CS259755B1 - Dvoustupňová hydrostatické servořízení vozidel - Google Patents

Abstract

Dvoustupňové hydrostatické servořízení, které má v řídicích větvích zařazeny regulovatelné škrtiče, které jsou ovládány koncovými spínači nebo tachometrem a které omezují průtok řídicí odměrnou jednotkou a tím průtok do servomotorů servořízení. Výhodou tohoto zařízení "je, že omezí max. úhlovou rychlost řízení ve Škodlivých pří­ padech, například v krajních polohách polorámů kloubového podvozku.

Description

Vynález se týká dvoustupňového hydrostatického servořízení vozidel, sestávajícího z řídicího stupně - odměrnó řídicí jednotky a pracovního stupně - zesilovače průtoku, které jsou nezávisle na zatížení napájeny nejméně z jednoho hydrogenerátoru prostřednictvím děliče průtoku.

Dvoustupňová hydrostatická servořízení nazývaná též jako servořízení s násobením průtoku - jsou využívána hlavně u kloubových podvozků mobilních strojů, sestávajících ze dvou polorámů na táčejících se vzájemně kolem svislého kloubu. Většina kloubových podvozků je ovládána dvojici stejných servomotorů - přímočarých hydromotorů - vřazených mezi oba polorámy. Geometrický objem V^ přímočarých hydromotorů, daný součtem součinů činných ploch (A) a ramen (R) okamžitého působení hydromotorů vzhledem k svislému kloubu, není stálý, ale mění se s výchylkou řízení (z3) z přímého směru. Lze odvodit tyto přibližné vztahy:

Geometrický objem pro přímý směr: β = 0: V_Q = ^Ai^ri ^{+ A}2^r2

Geometrický objem pro libovolnou výchylku (/3): Y3 ^{4 v}q /cos/3

Při konstantním průtoku kapaliny do dvojice přímočarých hydromotorů na kloubovém podvozku se mění základní veličiny řízení takto úhlová rychlost 6^polorámů kolem svislého kloubu:

kinetická enerie polorámů kolem svislého kloubu:

a brzdný tlak ρθ při brzdění kinetické energie

^PBO cos^/í

Z uvedeného vyplývá, že kinetická energie E^ vzrůstá přibližný úměrně a brzdný tlak ρθ_Λ přibližně úměrně )

Např, při výchylce polorámů /&_max ^a 45° činí:

a) i ^w max

6ó_r max cos 45 Eo cos² 45°

1,41 O)₀ ⁴ 2 Eo

Pb max ^-·,·· ^{4 2}·⁸³ p_bo cos 45

Řidič mobilního stroje - např. čelního lopatového nakladače -zaujatý plně pracovní Činností stroje nemůže včas reagovat na výše uvedené proměnlivé dynamické činitele servořizení kloubového podvozku. Proto v krajních polohách polorámů dochází nezřídka k tvrdým nárazům polorámů podvozku na sebe, což je příčinou různých poruch stroje, Snaži-li se řidič těmto jevům předcházet, zpomaluje rychlost řízení zbytečně předčasně, takže nezřídka se řízeni zastavuje v menši čí větší vzdálenosti před krajními polohami, To má negativní vliv na prodlouženi pracovního cyklu a snížení produktivity stroje.

U hmotných rychlých mobilních strojů je účelné, při relativně velkých rychlostech stroje, omezit rychlost řízení, zejména na veřejných komunikacích, aby se omezilo nebezpečí havarie.

Oe známa řada hydraulických servořizení, které využívají prostředky, které mají zabránit škodlivým nárazům řízeni v kraj nich polohách. Např, hydrostatické servořizení (dle DE-DOS 25 00 137) má dva snímače, které při přiblíženi řízených polorámů dají signál elektromagnetickému ventilu, který propojí (zkratuje) zdroj kapaliny s nádrží. Tím se zastaví servomotor a polorámy řízení. V praxi se však ukázalo, že i při přerušení přítoku do servomotoru řízeni dochází vlivem velké setrvačné hmoty k tvrdým nárazům polorámů podvozku na sebe.

Jedno z největších hydrostatických servořízení (dfe DE-DAS í·

46 137) má na volantové tyči blokovací zařízení, uváděné do činnosti snímači koncové polohy řízení. Před koncovou polohou polorámů podvozku znemožní blokovací zařízení další otáčení volantové tyče. V důsledku toho se odměrná řídící jednotka nucené ustaví v neustálené poloze a pohyb servomotorů s polorámy podvozku se zastaví před koncovou polohou řízení. Ani toto poměrně složité blokovací zařízení, obsahující dvojici rohatek se západkami, elektromagnety, mikrospínače, třecí spojku, neumožňuj-e zvládnout výše uvedené rozmanité dynamické stavy řízeni, zejména kloubových podvozků s hmotnými polorámy. Proto i zde při velké rychlosti řízeni může docházet k tvrdým nárazům polorámň na sebe a při malé rychlosti řízení k zastavení polorámů před koncovými polohami.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje dvoustupňové hydrostatické servořízení podle vynálezu, které má v řídicích větvích a nebo v přívodní větvi odměrné řídicí jednotky zařazeny regulovatelné škrtiče, které jsou přestavovatelné pomocí koncových spínačů, spojených s pístní tyčí servomotoru servořízení. V přívodní větvi je zařazen regulovatelný škrtíc, který může být ovládaný tachometrem, koncovými snímači obsahujícími odpružený píst ve válci nebo elektromagnety spojenými s koncovými spínači. Škrtiče omezují průtok řídicí odměrnou jednotkou, a tím průtok do servomotorů servořízení (a úhlovou rychlost servořízení). Výhodou tohoto zařízení je, že omezí maximální úhlovou rychlost řízení za provozních stavů, kdy velká úhlová rychlost řízení je škodlivá, např, v krajních polohách polorámů kloubového podvozku. Na připojených výkresech jsou znázorněny příklady provedení podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněno schematicky dvoustupňové hydrostatické servořízení s omezením úhlové rychlosti před koncovými polohami a při relativně vysoké pojezdové rychlosti vozidla ;

na obr. 2 je znázorněna část alternativního provedeni předmětu vy nálezu s jedním regulovatelným škrtičem, ovládaným dvojici koncových spínačů;

na obr. 3 je znázorněna část alternativního provedení předmětu .

vynálezu s dvojicí regulovatelných škrtičů opatřených elektromagnety, zapínanými dvojicí koncových spínačů;

na obr. 4 je znázorněna graficky závislost průtoku Q_f,. do servomotoru servořízení na otáčkách volantu n_v

Zařízeni podle vynálezu, znázorněné na obr. 1, je tvořeno známým dvoustupňovým hydrostatickým servořizenim 1., zahrnujícím odměrnou řídicí jednotku 2, zesilovač průtoku 3, dělič průtoku 4 a dvojčinný přimočarý servomotor 5. Odměrná řidiči jednotka 2 sestává z řídicího rozváděče 2* a odměrňé jednotky 2** a je opatřena volantem 2*** . Zesilovač průtoku 3 má řidiči průřezy 12, 12* propojeny s ovládacími prostory 15. 15 *. zesilovací průřezy 13, 13 *epo.1 eny s přívodní větvi 6*, 6a odpadni průřezy 14, 14* Spojeny s odpadní větvi 7,

Odměrná řídicí jednotka 2 je propojena řídicími větvemi 8 8* s řidicimi průřezy 12, 12 * a ovládacími prostory 15, 15 * zesilovače· průtoku ,3.

Dvoustupňové hydrostatické servořízeni JL je napájeno z hýdrogenerátoru 24 přes dělič průtoku 4 známého provedeni s dvojicí ěkrticich průřezů, s primárním výstupem 17, spojeným přívodní větvi 6, 6*, 6** s dvoustupňovým hydrostatickým servořizenim 1 a sekundárním výstupem 18 s nádrži 26. K sekundárnímu výstupu 18 děliče průtoku 4 může být v případě potřeby zapojen nezn«7í»rnšný sekundární spotřebič. Dělič průtoku 4_rspojený pravým ovládacím prostorem 19 - odbočkou 21 - s primárním výstupem 17 a levým pružinovým ovládacím prostorem 20, signální větvi 22 s místem signalizace zátěže 23, zabezpečuje v přívodní větvi 6, 6*, 6** stálý přetlak p_D oproti tlaku ρθ, vyvolanému zátěži servomotoru 5, Tím je zabezpečeno napájení servomotoru 5 z hydrogenerátoru 24 nezávisle na zatížení servomotoru 5, Dokud k sekundárnímu výstupu 18 děliče průtoku 4 je zapojen sekundární spotřebič má napájení servomotoru 5 plnou prioritu.

Podobně je uvedený typ popsán např, v AO 235 845 Hydraulic kó dvoustupňové ovládací zařízeni servomotoru,

V řídicích větvích 8, 8*j sou pále vynálezu vřazeny regulovatelné škrtiče 9, 10 a v přívodní větvi 6** je vřazen regulovatelný škrtlč .11,. Regulovatelné škrtiče 9, 10 jsou ovladatelná koncovými snímači 27, 28 umístěnými na pístní-tyči servomotoru

5} regulovatelný škrtič 11 je ovladatelný prostřednictvím tachometru 30 od pojezdového mechanismu 29. Koncové snímače 27, 28 mohou být umístěny kdekoliv na podvozku.

U provedení podle obr. 2 se předpokládá, že servomotor 5 působí na vozidle 8 kloubovým podvozkem, sestávajicím ze dvou polorámů 21» 32 spojených kloubem 33, Oako koncové spínače 34, 34* slouží zde odpružené písty ve válcích 35, 35*, které přicházejí do styku s bočními plochami polorámu 31 před dosažením koncových poloh, např. při úhlové výchylce /$ = 0,7 ^/^_max· Oba válce 35, 35* jsou propojeny potrubím 36 s hydraulickým ústrojím 37 regulovatelného škrtiče 11 ** a přes škrticí clonu 38 a jednosměrný ventil 39 spojeny e odpadní větvi 16,

U provedeni ppdle obr. 3 jsou na vozidle s kloubovým podvozkem po stranách polorámu 32 nebo jinde na vozidle elektrické koncové spínače 41, 42, které přicházejí do styku s polorámem 31 nebo se součásti, s nim spojenou před dosažením koncových výchylek/5 např. při /3 « 0,8 /5 Elektrické koncové spínače 41, λμ< max, ' spojuji, elektromagnety 43, 44 regulovatelných škrtičů 9 , 10*8 elektrickým zdrojem, např, akumulátorovou baterii 45.

□sou-li řízené polorámy 32» 32 dostatečně od sebe vzdáleny (výchylka /$<) j® řídící průtok q odměrnou řídící jednotkou 2 určenou otáčkami n_v volantu 2***a řidič v rychlosti řizoní není nijak omezován, V určité, předem nastavené vzdálenosti, např. při výchylce /& > 0,7 dojde u provedeni»»dle obr. 1 ke styku koncového snímače-28 s regulovatelným škrtičem 9 a nebo ke styku koncového snímače 27 e regulovatelným škrtičem 10 podle eměru otáčeni ventilu 2*** Čím ee výchylka řizeni/Svice blíži maximální výchylce ^_maKr tim.-vice se regulovatelný škrtič 9, reep. 10,přivírá a jeho průtočný průřez redukuje, Tim se intenzívně škrti a omezuje průtok q, postupující řídící větví 8,reep, 8*do zesilovače průtoku 3, Úměrně tomu se zmenšuje průtok Q_M do earvomotoru 5, a tim i úhlová rychlost eervořízeni úfo ^B Řidič,pokud by chtěl otáčet volantem 2*** rychleji, než mu dovoluje uvedené omezeni, ucití zvýšený silový odpor volantu 2***, ale bez odpovídajícího účinku na řízeni. Řidič je upozorněn na to, že se polorámy 31, 32 blíži koncové poloze - maximální výchylce A .

¹ 'max

Pohybuje-li se servořízeni - servomotor 5 - doleva, dojde před levou“ koncovou polohou zbytkem koncového snímače 28 s regulovatelným škrtičem 9 k redukci jeho průbočného průřezu, a tim k brzděnému měkkému doběhu servomotoru S do levé krajní polohy. Návrat z levé krajní polohy řízení není ničím brzděn, poněvadž přivržený regulovatelný škrtič 9 nemá na opačný směr řízení vliv a regulovatelný škrtič 10 je zcela otevřen, dokud se řízeni nepřiblíží pravé krajní poloze.

Obdobně se dvoustupňové hydrostatické servořízeni, JL chová, pohybuje-lí s* vozidlo tak rychle, že by rychlé změny směru jízdy mohly ohrozit jeho stabilitu a provozní bezpečnost. Překročí-li pojezdová rychlost vozidla v nastavenou hodnotu, např, v = 0,5 v ' , způsobí tachometr 30 prostřednictvím běžné, ne2riáCzonn<í^»ó aparatury přivíráni regulovatelného škrtiče 11,a tim redukci jeho průbočného průřezu. Poněvadž regulovatelný škrtič 11 se nachází v pravé přívodní větvi 6** k odměrné řidiči jednotce 2, omezuje rychlost řízeni v obou směrech (doprava - doleva) bez ohledu na to, v jaké poloze se servořízeni právě nachází.

provedení podle obr. 2 dochází před koncovými polohami, např. při výchylce řízeni á 0,7 z6_m__v, ke styku jednoho z koncových snímačů 34, 34*³ ložní plochou polorámu 31. V důsledku toho ee zasouvá jeden z odpružených pistů do válce 35 _f resp. 35% a vytlačuje kapalinu potrubím 36 přes škrticí clonu 38 do odpadní větve 16. Tim vzniká v potrubí 36 a v hydraulickém ovládacím ústrojí 37 regulovatelného škrtiče ϋ** tlak tim větší, čím je úhlová rychlost řízení větší. Čměrně úhlové rychlosti řízeni dojde k přivrženi regulovatelného škrtiče 11 ** a omezení řídicího průtoku 9 odměrnou řídicí jednotkou 2, průtoku Q_M do servomotoru 5 a omezeni úhlové rychlosti řízeni AL.

U provedení podle obr. 3 dochází před koncovými polohami.

např. při výchylce řízeními 0,8 4»ax'^k sepnutí jednoho z elektrických koncových spínačů 41, 42 elektromagnetů 43_;resp. 44.

Tim dojde k přivrženi jednoho z regulovatelných ěkrtičů 9.*, 10* a omezeni řídícího průtoku q a omezeni úhlové rychlosti servořízení 6¼. P ři návratu řízeni z koncové polohy do přímého směru není přivržený regulovatelný škrtič 9*resp. 10*účinný a úhlová rychlost servořizeni neni jim omezena.

Obr. 4 zn/zornuje graficky typickou závislost průtoku Q_M do servomotoru 5,a tim závislost rychlosti servořizeni na otáčkách volantu 2*** ⁿ\/ⁿma}<· ^Pd P^rav^ straně grafu jsou vymezeny stupnice výchylek řízeni/3/4 a pojezdové rychlosti vozidla ^v/v_max» které naznačují ohraničeni otáček volantu 2*** n_yla tím i průtoku Q_m do servomotoru 5 a úhlové rychlosti servořizeni Např. při výchylce řízeni /5» 0,85 _mgx» čili ve vzdálenosti 0,15 /3 max P^řed koncovou polohou,se omezí dorazitelná rychlost eervořízeniíd^na 0,7 maximální hodnoty á tím kinetická energie 0,7² >s 0,49 hodnoty kinetické energie. Obdobně je tomu při velkých pojezdových rychlostech vozidla v (km/h), kde by rychlá změna polohy řízeni mohla ohrozit stabilitu a bezpečnost vozidla.

Lze též přivřít maximálně regulovatelný škrtič 11 * v pravé přívodní větvi a tim dlouhodobě či trvale omezit rychlost servořizeni

Pokud řidič vozidla otáčí volantem pomaleji, než jsou některým z uvedených Způsobů omezené otáčky volantu n_v/n_{y max}, není řidič v rychlosti otáčení volantu a tim i ve volbě úhlové rychlosti servořizeni A^řizeni nijak omezován.

Dvoustupňové hydrostatické servořizeni vozidel peále vynálezu omezuje jednoduchými prostředky, bez mechanického třeni, úhlovou rychlost servořizeni za provozních stavů, kdy by velká úhlové rychlost servořizeni á^mohla ohrozit servořizeni nebo celé vozidlo. Řidič je tim odlehčen od sledování mezních situaci servořizeni i vozidla;a může se tak věnovat ostatní činnosti. Omezeni úhlové rychlosti servořizeni ty f»Ae vynálezu neni vázáno na zobrazení servořízení, ale může být použito na jiných servořízeních stejného či obdobného typu.

Claims (3)

1’ Ř E D iu £ I VIN'Á LEZU

1. Dvoustupňové hydrostatické servořízení vozidel & n^lmárně jedním servomotorem, obsahující odměrnou řídicí jednotku a zesilovač průtoky propojené řídicími větvemi a napájené přívodní větví přes dělič průtoku, nezávisle na zatížení z nejméně jednoho hydrogenerátoru, vyznačující se tím, že do řídicích větví (8, 8*) jsou zařazeny regulovatelné škrtiče (9, 10) přestavovatelné koncovými snímači (27, 28), spojenými s pístní tyči servomotoru (5) servořízení* a že v přívodní větvi (6**) je zařazen regulovatelný škrtič (11) ovládaný tachometrem (30).

2. Dvoustupňové hydrostatické servořízení vozidel s nejméně jedním servomotorempdle bodu 1, vyznačující se tím, že v přívodní větvi (6**) k odměrrté řídicí jednotce (2) je vřazen regulovatelný škrtič (11**) ovládaný koncovými snímači (34, 34*), obsahujícími odpružený píst (34) ve válci (35).

3. Dvoustupňové hydrostatické servořízení vozidel s nejméně jedním servomotorem podle bodu 1, vyznačující se tím, že do řídicích větví (8, 8*) odměrné řídicí jednotky (2) jsou zařazeny regulovatelné škrtiče (9*, 10*) s elektromagnety (43, 44) spojenými s koncovými spínači (41, 42).

3 výkresy