Устройство гидроусилителя руля

Сейчас практически все выпускаемые автомобили комплектуются гидравлическим усилителем рулевого управления (аббр. ГУР). Этот механизм позволяет значительно снизить усилие водителя на рулевое колесо при управлении авто, тем самым сделать вождение более комфортабельным.

Изначально ГУР устанавливался исключительно на грузовые авто и спецтехнику, поскольку сопротивления при изменении положения колес, особенно на малых скоростях движения на такой технике – очень большое, водитель попросту не мог повернуть управляемые колеса, не приложив значительного усилия.

Сейчас же ГУР устанавливается и на легковые авто. По-большому счету на легковушках требуемое усилие для поворота колес невелико и управление машиной, не укомплектованной ГУР, сложностей не вызывает. То есть, как бы этот механизм особо и не нужен, но у него есть одно очень положительное качество, благодаря чему, в большей части, усилитель и получил распространение на легковых авто. Сводится оно к тому, что ГУР позволяет сохранить прямолинейное движение автомобиля при взрыве шины ведущей оси, не забываем и о стремлении человека к максимальному комфорту.

Составные части усилителя. Виды ГУР

В общем, основной задачей усилителя на легковом авто является повышение безопасности, а уже потом только – обеспечение комфортабельности.

Устройство гидроусилителя руля включает в себя несколько основных составных элементов:

• насос;
• распределитель;
• силовой цилиндр;
• соединительные трубопроводы.

На технике использовалось два типа гидроусилителей:

1. Комбинированный (интегрированный).
2. Раздельный.

Комбинированный тип отличается тем, что распределитель и цилиндр интегрированы в рулевой механизм, что позволяет в значительной мере уменьшить металлоемкость конструкции и сделать ее более компактной. Благодаря этому он получил широкое распространение, в том числе и на легковых авто.

Раздельный тип применялся на ряде грузовых авто. Его особенность заключена в том, что силовой цилиндр – отдельный элемент, взаимодействующий с приводом рулевого управления. Но из-за такого решения, конструкция ГУР получилась более громоздкой, поэтому на легковых авто она не используется.

Насос

Из названия усилителя понятно, что основным рабочим элементом в этом механизме является жидкость. Поскольку она несжимаема, то при создании давления можно получить усилие, которое и будет выполнять требуемую функцию.

И давление это создается насосом. В более простой схеме механизма насос имеет ременной привод от коленчатого вала. Этот элемент конструкции может быть шестеренчатым (менее распространенный тип) или роторным (он же лопастной). Чаще всего на авто используется второй вариант.

Устройство насоса гидроусилителя роторного типа очень простое. Основными его элементами являются корпус с подающим и выходным штуцерами и вал, на одном конце которого установлен приводной шкив, а на другом – ротор с лопастями. Этот ротор располагается в камере особой формы — статоре (его роль выполняет корпус). За счет этой формы статора и обеспечивается нагнетание жидкости, которая затем подается на выходной штуцер, ведущий на распределитель.

Лопастной насос гидроусилителя

Недостатком насоса, приводимого от коленчатого вала, является изменение создаваемого давления в зависимости от оборотов мотора. Из-за этого создаваемое ГУРом усилие на малых оборотах является недостаточным, а на высоких – чрезмерным, что приводит к появлению такого эффекта, как «пустой руль» («обратная связь» рулевого управления – отсутствует, поэтому информативность рулевого управления очень мала).

Принцип работы шестеренчатого и роторного насосов

Чтобы устранить этот недостаток, в устройство насоса гидроусилителя включен регулятор давления, поддерживающий его в заданном значении. Функционирует он очень просто – при превышении давления, регулятор, смещаясь, открывает перепускной канал между подающим и выводным каналами и часть давления сбрасывается.

Распределитель

Жидкость под давлением, созданным насосом, подается на распределитель. В задачу этого составного элемента входит распределение потока жидкости в зависимости от положения рулевого управления. Наибольшее распространение на легковых авто получил золотниковый распределитель поворотного типа. Этот узел является промежуточным звеном между валом колонки и шестерней рулевого механизма.

Устройство распределителя рейки

Состоит распределитель из двух элементов – вала и поворотного золотника. Эти элементы насажены на торсион, который соединяет между собой вал колонки и шестерню.

К распределителю подходит подающий штуцер от насоса, обратка (по ней жидкость возвращается снова в насос) и два вывода, ведущих на силовой цилиндр.

Схема работы распределителя

Суть работы распределителя такая: при вращении руля сопротивление, идущее от колес, приводит к скручиванию торсиона, что в свою очередь обеспечивает проворот золотника относительно вала распределителя. Из-за этого одни каналы открываются, а вторые закрываются, то есть, происходит перераспределение потока жидкости.

Цилиндр

Силовой цилиндр выполняет роль исполнительного элемента. В комбинированном типе ГУР он полностью интегрирован в рулевой механизм. В качестве поршня выступает рулевая рейка, на которой дополнительно имеется шайба с уплотнителями, а цилиндра – корпус. Поршень делит цилиндр на две камеры, соединенных трубопроводами с распределителем.

Принцип работы

А теперь о том, как это все взаимодействует между собой. ГУР является герметичным механизмом и жидкость в нем циркулирует по кругу. Но при определенных режимах количество жидкости меняется, поэтому такие перепады компенсируются за счет расширительного бачка (он же и заправочный). Обычно этот бачок располагается на насосе, но может быть и вынесенным.

В целом у ГУР есть два режима работы:

• Прямолинейное движение. В таком режиме золотник соединяет все подходящие к нему каналы. Жидкость в распределителе сразу подается в обратку и возвращается в насос. Также часть ее подается в обе камеры силового цилиндра, обеспечивая равное давление в них;
• Поворот. При вращении руля торсион скручивается, что приводит к смещению золотника относительно вала. Для примера, рассмотрим действие механизма при повороте направо. Итак, золотник провернулся, из-за чего соединяются подающий канал и ведущий на правую камеру гидроцилиндра. При этом левая камера соединяется с обраткой. Поток жидкости в правой камере начинает давить на поршень, из-за чего увеличивается усилие. Из левой же камеры, чтобы не возникло сопротивления давлению, жидкость перетекает через распределитель и поступает в насос. При этом, если руль повернут не до упора, а лишь частично и оставить в таком положении, торсион раскрутиться. Это приведет к возврату золотника в исходное положение – соединение всех каналов и давление в камерах силового цилиндра выровняется, но уже с учетом текущего положения рейки вместе с поршнем.

Схема работы системы гидроусилителя с клапаном Servotronic (стандартные системы отличаются только отсутствием ограничительного клапана и Servotronic)

При повороте налево работа распределителя противоположна описанной. То есть, жидкость под давлением подается в левую камеру цилиндра. Как видно, основная работа у ГУР лежит на распределителе.

Положительные и отрицательные качества

Часть положительных качеств использования гидроусилителя в конструкции рулевого управления уже перечислены, но есть и другие. В целом, к достоинствам можно отнести:

• Повышение безопасности (ГУР позволяет удержать автомобиль при взрыве шины по время движения);
• Снижение усилия, требуемого для совершения или удержания маневра;
• Изменение передаточного числа рулевого механизма (для поворота колес на определенный угол требуется меньше вращать руль, чем в механизме без ГУР);
• Комфортабельность управления авто.

Недостатков же у усилителя меньше, но они достаточно существенны:

• ГУР – это дополнительный механизм, причем конструктивно сложный и требует обслуживания;
• Некоторые элементы очень чувствительны к загрязняющим частицам, поэтому нарушение эксплуатации может привести к поломке;
• Насос с приводом от коленчатого вала «забирает на себя» часть мощности мотора;
• Усилитель работает только при заведенном моторе.

Стоит отметить, что благодаря установке распределителя в рулевой механизм возможно продолжать движение даже в случае выхода из строя одного из элементов ГУР или разгерметизации. Торсион в любом случае будет передавать вращение от вала колонки на шестерню механизма, поэтому управление у авто сохраниться, но усилие на руле возрастет.

Еще одним недостатком такого механизма является зависимость от оборотов коленчатого вала. Решение этой проблемы, и следующим этапом развития ГУР стал электрогидравлический усилитель.

Его особенность заключается в том, что привод осуществляется от отдельного электромотора, который входит в конструкцию насоса. Это позволяет не только поддерживать давление в требуемом значении при всех режимах работы мотора, но еще и обеспечить работу ГУР даже при незаведенном двигателе.

Дополнительно электрогидравлический усилитель управляется ЭБУ. То есть, механизм подстраивается под конкретные условия движения, создавая оптимальное усилие на руле и обеспечивая точную передачу информации – «обратную связь». Для этого ЭБУ собирает данные от ряда датчиков, на основе которых он осуществляет управление насосом и распределителем.

Несмотря на то, что гидроусилитель конструктивно значительно сложнее, чем иной тип усилителя – электрический, благодаря обеспечению «обратной связи» он является более предпочтительным, поэтому он чаще и используется.

Механизмы управления автомобиля

Конструкция гидроусилителя

Устройство насоса гидроусилителя

рулевого привода автомобиля ЗИЛ

Если на управляемые колеса приходится большая нагрузка (грузовые автомобили большой и средней грузоподъемности и автобусы), то управление автомобилем затрудняется необходимостью приложения к рулевом)’ колесу значительного усилия. В тех случаях, когда работа водителя не может быть облегчена увеличением передаточного числа механизма рулевого управления, конструкция предусматривает применение усилителей. Усилители руля увеличивают маневренность автомобиля, повышают безопасность движения, так как позволяют сохранить управляемость автомобилем даже в случае разрыва шины на одном из передних колес, уменьшают усилие, затрачиваемое водителем при повороте управляемых колес, и смягчают толчки, передающиеся на рулевое колесо при движении автомобиля по неровной дороге. При применении усилителя несколько ухудшается стабилизация управляемых колес и больше изнашивается шина (из-за высокой его чувствительности).

Усилители бывают электрические усилители, пневматические и гидравлические. Электрические усилители показывают хорошие результаты, но в настоящее время только выходят из стадии лабораторных исследований и разработок, а пневматические оказались неприемлемыми ввиду большой упругой податливости рабочего тела — воздуха, приводившей к запаздыванию срабатывания усилителя и возникновению в рулевом управлении недопустимых колебательных процессов. Поэтому в настоящее время широко применяют гидравлические усилители. Гидравлический усилитель может быть встроенным в механизм рулевого управления и отдельным.
В общем случае гидравлический усилитель состоит из источника энергии (гидронасоса), распределителя, исполнительного устройства (силового цилиндра).

Требования, предъявляемые к конструкции гидроусилителя :

• должны обеспечивать следящее действие как по силе, так и по перемещению рулевого колеса (сила перемещения рулевого колеса должна быть пропорциональна силе сопротивления повороту и углу поворота управляемых колес);
• в случае выхода из строя усилителя — управление автомобилем не должно нарушаться;
• минимальное время срабатывания;
• минимальное препятствие стабилизации управляемых колес;
• усилитель не должен включаться от толчков дороги.

По месту установки элементов усилителя различают четыре типа конструкций.

Типы конструкций усилителей рулевого привода

Первый тип — элементы расположены близко к рулевому колесу — высокая чувствительность, минимальная длина трубопроводов, компактность (автомобили марок «ЗИЛ», «КамАЗ»).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Второй тип — силовой цилиндр и распределитель далеко от механизма рулевого управления, который установлен автономно — чувствительность ухудшается, большая длина трубопроводов (автомобили марок «МАЗ», «КрАЗ»).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ

Третий тип — автономное расположение всех элементов — чувствительность хуже, большая длина трубопроводов, но удобна в обслуживании (автомобиль ГАЗ).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ -РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ

Четвертый тип — механизм рулевого управления соединен с распределителем — чувствительность хорошая, большая длина трубопроводов (автомобиль Урал-4320).

СИЛОВОЙ ЦИЛИНДР — РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ/РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ

Механизмы управления автомобиля Устройство рулевого управления и тормозной системы автомобиля Встроенный гидроусилитель автомобиля ЗИЛ. Корпус распределителя крепится к промежуточной крышке картера механизма рулевого управления. Золотник распределителя крепится между упорными шариковыми подшипниками на винте. Золотник представляет собой цилиндр с двумя проточками. Упорные шарикоподшипники стянуты гайкой с подложенной под нее конической пружиной шайбой, обращенной вогнутой стороной к шарикоподшипнику. Длина золотника больше отверстия для него в корпусе распределителя, вследствие чего золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении примерно на 1 мм в каждую сторону от среднего положения. Шесть реактивных пружин с реактивными плунжерами с каждой стороны. Пружины стремятся удержать золотник в среднем (нейтральном) положении. Если возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предварительного сжатия реактивных пружин, то винт и золотник смещаются вправо или влево (на 1 мм) в зависимости от направления вращения винта, сообщая одну из полостей картера (силового цилиндра) механизма рулевого управления с магистралью высокого давления, а другую со сливным каналом. Масло под давлением (в современных усилителях используется давление 7—15 МПа) воздействует на тот или другой торец поршня рейки, создавая дополнительное усилие, способствующее повороту вправо или влево управляемых колес. При среднем (нейтральном) положении золотника жидкость из наcoca, заполнив обе полости силового цилиндра, вытекает через золотник в бачок гидронасоса. При повороте вправо винт, выкручиваясь из поршня-рейки, вследствие сопротивления, возникающего при повороте колес, стремится сдвинуться в осевом направлении. Как только сдвигающая сила будет больше силы предварительно сжатых пружин реактивных плунжеров, золотник переместится вправо, соединяя магистраль высокого давления с полостью вправо от поршня, а полость слева от поршня со сливным каналом. Поршень-рейка перемещается под действием усилий, возникающих при выкручивании винта и от давления жидкости. В случае поворота колес автомобиля влево золотник под аналогичным воздействием перемещается также влево, соединяя полость слева от поршня с магистралью высокого давления, а полость справа от поршня со сливным каналом. Увеличение сопротивления повороту колес, оказываемое дорогой, вызывает повышение давления в рабочей полости картера и под реактивными плунжерами. Чем больше сопротивление повороту колес, тем с большей силой золотник стремится вернуться в среднее положение. Одновременно с этим возрастает и усилие на рулевом колесе, благодаря чему у водителя возникает «чувство дороги». Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-4331: a — нейтральное положение; б — перемещение золотника вправо; в — перемещение золотника влево; 1 и 7 — перепускные клапаны; 2 — сапун; 3 и 4 — сетчатые фильтры; 5 — коллектор; 6 — насос; 8 — предохранительный клапан; 9 и 10 — демпфирующие отверстия; 11 — калиброванное отверстие; 12 — шариковый клапан; 13 — реактивный плунжер; 14 — золотник; 15 — винт механизма рулевого управления; 16 — вал сошки; 17 — картер механизма рулевого управления. Если водитель перестает поворачивать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как винт перестает вращаться и поступающая в картер механизма рулевого управления жидкость перемешает поршень-рейку с винтом и золотником в исходное среднее положение, при котором прекращается действие жидкости на поршень-рейку. В работе гидроусилителей автомобилей марок «ЗИЛ» и «КамАЗ» много общего, но конструкция гидроусилителя автомобилей марки «КамАЗ» имеет некоторые особенности. Распределитель расположен впереди углового редуктора. В центральном отверстии распределителя размещен золотник, вокруг которого в трех сквозных отверстиях расположено по два цилиндра с центрирующей пружиной между ними, а в трех глухих отверстиях расположено по одному плунжеру с пружиной. Наличие трех плунжеров в глухих отверстиях объясняется следующим. Жидкость, находящаяся в корпусе углового редуктора, действует на три торца реактивных плунжеров, находящихся в сквозных отверстиях, а также на кромку сечения винта по месту его уплотнения, а в полости слева под передней крышкой действуют лишь на торцы трех плунжеров. Чтобы обеспечить одинаковое реактивное усилие на рулевом колесе от давления жидкости при повороте как направо, так и налево со стороны углового редуктора расположены три дополнительных плунжера, общая площадь которых равна площади кромки сечения винта. В одном из плунжеров встроен обратный клапан, который при отказе гидросистемы соединяет между собой магистрали высокого и низкого давления, обеспечивая работу рулевого управления без усилителя. Предохранительный клапан соединяет магистрали нагнетания и слива при давлении жидкости свыше 8 МПа, предохраняя насос от перегрева, а детали от перегрузок. Размещение предохранительного клапана в отдельной бобышке облегчает его регулировку и ремонт. Отдельный гидроусилитель автомобиля МАЗ. Распределитель крепится к корпусу шаровых шарниров и силового цилиндра. Внутри корпуса распределителя имеются три кольцевых канавки: две крайние соединены между собой каналом и с магистралью нагнетания, средняя сообщает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника соединяются каналами (Одна — с левой, другая — с правой стороны) с реактивными камерами, представляющими собой замкнутую полость. Шаровые пальцы сошки и продольной рулевой тяги закреплены в корпусе шаровых шарниров. Этот корпус фланцем скреплен с корпусом золотника. Шаровые пальцы зажаты пружинами между сферическими сухарями пробкой и регулировочной гайкой. Сухари удерживаются от вращения штифтами, а шаровые пальцы в сухарях могут поворачиваться в некоторых пределах. Внутри корпуса шаровых шарниров в осевом направлении может перемещаться стакан с закрепленным в нем шаровым пальцем сошки. Со стаканом перемещается и золотник, жестко соединенный с ним болтами. На корпус шаровых шарниров навернут силовой цилиндр, в котором помещен поршень со штоком. С одной стороны полость цилиндра закрыта пробкой, а с другой — крышкой. На конце штока имеется головка для его крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами в корпусе распределителя, выходящими в полость между кольцевыми проточками. Конструкция гидроусилителя автомобиля МАЗ 1 — гидроцилиндр; 2 — шток; 3 — нагнетательный трубопровод; 4 — поршень; 5, 31 и 32 — пробки; 6— корпус шаровых шарниров; 7 — регулировочная гайка зазора шарового шарнира продольной тяги; 8 — толкатель; 9 — шаровой палец продольной рулевой тяги; 10 — шаровой палец сошки; 11 — сливной трубопровод; 12 — крышка; 13 — корпус распределителя; 14 — фланец; 15 и 17 — трубопроводы; 16 — хомут крепления уплотнителя; 18 — масленка; 19— сухарь; 20 — стопорный винт; 21 — крышка гидроцилиндра; 22— винт; 23— внутренняя шайба крепления чехла; 24 — головка штока; 25 — шплинт; 26 — штуцер сливного трубопровода; 27— штуцер нагнетательного трубопровода; 28 — держатель шлангов; 29 — регулировочная пробка зазора шарового шарнира сошки; 30 — золотник; 33 — стяжной болт; 34 — соединительный канал; 35 —стакан; 36 — обратный клапан. Жидкость, подаваемая насосом по магистрали нагнетания в распределитель, заполняет две крайние кольцевые полости и в прямолинейном движении автомобиля, проходя между кромками золотника в центральную кольцевую полость, по трубопроводу возвращается в бачок насоса. При повороте рулевого колеса шаровой палец сошки перемещает золотник в сторону от нейтрального (среднего) положения. Вследствие этого крайняя и центральная кольцевые полости разъединяются буртиком золотника и жидкость насосом подается в одну из полостей силового цилиндра, а из другой сливается в бачок. Под действием давления жидкости силовой цилиндр перемещает шаровой палец продольной рулевой тяги и весь золотниковый механизм. Через каналы в золотнике жидкость под давлением всегда передается в реактивные камеры, поэтому золотник стремится вернуться в нейтральное положение. Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля МАЗ а — нейтральное положение; б — поворот колес в левую сторону; в — поворот колес в правую сторону; 1 — реактивная камера; 2 — золотник; 3 — соединительный канал; 4 — корпус распределителя; 5 — маслопровод к поршневой полости гидроцилиндра; б — маслопровод к над поршневой полости гидроцилиндра; 7— поршень; 8 — гидроцилиндр; 9— шток поршня; 10 — продольная рулевая тяга; 11 — шаровой палец продольной тяги; 12 — шаровой палец сошки; 13 — линия для слива масла; 14 — нагнетательная линия; 15 — обратный клапан; 16 — рулевое колесо; 17 — бак; 18 — насос; 19 — гидроусилитель; 20— сошка; А и Б — полости; В — центральная кольцевая полость; Г — нагнетательная полость. Как только прекратится поворот рулевого колеса, золотник остановится, а корпус распределителя, продолжая двигаться под действием гидроцилиндра, установит золотник в нейтральное положение. Поворот управляемых колес автомобиля прекратится, так как жидкость начнет сливаться в бачок. При увеличении сопротивления повороту колес автомобиля возрастает давление жидкости как в рабочей полости цилиндра, так и в реактивных камерах распределителя. При повышении давления золотник стремится вернуться в нейтральное положение. Поэтому водитель должен приложить к рулевому колесу большее усилие, что помогает обеспечить «чувство дороги» так же, как и при управлении автомобилем без усилителя. В корпусе распределителя установлен обратный клапан, перепускающий жидкость из одной полости гидроцилиндра в другую при неработающем гидроусилителе, что позволяет управлять автомобилем при неработающем двигателе (буксирование автомобиля). Следует отметить, что допускается лишь кратковременное управление автомобилем при неработающем усилителе, так как при этом на рулевом колесе, а следовательно, и во всех деталях механизма рулевого управления нагрузки могут быть значительные. Читайте также:  Схема автомобиля калина люкс Оцените статью Вам также может понравиться Общие проблемы безнаддувных двигателей Есть ли проблемы с двигателями без наддува? Поперечный и продольный двигатель Тот, кто любит водить машину и имеет машину в гараже Как понять, что заправился плохим топливом и что делать Горючее в баке автомобиля должно соответствовать предусмотренному Как определить наличие присадок в масле двигателя? Присадки для двигателя помогают «оживить» устаревший Как определить, что стучит в двигателе Стук в двигателе обычно является признаком проблем Как в двигателе определить подсос воздуха Если во время работы двигателя возникают странные моменты Что делать, если вода попала в двигатель, и чем это может грозить? Система работающего двигателя достаточно защищена от Сломался термостат: чем это опасно для двигателя, и как определить причину неисправности? Работу двигателя обеспечивают сразу несколько важнейших Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты