Гидравлический усилитель рулевого управления автомобиля

Преимущества и недостатки гидроусилителя рулевого управления

О преимуществах гидроусилителя уже было все сказано Кратко подытожим, что он дает:

  • облегчение управления автомобилем, снижение утомляемости водителя;
  • смягчение ударов, передаваемых на рулевое колесо от неровностей дороги;
  • лучшая управляемость и маневренность автомобиля, а значит и повышенная безопасность на дороге.

К недостаткам ГУР можно отнести следующие:

  • постоянно работающий насос отбирает часть мощности двигателя;
  • необходимость периодического обслуживания системы.


О преимуществах гидроусилителя уже было все сказано Кратко подытожим, что он дает:

Видео: Устройство гидроусилителя руля.

Существует несколько видов гидроусилителей, отличающихся по своей конструкции:

  • раздельный;
  • комбинированный;

ГУР с раздельной конструкцией применялся на ряде грузовиков. Особенностью его являлось то, что распределитель устанавливался на рулевом механизме, а вот гидроцилиндр устанавливался отдельно и был поршнем связан с рулевой трапецией посредством рычага. При повороте рулевого колеса золотник распределительного устройства подавал жидкость в требуемую полость, и поршень, перемещаясь, тянул или толкал рычаг рулевой трапеции.

На легковых же авто распространение получила комбинированная конструкция гидроусилителя. Ее особенность заключается в том, что распределитель и гидроцилиндр входят в конструкцию рулевого механизма.

При этом поршень цилиндра располагается непосредственно на рулевой рейке.

При повороте колес в определенную сторону, золотник, смещаясь, открывает нужные каналы, жидкость поступает в требуемую полость и давит на поршень, тот смещается вместе с рейкой.


При повороте колес вправо будут происходить процессы, противоположные описанным.

Гидравлический усилитель рулевого управления с электронным управлением

Чем выше скорость автомобиля, тем меньшие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу, чтобы изменить направление движения, что может привести к потере управляемости. Такая принципиальная закономерность характерна для всех систем рулевого управления (с постоянным и переменным передаточным отношением). Поэтому при разработке рулевого управления принимаются компромиссные решения.

Для улучшения управляемости автомобиля следует повышать крутящий момент при высоких скоростях и сводить его до минимума при малых скоростях движения и при парковке. Для выполнения этих требований современные легковые автомобили оснащаются гидроусилителями с электронным управлением и регулированием типа Servotronic. Эта система регулирует усилия на рулевом колесе в зависимости от скорости автомобиля.

Рис. Зависимость момента на рулевом колесе от скорости движения автомобиля при применении гидроусилителя типа Servotronic. Нулевая скорость соответствует парковке.

Усилитель руля Servotronic создан на базе обычного гидроусилителя. Измененная конструкция клапана управления с поворотным золотником позволяет реализовать принцип непосредственной гидравлической обратной связи. Применением электрогидравлического преобразователя и соответствующим приспособлением клапана управления удалось обеспечить зависимость степени усиления от скорости автомобиля.

Необходимое для работы системы Servotronic давление рабочей жидкости порядка 130 кгс/см2 создается гидронасосом обычной конструкции. Под этим давлением рабочая жидкость поступает к поворотному золотнику 7 клапана управления.

В свободном состоянии торсион удерживает клапан управления в среднем (нейтральном) положении.

Рис. Схема рулевого управления оборудованного гидроусилителем с электронным управлением:
1,7 – поворотный золотник; 2,5 – торсион; 3 – электронный блок управления; 4 – датчик сигнала скорости; 6 – штифт; 8 – насос гидравлический; 9 – резервуар; 10 — предохранительный и перепускной клапан; 11 – реактивный поршень; 12 – электромагнитный клапан; 13,18 – распределительная втулка; 14 – правая полость силового цилиндра;15 — левая полость силового цилиндра; 16 – подвод жидкости к правой полости; 17 – подвод жидкости к левой полости; 19- поршень; а – нейтральное положение; б – поворот вправо; в – поворот влево

В блоке клапана управления находится торсион 5. Верхняя часть торсиона соединена штифтом с золотником 7. Нижняя его часть соединена также штифтом с ведущей шестерней 19 и с втулкой распределителя 13. Торсион связан с рулевым валом через карданный шарнир. Соединения торсиона выполнены посредством штифтов 6.

Рис. Соединения торсиона:
5 – торсион; 6 – штифт; 7 – поворотный золотник; 13 – распределительная втулка; 19 – ведущая шестерня

Подаваемая гидронасосом рабочая жидкость поступает через входное сверление в корпус клапана управления и далее через кольцевой паз и радиальные отверстия в распределительной втулке клапана к регулирующим кромкам золотника. При нейтральном положении клапана рабочая жидкость перетекает через приточные кромки золотника 1 и поступает во все продольные пазы распределительной втулки и далее мимо сливных кромок золотника в его сливные пазы. Через эти пазы рабочая жидкость отводится в сливную полость и далее в бачок. При этом правая и левая полости силового цилиндра оказываются соединенными между собой через подключенные к ним трубопроводы и кольцевые пазы в корпусе клапана.

При повороте рулевого колеса налево создаваемый водителем крутящий момент передается на торсион 2, верхний конец которого соединен штифтом 6 с поворотным золотником, а нижний конец – с распределительной втулкой 18 и приводной шестерней рулевого механизма. В результате торсион скручивается подобно стабилизатору при наезде одного из колес автомобиля на неровность дороги.

При закрутке торсиона золотник вместе с верхней частью торсиона поворачивается в распределительной втулке, изменяя относительное положение пазов золотника и перепускных отверстий втулки. По мере поворота золотника относительно втулки одни каналы открываются, а другие закрываются.

Рабочая жидкость поступает через щели, раскрывающиеся при перемещении приточных кромок, в продольные пазы и далее через отверстие в кольцевой паз и через трубопровод в правую полость 14 силового цилиндра. На поршень 19 воздействует давление жидкости, что облегчает поворот рулевого колеса.

При поступлении рабочей жидкости в правую полость силового цилиндра происходит ее вытеснение из левой полости в сливную магистраль. Если отпустить рулевое колесо, распрямляющийся торсион вернет золотник в нейтральное положение относительно распределительной втулки.

При повороте рулевого колеса направо рабочая жидкость поступает в левую полость 15 силового цилиндра и происходит ее вытеснение из правой полости.

Электронный блок управления системы Servotronic обрабатывает сигнал скорости автомобиля и изменяет в соответствии с ним ток управления электромагнитным клапаном 4. При повышении скорости автомобиля блок управления системы уменьшает ток управления электромагнитным клапаном. В результате этот клапан частично открывается и перепускает ограниченное количество рабочей жидкости из приточного кольцевого паза 5 в полость 9 над реактивным поршнем 8. При этом жиклер 6 препятствует сильному оттоку рабочей жидкости на слив, благодаря чему в полости над реактивным поршнем создается достаточно высокое давление. В зависимости от величины этого давления изменяется усилие, передаваемое поршнем на шарики и далее на втулку распределителя. Чем выше давление рабочей жидкости, тем большие усилия создаются усилителем и тем большие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу.

Действующее на реактивный поршень давление передается на шарики 7, которые установлены между ним и скошенными поверхностями центрирующей втулки 10, жестко соединенной с распределительной втулкой. Точное центрирование клапана управления особенно благоприятно при движении автомобиля по прямой. При вращении клапана управления, находящиеся под нагрузкой шарики противодействуют повороту золотника относительно распределительной втулки. Таким образом, гидравлический способ создания реактивных усилий используется для повышения момента на рулевом колеса до уровня, подбираемого индивидуально для каждой модели автомобиля.

При высоких скоростях движения ток управления снижается до нуля, в результате чего электромагнитный клапан открывается полностью. В результате на реактивный поршень действует максимальное давление, соответствующее его величине в приточном кольцевом пазе. В результате этого при повороте рулевого колеса на реактивный поршень действует повышенное давление рабочей жидкости. Если действующее на реактивный поршень давление достигло установленного для данного автомобиля предела, открывается ограничительный клапан 3, через который рабочая жидкость перетекает в сливную полость. При этом дальнейший рост давления прекращается.

Рис. Блок клапана управления:
1 – распределительная втулка; 2 – сливная полость; 3 – ограничительный клапан; 4 – электромагнитный клапан; 5 – приточный кольцевой паз; 6 – жиклер; 7 – шарик; 8 – реактивный поршень; 9 – полость над реактивным поршнем;10 – центрирующая втулка

При небольшой или нулевой скорости движения сила протекающего через электромагнитный клапан тока достигает максимальной величины, в результате чего электромагнитный клапан 4 закрывается и предотвращает поступление рабочей жидкости в полость 9 над реактивным поршнем. При этом в полости над реактивным поршнем поддерживается такое же давление, как и в сливной полости 2, так как они соединены между собой посредством жиклера 6. Таким образом клапан управления системы Servotronic действует так же, как обычный клапан с поворотным золотником. Так как действие реактивного поршня отсутствует, для поворота колес автомобиля требуются относительно небольшие усилия на рулевом колесе.

При воздействии на рулевой механизм силы в противоположном направлении, например, в результате наезда на неровность, усилитель действует как демпфер. В этом случае торсион закручивается под действием усилия, передаваемого на него через рейку и ведущую шестерню. При этом золотник поворачивается из нейтрального положения относительно втулки распределителя. В результате рабочая жидкость поступает под давлением в ту полость силового цилиндра, которая создает противодействие движению рейки.

Рис. Схема работы гидроусилителя при наезде на препятствие

Например, при переезде неровности на колесо автомобиля действует сила FA, которая стремится его повернуть вокруг точки D (по часовой стрелке). При этом на рейку передается сила FZ, которая поворачивает шестерню и закручивает торсион. В результате открывается проход рабочей жидкости под давлением в правую полость силового цилиндра, а левая полость сообщается со сливом. Действующая на поршень и рейку реактивная сила FR уравновешивает силу FZ и противодействует таким образом повороту колес автомобиля.

Читайте также:  Выжимной подшипника сцепления: принцип работы и неисправности

На привод насоса гидроусилителя затрачивается значительная мощность (5…7 л.с.), поэтому в целях экономии топлива в современных автомобилях применяют гидравлические насосы с приводом не от коленчатого вала, а от электродвигателя, который включается в работу по сигналу блока управления. Такая конструкция позволяет также повысить долговечность насоса гидроусилителя, так как он работает только во время поворота рулевого колеса.

Для улучшения управляемости автомобиля следует повышать крутящий момент при высоких скоростях и сводить его до минимума при малых скоростях движения и при парковке. Для выполнения этих требований современные легковые автомобили оснащаются гидроусилителями с электронным управлением и регулированием типа Servotronic. Эта система регулирует усилия на рулевом колесе в зависимости от скорости автомобиля.

Штурвал по ветру: сравниваем усилители рулевого управления

Удовольствие от вождения конкретного автомобиля сложно описать словами, но можно попытаться объяснить его конструктивными особенностями. Если говорить об информативности рулевого управления, то кроме архитектуры шасси автомобиля в целом важную роль играет тип его усилителя.

Неинформативный, или «ватный», руль, его плохой самовозврат, слабая обратная связь с дорогой и так далее — все эти моменты зависят в первую очередь от конструкции рулевой системы. Основополагающую роль здесь играют потери на трение и паразитный момент инерции.

Неинформативный, или «ватный», руль, его плохой самовозврат, слабая обратная связь с дорогой и так далее — все эти моменты зависят в первую очередь от конструкции рулевой системы. Основополагающую роль здесь играют потери на трение и паразитный момент инерции.

Гидравлические усилители рулевого управления

Гидравлический усилитель рулевого управления включает в себя следующие элементы: гидронасос с баком, распределительное устройство (клапан управления) и силовой цилиндр, который создает дополнительное силовое воздействие на рулевой привод.

Взаимное расположение элементов усилителя рулевого управления и их взаимосвязь существенно влияют на управляемость, маневрен-

ность и безопасность движения автомобиля. Чем ближе друг к другу расположены распределительное устройство и силовой цилиндр, тем меньше запаздывание срабатывания силового цилиндра, тем более плавно работает усилитель рулевого управления и тем выше устойчивость управления автомобиля в целом. Однако для повышения воспринимаемости усилителя рулевого управления и улучшения защиты рулевого управления от внешних возмущений распределительное устройство целесообразно размещать ближе к рулевому колесу, а силовой цилиндр ближе к управляемым колесам. Поэтому в реальных конструкциях элементы гидравлического усилителя могут располагаться в одном корпусе, в этом случае усилитель рулевого управления называют интегральным (рис. 20.15, а), или компоноваться в других вариантах:

  • • распределительное устройство и силовой цилиндр объединены в одном агрегате, рулевой механизм отдельно (рис. 20.15, б)
  • • распределительное устройство и рулевой механизм — в одном агрегате, силовой цилиндр отдельно (рис. 20.15, в);
  • • все элементы усилителя рулевого управления разделены (рис. 20.15, г).

Каждая из компоновочных схем имеет свои преимущества и недостатки. Наибольшее применение нашли усилители интегрального типа, конструкцию и работу которого рассмотрим на примере усилителя ав-

Рис. 20.15. Компоновочные схемы гидравлических усилителей рулевого управления: 1 — силовой цилиндр; 2 — рулевой механизм; 3 — распределительное устройство

томобиля КамАЗ-5320 (рис. 20.16). Он состоит из насоса 3 с бачком, клапана управления золотникового типа, гидравлического силового цилиндра, совмещенного с картером 14 рулевого механизма, радиатора /, трубопроводов и шлангов.

Клапан управления крепится к корпусу углового редуктора 22. Корпус 17 клапана имеет выполненные с большой точностью центральное отверстие и расположенные вокруг него отверстия меньшего диаметра. Три отверстия выполнены сквозными, а три глухими. Золотник 18 размещен в центральном отверстии и одновременно он закреплен на винте 13 рулевого механизма между двумя упорными подшипниками 19. С одной стороны корпуса в периферийных отверстиях находятся шесть

Рис. 20.16. Гидравлический усилитель рулевого управления автомобиля КамАЗ-5320: 1 — радиатор; 2 — линия слива; 3 — насос; 4 — перепускной клапан; 5 — вал сошки с зубчатым сектором; 6, 23 — полости силового цилиндра; 7 — поршень-рейка; 8 — сошка; 9 —продольная тяга; 10 — поперечная тяга; 11 — переднее колесо; 12 — шариковая гайка; 13 —винт; 14 — картер рулевого механизма; 15 — обратный клапан; 16 — предохранительный клапан рулевого механизма; 17 — корпус клапана управления; 18 — золотник; 19 — упорный подшипник; 20 — реактивный плунжер; 21 — центрирующая пружина; 22 — угловой редуктор;

24 — линия нагнетания

плунжеров 20 с пружинами 21, с другой стороны корпуса таких плунжеров с пружинами три. Разное число реактивных плунжеров с двух сторон корпуса обусловлено необходимостью обеспечить одинаковые реактивные усилия на рулевом колесе от давления масла при поворотах как направо, так и налево. Неравенство усилий возникает вследствие того, что с одной стороны поршня-рейки 7 находится винт 13 и рабочие площади поршня не одинаковы. Общая площадь трех дополнительных плунжеров, установленных в глухих отверстиях, по величине равняется площади сечения винта по месту его уплотнения в крышке углового редуктора.

Внутренние кольца упорных подшипников прижаты гайкой к плунжерам, поэтому золотник все время стремится установиться в среднее положение относительно корпуса клапана управления. Золотник с винтом могут перемещаться в обе стороны от среднего положения на 1,1 мм, сжимая при этом пружины 21.

В отдельной бобышке корпуса расположен предохранительный клапан 16, который соединяет магистрали высокого и низкого давления масла при давлении 7,5—8,0 МПа. В одном из плунжеров, находящихся в глухих отверстиях, установлен шариковый обратный клапан 15, который соединяет полости 6 и 23 силового цилиндра при неработающем насосе, уменьшая сопротивление усилителя рулевого управления при повороте колес.

Лопастной насос (рис. 20.17) двойного действия, т. е. за один оборот вала насоса совершается два полных цикла всасывания и нагнетания, предназначен для нагнетания рабочей жидкости в усилителе рулевого управления и обеспечения ее циркуляции в гидравлической системе рулевого управления. Основными частями насоса являются: корпус 23, бачок 7, крышка 13 насоса, вал 22, ротор 20, статор 19, распределительный диск 17, клапаны 16.

Вал 22 установлен в корпусе 23 насоса в шариковом 4 и игольчатом 21 подшипниках и приводится во вращение от зубчатого колеса топливного насоса высокого давления. На наружном конце вала с помощью шпонки 3 и фиксирующей гайки 1 закреплено зубчатое колесо 2 привода. На шлицах внутреннего конца вала установлен ротор 20, в радиальные пазы которого вставлены лопасти 18. Ротор с лопастями находится внутри статора 19. Статор с распределительным диском 17 и крышкой 13 крепится к корпусу 23 насоса стяжными болтами. Правильное положение статора с распределительным диском относительно корпуса насоса обеспечивается двумя установочными штифтами.

В крышке насоса расположены два клапана: перепускной и предохранительный. Перепускной клапан 16 ограничивает производительность насоса при повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Предохранительный клапан, помещенный внутри перепускного клапана, ограничивает давление масла, когда оно достигает 8,5-9 МПа.

Рис. 20.17. Насос гидравлического усилителя рулевого управления: 1 — гайка; 2 — зубчатое колесо привода; 3 — шпонка; 4, 21 — подшипники; 5 — маслосгонное кольцо; 6 — уплотнительная манжета; 7 — бачок; 8 — крышка бачка; 9 — заливной фильтр; 10 — сапун; 11 — фильтрующий элемент; 12 — коллектор; 13 — крышка; 14 — пружина перепускного клапана; 15 — седло предохранительного клапана; 16 — перепускной клапан в сборе с предохранительным клапаном; 17 — распределительный диск; 18 — лопасть; 19 — статор; 20 — ротор; 22

вал; 23 — корпус; а и б — дросселирующие отверстия

Сверху насос закрыт коллектором 12, служащим для снижения уровня шума и изнашивания деталей насоса в результате кавитации.

В бачке 7 насоса расположен сетчатый фильтрующий элемент 11 и заливной фильтр 9. Бачок закрывается крышкой 8, в которой имеется сапун 10.

При вращении вала насоса лопасти, перемещаясь в пазах ротора под действием центробежной силы и давления масла, поступающего в пространство под ними, постоянно прижимаются к внутренней криволинейной поверхности статора. Между лопастями 18, ротором 20 и неподвижными поверхностями статора 19 образуются камеры переменного объема, которые, проходя мимо зон всасывания, заполняются маслом. При уменьшении межлопастного объема масло вытесняется в нагнетательную полость через отверстия в распределительном диске.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя вследствие сопротивления отверстия а образуется разность давлений в полости перед перепускным клапаном 16 и за клапаном. Перепад давлений тем больше, чем больше масла проходит в единицу времени через это отверстие, и не зависит от величины давления. При определенной разности давлений клапан, сжимая пружину 14, перемещается вправо и открывает выход маслу в бачок через коллектор. Таким образом подача масла в систему ограничивается. При срабатывании предохранительного клапана давление в полости справа от перепускного клапана падает, что приводит к его смещению в сторону пониженного давления и перепусканию части масла в бачок, а следовательно, к снижению давления в системе.

Читайте также:  Масляный насос двигателя

Радиатор 1 (см. рис. 20.16) предназначен для охлаждения масла, циркулирующего в гидравлическом усилителе рулевого управления. Он представляет собой согнутую оребренную трубку, изготовленную из алюминиевого сплава. Подвод масла в систему и отвод осуществляется по трубопроводам, в качестве которых применяются стальные трубки и резиновые рукава высокого и низкого давления.

Работа гидравлического усилителя. При прямолинейном движении золотник 18 и винт 13 находятся в нейтральном положении. Масло из насоса свободно проходит через золотник и обе полости цилиндра 6 и 23 и далее через радиатор 1 сливается в бачок насоса.

При повороте рулевого колеса направо (рис. 20.18, а) винт 1 вывертывается из гайки 6, а из-за сопротивления управляемых колес возникает сила, стремящаяся сдвинуть винт в осевом направлении влево. Когда эта сила превысит усилие предварительного сжатия центрирующих пружин 4, винт вместе с золотником 12 сместится. При этом полость А силового цилиндра отсоединяется от линии слива, оставаясь при этом соединенной с линией нагнетания, а полость Б отсоединяется от линии нагнетания. Рабочая жидкость поступит в полость А цилиндра и начнет оказывать давление на поршень-рейку 8, создавая дополнительное усилие на зубчатом секторе вала 7 сошки рулевого механизма, что способствует повороту управляемых колес.

При повороте рулевого колеса налево (рис. 20.18, б) винт 1 с золотником 12 смещаются вправо, преодолевая усилие сжатия центрирующих пружин 4. Рабочая жидкость под давлением начнет поступать в полость Б, воздействуя на поршень-рейку 8, а полость А соединится с линией слива. Поршень-рейка 8 под действием суммарного усилия, создаваемого водителем и рабочей жидкостью, повернет вал 7 сошки и далее через привод управляемые колеса.

Давление в полостях А и Б силового цилиндра при повороте увеличивается пропорционально повышению сопротивления колес. Одновременно возрастает давление в полостях между плунжерами 3. Таким образом, чем больше сопротивление повороту колес, а следовательно, выше давление в полости силового цилиндра, тем больше усилие, с которым золотник 12 стремится вернуться в среднее положение, а также усилие на рулевом колесе. Таким образом обеспечивается силовое слежение.

Остановка рулевого колеса при повороте в любую сторону приводит к тому, что поршень-рейка 8, винт 1 и золотник 12 под действием центрирующих пружин 4 и перепада давления масла в полостях А и Б силового цилиндра сместятся в осевом направлении к среднему положению. При этом золотник займет такое положение, при котором через

Рис. 20.18. Работа гидравлического усилителя рулевого управления при повороте рулевого колеса: а — направо; б — налево; 1 — винт; 2, 5 — упорные подшипники; 3 — плунжер; 4 — центрирующая пружина; 6— шариковая гайка; 7— вал сошки с зубчатым сектором; 8— поршень-рейка; 9 — плунжер с обратным клапаном; 10 — предохранительный клапан; 11 — корпус клапана управления; 12 — золотник; А, Б — полости

щель для прохода масла в соответствующей полости цилиндра будет поддерживаться давление, необходимое для удержания управляемых колес в повернутом положении. Таким образом обеспечивается кинематическое следящее действие усилителя рулевого управления.

При резком ударе со стороны колес во время движения, например при разрыве колеса, поршень-рейка 8 и винт / с золотником 12 сместятся в осевом направлении. При этом в результате перемещения золотника полость цилиндра, находящаяся с противоположной стороны, соединится с линией нагнетания насоса. Возрастающее давление рабо-чей жидкости на поршень-рейку 8 уравновесит силу удара, и управляемые колеса не изменят своего положения, что позволит сохранить заданное направление движения и предотвратить возможную аварию.

При неработающем насосе, например во время буксировки автомобиля, управление автомобилем было бы очень затруднительно, так как находящаяся в полостях А и Б рабочая жидкость препятствовала бы перемещению поршня и было бы необходимо прилагать к рулевому колесу очень значительное усилие, чтобы выдавливать ее в бачок насоса. Поэтому обратный клапан плунжера 9 при повышении давления в любой полости во время перемещения поршня открывается и позволяет перетекать жидкости в противоположную полость, что облегчает поворот рулевого колеса.

Радиатор 1 (см. рис. 20.16) предназначен для охлаждения масла, циркулирующего в гидравлическом усилителе рулевого управления. Он представляет собой согнутую оребренную трубку, изготовленную из алюминиевого сплава. Подвод масла в систему и отвод осуществляется по трубопроводам, в качестве которых применяются стальные трубки и резиновые рукава высокого и низкого давления.

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.

Лопастной насос гидроусилителя

Особенности конструкции электрогидравлического усилителя руля

Устройство состоит из следующих частей:

  • насосного агрегата, в состав которого входит бачок с жидкостью и два насоса (электродвигателя и гидравлический). На этот компонент устанавливается электронный блок управления;
  • гидравлический узел управления, состоящий из цилиндра с поршнем и торсиона;
  • системы управления, регулирующей коэффициент усиления, исходя из скорости движения транспортного средства и поворота руля;
  • электронного блока, принимающего сигналы от датчиков, анализирующего их и воздействующего в соответствии с ними на исполнительные устройства по заложенным алгоритмам.

Если машина едет прямо, то жидкость в систему циркулирует по кругу по направлению от насоса в бачок и затем обратно.

ГУР: от грузовой техники до легковушек

Гидравлический усилитель рулевого управления (ГУР) – это узел, спрятанный в недрах наших автомобилей, который создаёт дополнительные усилия для поворота колёс, тем самым помогая нам рулить без напряжения мускул.

Несмотря на то, что использование этих устройств на легковых машинах началось примерно с конца 50-х годов прошлого столетия, они ещё долгие десятилетия считались чем-то экзотическим.

Тем не менее, история ГУР уходит корнями даже не в 50-е, всё началось гораздо раньше. Так, первый патент на устройство, напоминающее нынешний гидроусилитель руля был получен аж в 1902 году.

Последующие годы, ознаменованные бурным развитием автопрома, определили нишу, где гидроусилитель чувствовали себя лучше всего и считались наиболее полезными – это грузовая техника.

Первыми попробовали применить этот девайс на легковушках специалисты из Rolls-Royce в 20-х годах, но их инновация тогда так и не прижилась.

В наши дни это звучит, конечно, дико – гидроусилители сейчас являются почти стандартным устройством для всех авто, иногда, правда, уступая место более продвинутым электрогидроусилителям и электроусилителям.


Несмотря на то, что использование этих устройств на легковых машинах началось примерно с конца 50-х годов прошлого столетия, они ещё долгие десятилетия считались чем-то экзотическим.

Принцип работы гидроусилителя руля

Теперь, зная общее устройство и функции отдельных компонентов системы ГУР, можно рассмотреть и принцип его работы. На виде-уроке, ниже есть четкое объяснения принципа работы гидроусилителя руля, начиная с 3-й минуты.

  1. При работе двигателя насос гидроусилителя руля приводится в движение от коленвала.
  2. Во время езды по прямой, когда руль не задействован, гидравлическая жидкость перекачивается «вхолостую», от насоса на золотниковый клапан, от него сразу на обратную магистраль и в расширительный бачок. Небольшая часть «подкачивается» в гидроцилиндр, чтобы в нём всё время поддерживалось рабочее давление.

Работа ГУР при неподвижном руле
При повороте руля поворачивается вал распределителя и торсион. При этом открываются каналы, по которым жидкость под давлением поступает в одну из рабочих половин гидроцилиндра. В ней нарастает давление, во второй половине давление уменьшается (жидкость стравливается в сливную магистраль), поршень перемещается и доворачивает рулевую рейку и колёса.

Наибольшая нагрузка на ГУР ложится при крайнем положении вывернутых колёс, когда система не может уравновесить давление в цилиндрах. Самая большая нагрузка в этот момент ложится на насос, поэтому обычно не рекомендуют надолго оставлять колёса в крайнем вывернутом положении.

Одно из преимуществ гидроусилителя в том, что при поломке системы (отказ насоса, утечка жидкости) автомобиль не теряет управления. Да, рулить будет намного сложнее, но ничего смертельного не произойдет.


Когда присадки и активные компоненты жидкости срабатываются, начинаются проблемы: окисление масла, коррозия деталей, протечки.

Гидроусилитель рулевого управления

Гидроусилителем рулевого управления (обиходное название – гидроусилитель руля) называется конструктивный элемент рулевого управления автомобиля, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса создается с помощью гидравлического привода. Гидроусилитель руля является самым распространенным видом усилителя рулевого управления.

Простейший гидроусилитель руля имеет привод гидронасоса от коленчатого вала двигателя. У такого усилителя производительность прямо пропорциональна частоте вращения колнечатого вала двигателя, что противоречит реальным потребностям рулевого управления (при максимальной скорости движения требуется минимальный коэффициент усиления, и наоборот).

Наиболее совершенным с точки зрения потребительских свойств и конструкции является электрогидравлический усилитель руля. Преимуществами электрогидравлического усилителя являются компактность, возможность функционирования на неработающем двигателе, экономичность за счет включения в нужный момент. В конструкции данного гидроусилителя предусмотрена возможность электронного регулирования коэффициента усиления. Поэтому, наряду с комфортностью управления усилитель может обеспечить легкость маневрирования на малых скоростях, что недоступно обычному гидроусилителю.

Электрогидравлический усилитель рулевого управления состоит из насосного агрегата, гидравлического узла управления и системы управления.

Насосный агрегат представляет собой объединенный блок, включающий гидравлический насос, электродвигатель насоса и бачок для рабочей жидкости. На насосный агрегат устанавливается электронный блок управления.

Гидравлический насос может быть лопастного или шестеренного типа. Наиболее простым и надежным является шестеренный насос.

Гидравлический узел управления является исполнительным механизмом усилителя руля. Он включает торсион с поворотным золотником и распределительной гильзой и силовой цилиндр с поршнем.

Гидравлический узел управления объединен с рулевым механизмом. Шток поршня силового цилиндра является продолжением рейки рулевого механизма.

Система управления обеспечивает работу гидроусилителя. На современных автомобилях используется электронная система управления, которая обеспечивает регулирование коэффициента усиления в зависимости от скорости поворота рулевого колеса и скорости движения автомобиля. Усилитель с такими характеристиками называется адаптивным усилителем рулевого управления.

На автомобилях концерна Volkswagen и BMW электронная система управления гидравлическим усилителем руля имеет торговое название Servotronic.

Система Servotronic включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительное устройство.

Входными датчиками системы являются датчик усилителя руля (датчик угла поворота рулевого колеса – на автомобилях, оборудованных ESP), датчик спидометра. Помимо датчиков, система использует информацию о частоте вращения коленчатого вала двигателя, поступающую от системы управления двигателем.

Электронный блок управления гидроусилителем руля принимает и обрабатывает сигналы датчиков и в соответствии с установленной программой воздействует на исполнительное устройство.

В разных модификациях системы Servotronic используются следующие исполнительные устройства: электродвигатель насоса, электромагнитный клапан в гидросистеме. В первом случае изменение производительности гидроусилителя осуществляется за счет изменения скорости вращения электродвигателя. Во-втором, за счет изменения проходного сечения гидросистемы (открытие-закрытие клапана).

На автомобилях концерна Volkswagen и BMW электронная система управления гидравлическим усилителем руля имеет торговое название Servotronic.

Необходимость

Первые паровые омнибусы в полной мере познали все прелести непосредственного управления рулевыми колесами. Классические методы в виде «румпеля» большой длины и различных цепных и тросовых редукторов пришли из судостроения, но их применение на машинах сравнительно малого размера не всегда было возможно, и конструкторам приходилось искать обходные пути. Часто встречались машины, на которых рулевое колесо поворачивали сразу несколько человек. Но еще в 1823 году Роберт Гюрней использовал оригинальную конструкцию, которую можно считать первым усилителем рулевого управления.

В ней человек поворачивал управляющие колеса небольшой тележки, которая дышлом соединялась уже с основной поворотной осью, и если омнибус двигался и сцепления оси хватало, то маленькая тележка поворачивала основную ось за собой. Таким образом, с управлением мог справиться один человек. Наверное, это первый засвидетельствованный случай применения такого рода механизма на транспорте. Как ни странно, схемы с пневматическим (паровым) усилением получили очень малое распространение – судя по всему, ввиду общего консерватизма конструкций.



За ней последовали разработки Роберта Тьюфорда из Питтсбурга, который запатентовал свою систему в 1900 году (U.S. Patent: 646,477), и Фредерика Ланчестера, запатентовавшего гидравлический и вакуумный усилители рулевого управления в Англии в 1902-м.

Гидроусилитель руля: назначение и устройство

Для чего нужен ГУР? Большинство автолюбителей ответят: “Для того, чтобы легче крутить руль”. И будут правы, но отчасти. Кроме повышения комфорта, гидроусилитель позволяет уменьшить передаточное число рулевого управления. Что это дает? Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие нужно прилагать для поворота колес. Но количество оборотов руля от упора до упора при этом будет равным 4-5. Уменьшая передаточное число, можно довести количество оборотов руля до 2-3. Управляемость, маневренность и острота реакций автомобиля улучшается, что особенно важно в аварийной ситуации, когда может не хватить времени для вращения руля с перехватами. Кроме того, у гидроусилителя есть еще несколько и преимуществ, и недостатков, о которых будет сказано ниже.

Гидроусилитель может устанавливаться на автомобили с рулевым управлением разных типов: червячным, винт-шариковая гайка. Мы расмотрим самый распространенный вариант – рейку. В состав системы гидроусиления входят:

  • насос;
  • распределитель;
  • силовой цилиндр;
  • бачок и соединительные шланги.

Рейки с силовыми цилиндрами и насосы Устройство насоса Распределительный золотниковый клапан Схема ГУР Работа золотникового клапана

Насос гидроусилителя, как и любой другой насос, предназначен для создания и поддержания необходимого давление в системе и циркуляции рабочей жидкости (специального масла). Конструкция насоса может быть разной. Самые распространенные – лопастные, характеризующиеся высоким к.п.д. и износоустойчивостью. Насос крепится на двигателе и приводится в действие с помощью ремня от коленвала.

Распределитель, в зависимости от положения руля, направляет поток жидкости в соответствующую полость силового цилиндра или обратно в бачок. Он устанавливается на рулевом валу. Основные части распределителя – золотниковый клапан и торсион. Клапан состоит из двух цилиндрических частей с каналами для жидкости: внешней и внутренней. Торсион – это тонкий пружинистый металлический стержень, способный закручиваться под действием крутящего момента. Один конец торсиона соединен с рулевым валом, а второй – с шестерней, входящей в зацепление с рейкой. Внутренняя часть золотникового клапана соединяется с верхней частью торсиона, а внешняя – с его нижней частью.

Силовой цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Рабочая жидкость передает усилие от насоса через распределитель к силовому цилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем может быть расположен фильтр, а в пробке — щуп для измерения уровня. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и силовой цилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.

  • насос;
  • распределитель;
  • силовой цилиндр;
  • бачок и соединительные шланги.

Рейки с силовыми цилиндрами и насосы Устройство насоса Распределительный золотниковый клапан Схема ГУР Работа золотникового клапана

Рулим пальчиками или почему так легко жить с гидроусилителем?

И тема сегодняшней статьи: устройство рулевого управления с гидроусилителем.

Уважаемые коллеги-автолюбители, вряд ли вы будете спорить с тем, что приятно, когда руль машины поворачивается легко, практически одним пальцем.

Что же позволяет превратить тяжело управляемого монстра в послушную ласточку? Есть такое приспособление – гидроусилитель руля!

При управлении автомобиля с гидроусилителем руля возникает чувство полного контроля над авто, а поездка приносит одно удовольствие.

Но так было не всегда. Если среди вас имеются владельцы «классики» от ВАЗ, то они, наверняка, знают, каково это – настоящая физическая работа за рулём.

Давайте разберёмся, что это за зверь, этот гидроусилитель, и с чем его едят.


Несмотря на то, что использование этих устройств на легковых машинах началось примерно с конца 50-х годов прошлого столетия, они ещё долгие десятилетия считались чем-то экзотическим.

Плюс и минусы

Чтобы подвести итоги, стоит поговорить о сильных и слабых сторонах этого узла.

  • легкое управление;
  • снижение усталости водителя;
  • амортизация ударов неровной дороги;
  • улучшенная маневренность;
  • повышенная безопасность;
  • более чувствительная управляемость.

Верно ставим докатку. Как верно ездить на докатке?


Западная цивилизация дала нам большое количество приятных вещей, возможность аренды машин — одна из них. Многие видели в кино, как храбрец берет авто в прокате и с ветерком уезжает из аэропорта, в то…

Ссылка на основную публикацию