Устройство и способ поддержания созданного гидравлического давления
Группа изобретений относится к устройству 100 для поддержания гидравлического давления (p), регулируемого источником 50 давления, гидравлической системе, сервоприводу рулевого управления, транспортному средству и способу поддержания гидравлического давления. Устройство 100 для поддержания гидравлического давления (p) содержит впуск 110 для связывания с источником 50 давления, выпуск 120 для обеспечения гидравлического давления (p), по меньшей мере первый обратный клапан 131 и переключающее устройство 140 между впуском 110 и выпуском 120. Первый обратный клапан 131 выполнен для открытия пути потока от впуска 110 к выпуску 120 при превышении первого давления (р1) открытия и предотвращения потока в противоположном направлении. Переключающее устройство 140 выполнено для поддержания гидравлического давления (р) на выпуске 120, когда созданное источником 50 давления давление (р0) больше, чем давление (pS) включения, и для уменьшения гидравлического давления (p) на выпуске 120, когда созданное источником 50 давления давление (p0) меньше, чем давление (pS) включения, причем давление (pS) включения меньше, чем первое давление (p1) открытия. Переключающее устройство 140 содержит распределительный клапан с перемещаемым поршнем 142, при этом поршень предназначен для открывания пути потока между выпуском 120 и впуском (110) в первом положении и закрывания пути потока между выпуском 120 и впуском 110 во втором положении. Распределительный клапан предназначен для перемещения поршня 142 в первое положение, если созданное давление (р0) меньше давления (pS) включения, и для перемещения во второе положение, если созданное давление (p0) больше давления (pS) включения. Обеспечивается стабильность работы. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к устройству и способу поддержания созданного гидравлического давления и, в частности, к гидравлическому пропорциональному клапану для рулевого управления и к электрически приводимому в действие гидравлическому сервоприводу рулевого управления.
В обычных гидростатических усилителях привода для управления рулевым механизмом имеются две проблемы, не достаточно решенные до настоящего времени. Одна относится к поддержанию высоких нагрузок давления, возникающих, например, при длительной нагрузке. Вторая проблема относится к значительному рулевому сопротивлению при системном сбое, с которым в обычных системах водители должны справляться для управления транспортным средством.
На фиг. 8 показана в качестве примера обычная система, в которой рулевой механизм 90 приводится в движение гидравлически. Гидравлическое давление создается источником 50 давления с помощью двигателя 51 (например, насосом). Рулевой механизм 90 имеет два рабочих цилиндра 91, 92, разделенных поршнем 93. Нагрузка одного из обоих рабочих цилиндров гидравлическим давлением приводит к движению поршня 93, а вследствие этого, к направлению транспортного средства в одном направлении. При нагрузке давлением другого рабочего цилиндра, поршень передвигается в противоположном направлении, что, со своей стороны, приводит к направлению в противоположном направлении. Таким образом, при движении по кривой в одном рабочем цилиндре создается повышенное давление, в то время, как при движении по противоположной кривой повышенное давление создается в находящемся напротив рабочем цилиндре. Кроме того, в обычной системе выполнен первый обратный клапан 70 и второй обратный клапан 80, соединенные с баком 60 для выравнивания давления.
Первая вышеназванная проблема возникает, когда во время запроса на поворот одно колесо транспортного средства блокировано (например, прижато к кромке бордюрного камня), а двигатель 51 должен поддерживать высокое давление. То же самое относится к движению транспортного средства по длинной кривой, когда для этого необходимо постоянно создавать двигателем 51 необходимое давление. Это представляет собой нежелательную длительную нагрузку для соответствующего насоса или двигателя. Даже, если рулевое давление ослабевает, двигатель должен преобразовывать уменьшающееся давление для этой системы. Вследствие этого, во время процесса расширения создается соответствующая потерянная мощность насосом/двигателем, или преобразовывается в нем в тепло. Что приводит к продолжительным длительным нагрузкам для двигателя или насоса, нарушает их надежность и увеличивает износ.
Вторая вышеназванная проблема обнаруживается при системном сбое, например, когда насос, вследствие нарушения электроснабжения, не обеспечивает усиление рулевого привода. В этом случае водитель, наряду с рулевым усилием, должен еще дополнительно создавать усилие, необходимое для движения насоса 50, для управления, несмотря на это, транспортным средством.
Поэтому существует необходимость альтернативных решений для поддержания гидравлического давления, не нагружая, вследствие этого, двигатель или источник давления.
Вышеуказанная техническая задача решается с помощью устройства согласно пункту 1 формулы изобретения и способа согласно пункту 14 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным усовершенствованным вариантам устройства согласно пункту 1 формулы изобретения.
Данное изобретение относится к устройству, подходящему для поддержания гидравлического давления, регулируемого источником давления. Устройство содержит впуск - для сопряжения с источником давления, выпуск - для обеспечения гидравлического давления, по меньшей мере, первый обратный клапан, выполненный для открытия пути потока от впуска к выпуску при превышении первого давления открытия и предотвращения потока в противоположном направлении. Кроме того, устройство содержит переключающее устройство между впуском и выпуском, причем переключающее устройство выполнено для поддержания гидравлического давления на выпуске, когда созданное источником давления давление больше, чем давление включения, и для уменьшения гидравлического давления на выпуске, когда созданное источником давления давление меньше, чем давление включения, причем давление включения меньше, чем первое давление открытия.
Впуск или выпуск устройства не должен быть обязательно самостоятельным конструктивным элементом, а может скорее представлять собой даже подключение к насосу или любое место разветвления вдоль (гидравлического) потока. Обратный клапан имеет широкое толкование в рамках данного изобретения, и он содержит каждое устройство, обеспечивающее определенное функционирование, т.е. позволяющее открывать путь потока при превышении минимального давления и предотвращающее противоположный поток. Поэтому обратный клапан может быть выполнен, в целом, также, в виде обратной арматуры (например, обратной заслонки). Определенное, заданное давление включения представляет собой только параметр, инициирующий режим переключения переключающего устройства. Если созданное давление больше давления включения, переключающее устройство закрывается и открывается в обратном случае. Переключение переключающего устройства можно осуществлять, независимо от гидравлического давления на выходе (давление включения не зависит непосредственно от давления на выпуске).
В рамках данного изобретения понятие "связывать" следует истолковывать широко, и оно содержит каждое соединение, посредством которого можно передавать поток энергии (например, текучий поток гидравлической жидкости). Кроме того, подразумевается, что компоновка элемента A между двумя другими элементами B, C, не обязательно означает, что элемент A территориально расположен между элементами B и C. Вместо этого такие компоновки должны включать также такие, где между элементами B и C возможен гидравлический поток посредством элемента A. Говоря о соединениях/сопряжениях, речь может идти о непосредственных (без промежуточных элементов) или опосредованных соединениях/сопряжениях. В последнем случае между соединенными компонентами могут присутствовать один или несколько элементов/конструктивных элементов.
В других примерах выполнения переключающее устройство содержит распределительный клапан с перемещаемым поршнем. Поршень может открывать путь потока между выпуском и впуском в первом положении и закрывать путь потока между выпуском и впуском во втором положении. Распределительный клапан может быть выполнен для перемещения поршня в первое положение, если созданное давление (на впуске) меньше давления включения, и для перемещения во второе положение, если созданное давление (на впуске) больше давления включения. При созданном давлении, равном давлению включения, может заниматься, либо первое положение, либо второе положение.
В других примерах выполнения распределительный клапан содержит, по меньшей мере, первую камеру и пружину. Кроме того, устройство может иметь первый трубопровод управления, соединяющий по текучей среде первую камеру с впуском, причем первый трубопровод управления осуществляет выравнивание давления между первой камерой и впуском, а пружина вызывает предварительное натяжение поршня в направлении к первому положению, поэтому давление включения определено пружиной.
В других примерах выполнения источник давления содержит первый напорный патрубок и второй напорный патрубок, причем впуск связан с первым напорным патрубком. Кроме того, устройство может содержать другой впуск для связывания со вторым напорным патрубком, другой выпуск для обеспечения другого гидравлического давления и третий обратный клапан. Третий обратный клапан выполнен для открытия пути потока от другого впуска к другому выпуску при превышении третьего давления открытия и предотвращения потока в противоположном направлении. Переключающее устройство может соединять также другой выпуск и другой впуск и быть выполненным для уменьшения другого гидравлического давления на другом выпуске, если давление, созданное источником давления на другом впуске, меньше давления включения, причем давление включения меньше третьего давления открытия.
В данном случае определенное давление включения можно подбирать также разным по отношению к ранее определенному давлению включения, так чтобы переключающее устройство вело себя асимметрично, в частности, при движении в первое положение требовало более высокого (или низкого) давления включения, чем при обратном движении. Хотя при использовании для рулевого устройства имеет смысл выбирать одинаковыми оба давления включения.
Благодаря определенным функциям, устройство можно использовать для разгрузки источника давления и все же поддерживать гидравлическое давление на выпуске. Для источника давления требуется только поддерживать давление включения, тем не менее, как правило, значительно меньшее, чем обычное давление, создаваемое источником давления, что приводит к указанной разгрузке.
В других примерах выполнения переключающее устройство содержит вторую камеру и другую пружину. Кроме того, устройство содержит второй трубопровод управления, соединяющий по текучей среде вторую камеру с другим впуском. Второй трубопровод управления осуществляет другое выравнивание давления между второй камерой и другим впуском. Другая пружина вызывает предварительное натяжение поршня в направлении ко второму положению, поэтому давление включения определено усилием пружины. Вследствие этого поршень может передвигаться взад и вперед между первым положением открытия (первое положение) и вторым положением открытия (второе положение). Кроме того, поршень может иметь переходы, обеспечивающие при перемещении соединение между выпуском и впуском или между другим выпуском и другим впуском.
В других примерах выполнения устройство содержит опциональное первое дроссельное устройство вдоль первого трубопровода управления для осуществления дросселирования выравнивания давления. Кроме того, устройство может содержать второе дроссельное устройство вдоль второго трубопровода управления для осуществления дросселирования другого выравнивания давления. Такие дросселирования вызывают поглощение вибраций для предотвращения нежелательной избыточной вибрации при движении поршня.
В других примерах выполнения устройство может содержать опциональный второй обратный клапан, выполненный между переключающим устройством и впуском для обеспечения потока от переключающего устройства при превышении второго давления открытия и предотвращения потока в противоположном направлении, причем второе давление открытия больше давления включения. Поэтому первый обратный клапан и второй обратный клапан открываются только выше давления, при котором поршень уже передвигается для блокировки оттока от выпуска или от другого выпуска.
Кроме того, устройство может содержать четвертый обратный клапан, выполненный между переключающим устройством и другим впуском для обеспечения потока от переключающего устройства при превышении четвертого давления открытия и предотвращения потока в противоположном направлении. Четвертое давление открытия может быть больше давления включения.
В других примерах выполнения второе давление открытия второго обратного клапана равно первому давлению открытия первого обратного клапана. Кроме того, четвертое давление открытия четвертого обратного клапана может быть равно третьему давлению открытия третьего обратного клапана.
В других примерах выполнения источник давления выполнен, кроме того для обеспечения оттока через источник давления от одного напорного патрубка при превышении давления холостого хода в одном из его напорных патрубков, причем давление включения выбрано больше давления холостого хода. Давление холостого хода - это, например, давление, требующееся в обесточенном состоянии для такого пассивного перемещения источника давления для снижения более высоких величин давления.
Данное изобретение относится также к гидравлической системе с источником давления для создания гидравлического давления в напорном патрубке и с одним из раньше описанных устройств. Источник давления может содержать гидравлический шестерёнчатый насос и выпуск, а другой выпуск устройства может быть связан, например, с рулевым механизмом. Гидравлический шестерёнчатый насос может приводиться в движение также в противоположных направлениях движения.
Гидравлическая система с устройством может быть, как открытой гидравлической системой, так и закрытой гидравлической системой.
Данное изобретение относится также к сервоприводу рулевого управления с рулевым механизмом и с гидравлической системой. Данное изобретение относится также к транспортному средству с сервоприводом рулевого управления.
Кроме того, данное изобретение относится к способу поддержания гидравлического давления, регулируемого источником давления. Способ содержит следующие этапы:
- открытие пути потока от источника давления к выпуску, когда первое давление открытия превышается для создания, вследствие этого, гидравлического давления на выпуске;
- предотвращение потока в противоположном направлении;
- удержание гидравлического давления до тех пор, пока давление, созданное источником давления, больше давления включения; и
- уменьшение гидравлического давления, если давление, созданное источником давления, меньше давление включения, причем давление включения меньше первого давления открытия.
Данное изобретение решает вышеупомянутую техническую задачу с помощью переключающего устройства (например, распределительного клапана) для открытой или замкнутой гидравлической системы, причем осуществляют управление рабочими пространствами приведенного в качестве примера шестерёнчатого насоса. После достижения заданного давления, при продолжительном высоком давлении в системе, шестерёнчатый насос может оставаться абсолютно гидростатически уравновешенным. Кроме того, это решение обеспечивает создание обхода шестерёнчатого насоса в аварийном режиме (зарядка аккумулятора), поэтому водитель при системном сбое не прокручивает шестерёнчатый насос вместе с двигателем.
Поэтому постоянное высокое давление в системе может выдерживать длительную нагрузку (например, во время блокировки кромкой бордюрного камня), без необходимости перехвата увеличенной потерянной мощности в двигателе или в насосе.
Примеры исполнения данного изобретения лучше понять из дальнейшего подробного описания и прилагаемых чертежей различных примеров, которые, тем не менее, не следует рассматривать ограничивающими публикацию особенными формами исполнения изобретения, а служащими только для объяснения и понимания. На чертежах представлено следующее:
фиг. 1 – устройство согласно примеру исполнения данного изобретения;
фиг. 2 – другие детали примера исполнения данного изобретения, интегрированного в качестве примера в систему управления;
фиг. 3 – первая фаза в качестве примера повышения давления вследствие запроса на поворот;
фиг. 4 – вторая фаза повышения давления вследствие запроса на поворот;
фиг. 5 – последующее сокращение давления в приведенном в качестве примера рулевом механизме;
фиг.6 – функционирование примера выполнения устройства при поворотном движении в противоположном направлении поворота;
фиг. 7 – схема последовательности операций для способа согласно одному примеру выполнения данного изобретения;
фиг. 8 – обычная система рулевого управления.
На фиг. 1 показано устройство 100, подходящее для поддержания гидравлического давления p, с возможностью его регулирования источником 50 давления. Устройство содержит впуск 110 для связывания с источником 50 давления, выпуск 120 - для обеспечения гидравлического давления p; по меньшей мере, первый обратный клапан 131, выполненный для открытия пути потока от впуска 110 к выпуску 120 при превышении первого давления p1 открытия и предотвращения потока в противоположном направлении. Кроме того, устройство 100 содержит переключающее устройство 140 между впуском 110 и выпуском 120. Переключающее устройство 140 выполнено для поддержания гидравлического давления p на выпуске 120, когда, или до тех пор, пока созданное источником 50 давления давление p0 больше, чем давление pS включения. Это охватывает, например, весь участок p0> pS, а не только одно или несколько значений. Кроме того, переключающее устройство 110 может уменьшать гидравлическое давление p на выпуске 120, если созданное источником 50 давления давление p0 меньше, чем давление pS включения. Давления pS включения меньше чем первое давление p1 открытия.
Показанный на фиг. 1 пример выполнения можно интегрировать в открытую гидравлическую систему или в замкнутую систему (см. фиг. 2 - 6). Изобретение не должно ограничиваться на одной из обеих систем. Скорее, описанные далее аспекты могут быть выполнены так же в открытой гидравлической системе. Для выдерживания описания компактным, в качестве примера более детально описывается закрытая гидравлическая система.
На фиг. 2 показаны другие детали примера исполнения данного изобретения, причем устройство 100 интегрировано в качестве примера в гидравлическое рулевое управление с источником 50 давления, рулевым механизмом 90, баком 60 для выравнивания давления и двумя обратными клапанами 70, 80. Рулевой механизм 90 содержит первый рабочий цилиндр 91 и второй рабочий цилиндр 92, разделенные друг с другом рабочим поршнем 93.
От обычной системы по фиг. 8 показанная гидравлическая система отличается дополнительными компонентами, выполненными в устройстве 100 (смотри заштрихованный блок), причем устройство в показанном примере выполнения дополнительно имеет к впуску 110 и выпуску 120 другой впуск 112 и другой выпуск 122. Первый рабочий цилиндр 91 соединен, например, с выпуском 120, а второй рабочий цилиндр 92 - с другим выпуском 122, поэтому рабочий поршень 93 может передвигаться посредством гидравлического давления на выпуске 120 в одном направлении, а при гидравлическом давлении на другом выпуске 122 - в противоположном направлении для управления таким образом транспортным средством.
Источник 50 давления может быть, в свою очередь, шестерёнчатым насосом и иметь, например, первый и второй напорный патрубок, с которыми связано устройство 100 своим впуском 110 и другим впуском 112. Рассматривая совокупную систему, речь может идти о полностью замкнутой гидравлической системе, поэтому впуски 110, 112 и выпуски 120, 122 могут определяться, например, в виде определенных точек вдоль гидравлического потока.
В показанном примере выполнения устройство 100 содержит первый обратный клапан 131, второй обратный клапан 132, третий обратный клапан 133, четвертый обратный клапан 134, переключающее устройство 140 и два дроссельных устройства 151, 152. Эти компоненты расположены по текучей среде между впуском 110, выпуском 120, другим впуском 112 и другим выпуском 122. Впуск 110 устройства 100 связан с первым напорным патрубком, а другой впуск 112 – со вторым напорным патрубком источника 50 давления, поэтому источник 50 давления обеспечивает регулируемое давление p0 на впуске 110 и/или на другом впуске 112.
Между впуском 110 и выпуском 120 расположен первый обратный клапан 131. Между другим впуском 112 и другим выпуском 122 расположен третий обратный клапан 133. Кроме того, переключающее устройство 140 соединяет, как выпуск 120 с впуском 110, так и другой выпуск 122 с другим впуском 112, причем между переключающим устройством 140 и впуском 110 выполнен второй обратный клапан 132, а между переключающим устройством 140 и другим впуском 112 - четвертый обратный клапан 134.
Первый обратный клапан 131 обеспечивает путь потока от впуска 110 к выпуску 120, если на впуск 110 подается давление выше первого давления p1 открытия (и предотвращает встречный поток). Тем же самым способом третий обратный клапан 133 обеспечивает путь потока от другого впуска 112 к другому выпуску 122, если на другой впуск 112 подается давление выше третьего давления р3 открытия (и предотвращает встречный поток). Второй обратный клапан 132 обеспечивает путь потока от переключающего устройства 140 к впуску 110, если от переключающего устройства 140 подается давление выше второго давления p2 открытия (и предотвращает встречный поток). Четвертый обратный клапан 134 обеспечивает путь потока от переключающего устройства 140 к другому впуску 112, если от переключающего устройства 140 подается давление выше четвертого давления p4 открытия (и предотвращает встречный поток). Второе давление p2 открытия может быть, например, одинаковым с первым давлением p1 открытия (например, примерно 8 бар). Кроме того, третье давление р3 открытия может быть, например, равно четвертому давлению p4 открытия (например, примерно 8 бар).
Переключающее устройство 140 содержит перемещаемый поршень 142, первую камеру 141 и вторую камеру 145, причем в направлении движения перемещаемого поршня 142 первая камера 141 расположена напротив ко второй камере 145. При перемещении поршень 142 изменяет имеющиеся объемы в камерах 141, 145. Кроме того, переключающее устройство 140 содержит пружину 144 во второй камере 145 и другую пружину 143 в первой камере 141. Пружина 144 прикладывает предварительное натяжение на перемещаемый поршень 142, вдавливающее поршень 142 в первую камеру 141. Так же и другая пружина 143 прикладывает предварительное натяжение на поршень 142, вдавливающее поршень 142 во вторую камеру 145.
Поршень 142 в переключающем устройстве 140 может перемещаться, в частности, между следующими положениями: первым положением открытия, вторым положением открытия и средним положением. В первом положении открытия переключающее устройство 140 открывает только путь потока от выпуска 120 к впуску 110. Во втором положении открытия переключающее устройство 140 открывает только путь потока от другого выпуска 122 к другому впуску 112, а в среднем положении оба указанных пути потока открыты. Первое положение открытия представляет собой первое положение упора, в котором поршень 142 находится дальше всего слева, в то время, как второе положение открытия представляет собой второе положение упора, в котором поршень 142 находится дальше всего справа. Кроме того, выпуск 120 может соединяться в среднем положении с другим выпуском 122 посредством канала 148 в переключающем устройстве 140. Хотя в другом среднем положении оба указанных пути потока, в частности, открыты, тем не менее, выпуск 120 еще не соединен с другим выпуском 122 (эта ситуация будет отображена, например, на фиг. 5 ниже).
Для обеспечения пути потока через переключающее устройств 140 перемещаемый поршень 142 может иметь, например, вдоль своей периферии два углубления/расширения, образующие два перехода. В частности, во втором положении открытия (перемещение направо по фиг. 2) - переход с соединением по текучей среде с другим выпуском 122 и другим впуском 112. После перемещения поршня налево в первую камеру 141 (первое положение открытия) находится другой переход по текучей среде с соединением с выпуском 122 и впуском 112.
Для перемещения поршня 142 (показано на фигуре 3), необходимо давление pS включения в первой камере 141 или во второй камере 145, которое может быть одинаковым по величине, например, для обоих направлений. Тем не менее, это не обязательно имеет место. В других примерах выполнения может потребоваться первое давление pS1 включения для подключения переключающего устройства 140 в первое положение открытия, и второе давление pS2 включения (неодинаковое с первым давлением pS1 включения), для включения переключающего устройства во второе положение открытия. Чтобы не ограничивать этим изобретение далее допускается, что первое давление pS1 включения равно второму давлению pS2 включения (pS1=pS2=pS; например, примерно 7 бар). Это предпочтительно для систем рулевого управления (для достижения симметричного манипулирования управлением). Для других применений (например, для процессов подъема и опускания, например, используемых в крановых установках) может вполне иметь смысл асимметричное выполнение (так, как в них еще поддерживает сила тяжести).
Кроме того, устройство 100 содержит, как это изображено на фигуре 2, первый трубопровод 158 управления от впуска 110 к первой камере 141 и второй трубопровод 159 управления от другого впуска 112 ко второй камере 145. Увеличение давления вдоль первого трубопровода 158 управления и превышающего давление pS включения переключающего устройства 140, приводит к тому, что поршень 142 выходит из нерабочего состояния и передвигается во второе положение открытия (на фиг. 2 направо). И, с другой стороны, при увеличении давления во втором трубопроводе 159 управления настолько, что давление во второй камере 145 становится выше давления pS включения, поршень 142 передвигается в первое положение открытия (на фиг. 2 налево).
Вследствие этого перемещаемый поршень 142 может обеспечивать текучий поток от выпуска 120 к впуску 110 и/или от другого выпуска 122 к другому впуску 112, в зависимости от соотношений давлений в первом трубопроводе 158 управления и/или во втором трубопроводе 159 управления. Однако, эти текучие потоки возможны только тогда, когда вдоль этих путей потока преобладает давление выше второго давления p2 открытия для второго обратного клапана 132 или выше четвертого давления p4 открытия четвертого обратного клапана 134. Таким образом, в состоянии покоя (среднее положение) переключающее устройство 140 открыто, как выпуском 120, так и другим выпуском 122, причем оба выпуска одновременно соединены друг с другом через канал 148.
Первого положения открытия достигают, например, при вдавливании перемещаемого поршня 142 в первую камеру 141 навстречу усилию пружины другой пружины 143. Второе положение открытия получают, например, при задвигании поршня 142 навстречу усилию пружины 144 во вторую камеру 145. Для создания надежного среднего положения, одну из обеих пружин выполняют более сильной, однако действующей только до упора, так чтобы находящаяся напротив, выполненная более слабой пружина прижимала поршень 142 от находящейся напротив стороны к этому упору, обеспечивая благодаря этому среднее положение для перемещаемого поршня 142.
В примере выполнения по фиг. 2 этого достигают, например, посредством того, что другая пружина 143 имеет примерно вдвое большее усилие пружины, чем пружина 144. К тому же другая пружина 143 действует не между частью корпуса переключающего устройства 140 (или другой точкой упора) и перемещаемым поршнем 142, а действует вместо этого, например, на диск 146 с отверстием, через отверстие которого продолжается часть перемещаемого поршня 142. Так, как диск 146 с отверстием имеет больший внешний диаметр, чем перемещаемый поршень 142, а первая камера 141 имеет также больший диаметр, чем перемещаемый поршень 142 или его направляющую, диск 146 с отверстием может перемещаться только внутри первой камеры 141. Поэтому выполненная более сильной другая пружина 143 прижимает диск с отверстием 146, а вследствие этого также перемещаемый поршень 142 максимально до конца первой камеры 141. Перемещаемый поршень 142 может иметь для этого ступенчатое расширение, к которому примыкает диск 146 с отверстием для перемещения его до этой точки. Поэтому продолжающееся перемещение перемещаемого поршня 142 не может вызываться другой пружиной 143. Вместо этого на поршень 142, при его дальнейшем перемещении в находящуюся напротив вторую камеру 145, действует только усилие пружины 144, отодвигающей, вследствие этого, перемещаемый поршень 142 к диску 146 с отверстием.
Вдоль первого трубопровода 158 управления опционально выполнено первое дроссельное устройство 151. Так же второе дроссельное устройство 152 опционально может быть выполнено вдоль второго трубопровода 159 управления. Эти дроссельные устройства 151, 152 дросселируют выравнивание давления и представляют собой демпфирующее устройство. Они предотвращают вместе с тем вредные вибрации перемещаемого поршня 142, например, во время сброса давления. Без этих дроссельных устройств 151, 152 давление могло бы внезапно изменяться и способствовать, вследствие этого, "избыточной вибрации" поршня 142. В частности, при теплом масле с меньшей вязкостью, без дросселирования могли бы возникать такие колебания поршня 142 (золотника). Для глушения таких характеристик вибрации дроссельные устройства 151, 152 соответственно согласовывают с давлением pS включения.
Бак 60 для выравнивания давления рассчитан по своим габаритам так, чтобы при нагреве можно было отбирать излишнее масло (рабочую жидкость) через дренажно-сточный трубопровод 62 из источника давления. В нем, например, в режиме простоя может преобладать давление 5 бар. Оба других обратных клапана 70, 80 имеют, например, давление открытия 6 бар и служат в активном режиме работы насоса для стока произведенных шестерёнчатым насосом объемов утечки в соответствующую безнапорную сторону рабочего цилиндра. Это обеспечивает, кроме того, предотвращение повышения давления в баке 60 для выравнивания давления и снабжение маслом системы.
Функционирование показанных в качестве примера на фиг. 2 систем разъясняется более подробно посредством следующих фигур.
На фиг. 3 показано повышение давления при запросе на поворот. Внутреннее давление в системе приведенной в качестве примера замкнутой гидравлической системы составляет, например, 5 бар. Если источник давления 50 обеспечивает давление для запроса на поворот на впуске 110 устройства больше, чем давление pS включения (например, 7 бар), давление увеличивается в первом трубопроводе 158 управления, а вследствие этого, также в первой камере 141 выше давления pS включения. Вследствие подвода давления с левое торцевой стороны происходит перемещение перемещаемого поршня 142 против усилия пружины 144 направо, поэтому получают второе положение открытия. В этом втором положении открытия другой впуск 112 соединен, в частности, с другим выпуском 122, но не впуск 110 с выпуском 120. Пока создаваемое насосом 50 давление на впуске 110 еще не превышает первое давление p1 открытия (например, 8 бар) первого обратного клапана 131, рулевой механизм еще не нагружен давлением. Поэтому давление, при продолжении увеличения источником 50 давления, сначала увеличивается только внутри, однако, не передается дальше в рулевой механизм 90.
На фиг. 4 показана ситуация, когда давление источника 50 давления повышается настолько, что гидравлическая жидкость попадает через первый обратный клапан 131 в первый рабочий цилиндр 91 рулевого механизма 90. Например, источник давления 50 может создавать на впуске 110 давление 108 бар. Это давление 108 бар приводит к тому, что в первом рабочем цилиндре 91 рулевого механизма 90 создается давление примерно 100 бар, если первое давление p1 открытия первого обратного клапана 131 составляет, например, 8 бар. Кроме того, перемещаемый поршень 42 остается во втором положении открытия, поэтому также невозможен отток от выпуска 120 через переключающее устройство 140 назад, к источнику 50 давления. Увеличенное давление (например, 100 бар) в первом рабочем цилиндре 91 рулевого механизма 90 оказывает давление на рабочий поршень 93, передвигаемый при необходимости направо, поэтому объем первого рабочего цилиндра 91 соответствующим образом увеличивается.
Согласно примерам выполнения, источник 50 давления может разгружаться во время поддержания такого заданного давления. Для этого источник 50 давления может быть, например, отключен до тех пор, пока не установится меньшее давление в качестве первого давления p1 открытия первого обратного клапана 131. Однако, до тех пор, пока давление на впуске 110, тем не менее, будет постоянно больше давления pS включения, поршень 142 остается на правом упоре (второе положение открытия) и предотвращает, вследствие этого, понижение давления в рабочем цилиндре 91 приведенного в качестве примера рулевого механизма 90, так как путь потока между выпуском 120 и впуском 110 остается (еще) закрытым.
Это особенно предпочтительно, в частности, когда давление нужно поддерживать в первом рабочем цилиндре 91 довольно длительное время (например, если пробитое колесо упирается в кромку бордюрного камня или также при более продолжительных движениях по кривой), поэтому по-прежнему обеспечивается действие рулевого управления, но источник 50 давления не нагружается.
Понижение давления на впуске 110 может происходить, например, из-за объемов утечки источника 50 давления, причем часто это падение давления в напорных патрубках происходит медленно. Для ускорения понижения давления, можно подобрать, например, давление pS включения таким, чтобы оно могло поворачивать обратно двигатель или насос 50 только имеющимся давлением в напорном патрубке и обеспечивать, благодаря этому, выравнивание давления на обеих сторонах источника 50 давления.
На фиг. 5 показан способ действия для активного уменьшения давления в рабочем цилиндре 91 (например, до 80 бар). Для достижения этого, давление на выходе источника 50 давления можно снижать посредством того, что источник давления 50 кратковременно приводится в движение в противоположном направлении, а вследствие этого снижается давление в первой камере 141. Как только давление упадет ниже давления pS включения, поршень 142 передвигается в направлении к среднему положению и открывает, вследствие этого, путь потока от выпуска 120 к впуску 110. Это приводит снова к увеличению давления на впуске 110, увеличивающее, со своей стороны, давление в первой камере 141 через первый трубопровод 158 управления и перемещает перемещаемый поршень 142 снова во второе положение открытия. Таким образом, давление на впуске 110 почти постоянно остается во время всей фазы понижения давления на значении давления pS включения.
Этот процесс может непрерывно продолжаться для сбрасывания, в частности, приведенной в качестве примера рабочей жидкости через источник 50 давления. При этом сниженная энергия давления в системе освобождается в виде тепла в переключающем устройстве 140. В самом источнике 50 давления и, в частности, в качестве примера в электромоторе (не показан), в этой фазе выделяется только минимальная потерянная мощность.
На фиг.6 показано функционирование устройства 100 при поворотном движении в противоположном направлении поворота, в котором источник 50 давления создает увеличенное давление на другом впуске 112. В этом случае перемещаемый поршень 142 перемещается при превышении давления pS включения на другом впуске 112 в первое положение открытия. В первом положении открытия текучий поток от другого выпуска 122 к другому впуску 112 прерван. Кроме того, при превышении третьего давления р3 открытия на другом впуске 112 открывается третий обратный клапан 133, и рабочая жидкость попадает через третий обратный клапан 133 во второй рабочий цилиндр 92 рулевого механизма 90 и постепенно увеличивает в нем давление. Вследствие этого возникает действие рулевого управления в противоположном направлении.
Устройство 100 может быть выполнено симметрично зеркальным, поэтому для направления также в противоположном направлении выполняют ранее описанные функции (понижение давления, разгрузка). Благодаря этому, заданное давление поддерживается также при достижении заданного давления во втором рабочем цилиндре 92, в частности, если источник 50 давления выключается, и давление на другом впуске 112 снижается. Если давление в другом впуске 112, тем не менее, падает ниже давления pS включения, это приводит к тому, что другая пружина 143 перемещает перемещаемый поршень 142 ко второму положению открытия и открывает, вследствие этого, путь потока от другого выпуска 122 к впуску 112. Это приводит, в свою очередь, к понижению давления на другом выпуске 122. Поскольку при этом давление на другом впуске 112 все же увеличивается, оно также возрастает во второй камере 145, а, когда давление pS включения достигнуто, поршень 142 возвращается в первое положение открытия. Поэтому давление остается постоянным на другом впуске 112 во время этой фазы понижения давления.
На фиг.7 показана схема последовательности операций для способа поддержания гидравлического давления p, регулируемого источником давления. Способ содержит этапы: открытие S110 пути потока от источника 50 давления к выпуску 120, если первое давление p1 открытия превышено для создания вследствие этого гидравлического давления p на выпуске 120; предотвращение S120 потока в противоположном направлении; поддержание S130 гидравлического давления p, до тех пор, пока созданное источником 50 давления давление p0 больше, чем давление pS включения; и уменьшение S140 гидравлического давления p, если созданное источником 50 давления давление p0 меньше, чем давление pS включения, причем давление pS включения меньше, чем первое давление p1 открытия.
Все описанные ранее функции устройств могут быть воплощены в способе в виде других опциональных этапов способа.
Существенные аспекты примеров выполнения могут объединяться, как указано ниже.
Приведенный в качестве примера гидравлический шестерёнчатый насос 50 создает гидравлическое давление для рулевого механизма 90. Одновременно с помощью давления в системе управляют положением поршня 142, причем соответствующие камеры 141, 145 на обоих торцевых сторонах поршня 142 могут управляться шестерёнчатым насосом 50 или перемещаться. После достижения заданного давления напор насоса может снижаться, причем давление на выпуске 120 (или на другом выпуске 122) сохраняется. При выключении двигателя поршень 142 возвращается в свое среднее положение вследствие усилий пружины пружин 143, 144, а шестерёнчатый насос 50 разблокировывается (аварийный режим (зарядка аккумулятора). Канал 148 соединяет тогда выпуск 120 с другим выпуском 122, поэтому рабочие цилиндры 91, 92 рулевого механизма 90 также соединяются друг с другом. Следствием является то, что поворотные движения приводят только лишь к перемещению рабочего поршня 93 внутри рулевого механизма 90, тем не менее, без необходимости совместного движения источника 50 давления. Скорее источник 50 давления может оставаться в нерабочем состоянии. Возникшее давление на впуске 110 или на другом впуске 112 во время фазы понижения давления (например, 7 бар) должно быть выше в любом случае, чем давление для приведения в движение указанного в качестве примера шестерёнчатого насоса 50 в обесточенном состоянии, поэтому давление pS включения автоматически обеспечивает самостоятельное перемещение насоса 50 назад.
В примерах исполнения пружина 144 имеет, например, усилие 10 N пружины, а другая пружина 143 - усилие 20 N, причем это лишь примеры. В других примерах исполнения пружины обеспечивают другие усилия. Правда, имеет смысл выполнять усилие пружины другой пружины 143 вдвое или наполовину сильнее, чем усилие пружины 144, так чтобы соответствующее давление pS включения для движений перемещаемого поршня 142 было одинаковым по величине в обоих направлениях (хотя это обязательно не требуется).
Имеющийся распределительный клапан (переключающее устройство 140) служит тем самым одновременно в качестве аварийного клапана, обеспечивающего разблокирование насоса 50 в аварийном режиме (например, при нарушении электроснабжения). В других примерах выполнения устройство вместе с гидравлической системой управления может представлять собой полностью замкнутую гидравлическую систему с интегрированным распределительным клапаном 140, который может найти применение как для замкнутых, так и для открытых гидравлических систем.
Таким образом, примеры исполнения данного изобретения обеспечивают, как для замкнутых, так и для открытых гидравлических систем, полную разгрузку узла насоса/двигателя после достижения заданного давления. Для поддержания и снижения давления, согласно примерам выполнения, не требуется напор насоса.
Так, как напор насоса следует поддерживать не постоянно, из этого получают преимущество в уменьшении потерянной мощности двигателя насоса 50 (например, наполовину). Кроме того, потери мощности во время поддержания давления или во время медленного понижения давления почти не нужно обеспечивать двигателем или перехватывать. Источник 50 давления служит только для создания давления в системе (пока повышение давления не закончится) и для управления переключающим устройством 140 посредством трубопроводов 158, 159 управления, причем в данном случае требуется только сравнительно небольшое давление (например, давление pS включения). Разгрузка источника 50 давления уменьшает износ и увеличивает, вследствие этого, срок службы источника 50 давления. В противоположность уровню техники, энергия при удержании давления или при понижении давления освобождается через клапаны, поэтому двигатель не нагружается. Однако выделение энергии через переключающее устройство 140 или клапаны некритично, по сравнению с двигателем, который бы под высокой нагрузкой более сильнее изнашивался. Так как потерянная мощность отбирается переключающим устройством или клапанами, это приводит к меньшей температурной нагрузке насоса или двигателя, поэтому не требуется отдельное охлаждение. Наконец, сберегается также и гидравлическая жидкость.
Для переключающего устройства 140 можно использовать, например, золотник или также пропорциональный клапан, но не электромагнитный клапан. Электромагнитный клапан не может обеспечивать во всех случаях определенные функции.
Примеры выполнения могут использоваться для открытых гидравлических систем и имеют, в частности, преимущества тогда, когда продолжительное время следует постоянно поддерживать высокое гидравлическое давление (например, в крановых установках, подъемных устройствах, захватывающих устройствах и т.д.).
Следующее преимущество состоит в том, что управление системой полностью осуществляется гидравлически и не требуется электрическое управление. Например, насос в замкнутой системе может быть выполнен так, что он работает в обоих направлениях и, смотря по тому, на какой стороне требуется давление, оно создается на одной стороне и снижается на или другой стороне. В открытой системе (см. фиг. 1) масло только откачивают, например, из бака, а не перекачивают туда и обратно между двумя участками системы.
Заявленные в описании, формуле изобретения и на фигурах признаки изобретения могут быть существенными для осуществления изобретения, как по отдельности, так и в любой комбинации.
1. Устройство (100) для поддержания гидравлического давления (p), регулируемого источником (50) давления, содержащее:
- впуск (110) для сопряжения с источником (50) давления;
- выпуск (120) для обеспечения гидравлического давления (p),
- по меньшей мере первый обратный клапан (131), предназначенный для открытия пути потока от впуска (110) к выпуску (120) при превышении первого давления (р1) открытия и предотвращения потока в противоположном направлении; и
- переключающее устройство (140) между впуском (110) и выпуском (120), причем переключающее устройство (140) предназначено для поддержания гидравлического давления (р) на выпуске (120), когда созданное источником (50) давления давление (р0) больше, чем давление (pS) включения, и для уменьшения гидравлического давления (p) на выпуске (120), когда созданное источником (50) давления давление (p0) меньше, чем давление (pS) включения, причем давление (pS) включения меньше, чем первое давление (p1) открытия, отличающееся тем, что переключающее устройство (140) содержит распределительный клапан с перемещаемым поршнем (142), при этом поршень предназначен для открывания пути потока между выпуском (120) и впуском (110) в первом положении и закрывания пути потока между выпуском (120) и впуском (110) во втором положении, а распределительный клапан предназначен для перемещения поршня (142) в первое положение, если созданное давление (р0) меньше давления (pS) включения, и для перемещения во второе положение, если созданное давление (p0) больше давления (pS) включения.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что распределительный клапан (140) содержит по меньшей мере первую камеру (141) и пружину (144), и дополнительно устройство имеет первый трубопровод (158) управления, соединяющий по текучей среде первую камеру (141) с впуском (110), причем первый трубопровод (158) управления предназначен для выравнивания давления между первой камерой (141) и впуском (110), а пружина (144) вызывает предварительное натяжение поршня (142) в направлении к первому положению, поэтому давление (pS) включения определено пружиной.
3. Устройство по п. 2, причем источник (50) давления содержит первый напорный патрубок и второй напорный патрубок, причем впуск (110) связан с первым напорным патрубком, отличающееся тем, что оно содержит
- другой впуск (112) для связи со вторым напорным патрубком источника (50) давления;
- другой выпуск (122) для обеспечения другого гидравлического давления (pW); и
- третий обратный клапан (133), предназначенный для открытия пути потока от другого впуска (112) к другому выпуску (122) при превышении третьего давления (р3) открытия и предотвращения потока в противоположном направлении,
причем переключающее устройство соединяет другой выпуск (122) и другой впуск (112) и предназначено для уменьшения другого гидравлического давления (pW) на другом выпуске (122), если давление, созданное источником (50) давления на другом впуске (112) давление (р0), меньше давления (pS) включения, причем давление (pS) включения меньше третьего давления (p3) открытия.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что переключающее устройство (140) содержит вторую камеру (145) и другую пружину (143), и устройство (100) содержит дополнительно второй трубопровод (159) управления, соединяющий по текучей среде вторую камеру (145) с другим впуском (112), причем второй трубопровод (159) управления осуществляет другое выравнивание давления между второй камерой (145) и другим впуском (112), а другая пружина (143) вызывает предварительное натяжение поршня (142) в направлении ко второму положению, поэтому давление (pS) включения определено усилием пружины.
5. Устройство по любому из пп. 2-4, отличающееся тем, что оно содержит
- первое дроссельное устройство (151) вдоль первого трубопровода (158) управления для осуществления дросселирования выравнивания давления и/или
- второе дроссельное устройство (152) вдоль второго трубопровода (159) управления для осуществления дросселирования другого выравнивания давления.
6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что оно содержит
- второй обратный клапан (132), выполненный между переключающим устройством (140) и впуском (110) для обеспечения потока от переключающего устройства (140) при превышении второго давления (р2) открытия и предотвращения потока в противоположном направлении, причем второе давление (р2) открытия больше давления (pS) включения, и/или
- четвертый обратный клапан (134), выполненный между переключающим устройством (140) и другим впуском (112) для обеспечения потока от переключающего устройства (140) при превышении четвертого давления (р4) открытия и предотвращения потока в противоположном направлении, причем четвертое давление (р4) открытия больше давления (pS) включения.
7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что
- второе давление (р2) открытия второго обратного клапана (132) равно первому давлению (р1) открытия первого обратного клапана (131) и/или
- четвертое давление (р4) открытия четвертого обратного клапана (134) равно третьему давлению (р3) открытия третьего обратного клапана (133).
8. Устройство по любому из пп. 1-7, в котором источник (50) давления имеет по меньшей мере один напорный патрубок для связи с входом или с другим входом устройства (100), и источник (50) давления предназначен для обеспечения оттока по меньшей мере от одного напорного патрубка при превышении давления (pL) холостого хода по меньшей мере на одном напорном патрубке, отличающееся тем, что давление (pS) включения больше давления (pL) холостого хода.
9. Гидравлическая система с источником (50) давления для создания гидравлического давления (р) на напорном патрубке, отличающаяся тем, что содержит устройство (100) по любому из пп. 1-8.
10. Гидравлическая система по п. 9, отличающаяся тем, что источник (50) давления содержит гидравлический шестерёнчатый насос, а выпуск (120) и другой выпуск (122) устройства (100) выполнены с возможностью соединения с рулевым механизмом (90).
11. Сервопривод рулевого управления с рулевым механизмом (90) и с гидравлической системой по п. 9 или 10.
12. Транспортное средство с сервоприводом рулевого управления по п. 11.
13. Способ поддержания гидравлического давления (р), регулируемого источником (50) давления, содержащий следующие этапы:
- открытие (S110) пути потока от источника (50) давления к выпуску (120), когда первое давление (p1) открытия превышено для создания, вследствие этого, гидравлического давления (p) на выпуске (120);
- предотвращение (S120) потока в противоположном направлении;
- удержание (S130) гидравлического давления (p) до тех пор, пока давление (p0), созданное источником (50) давления, больше давления (pS) включения, посредством закрывания пути потока между выпуском (120) и впуском (110);
- уменьшение (S140) гидравлического давления, если давление (p0), созданное источником (50) давления, меньше давления (pS) включения, причем давление (pS) включения меньше первого давления (p1) открытия, посредством открывания пути потока между выпуском (120) и впуском (110).
