RU217687U1

RU217687U1 - Articulated Vehicle Steering System

Info

Publication number: RU217687U1
Application number: RU2023105281U
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Беляев; Владимир Дмитриевич Бурдыкин; Татьяна Владимировна Тришина; Павел Викторович Шередекин; Ирина Алевтиновна Высоцкая
Filing date: 2023-03-07
Publication date: 2023-04-12

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в гидравлических системах рулевого управления шарнирно-сочлененных транспортных средств. Рулевая система поворота транспортного средства состоит из двух полурам, соединенных шарнирным устройством, содержит рулевое колесо, гидробак, гидронасос, гидроусилитель, гидроцилиндры поворота полурам. Система дополнительно снабжена гидрораспределителем с электромеханическим управлением золотника гидрораспределителя привода гидроцилиндров для изменения положения полурам и переключателем направления вращения вала электродвигателя. Гидрораспределитель состоит из корпуса со сквозными каналами и золотника с двумя диаметрально противоположенными спиралеобразными канавками на цилиндрической поверхности.

The utility model relates to mechanical engineering and can be used in hydraulic steering systems of articulated Vehicle. The steering system for turning the vehicle consists of two half-frames connected by a hinged device, it contains a steering wheel, a hydraulic tank, a hydraulic pump, a hydraulic booster, hydraulic cylinders for turning the half-frames. The system is additionally equipped with a hydraulic distributor with electromechanical control of the hydraulic distributor spool of the hydraulic cylinder drive for changing the position of the semi-frames and a switch for the direction of rotation of the motor shaft. The hydraulic distributor consists of a body with through channels and a spool valve with two diametrically opposed spiral grooves on a cylindrical surface.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в гидравлических системах рулевого управления шарнирно-сочлененных транспортных средств.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in hydraulic steering systems of articulated vehicles.

Известна рулевая система управления трактором [патент РФ № 2547966 С1, B62D 12/00, B62D 3/14, B62D 5/06, 10.04.2015, Бюл. № 10], содержащая гидроруль, управляющие каналы которого связаны с гидроцилиндрами взаимного поворота соединенных вертикальным шарниром полурам с колесами. При этом управляющие каналы гидроруля связаны с гидроцилиндрами поворота полурам с колесами через стабилизатор соосности полурам, включающий сигнальный гидроцилиндр, полости которого сообщены маслопроводами с управляющими каналами гидроруля. Шток сигнального гидроцилиндра соединен со стержнем со сжатой на пороговое усилие центрирующей пружиной. Пружина установлена между подвижными и неподвижными упорами, с возможностью еще большего сжатия сигнальным гидроцилиндром при соответствующем давлении в нем. Сигнальный гидроцилиндр связывает полурамы через следящий гидрораспределитель, управляющие каналы которого сообщены маслопроводами с гидроцилиндрами поворота полурам с колесами.Known tractor steering system [RF patent No. 2547966 C1, B62D 12/00, B62D 3/14, B62D 5/06, 10.04.2015, Bull. No. 10], containing a hydraulic steering wheel, the control channels of which are connected with hydraulic cylinders of mutual rotation of semi-frames with wheels connected by a vertical hinge. In this case, the control channels of the hydraulic steering are connected to the hydraulic cylinders for turning the semi-frames with wheels through the stabilizer of the alignment of the semi-frames, which includes a signal hydraulic cylinder, the cavities of which are connected by oil pipelines with the control channels of the hydraulic steering. The signal hydraulic cylinder rod is connected to a rod with a centering spring compressed to a threshold force. The spring is installed between the movable and fixed stops, with the possibility of even greater compression by the signal hydraulic cylinder at the appropriate pressure in it. The signal hydraulic cylinder connects the semi-frames through a servo hydraulic distributor, the control channels of which are connected by oil pipelines with the hydraulic cylinders for turning the semi-frames with wheels.

Данная конструкция не позволяет осуществить ограничение и гашение продольных нагрузок на детали механизма поворота полурам и, кроме того, имеет сложную компоновочную схему.This design does not allow limiting and damping longitudinal loads on the parts of the semi-frame rotation mechanism and, in addition, has a complex layout.

Наиболее близкой к заявленной рулевой системе является рулевая система управления трактором с силовым приводом [Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию тракторов «Кировец» серии К 7 7-00.00.010 ИЭ. Тракторы «КИРОВЕЦ» К-730, К-735, К-739 К-740, К-742 / АО «Петербургский тракторный завод», ПАО «Кировский завод». - СПб., 2018. - 239 с.], содержащая гидроруль, управляющие каналы которого связаны с гидроцилиндрами взаимного поворота полурам с колесами, соединенных вертикальным шарниром. Поворот трактора осуществляется за счёт разворота полурам трактора относительно друг друга вокруг вертикального шарнира с помощью двух гидроцилиндров. Скорость и угол поворота полурам задаются оператором скоростью и углом поворота рулевого колеса.Closest to the claimed steering system is the tractor steering system with power drive [Instruction for operation and maintenance of tractors "Kirovets" series K 7 7-00.00.010 IE. Tractors "KIROVETS" K-730, K-735, K-739 K-740, K-742 / JSC "Petersburg Tractor Plant", PJSC "Kirov Plant". - SPb., 2018. - 239 p.], containing a hydraulic steering wheel, the control channels of which are connected to hydraulic cylinders of mutual rotation of half-frames with wheels connected by a vertical hinge. The rotation of the tractor is carried out by turning the semi-frames of the tractor relative to each other around the vertical hinge with the help of two hydraulic cylinders. The speed and angle of rotation of the semi-frames are set by the operator with the speed and angle of rotation of the steering wheel.

Недостаток данной рулевой системы состоит в большой нагрузке на детали поворотных гидроцилиндров полурам, что не позволяет уменьшить их геометрические размеры, в неустойчивом колебательном процессе поворота полурам вследствие наличия зазоров в шарнире соединения полурам, а также в шарнирных соединениях полурам с гидроцилиндрами.The disadvantage of this steering system is the heavy load on the parts of the rotary hydraulic cylinders of the semi-frames, which does not allow to reduce their geometric dimensions, in the unstable oscillatory process of the rotation of the semi-frames due to the presence of gaps in the hinge of the semi-frame connection, as well as in the hinge joints of the semi-frames with hydraulic cylinders.

Задачей полезной модели является повышение прочности, надёжности и долговечности конструкции системы рулевого управления, снижение затрат и металлоемкости, компенсация зазоров в соединениях «гидроцилиндр-проушины полурам» за счет равномерного перераспределения усилий на детали сочленения.The objective of the utility model is to increase the strength, reliability and durability of the steering system design, reduce costs and metal consumption, compensate for gaps in the “hydraulic cylinder-lugs of the half-frames” connections due to the uniform redistribution of forces on the articulation parts.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение прочности и надёжности конструкции системы рулевого управления, вследствие более равномерного распределения нагрузки на детали гидроцилиндров поворота полурам за счет передачи усилия в двух направлениях на полурамы и плавности поворота полурам за счет компенсации зазоров в сочленениях.The technical result provided by the above combination of features is to increase the strength and reliability of the steering system design, due to a more uniform distribution of the load on the parts of the hydraulic cylinders for turning the half-frames due to the transfer of force in two directions to the half-frames and the smoothness of the turn of the half-frames due to the compensation of gaps in the joints.

Технический результат достигается тем, что рулевая система поворота шарнирно-сочлененного транспортного средства, содержащая рулевое колесо, гидробак, гидронасос, гидроусилитель, переднею и заднюю полурамы, гидроцилиндры поворота полурам, согласно полезной модели система снабжена гидрораспределителем с электромеханическим приводом, переключателем направления вращения электродвигателя электромеханического привода гидрораспределителя, при этом на цилиндрической поверхности золотника гидрораспределителя выполнены две диаметрально расположенные спиралеобразные канавки, а в корпусе гидрораспределителя - восемь сквозных отверстия для подвода и отвода рабочей жидкости; гидросистема позволяет обеспечить подачу рабочей жидкости в противоположные полости гидроцилиндров.The technical result is achieved by the fact that the steering system for turning an articulated vehicle, containing a steering wheel, a hydraulic tank, a hydraulic pump, a hydraulic booster, front and rear half-frames, hydraulic cylinders for turning the half-frames, according to the utility model, the system is equipped with a hydraulic distributor with an electromechanical drive, a switch for the direction of rotation of the electric motor of the electromechanical drive a hydraulic valve, wherein on the cylindrical surface of the valve spool there are two diametrically spaced spiral grooves, and in the valve housing - eight through holes for supplying and discharging the working fluid; the hydraulic system allows the supply of working fluid to the opposite cavities of the hydraulic cylinders.

На фиг. 1 изображена схема рулевой системы поворота шарнирно-сочлененного транспортного средства; на фиг. 2 - гидрораспределитель режима поворота полурам в нейтральном положении золотника; на фиг. 3 - гидрораспределитель режима поворота полурам в рабочем положении золотника - при вращении рулевого колеса по ходу часовой стрелки от нейтрального положения; на фиг. 4 - гидрораспределитель режима поворота полурам в рабочем положении золотника - при вращении рулевого колеса против хода часовой стрелки от нейтрального положения; на фиг. 5 - схема реализуемого способа поворота.In FIG. 1 shows a diagram of the steering system for turning an articulated vehicle; in fig. 2 - hydraulic distributor for the mode of rotation of the semi-frames in the neutral position of the spool; in fig. 3 - hydraulic distributor for the mode of rotation of the semi-frames in the working position of the spool - when the steering wheel is rotated clockwise from the neutral position; in fig. 4 - hydraulic distributor for the mode of rotation of the semi-frames in the working position of the spool - when the steering wheel is rotated counterclockwise from the neutral position; in fig. 5 is a diagram of the rotation method being implemented.

Заявляемая рулевая система поворота шарнирно-сочлененного транспортного средства содержит рулевое колесо 1, гидробак рабочей жидкости 2, гидронасос 3, гидроусилитель 4, шарнирно соединенные между собой переднюю полураму 5 и заднюю полураму 6. Рулевая система содержит гидроцилиндры двойного действия 7 и 8 с двухсторонними штоками для изменения положения полурам 5 и 6, переключатель полюсов 9 для изменения направления вращения (реверса) электродвигателя электромеханического привода 10 гидрораспределителя 11, состоящего из корпуса 12, восьми сквозных отверстий 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 и золотника 21 с двумя диаметрально расположенными спиралеобразными канавками 22 и 23.The inventive steering system for turning an articulated vehicle comprises a steering wheel 1, a hydraulic fluid tank 2, a hydraulic pump 3, a hydraulic booster 4, a front frame 5 and a rear frame 6 pivotally connected to each other. The steering system contains double-acting hydraulic cylinders 7 and 8 with double-sided rods for changing the position of half-frames 5 and 6, pole switch 9 for changing the direction of rotation (reversing) of the electric motor of the electromechanical drive 10 of the hydraulic distributor 11, consisting of a body 12, eight through holes 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 and a spool 21 with two diametrically spaced spiral grooves 22 and 23.

Заявляемая рулевая система поворота транспортного средства работает следующим образом.The inventive steering system for turning the vehicle operates as follows.

При вращении рулевого колеса 1, в ту или иную сторону на угол

, рабочая жидкость из гидробака 2 посредством гидронасоса 3 и гидроусилителя 4 поступает через соответствующие каналы гидрораспределителя 11 в соответствующие полости гидроцилиндров двухстороннего действия 7 и 8, воздействуя на поршни, перемещая штоки в том или ином направлении, которые поворачивают переднюю 5 и заднюю 6 полурамы вокруг вертикального шарнира на некоторый угол γ относительно друг друга. При этом синхронно с поворотом рулевого колеса 1 переключатель 9 включает электромеханический привод 10 в соответствующем направлении вращения, который поворачивает золотник 21 гидрораспределителя 11, а через каналы-отверстия 13, 14, 15, 16 или 17, 18, 19, 20 в его корпусе 12 и спиралеобразные канавки 22 и 23 золотника 21 рабочая жидкость поступает одновременно в соответствующие напорные полости гидроцилиндров 7 и 8 или на слив в гидробак 2 из соответствующих полостей гидроцилиндров 7 и 8. Гидроусилитель 4 уменьшает усилие, прикладываемое при повороте рулевого колеса 1, смягчает удары, передающиеся на него, регулирует и перераспределяет потоки рабочей жидкости между напорными и сливными магистралями, и позволяет рабочей жидкости, поступающей от гидронасоса 3, при прекращении вращения рулевого колеса 1 уходить на слив, фиксируя полурамы в заданном положении.When turning the steering wheel 1, in one direction or another at an angle

, the working fluid from the hydraulic tank 2 through the hydraulic pump 3 and the hydraulic booster 4 enters through the corresponding channels of the hydraulic distributor 11 into the corresponding cavities of the double-acting

hydraulic cylinders

7 and 8, acting on the pistons, moving the rods in one direction or another, which rotate the front 5 and rear 6 semi-frames around the vertical hinge through some angle γ relative to each other. At the same time, synchronously with the rotation of the steering wheel 1, the switch 9 turns on the electromechanical drive 10 in the corresponding direction of rotation, which turns the spool 21 of the hydraulic distributor 11, and through the channels-

holes

13, 14, 15, 16 or 17, 18, 19, 20 in its housing 12 and

spiral grooves

22 and 23 of the spool 21, the working fluid enters simultaneously into the corresponding pressure chambers of the

hydraulic cylinders

7 and 8 or to the drain into the hydraulic tank 2 from the corresponding cavities of the

hydraulic cylinders

7 and 8. The hydraulic booster 4 reduces the force applied when turning the steering wheel 1, softens the shocks transmitted on it, regulates and redistributes the flow of the working fluid between the pressure and drain lines, and allows the working fluid coming from the hydraulic pump 3 to go to the drain when the rotation of the steering wheel 1 stops, fixing the semi-frames in a given position.

При нахождении рулевого колеса 1 в нейтральном положении (α=0) золотник 21 гидрораспределителя 11 (фиг. 2) перекрывает все каналы 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 и 20, вследствие чего рабочая жидкость не поступает в гидроцилиндры 7, 8, и полурамы 5, 6 остаются неуправляемыми. Тем самым, обеспечивается прямолинейное движение транспортного средства.When the steering wheel 1 is in the neutral position (α=0), the spool 21 of the hydraulic distributor 11 (Fig. 2) covers all channels 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 and 20, as a result of which the working fluid does not enter the hydraulic cylinders 7 , 8, and semi-frames 5, 6 remain unmanaged. This ensures that the vehicle moves in a straight line.

При повороте рулевого колеса 1 из нейтрального положения включается электромеханический привод 10 золотника 21 гидрораспределителя 11, который плавно вращает золотник 21, совмещая его спиралеобразные канавки 22 и 23 с соответствующими каналами 13, 14, 15, 16 или 17, 18, 19, 20 корпуса 12 гидрораспределителя 11 (фиг. 3, фиг. 4)). Плавный характер открытия каналов 13, 14, 15, 16, 17, 18 , 19 и 20 препятствует гидравлическому удару, способствует плавному поступлению рабочей жидкости в полости гидроцилиндров 7, 8 и равномерному повороту полурам 5, 6. При этом, поступление рабочей жидкости при каждом рабочем положении золотника 21 гидрораспределителя 11 по отдельным напорным и сливным магистралям из гидробака 2 к гидроцилиндрам 7, 8 и на слив в гидробак 2 обеспечивается по следующим двум вариантам в зависимости от направления вращения рулевого колеса 1.When the steering wheel 1 is turned from the neutral position, the electromechanical drive 10 of the spool 21 of the hydraulic distributor 11 is switched on, which smoothly rotates the spool 21, aligning its spiral grooves 22 and 23 with the corresponding channels 13, 14, 15, 16 or 17, 18, 19, 20 of the housing 12 valve 11 (Fig. 3, Fig. 4)). The smooth nature of the opening of channels 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 and 20 prevents hydraulic shock, contributes to the smooth flow of the working fluid into the cavity of the hydraulic cylinders 7, 8 and the uniform rotation of the half-frames 5, 6. At the same time, the flow of the working fluid at each the working position of the spool 21 of the hydraulic distributor 11 through separate pressure and drain lines from the hydraulic tank 2 to the hydraulic cylinders 7, 8 and to drain into the hydraulic tank 2 is provided according to the following two options, depending on the direction of rotation of the steering wheel 1.

Вариант 1.Option 1.

При вращении рулевого колеса 1 (фиг. 3) по ходу часовой стрелки от нейтрального положения, переключатель 9 включает электромеханический привод 8, который вращает по ходу часовой стрелки золотник 21, совмещая его канавки 22 и 23 с каналами 13, 14, 15 и 16 корпуса 12 гидрораспределителя 11. Гидронасос 3 подает рабочую жидкость через канал 13 корпуса 12 гидрораспределителя 11, канавку 22 золотника 21, канал 16 корпуса 12 гидрораспределителя 11 в полость Б гидроцилиндра 7 и полость В гидроцилиндра 8. При этом из полости А гидроцилиндра 7 и полости Г гидроцилиндра 8 рабочая жидкость через канал 14 корпуса 12 гидрораспределителя 11, канавку 23 золотника 21, канал 15 корпуса 12 гидрораспределителя 11 поступает на слив в гидробак 2. Происходит поворот передней полурамы вправо.When the steering wheel 1 (Fig. 3) rotates clockwise from the neutral position, the switch 9 turns on the electromechanical drive 8, which rotates the spool 21 clockwise, aligning its grooves 22 and 23 with the channels 13, 14, 15 and 16 of the body 12 of the hydraulic distributor 11. The hydraulic pump 3 supplies the working fluid through the channel 13 of the housing 12 of the hydraulic distributor 11, the groove 22 of the spool 21, the channel 16 of the housing 12 of the hydraulic distributor 11 into the cavity B of the hydraulic cylinder 7 and the cavity C of the hydraulic cylinder 8. At the same time, from the cavity A of the hydraulic cylinder 7 and the cavity D of the hydraulic cylinder 8, the working fluid through the channel 14 of the body 12 of the hydraulic distributor 11, the groove 23 of the spool 21, the channel 15 of the body 12 of the hydraulic distributor 11 enters the drain into the hydraulic tank 2. The front half-frame turns to the right.

Вариант 2.Option 2.

При вращении рулевого колеса 1 (фиг. 4) против хода часовой стрелки от нейтрального положения, переключатель 9 включает электромеханический привод 8, который вращает против хода часовой стрелки золотник 21, совмещая его канавки 22 и 23 с каналами 17, 18, 19 и 20 корпуса 12 гидрораспределителя 11. Гидронасос 3 подает рабочую жидкость через канал 17 корпуса 12 гидрораспределителя 11, канавку 22 золотника 21, канал 20 корпуса 12 гидрораспределителя 11 в полость А гидроцилиндра 7 и полость Г гидроцилиндра 8. При этом из полости Б гидроцилиндра 7 и полости В гидроцилиндра 8 рабочая жидкость через канал 18 корпуса 12 гидрораспределителя 11, канавку 23 золотника 21, канал 19 корпуса 12 гидрораспределителя 11 поступает на слив в гидробак 2. Происходит поворот передней полурамы вправо.When the steering wheel 1 (Fig. 4) is rotated counterclockwise from the neutral position, the switch 9 turns on the electromechanical drive 8, which rotates the spool 21 counterclockwise, aligning its grooves 22 and 23 with channels 17, 18, 19 and 20 of the body 12 of the hydraulic distributor 11. The hydraulic pump 3 supplies the working fluid through the channel 17 of the body 12 of the hydraulic distributor 11, the groove 22 of the spool 21, the channel 20 of the body 12 of the hydraulic distributor 11 into the cavity A of the hydraulic cylinder 7 and the cavity D of the hydraulic cylinder 8. At the same time, from the cavity B of the hydraulic cylinder 7 and the cavity C of the hydraulic cylinder 8, the working fluid through the channel 18 of the body 12 of the hydraulic distributor 11, the groove 23 of the spool 21, the channel 19 of the body 12 of the hydraulic distributor 11 enters the drain into the hydraulic tank 2. The front half-frame turns to the right.

Таким образом, предлагаемая полезная модель рулевой системы поворота более технологична, так как повышает плавность поворота полурам, увеличивает срок службы деталей гидроцилиндров и других элементов рулевого управления и сочленения полурам.Thus, the proposed useful model of the steering system of rotation is more technologically advanced, as it increases the smoothness of the rotation of the semi-frames, increases the service life of the parts of the hydraulic cylinders and other elements of the steering and the articulation of the semi-frames.

Claims

Steering system for turning an articulated vehicle, having two semi-frames connected by a hinged device, containing a steering wheel, a hydraulic tank, a hydraulic pump, a hydraulic booster, hydraulic cylinders for turning the semi-frames, characterized in that it is additionally equipped with a hydraulic distributor with an electromechanical drive and a switch for the direction of rotation of the motor shaft, while on the cylindrical surface of the hydraulic distributor spool, two diametrically located spiral grooves are made, and for the supply and removal of the working fluid in the hydraulic distributor housing, eight through holes are made to provide the possibility of supplying the working fluid to the opposite cavities of the hydraulic cylinders.