CZ79896A3 - Pilot valve - Google Patents

Description

1 118-¼ T> TO< < r- 70 CP co s: C —< · < Λ Z co > O C D -H ÍŠ < -JZ o X to» o C3> O c/x o cn CN5 ) i ^

I Řídicí ventil Q!2l^§t_ techniky

Vynález se týká řídicího ventilu pro napájení nastavovacího členu hydraulickým tlakem, který sestává z ve skříni uspořádaného vstupního hřídele, z výstupního hřídele, z vystřelujícího pružinového elementu a z ventilového elementu.

Dosavadní_stav_techniky Řídicí ventily tohoto druhu jsou využívány zejména v systémech servořízení. Konstrukce takového systému ser-vořízení je sama o sobě známá. Vstupní hřídel, spojený s řídicí tyčí, je prostřednictvím vvstřeďovacíhc pružinového elementu spojen s výstupním hřídelem, opatřeným pastorkem. Tento pastorek působí na ozubenou tyč řízení. Využití řídicích ventilů pro takové řídicí systémy je známé. K tomu je známým způsobem upraven ventilový element s otočným šoupátkem, které při relativním pootočení vstupního hřídele vzhledem k výstupnímu hřídeli navzájem spojuje, případně od sebe odděluje hydraulická vedení končící v otvorech. Čerpadlem je skrz tento systém čerpána hydraulická kapalina. Při relativním pootočení vstupního hřídele vzhledem k výstupnímu hřídeli se přivádí hydraulický tlak do hydraulického motoru, který podporuje pohyb ozubené tyče v jednom z obou možných směrů.

Aktivování takových řídicích ventilů se uskutečňuje pootočením vstupního hřídele proti výstupnímu hřídeli, přičemž mezi nimi uspořádaným vystředovacím pružinovým ά elementem, například torzní tyčí, musí být překonáván zkrutný moment. U jednoho typu řídicích ventilů je známým způsobem upraveno pouzdro ventilu, které je v záběru s výstupním hřídelem a obklopuje vstupní hřídel. Toto pouzdro ventilu má ovládací drážky, které lze pro ovládání uvést do vzájemného překrytí s otvory pro vedení hydraulického prostředí, které jsou upraveny z vnější strany skříně. Dále je známý typ řídicích ventilů, u kterých se do vzájemného překrytí přivádějí v podstatě axiálně upravené otvory. U známých řídicích ventilů se vytváří známý problém v podobě otočných kmitů. Ty vyplývají v první řadě z nerovností vozovky, která jsou přenášeny prostřednictvím kol vozidla, jakož i tlakových pulzací, které vznikají z uvedeného relativního pohybu mezi vstupním hřídelem a mezi výstupním hřídelem, případně ventilovýma elementem. To může být příčinou chvění volantu řídicího systému a mimoto vytváří nepříjemné hluky.

Ze známého stavu techniky je známá celá řada řešení, která se snaží tuto problematiku vyřešit. V iY091/13790 je navrhován zvláštní průtažný hadicový systém pro kompenzování tlakových pulzací. V DE 27 55 598 AI se navrhuje přimíchávat k hydraulickému prostředí vzduch. V DE 40 23 709 AI se navrhuje přídavné uspořádání tlumicího objemu. Konečně uvádí DE 29 1S 475 AI použití hydroraotoru mezi čerpadlem a řídicím ventilem.

Prostřednictvím známých řešení jsou řídicí systémy to- hoto druhu výrobně nákladné z hlediska spotřeby materiálu a z hlediska montážních a seřizovačích prací a lze je vytvářet jen s velkými ekonomickými náklady. Jsou totiž potřebné vždy přídavné konstrukční elementy, které se využívají vně řídicího ventilu a přitom v zásadě ještě úplně nemo hou vyloučit kmitání při otáčení. Často se také používají mezi navzájem relativně se vychylujícími ventilovými komponenty, řídicím pouzdrem a vstupním hřídelem vestavěná kroužky z polymerického materiálu, které jsou zpravidla pod působením systémového tlaku a které umožňují prostřednictvím Coloumbova tření třecí moment mezi relativně navzájem k sobe pohyblivými ventilovými komponenty, který má při otočném kmitání působit tlumivě. foto řešení má tu nevýhodu, že Coloumbovo tření negativně ovlivňuje charakteristiku ventilu, přičemž navíc použité komponenty ve tvaru polymerických kroužků mění svoji charakteristiku působením otěru a stárnutí materiálu po dobu životnosti převodky řízení. Dále je v US-PS 4,352,304 popsáno provedení viskozní-ho tlumení sloupku řízení. Pastorkový hřídel a vstupní hřídel jsou spojeny se vždy rotačně vytvořeným tělesem, která relativně k sobě navzájem a v obvodovém směru k cse hříde-le vytvářejí štěrbiny, které jsou naplněny viskozním fluidem. Při relativních otočných kmitech obou hřídelů a tak i obou těles vytvářejících štěrbiny vznikají ve viskozním fluidu, které je ve štěrbinách,tíhové síly, působící na povrchové plochy těles a vytvářející tlumicí momenty. Aby bylo možné značné nestability, jaké jsou aktuální v daném případě, úspěšně tlumit na uvedeném principu, potřebovaly by štěrbinová plochy velikost, kterou nelze realizovat. 4 V DE 28 33 009 AI je popsáno řešení, u kterého se pro tlumení vibrací, chvění vytváří prostřednictvím tlakem ovlivňovaného radiálního pístu Coloumbova třecí síla na válcových plochách, které jsou orientovány v obvodovém smě ru kolem osy ventilu. Také tento princip tlumení spočívá na třecích silách, které negativně ovlivňují charakteristi ku ventilu.

Bylo již také navrženo uspořádat hydraulickým tlakem ovlivňované komory, ve kterých jsou pohyblivě upraveny pístové elementy, přičemž komory a pístové elementy jsou vždy spojeny s jinak relativně otočným elementem. Tak bylo navrženo přídavné uspořádání tlumiče, což však s sebou přináší změnu konstrukční délky, která kromě ekonomických nevýhod má i nevýhodu z hlediska oblasti nasazení. Konstrukční délka je totiž u řídicích ventilů servořízení velmi citlivý parametr.

Podstata_v^nálezu

Vycházeje z uvedených skutečností si vynález klade za úkol dále zdokonalit ventil řízení uvedeného druhu v tom, že bude jednodušší a ekonomičtější bez zvětšení konstrukční délky a necitlivý na otočné kmitání.

Vytčený úkol se řeší řídicím ventilem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že řídicí ventil má nejméně jednu ve tvaru kruhového oblouku upravenou, v podstatě koaxiální a hydraulickým tlakem ovlivňovanou komoru, ve které je uspořádán nejméně jeden píst pohyblivý po v podstatě kruhové dráze, přičemž komora a píst tvoří část mezi jedním ze hřídelů a mezi skříní uspořádaného ložiska. 5

Usporádáníai podle vynálezu se vytvoří konstrukčně jed noduchý tlumič torzních kmitů na ventilu řízení s posilovačem uvedeného druhu. Ten sestává z nejméně jedné kruhové komory a z pístového elementu, který je v ní pohyblivý po v podstatě kruhové dráze. Komory jsou naplněny viskozním fluidem, s výhodou používaným převodovým olejem. Torzní kmitání je přitom tlumeno vytvářejícím se tlakem při relativním pohybu pístového elementu a komorového elementu v komoře a z toho vyplývající silou na pístu a tak i momentem na vstupním hřídeli, který je nasměrován v opačném smě ru proti torzním kmitům. Přímo nebo nepřímo spojený s elementy znamená, že je možné mezilehle zapojit další přídavné elementy. S výhodou je vstupní hřídel uložen prostřednictvím ložiska obou tlumicích části, takže pro uložení a tlumič torzních kmitu bylo vytvořeno v podstatě integrované řešení designu. Komora a píst jsou integrovány nebo axi álně rovnoběžně uspořádány v ložisku, které je stejně potřebné pro vstupní hřídel nebo pro výstupní hřídel, takže není potřebné žád”é zvětšení konstrukční délky při využití přídavného tlumiče. Integrován ve smyslu vynálezu znamená, že je tlumicí systém upraven v ložisku nebo axiálně rovnoběžně vzhledem k němu, aniž by přitom byly ztraceny vlastnosti ložiska.

Integrací nebo axiálním rovnoběžným zapojením tlumiče torzních kmitů do, případně k ložisku, není nutně míněno, že se upraví dostupné ložisko konstrukčním přizpůsobením tlumici torzních kmitů podle vynálezu, ale v rámci vynálezu je i ta skutečnost, když se komoru vytvářející element a píst unášející element namontují s přídavnými elementy k tlumiči torzních kmitů, který může být opatřen vlastnostmi ložiska a uspořádán mezi jedním z hřídelů a me 6 zi skříní. Přitom je samozřejmé, že komorový element a pístový element jsou proti sobe navzájem uloženy tak, že konstrukční součást jako celek může plnit stanovením funkci jak jako tlumič torzních kmitů, tak i jako ložisko.

Fro vynález je dále podstatná ta skutečnost, že tlu-raicí vlastnosti tlumice torzních kmitů podle vynálezu nejsou závislé na systémovém tlaku, který panuje v řídicím ventilu, ale na geometrickém vytvoření částí tlumiče, zejména na jeho roztečích štěrbin a účinných plochách. Dále má význam také frekvence a amplituda torzních kmitů, jakož i viskozita nebo hustota fluida uvnitř tlumiče. V ideálním provedení vytvářejí prstencový válcový element a prstencový pístový element uzavřený systém, takže naplněné fluidum při relativním pootáčení obou tlumicích elementů proudí skrz prosakovací štěrbiny mezi pístovým elementem a válcovým elementem na podkladě nárůstu tlaku ze zmenšujících se komor do zvětšujících se komor. Fřitom různý nárůst tlaku v komorách působí pístových elementech silou, která z hlediska osy ventilu vykonává moment na vstupní hřídel, který je nasměrován proti nestabilitám a tak je tlumí. Pro snadné plnění tlumicích komor viskozním fluidem lze provádět skrz prosakovací štěrbiny mezi prstencovým válcovým elementem a prstencovým pístovým elementem vzhledem k okolí počáteční naplnění komor fluidem převodky řízení. Prosakovací proud, který by zůstával v dalším provozu a který by byl podmíněn daným tolerancemi však zmenšuje tlumicí účinek a je proto v principu nežádoucí. Účinný princip popsaného tlumiče torzních kmitů je tedy čistě hydraulický a sám se při vysokofrekvenčních relativních vychýleních konstrukčních částí tlakově ovlivňuje. Působí tedy nezávisle na provozním tlaku převodky řízení a na řídicích pro- 7 cesech řídicího ventilu. Jeho výhoda spočívá ve vysoké schopnosti tlumení při neovlivňování charakteristiky ventilu.

Podle dalšího výhodného vytvoření vynálezu je nejméně jedna komora vytvořena jako prstencová komora. Ta je výhodně vícenásobně rozdělena, čímž se vytváří větší počet prstencových komor. Ty mohou být vytvořeny navzájem shodně nebo rozdílně. Podle dalšího vytvoření vynálezu je nejméně jeden píst vytvořen ve tvaru radiálního žebra na prstenci. Jak prstencové komory, tak i radiální žebra jsou s výhodou vytvořeny na prstencových elementech. Zvláště výhodně jsou prstencové elementy vytvořeny jako pouzdra, při čemž komorový element a žebrový element jsou do sebe navzá jetn zasunutelné. Výhodné také je, když je jedno z pouzder upevněno na vstupním hřídeli. ^ tom případě, pokud ma řídicí ventil ventilový element ve tvaru pouzdra ventilu, je podle dalšího řešení vždy další pouzdro upevněno na pouzdru ventilu.

Prstencový válcový element, vytvořený popsaným způsobem, může tak být využit jako tlumič torzních kmitů,. Dále může být při použití fluida s ovladatelnou variabilní viskozitou využit prstencový válcový element alternativně nebo přídavně jako reakční a/nebo vystřeďovací element, protože vytvářený reakční moment je mimo jiné funkci vis-kozity fluida. Z tohoto hlediska by také bylo možné použití elektro-reologického fluida.

Podle vynálezu je řídicí ventil popsaného druhu do- 8 plněn jednoduše vytvořeným a zamontovatelným zařízením, které zajišťuje necitlivost řídicího ventilu proti rušivým poruchám, jako torznímu kmitání. Přehled_obrázků_na_výkresech

Další výhody a znaky vynálezu vyplývají z následujícího popisu příkladů provedení ve spojení s výkresovou částí. va obr. 1 je znázorněn řez příkladu provedení řídicího ventilu. TTa obr. 2 je znázorněno detailní vyobrazení v místě II podle obr. 1 ve větším měřítku. va obr. 3 je znázorněn řez příkladu provedení prstencového válcového elementu. va obr. 4 je znázorněn řez rovinou podle čáry IV - IV na obr. 3.

Na obr. 5 je znázorněn příklad provedení prstencového komorového elementu. va obr. 6 je znázorněn příklad provedení prstencového pístového elementu.

Ma obr. 1 znázorněný řídicí ventil 1^ sestává ze vstupního hřídele 2 a výstupního hřídele 3, které jsou u znázorněného příkladu provedení navzájem relativně pohyblivě spojeny prostřednictvím torzní tyče 4, a to v závislosti na pružné tuhosti torzní tyče 4. Torzní tyč 4 je ve spojo- 9 vací oblasti 5 vložena do výstupního hřídele 3 a ve spojovací oblasti 6 je se vstupním hřídelem 2 spojena prostřednictvím kolíku. Toto uspořádání je vloženo do skříně ]_ a je uloženo otočně prostřednictvím ložisek 3 a 9· Vstupní hřídel 2 je spojen s neznázorněným sloupkem řízení nebo volantem. Pouzdro 10 ventilu, které obklopuje vstupní hřídel 2, je ve spojovací oblasti 1_1 spojeno s výstupním hřídelem 3.. Při relativním pohybu vstupního hřídele 2 vzhledem k výstupnímu hřídeli a tím také vzhledem k pouzaru K) ventilu jsou řídicí drážky pohnuty relativně navzájem, takže se k neznázoměnému hydraulickému motoru přivádí hydraulický tlak. Výstupní hřídel 3 je současně v záběru s řízením prostřednictvím ozubené tyče 12, které není dále znázorněno.

Paralelnč k ložisku 3 nebo v něm integrované je uspořádán prstencový válcový element L3, který je v detailním vyobrazení znázorněn na obr. 2. Prstencový pístový element 14 je spojen neotočně s pouzdrem 10 ventilu "ebo je do něj dokonce integrován, zatímco prstencový komorový element .15 je neotočně spojen se vstupním hřídelem 2 a tak se vstupní hřídel 2 přes tlumicí element prostřednictvím ložiska 8 na skříni 7. opírá. va 0br# 3 až obr. 6 jsou znázorněny jednotlivé elementy prstencového válcového elementu .13*

Prstencový válcový element 1J3 sestává z prstencového pístového elementu 14 a z prstencového komorového elementu 15. Prstencový pístový element 14 je vytvořen ve tvaru prstencového elementu, který má radiálně odstávající písty 18. ilimoto je zde provedeno rozšíření ve tvaru víka 19. 10

Prstencový komorový element 1J5 má více komor l_6f které jsou zapracovány do prstence. Tak se při pohledu v axiálním směru vytváří dno Γ7. U znázorněného příkladu provedení je vytvořeno celkem šest komor 16_ a šest pístů JL8. Xy mohou být, jak je to znázorněno na obr. 4, do sebe zalíco-vány, čímž se vytváří celkem šest prstencových válců. Ty jsou naplněny viskózním fluidem, takže při malém, ale vysokofrekvenčním vychýlení vstupního hřídele 2, případně pístu 1J3 se na podkladě nestlačitelrosti fluida vytváří ve válci reakční tlak, který vytváří prostřednictvím pístu 18 reakční moment, který tlumí torzní kmity. Při nízkofrekvenčním vychýlení, které je obvyklé při pohybu řízení, se vytváří ve válcích vzhledem k prosakovací štěrbině mezi válcem a pístem lj3 vzhledem k okolí prakticky zanedbatelný· reakční tlak, který by mohl negativně ovlivňovat funkci ventilu prev9dky řízení. Popsaný prstencový válcový element 13 může tak/^oužit jako tlumič torzního kmitání.Dále může být při použití fluida s ovladatelnou variabilní viskozi-tou použit prstencový válcový element 131 alternativně nebo přídavně jako reakční a/nebo vystředovací element, protože vznikající reakční moment je mimo jiné funkcí viskozity fluida, U znázorněného příkladu provedení je uspořádání tlu -míče integrováno do ložiska 8 vstupního hřídele 2, avšak mohou být vhodné i jiné polohy, pokud s tím není spojeno zvětšení konstrukční délky a jsou k dispozici bezproblémové další polohy ložiska.

Claims (7)

1. Χ>< - 11 < -o r— 70 "X> C3> CO ^ -H -< ^ co ; PATENTOVÉ V Á R 0 K Y 1. Řídicí ventil pro napájení nastavovacího členu hydraulickým tlakem, který sestává z ve skříni uspořádaného vstupního hřídele, z výstupního hřídele, z vystřeďujícího pružinového elementu a z ventilového elementu, vyznaču -jící se tím, že řídicí ventil (1) má nejméně jednu ve tvaru kruhového oblouku upravenou, v podstatě koaxiální a hydraulickým tlakem ovlivňovanou komoru (16), ve které je uspořádán nejméně jeden píst (18) pohyblivý po v podstatě kruhové dráze, přičemž komora (16) a/nebo píst (13) tvoří část mezi jedním ze hřídelů (2, 3) a mezi skříní (7) uspořádaného ložiska (S, 9).
2. 2. Řídicí ventil podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna komora (16) je vytvořena jako prstencová komora,
3. 3. Řídicí ventil podle nároku 2, vyznačující se tím, že prstencová komora je rozdělena do více komor (16),
4. 4. Řídicí ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že nejméně jeden píst (18) je vytvořen jako radiální žebro na prstenci,
5. 5. Řídicí ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že komory (16) a písty (18) jsou vytvořeny na do sebe vložitelných prstencových elementech,
6. 6. Řídicí ventil podle jednoho z předcházejících nároků, 12 vyznačující Se tím, že komory (16) a písty (18) jsou vytvořeny na do sebe poskládaných vložkách. v
7. 7. Řídicí ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující s e tím, že element, který má komory (16) je upevněn na vstupním hřídeli (2). v Řídicí ventil, přičemž tento má jako ventilový element pouzdro ventilu, vyznačující se tím, že element opatřený pístem (18) je upevněn na pouzdru (10) ventilu nebo je s ním integrován. 9. Řídicí ventil podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že komora (16) je naplněnu viskózním fluidem. 10. Řídicí ventil podle jednoho z nároků 1 až 9, vyzná č u j í c í se tím, že komora (16) je naplněna fluidem s ovladatelnou variabilní viskozitou.