CS264308B2 - Stabilization device - Google Patents

Description

Vynález se týká ústrojí pro stabilizaci v přímém směru a pro změnu polohy po předem určené dráze pro nápravy vozidel, zejména pro průmyslová vozidla.

Známá řešení problému řízení vozidel v oblasti průmyslových vozidel, předpokládající existenci přední nápravy se třemi částmi nebo podobně, jakož i řízená kola ovládaná volantem, jsou v podstatě tvořena řídicím systémem s poháněnými nápravami nebo řídicím servosystémem se servořízenými nápravami.

Řídicí systém s řízenými nápravami se používá toliko u vozidel se dvěma nebo více řiditelnými předními nápravami a se střední nápravou, ovládanou řízením první nápravy; za normálních okolností jej nelze používat pro nápravy, které jsou poměrně značně vzdáleny od první nápravy, a to ze zcela zřejmých technických důvodů. '

Vyřešit přesné řízení po předem stanovené dráze u několika řízených náprav je vždy velmi obtížné, zejména z hlediska udržení přesného směru, má řadu různých nevýhod a proto se používá jen poměrně zřídka a u speciálních vozidel. Až na řídké výjimky se nepoužívá při výrobě velkých sérií.

Hlavní nevýhody tohoto systému spočívají v tom, že je značně nákladný, což opravňuje jeho použití jen ve výjimečných případech, že vyžaduje složitou a nákladnou údržbu, že má nízkou mechanickou účinnost převodu, nesnadno se seřizuje a obtížně zachovává jednou zvolený úhel, a jeho spolehlivost je nepatrná, protože při zablokování nebo špatné funkci některých prvků jedné nápravy se tento škodlivý účinek přenáší na celé řízení a následně i na provoz vozidla. Další nepříznivá skutečnost tkví v tom, Že v případě brzdění servomechanismu ovlivňuje nadměrný odpor ruční činnost řidiče.

Servořldicí systém se servořízenými nápravami nalézá dnes použití v konstrukci přívěsů a návěsů, u vozidel s možností změny ze dvounápravového vozidla na třínápravové vozidlo a u vozidel, které mají tři a více náprav a jsou určena pro vysoké pracovní rychlosti. U vozidel se dvěma poháněnými nápravami byl problém řízení obětován ve prospěch adhese s výsledkem značného vlečení zadní nápravy a pohybem po toliko zčásti určené dráze.

Pokud servořízená náprava pracuje na principu činnosti vnitřních třecích sil na nápravu složenou ze tří částí a tyto síly se převádějí na otáčející se kola spojovací tyčí, zahrnuje potřebná operace počáteční tažný krok a finální tažný krok, jejichž doba trvání závisí na setrvačnosti systému.

V takovém přípaůě, že je rozdílní příčná rovina, na kterou působí vnější síly působící na jednotlivá kola, což může být způsobeno nerovností povrchu vozovky mezi jednotlivými koly, dírami ve vozovce, rozdíly mezi výškou vozovky, velkým úhlem sklonu vozovky apod., vzrůstá velikost potřebného tažení, tedy nutnost překonání váznutí v počátečním a finálním kroku, přičemž zcela nepřestane ani ve střední oblasti prováděné řídicí operace.

V některých případech existují u servořízených náprav takové úhly řízení, které závisí na vnějších činitelích, jako jsou koeficient tření, rozdělení zatížení, rozkmit zavěšení a příčný sklon.

Servořídicí systém se servořízenými nápravami vyžaduje rovněž vložený, příčně působící tlumič rázů, jehož nestabilita je příčinou rychlého opotřebovávání působením vnějších sil, což způsobuje neurčitost řídicí dráhy.

Další podstatná nevýhoda tohoto systému spočívá v tom, že je třeba mít к dispozici blokovací ústrojí pro couvání, protože kola servořízené nápravy by měla snahu se pohybovat opačným směrem, než by se pohyboval volant. Tím je třeba pro zpětný chod provést dvě operace: nejprve je třeba provést dopředný pohyb, aby se kola přivedla do polohy rovnoběžné s osou vozidla, a potom uvést v činnost blokovací zařízení.

Z podaného vysvětlení je zcela zřejmé, že problém řízení vícenápravových vozidel nebyl až dosud uspokojivě vyřešen a zůstává v oblasti přibližných řešení. Rovněž se nepodařilo zcela odstranit poruchy, které by přímo neovlivňovaly bezpečnost řízení, a opotřebení pneumati.k, které je způsobováno váznutím servořízení.

Vynález si klade za úkol vytvořit servořídicí ústrojí, které při použití u náprav vozidel umožní obvyklý systém řízení a řízená náprava se při zpětném chodu chová nejprve jako pevná náprava s možností ovládání řízení místo nepřetržitého řízení. Tak se ve srovnání se známými řídicími systémy získá výhodné uspořádání řízení, u kterého nepůsobí na řízenou nápravu neznámé vnější síly, které nelze předem přesně stanovit a které mohou být příčinou dříve uvedených vnitřních sil.

Vynález si zvláště klade za úkol vytvořit servořídicí ústrojí, které by umožnilo, aby řízená náprava byla nezávislá na koeficientu tření, sledovala vždy předem stanovenou dráhu a aby se vyloučilo tažení nebo váznutí, aby při přetržení nemělo hlavní řídicí ústrojí vliv a aby se v takovém případě chovala řízená náprava jako pevná náprava, aby zajišťovala spolehlivé nastavení v přímém směru a aby spolehlivě zajistila požadovanou dráhu v souladu se stanoveným úhlem pro přesné zatáčení.

Uvedené nedostatky se odstraňují a vytčený úkol se řeší ústrojím podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je opatřeno zatěžovací jednotkou se stálou pružnou energií a přesunovacím ovládacím ústrojím, které jsou připojeny к nápravě, jakož i řídicím členem přesunovacího ovládacího ústrojí, který je tvořen hydraulickým válcem, spojeným s přesunovacím ovládacím ústrojím, a pohyblivým pístem tohoto hydraulického válce, spojeným s hlavním systémem řízení vozidla. .

Hlavní výhody řešení podle vynálezu spočívají v tom, že ústrojí, které spolupracuje s nápravou nebo s více nápravami, je vytvořeno tak, že zajišťuje přesné řízení, avšak jeho prvky jsou pevně zajištěny zatěžovací jednotkou se stálou pružnou energií, která působí na pohyblivé části nápravy stabilizačními silami o hodnotě větší, než jakou mají vnější síly. Z tohoto důvodu udržuje náprava přímý směr dráhy, jako kdyby na ni nepůsobily vnější síly; chová se tedy jako pevná náprava.

Mimoto dík úpravě řídicího členu a přesunovacího ovládacího ústrojí umožňuje ústrojí podle vynálezu působit silám o větší intenzitě, než jakou mají síly stabilizační, a které nad nimi převládnou, čímž zajistí předem stanovenou řídicí činnost. Tak se stane náprava řízenou nápravou a sleduje polohu dráhy, danou hlavním řídicím systémem vozidla, protože řídicí člen reaguje na změny polohy uskutečňující se v hlavním řídicím systému a je těmito změnami řízen.

Jakmile přestanou ovládací řídicí síly působit, uplatní se stabilizační síly, které působí na nápravu ze zatěžovací jednotky se stálou pružnou energií, získají převahu a vrátí skupinu do směru přímé dráhy, tedy do podmínek pevné nápravy.

Zatěžovací jednotku se stálou pružnou energií je třeba tedy vytvořit tak, aby působila na nápravu stanovenými stabilizačními silami, které ji přinutí dodržovat přímý směr dráhy a učiní ji nezávislou na vnějších silách. Spočívá proto další výhodné vytvoření vynálezu v tom, že zatěžovací jednotka se stálou pružnou energií je tvořena válcovým tělesem, ve kterém jsou pružné prostředky, uložené na podélných kluzných válcových prvcích, které jsou opřeny o výstupky průchozího táhla, na tuho spojeného s koly této nápravy.

Pružné prostředky mohou být s výhodou vytvořeny z materiálu nebo tělesem, které jsou schopny pružné deformace, jako je například pružina, plyn nebo jejich kombinace, případně jiným pružným prostředkem. Zatěžovací jednotka se stálou pružnou energií je přizpůsobena velikosti vnějších sil působících na nápravu; při stanovování horní hranice rozsahu se jako jeden z činitelů bere v úvahu váha, působící na nápravu, dále maximální možná hodnota tření, zatímco spodní hranice je určena tím, aby stabilizační síly byly aktivní, přičemž se přirozeně bere v úvahu předem stanovený koeficient bezpečnosti.

Přesunovací ovládací ústrojí působí na kola' podle volby a neutralizuje činnost zatěžovací jednotky se stálou pružnou energií, čímž se zajištuje řízení nápravy v obou směrech a klidným způsobem. Je to člen, který v závislosti na daném ovládacím signálu zajistí přesunutí pohyblivých částí nápravy pro přeměnu přímého směru dráhy do polohy pro zakřivenou dráhu.

S výhodou je přesunovací ovládací ústrojí vytvořeno jako hydraulický pracovní válec, může být však rovněž vytvořen jako pneumatický nebo hydraulicko-pneumatický pracovní válec.

Typ použitého ovládacího pracovního válce není pro účely vynálezu rozhodující, takže lze využít například i mechanický nebo elektro-mechanický ovladač, a to za předpokladu, že v důsledku specifického ovládacího signálu zajistí změnu přímého směru dráhy do polohy pro zakřivenou dráhu.

Další výhodné vytvoření vynálezu spočívá v tom, že zatěžovací jednotka se stálou energií a přesunovací ovládací ústrojí jsou uspořádány jako jeden člen, který je tvořen jednak skříní, jednak uvnitř této skříně v osovém směru od sebe kluzně uloženou dvojicí souosých válcových dutých prvků, jednak je opatřen každý z těchto válcových dutých prvků uvnitř pístovou komorou, jednak má průchozí táhlo, procházející skříní a spojující nápravy, jednak má dvojici od sebe vzdálených výstupků, upravených na průchozím táhle, a každý z těchto výstupků je uspořádán uvnitř válcového dutého prvku, jednak má dvojici od sebe vzdálených pístů, upravených na průchozím táhle, a každý z pístů je upraven uvnitř komory jednoho z válcových dutých prvků a jednak má uvnitř skříně pružné prostředky, uložené na válcových dutých prvcích. Válcové duté prvky lze přitom s výhodou opatřit uvnitř prstencovým výčnělkem a pružné prostředky mohou být tvořeny pružinou, která je uložena mezi prstencovými výčnělky a dosedá na ně.

Vynález je v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech provedení ve spojení s výkresovou částí.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno zařízení podle vynálezu při použití u nápravy v poloze pro přímý směr jízdy. Obr. 2 odpovídá schématu podle bor. 1, avšak náprava je znázorněna ve vychýlené poloze. Na obr. 3 je schematicky znázorněno ústrojí podle vynálezu při použití u motorového vozidla se řízenou přední nápravou. Na obr. 4 je schematicky znázorněno ústrojí podle vynálezu u návěsu s řídicí točnou. Obr. 5 ukazuje část ústrojí podle vynálezu v částečném konstrukčním provedení v řezu, přičemž je zakresleno v poloze, která odpovídá poloze pro přímý směr dráhy. Obr. 6 odpovídá provedení podle obr. 5, avšak ústrojí je zobrazeno v poloze uskutečňovaného řízení.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno ústrojí podle vynálezu, které působí na kola nebo pohyblivé části nápravy vozidla a které obsahuje zatěžovací jednotku 10, tvořenou válcovým tělesem .13, v němž je umístěna šroubová pružina 11, uspořádaná mezi vnějšími povrchy dvou dutých válcových prvků 12 a 12, z nichž každý má na jednom konci prstencový výčnělek 17 a 17, o který se šroubová pružina 11 opírá, a na druhém konci čelní stěnu 18 a 18 se středovým otvorem. Oba duté válcové prvky 12 a 12 jsou uspořádány zrcadlově proti sobě a souose s válcovým tělesem 13 ve směru jeho podélné osy, to znamená, že jsou uspořádány hlavami к sobě, přičemž jejich uložení je kluzné.

Uvnitř dutých válcových prvků 12 a 12 je uspořádáno táhlo 14, na kterém jsou upraveny výstupky 15 a 15, opírající se o čelní stěny 18 a 18 dutých válcových prvků 12 a 12. Táhlo 14 vystupuje na obou stranách z válcového tělesa 13 a je spojeno prostřednictvím kloubů 16 a 16 s koly nebo jinými částmi nápravy pro určování její polohy.

Pokud nepůsobí ovládací síly z řídicího systému,jsou stabilizační síly vykonávané zatěžo5 vací jednotkou _10 se stálou pružnou energií větší než vnější síly působící na kola, to znamená, že šroubová pružina 11 blokuje duté válcové prvky 12 a 12 ve stejné vzdálenosti a v symetrické poloze vzhledem ke středu válcového tělesa 13, a to i s jejich čelními stěnami 18 a 18', na které dosedají výstupky 15 a 15', přičemž prstencové výčnělky 17 a 17' dosedají na čelní stěny válcového tělesa 13. Výsledkem toho je stabilizace válcového táhla 14 v poloze, která je znázorněna na obr. 1, to znamená, že výstupky 15 a 15 jsou umístěny stejně daleko od středu válcového tělesa 13 a celé ústrojí je v poloze, která odpovídá poloze přímého «mě ru.

Přesunovací ovládací ústrojí 20 je vytvořeno jako dvojčinný hydraulický válec s pístem 21 a průchozím táhlem 22, které je kloubově připojeno ke kolům nebo к pohyblivým částem nápravy a tím i к zatěžovací jednotce 10 se stálou pružnou energií.

Jakmile vnikne tlaková kapalina do jedné z komor 23 nebo 24 válce přesunovacího ovládacího ústrojí 20, působí na píst 21 síla větší, než jsou stabilizační síly vyvolávané zatěžovací jednotkou 10 se stálou pružnou energií, což má za následek, že poloha přímého směru se změní. Přesunovací ovládací ústrojí 20 je ovládáno řídicím členem 30, a to průchodem kapaliny potrubím 25 a 27. Řídicí člen 30 je rovněž vytvořen jako dvojčinný hydraulický válec, který má píst 32 spojený s pístnicí 31, která je připojena к hlavnímu řídicímu systému vozidla, takže změna v hlavním řídicím systému vozidla zajišťuje přesunutí pístu 32 z jeho střední polohy, která odpovídá poloze zajišťující jízdu v přímém směru.

Na obr. 2 je rovněž schematicky znázorněno ústrojí podle vynálezu v řídicí poloze. Při změně v hlavním řídicím systému vozidla se přesune píst 32 řídicího členu 30 například vpravo, čímž se zajistí průtok tlakové kapaliny potrubím 27 do komory 24 přesunovacího ovládacího ústrojí 20. Tím se píst 21 přesunovacího ovládacího ústrojí 20 přesune do leva a překoná odpor, kterým působí zatěžovací jednotka 10 se stálou pružnou energií, čímž se změní poloha kol, upravených na nápravě 9, které byly až dosud v přímém směru. Tím se uskuteční řízení příslušné nápravy 2·

Je třeba ještě podotknout, že v souladu s vynálezem je náprava řízena toliko tehdy, pokud dojde ke změně polohy přímého směru v hlavním řídicím systému. Normálně, jak již bylo uvedeno, v nepřítomnosti ovládacích sil, vykonávaných přesunovacím ovládacím ústrojím 20, je náprava a v souladu s ní i kola podrobena převažujícímu působení stabilizačních sil ze zatěžovací jednotky 10; tím ^se dosáhne stabilizacé polohy pro přímý směr. Jakmile se tedy přeruší tok proudu tlakové kapaliny do komory 24 přesunovacího ovládacího ústrojí 20, šroubová pružina 11 pružně vrátí nashromážděnou energii na dutý válcový prvek 12, čímž se prostřednictvím výstupku 15 vrátí táhlo 14 zpět do polohy přímého směru, tak jak je znázorněna na obr. 1.

Je samozřejmé, že ústrojí musí mít vhodnou konstrukci pro zajištění správného poměru mezi úhlem natočení jednotlivých náprav, jak je to všeobecně známé. Za normálních okolností lze z hlediska řízení definovat kolová vozidla jako vozidla se stanovenou dráhou, protože u nich relativní poloha osy otáčení jednotlivých kol určuje dráhu. Aby se v průběhu řízení získalo otáčení bez smýkání, musí se jejich prodloužené osy otáčení protínat s osou otáčení vozidla, jejíž průmět'do roviny pohybu představuje střed otáčení, který leží při pohybu v přímém směru v nekonečnu.

U vozidel s větším počtem kol a náprav musí být úhly otáčení jednotlivých kol jeden od druhého různé, aby mohly splnit výše uvedenou podmínku. Ačkoli je z těchto úvah patrno, že pro zajištění otáčení po předem stanovené dráze je třeba přesného řešení, přičemž zde ještě existuje ta skutečnost, že místo bodového dotyku dochází к plošnému dotyku, postačí u ústrojí podle vynálezu splnit výše uvedenou teoretickou podmínku toliko přibližně.

Obr. 3 znázorňuje ústrojí podle vynálezu při použití motorového vozidla, které má řízenou střední nápravu unášející řízená kola. Volant 40 ovládá řízenou nápravu 41 známým způsobem, který je na obr. 3 schematicky znázorněn jednoduchým pákovým tyčovím. Tím se přenáší na řídicí člen 30 řídicí síly a přesunovací ovládací ústrojí 20 je ovládáno tak, jak bylo popsáno při popisu obr. 1 a 2. Pokud jsou čelní kola a řízená náprava 41 v poloze pro přímý směr, jsou také zadní kola a s nimi sdružená náprava stabilizovány v poloze přímého směru působením zatěžovací jednotky 10 se stálou pružnou energií. ,

Je samozřejmé, že hlavní řídicí systém může obsahovat servomechánismus známého typu. Jak již bylo uvedeno, způsobuje u známých řídicích systémů s poháněnými nápravami tuhé mechanické spojení mezi nápravami, jakékoli brzdění nebo porucha servomechanismu závažné obtíže. Za normálních okolností u průmyslových vozidel, která jsou zpravidla těžká, nemůže větší svalová námaha řidiče zpravidla uspokojivě zajistit účinné řízení obou spřažených náprav, z čehož také vyplývá nedostatečné ovládání vozidla.

Na rozdíl od toho je u vozidel opatřených ústrojím podle vynálezu tento závažný nedostatek snadno odstranitelný uspořádáním obtokového obvodu mezi potrubími 25 a 27, který se uvede v činnost v případě poruchy nebo váznutí servomechanismu. V takovém případě neprotéká již tlaková kapalina do přesunovacího ovládacího ústrojí 20 a místo toho protéká alternativním obtokovým obvodem, což zajistí, že zadní náprava je okamžitě stabilizována v poloze pro přímý směr. Tím může řidič uskutečnit řízení využitím ruční síly požadované pro ovládání hlavního řídicího systému.

obtokový obvod mezi potrubími 25 a 27 může tedy být použit se sevomechanismem pro zablokování zadní nápravy v přímé poloze, například pro překonání nepříznivých podmínek v terénu nebo na vozovce. Tyto prostředky mohou mít uspořádané ovládací ústrojí v kabině řidiče a řidič tak může vytvořit vozidlo s pevnou zadní nápravou podle svých požadavků.

Obr. 4 znázorňuje ústrojí podle vynálezu při použití u návěsu s řídicí točnou. V tomto případě se přenášejí změny hlavního řídicího systému na řídicí člen 30 prostřednictvím ramene 43 pevně spojeného s točnou 45. Princip ovládání je zcela stejný, jak bylo výše popsáno, přičemž náprava je řízena jen tehdy, je-li řízen hlavní řídicí systém, například na tahači nebo traktoru. V opačném případě je přívěs stabilizován v poloze přímého směru.

Na obr. 5 a 6 je schematicky znázorněno konstrukční uspořádání ústrojí podle vynálezu v řezu. Tato Část ovládacího ústrojí obsahuje přesunovací ovládací ústrojí 20 a zatěžovací jednotky 10 se stálou pružnou energií, které jsou výhodně konstrukčně sloučeny do jednoho členu. Jak je patrno z obr. 5, ve válcové skříni 50 je uspořádána šroubová pružina 51, která se opírá o prstencové výčnělky 53 a 53* dvojice válcových dutých prvků 52 a 52', které jsou upraveny souose ve válcové skříni £0. Válcové duté prvky 52 a 52' jsou uspořádány čely к sobě v zrcadlovém provedení a jsou uloženy kluzně na dvojici válcových lůžek 54 a 54', která jsou vytvořena integrálně se skříní 50. Průchozí táhlo 55 prochází skříní 50 a je opatřeno výstupky 56 a 56', které se opírají o protilehlé vnitřní stěny válcových dutých prvků 52 a 52'. Průchozí táhlo 55 vytváří pístnici pístů 57 a 57' a je otočně spojeno s pohyblivými částmi nápravy, určujícími polohu kol. Tak jsou vytvořeny dvě komory 5_8 a 58', do kterých lze přivádět tlakovou kapalinu otvory 59 a 61. Otvorem 60 lze přivádět stlačený plyn, vytvářející pružný prostředek, který spolupracuje se šroubovou pružinou 51 a vytváří tak zatěžovací jednotku se stálou pružnou energií. Výhodně použitým pružným prostředkem může být vzduch, který je obvykle к dispozici v brzdovém okruhu průmyslových vozidel.

Na obr. 6 je znázorněna situace, kdy neznázorněný řídicí člen zajistil přívod tlakové kapaliny otvorem 61, čímž tlak působící na stěnu pístu 57' zajistil přesunutí průchozího táhla 55 a tím i změnu polohy přímého směru na řízenou polohu, přičemž došlo ke stlačení pružných prostředků, to je šroubové pružiny 51 a stlačeného plynu.

Jakmile přestanou působit ovládací řídicí síly, přesunou pružné prostředky působením válcového dutého prvku 52 do polohy přímého směru, a to tím, že na válcový dutý prvek 52 působí rozpínající se šroubová pružina 51 a stlačený plyn prostřednictvím výstupku 56' na průchozím táhle 55. Polohy přímého směru se dosáhne tehdy, jakmile se prstencové výčnělky 53 a 53' válcových dutých prvků 52 a 52' opřou o koncové stěny válcové skříně 50.

I když bylo výhodné vytvoření ústrojí podle vynálezu detailně popsáno a znázorněno na připojených výkresech, je samozřejmé, že lze provést celou řadu změn a úprav jednotlivých detailů, aniž by ústrojí přesáhlo rámec vynálezu, uvedený v připojené definici předmětu vynálezu.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Ústrojí pro stabilizaci v přímém směru a pro změnu polohy po předem určené dráze pro nápravy vozidel, vyznačené tím, že je opatřeno zatěžovací jednotkou (10) se stálou pružnou energií a přesunovacím ovládacím ústrojím (20), které jsou připojeny к nápravě (9), jakož i řídicím členem (30) přesunovacího ovládacího ústrojí (20), který je tvořen hydraulickým válcem, spojeným s přesunovacím ovládacím ústrojím (20), a pohyblivým pístem (32) tohoto hydraulického válce, spojeným s hlavním systémem řízení vozidla.
2. 2. Ústrojí podle bodu 1, vyznačené tím, že zatěžovací jednotka (10) se stálou pružnou energií je tvořena válcovým tělesem (13), ve kterém jsou pružné prostředky, uložené na podélných kluzných válcových prvcích (12, 12'), které jsou opřeny o výstupky (15, 15') průchozího táhla (14), na tuho spojeného s koly této nápravy (9).