 může mít tak zvaný uzavřený střed. Též ostatní hydraulické prvky, zejména ná-

Claims (6)

1. Hydrostatické servořízení zvláště mobilních prostředků, sestávající ze dvou nezávislých okruhů s nejméně dvěma nezávislými zdroji, primárním a náhradním a nejméně dvěma synchronně pracujícími hydromotory a s řídicí jednotkou, která v závislosti na řídicích povelech volantu odměřuje a usměrňuje kapalínu do pomocného okruhu a zároveň s tím ovládá rozváděč, kterým se usměrňuje kapalina do základního okruhu, vyznačující se tím, že řídicí jednotka (18) spojená řídicími větvemi (19, 20) s pracovními prostory (8“, 9“) přímočarých hydromotorů (8, 9) je napojena odbočkou (4‘) a výtlačnou větví (4) základního okruhu (1) к primárnímu zdroji (3) a odbočkou (4‘) a výtlačnou větví (16) je napojena i к náhradnímu zdroji (15), zatímco rozváděč (5, 5‘) spojený výkonovými větvemi (6, 7) s pracovními prostory (8‘, 9‘) přímočarých hydromotorů (8, 9) je spojen výtlačnou větví (4) jen s primárním zdrojem (3).

2. Hydrostatické servořízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že náhradní zdroj (15) tvoří hydrogenerátor (30) napojený na pojezdová kola (31) mobilního prostředku nebo hydrogenerátor (30‘) napojený na elek hradní zdroj 15, regulátor průtoku 14 mohou být provedeny rozmanitě. V případě potřeby může být použito většího počtu přímočarých hydromotorů než dva, případně lze použít rotačních hydromotorů.

Hydrostatické servořízení podle vynálezu lze použít u všech mobilních strojů a vozidel.

vynalezu tromotor (37) napájený z akumulátorové baterie (38), případně hydraulický akumulátor (40), nebo je tvořen hydrostatickým pohonem pojezdu mobilního prostředku.

3. Hydrostatické servořízení podle bodů 1, 2, vyznačující se tím, že do odbočky (4‘) výtlačné větve (4) je vřazen zpětný ventil (13) a regulátor průtoku (14) a mezi odpadní větev (10“) a výtlačnou větev (16) vedoucí od náhradního zdroje (3) je zapojen odlehčovací ventil (26).

4. Hydrostatické servořízení podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že rozváděč (5) uzavírá propojení výtlačné větve (4) s odpadní yětví (10) dříve, než rozváděč (18“) řídicí jednotky (18) uzavírá propojení odbočky (4‘) výtlačné větve (4) s odpadní větví (10*).

5. Hydrostatické servořízení podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že ve střední poloze (O) .rozváděče (5) jsou výtlačná větev (4) a odpadní větev (10) rozpojeny, případně seškrceny.

6. Hydrostatické servořízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že к základnímu okruhu (1) je napojeno signalizační zařízení (21).