admin / 05.08.2018

Усилитель рулевого управления

Устройство

Внешние видеофайлы

Реечная рулевая передача с торсионным приводом золотника

Винтовой привод золотника, аналогичный ЗИЛ-130

Винтовой привод золотника, устаревшей конструкции

Гидроусилитель представляет собой замкнутую гидравлическую систему, состоящую из насоса, регулятора давления, бачка с запасом гидравлической жидкости, управляющего золотника и силового гидроцилиндра.

Насос (с приводом от двигателя автомобиля или электромотора), регулятор давления (обычно в виде перепускного клапана, сливающего избыток расхода насоса мимо золотника) и бачок с запасом гидравлической жидкости предназначены для создания рабочего перепада давлений в гидросистеме усилителя.

Силовой гидроцилиндр двойного действия (то есть умеющий создавать усилие в двух направлениях) в современных легковых автомобилях обычно интегрируется с рулевой рейкой и передает усилие на неё. Золотник устанавливается на рулевой колонке и реагирует на вращательный момент на валу колонки.

Придумано множество способов преобразовать вращательный момент рулевого колеса в работу золотника. Большинство основаны на подвижности отдельного участка вала рулевой колонки. В современных машинах роль подвижного элемента колонки обычно играет торсион — радиально пружинящий участок вала рулевой колонки. Золотник реагирует на угловой сдвиг между концами торсиона при наличии усилия на руле. Существуют конструкции с осевой подвижностью участка вала рулевой колонки: осевое перемещение задается винтовой передачей, преобразующей вращательное усилие руля в поступательное движение штока золотника. В некоторых конструкциях усилие поворота колес регистрируется не на рулевой колонке, а на других узлах передачи усилия от руля к колесу.

Пример гидроусилителя, совмещённого с рулевым механизмом — гидроусилитель, применяемый на автомобилях ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131

Принцип работы гидроусилителя руля автомобиля ЗИЛ-130:

При прямолинейном движении автомобиля золотник за счёт пружин удерживается в нейтральном положении, при этом все каналы золотника открыты.

При повороте — при вращении руля винт вращается и вкручивается в шариковую гайку. При этом он смещается вместе с золотником и подшипниками и смещает плунжеры, сжимая пружины. Как только подшипники упрутся в корпус, винт с золотником перестанет смещаться, а смещаться начнёт шариковая гайка с поршнем и рейкой, при этом как бы накручиваясь на винт. При смещении золотника центральный канал от насоса останется связанным с одним из боковых каналов, а другой боковой канал останется связанным с каналом слива. При смещении поршня усилие будет передаваться от рейки сектору, а от него через вал сошке. Так как центральный канал от масляного насоса связан с одним из боковых каналов, то масло пойдёт из него в одну из полостей гидроцилиндра и будет давить на поршень, помогая смещать его и облегчая усилие, прилагаемое на рулевое колесо.

При прекращении вращения руля винт перестаёт вкручиваться в гайку и минимальное движение поршня передаётся на винт и золотник. Золотник возвращается в нейтральное положение. Все каналы открываются, масло от насоса начинает уходить на слив, и усилитель прекращает свою работу. Кроме того, возвращению золотника в нейтральное положение способствуют пружины, давящие на плунжеры и на подшипники.

При увеличении сопротивления повороту начнёт возрастать давление в линии от насоса через золотник в одну из полостей гидроцилиндра. Эта линия связана с полостью между плунжерами, где находятся пружины. Повышенное давление будет давить на плунжеры, а они — на подшипники. Плунжеры будут стараться вернуть золотник в нейтральное положение. Часть масла начнёт уходить на слив, а водитель почувствует дополнительное сопротивление вращению руля — следящее действие за усилием.

При неработающем двигателе насос не накачивает масло и усилитель не работает. Управление автомобилем может осуществляться. При вращении руля поршень смещается и вытесняет масло из одной полости в другую через обратный клапан, и масло не мешает движению поршня.

Пример гидроусилителя, совмещённого с продольной тягой — гидроусилитель, применяемый на автомобилях МАЗ и КрАЗ-255

Принцип работы гидроусилителя руля автомобиля КрАЗ-255:

При прямолинейном движении — золотник находится в нейтральном положении, все каналы открыты и масло от насоса уходит на слив.

При повороте усилие от рулевого колеса передаётся через рулевой механизм на сошку. Сошка тянет шаровый палец, а он смещает стакан и золотник примерно на 1 мм. Как только стакан упрётся в корпус, усилие будет передаваться корпусу, а от него через другой шаровый палец продольной тяге и далее. Так как золотник сместился, канал от насоса остался связанным только с одной полостью цилиндра, а другая полость осталась связана с каналом слива. Масло, поступающее в цилиндр, смещает корпус за счёт давления в ту сторону, в которую его тянет сошка, облегчая водителю поворот руля. Масло, поступающее в цилиндр, давит на корпус за счёт давления, а опорой для него является поршень и шток, соединенные с балкой переднего моста.

При прекращении поворота руля золотник возвращается в исходное положение за счёт остаточного давления масла, которое давит на торец золотника. Торцевая полость золотника связана с основным каналом отверстием в бурте.

При увеличении сопротивления повороту растёт давление в усилителе, которое действует и на торцевую поверхность золотника и старается вернуть его в исходное положение, создавая дополнительное сопротивление на рулевом колесе. Следящее действие осуществляется по принципу остановки вращения руля.

Эксплуатация

Automatic transmission fluid (ATF) Dexron III

Для предотвращения возникновения аварийно-опасных ситуаций, связанных с отказом системы рулевого управления автомобиля, необходимо периодически производить контроль наличия масла в бачке ГУРа. При заметном снижении его уровня, не связанного с температурой, углом поворота колес, наклоном автомобиля и т. п., необходимо проверить герметичность узлов гидравлического контура: шланги, места их вводов и т. д.

Для увеличения срока службы элементов ГУРа и системы в целом, рекомендуется один раз в 1—2 года производить замену рабочей жидкости.

В инструкции по эксплуатации большинства автомобилей подчеркивается, что нельзя удерживать колеса в крайнем положении более 5 сек, так как это может привести к перегреву масла, вплоть до его закипания, и выходу системы из строя.

В качестве рабочей гидравлической жидкости (а также смазочного масла деталей гидроусилителя) применяется:

На советских грузовых автомобилях применяется веретенное (индустриальное) масло. На современных автомобилях применяется или жидкость для гидроусилителей (Power steering fluid) или жидкость для автоматических трансмиссий (Automatic transmission fluid или ATF или Dexron III).

Перед заливкой масла в агрегат рекомендуется ознакомиться с инструкцией по эксплуатации.

История

Первые усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах в конце 30-х годов 20-го века. Сначала использовали пневмоусилители — они были несложными и запитывались от компрессора уже существующих пневматических тормозов. Но гидравлика, хотя была сложнее и дороже пневматики, работала тише и точнее. На ней и остановились конструкторы легковых автомобилей. В Америке, в 1951 году серийные автомобили Chrysler Crown Imperial стали впервые оснащать гидравлическими усилителями Hydraguide в качестве стандартного оборудования. В Европе в 1954 году гидроусилитель появился на Citroen DS 19.

Усилители рулевого управления на Викискладе

  • Рулевое управление и гидроусилители руля на autoreview.ru
  • Виды ЭУР на elektrorul.ru

Это заготовка статьи об автомобильной технике. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D1%81%D0%B8%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8_%D1%80%D1%83%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Для уменьшения усилия, прикладываемого водителем к рулевому колесу при повороте автомобиля, применяются усилители. Они выполняют следующие функции:

  • обеспечивают кинематическое следящее действие, т. е. пропорциональность между углами поворота управляемых колес ТС и рулевого колеса;
  • создают силовое следящее действие — «чувство дороги», т. е. обеспечивают пропорциональность между усилием, прилагаемым водителем к рулевому колесу, и сопротивлением повороту управляемых колес машины (чем меньше радиус поворота автомобиля и, следовательно, больше углы поворота управляемых колес, тем больше момент сопротивления их повороту);
  • позволяют управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;
  • повышают безопасность движения, так как обеспечивают возможность управления автомобилем при разрыве шины на управляемом колесе, что особенно важно в случае, когда автомобиль движется с большой скоростью;
  • смягчают удары, передаваемые на рулевое управление при движении по неровной дороге.

Усилитель (его силовой цилиндр) устанавливают в рулевом управлении параллельно рулевому редуктору, выполняя тем самым требование обеспечения возможности управления автомобилем при выходе усилителя из строя. Рассмотрим схему рулевого управления автомобиля при наличии усилителя.

При повороте рулевого колеса 13, например, вправо сошка 12 рулевого механизма 14 повернется по часовой стрелке. В результате золотник 9 распределителя 8 сместится, и рабочая жидкость начнет подаваться от насоса 2 в полость А силового цилиндра 7, который будет поворачивать управляемые колеса 4 в необходимую сторону. При этом полость Б силового цилиндра соединится через распределитель со сливной магистралью 1. Поршень силового цилиндра переместится, а его шток, воздействуя на привод управления, повернет управляемые колеса на угол, значение которого пропорционально углу поворота рулевого колеса. При этом усилитель будет обеспечивать необходимое «чувство дороги».

Рис. Схема рулевого управления с усилителем: 1 — сливная магистраль; 2 — насос; 3 — тяга; 4 — управляемые колеса; 5 — рычаг; 6, 10 — реактивные камеры; 7— силовой цилиндр; 8 — распределитель; 9 — золотник; 11 — нагнетательная магистраль; 12 — сошка; 13 — рулевое колесо; 14 — рулевой механизм; А, Б — полости силового цилиндра

По окончании поворота рулевого колеса управляемые колеса из-за давления рабочей жидкости будут продолжаться поворачиваться вправо. За счет рычага 5 и тяги 3 корпус распределителя сместится назад и перекроет подачу рабочей жидкости в полость А силового цилиндра. Поворот управляемых колес будет прекращен.

Кинематическое следящее действие усилителя обеспечивается за счет механической обратной связи рычага и тяги с управляемыми колесами. Силовое следящее действие достигается с помощью реактивных элементов усилителя — камер и плунжеров (в данном случае — камер 6 и 10). В эти камеры через калиброванные отверстия поступает рабочая жидкость из нагнетательной магистрали 11. В зависимости от направления поворота автомобиля жидкость под давлением подается либо на правый, либо на левый торец золотника 9. Создаваемое при этом усилие, зависящее от давления в магистрали, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления повороту управляемых колес, смещает золотник в необходимую сторону. С увеличением момента сопротивления повороту управляемых колес повышается давление рабочей жидкости в цилиндре и реактивной камере распределителя. Это давление препятствует смещению золотника и способствует его возвращению в нейтральное положение.

За счет инерции управляемых колес возможно дальнейшее смещение корпуса распределителя относительно золотника и переход через нейтральное положение. В данном случае полость Б цилиндра соединяется с магистралью, и начинается поворот управляемых колес в обратном направлении. Это явление называют автоколебаниями управляемых колес. Во избежание его в конструкцию усилителя вводят специальные реактивные элементы.

На ТС применяются в основном гидроусилители рулевого управления, в которых в качестве рабочего тела используется жидкое минеральное масло при давлении до 7…9 МПа. Применяются также пневмоусилители, работающие от пневматической тормозной системы автомобиля.

Усилитель состоит из трех основных устройств:

  • источника энергии (насоса)
  • исполнительного механизма
  • распределительного устройства

Роль исполнительного механизма выполняет цилиндр, куда под давлением подается рабочая жидкость (минеральное масло). Цилиндр перемещает в необходимую сторону детали привода управляемых колес, уменьшая усилие, прикладываемое водителем к рулевому колесу, в 3 — 5 раз.

Усилитель включается в работу только по мере необходимости.

По схеме компоновки с рулевым механизмом различают следующие конструкции усилителей:

  • совмещенная (встроенная), когда исполнительный механизм и распределительное устройство усилителя объединены с рулевым механизмом;
  • раздельная, когда исполнительный механизм (цилиндр) размещается на рулевом приводе, а распределительное устройство — либо на исполнительном механизме, либо на рулевом, либо отдельно.

Применение той или иной схемы обусловливается конструктивными особенностями ТС, нагрузкой на управляемые колеса и возможностью унификации деталей рулевого привода.

Силовой цилиндр гидроруля автомобиля ЗИЛ объединен с картером 2 редуктора, а поршень — с рейкой. Винт 4 уплотнен в крышке 12 и в поршне-рейке 3 уплотнительными кольцами. Поршень-рейка имеет наружные уплотнительные кольца, разделяющие противоположные от него полости силового цилиндра. Распределительное устройство золотникового типа размещено в корпусе 10 клапана управления, прикрепленном к крышке 8 картера рулевого управления. Золотник 9 распределительного устройства установлен между двумя упорными шарикоподшипниками на конце винта. Посредством шайбы и регулировочной гайки 11 упорные подшипники и золотник стянуты друг с другом и имеют слева упор в кольцевой буртик винта. Длина золотника составляет на 1,1 мм больше длины проточки для него в корпусе распределительного устройства, вследствие чего золотник вместе с винтом может перемещаться в осевом направлении внутри золотниковой камеры от центрального положения. Золотник имеет цилиндрическую форму с кольцевыми проточками для протекания рабочей жидкости (масла).

При центральном положении золотника подводящее и отводящее отверстия золотниковой камеры соединяются между собой центральной проточкой золотника (обе полости картера рулевого механизма справа и слева от поршня-рейки соединены с насосом гидроусилителя и бачком для масла). Шесть реактивных пружин 13, установленных между плунжерами 14, стремятся удержать золотник в среднем (центральном) положении. При нейтральном положении наружные торцевые поверхности плунжеров частично упираются в торцевые поверхности корпуса золотниковой камеры распределительного устройства, а частично — в поверхности упорных подшипников, расположенных по обе стороны золотника и фиксирующих его в осевом направлении. Между торцами золотниковой камеры и внутренними обоймами упорных подшипников имеется зазор 1,1 мм. Усилие предварительного сжатия реактивных пружин определяет начало включения усилителя в работу.

Отличительным признаком РУ автомобилей КамАЗ является компоновка рулевого механизма с коническим (угловым) редуктором, связанным через карданную передачу с рулевым колесом. Рулевой механизм, как и у автомобиля ЗИЛ, размещен в одном корпусе с клапаном управления гидроусилителем и силовым цилиндром. В отличие от усилителя автомобиля ЗИЛ реактивные плунжеры размещены в трех отверстиях корпуса совместно с центрирующими пружинами. Рабочий ход золотника распределителя также составляет 1,1 мм. Предохранительный клапан, соединяющий магистрали высокого и низкого давления, срабатывает при давлении рабочей жидкости около 7 МПа. В гидросистеме имеется перепускной клапан, соединяющий обе полости силового цилиндра при неработающем насосе, что уменьшает сопротивление усилителя при повороте управляемых колес автомобиля.

Рассмотрим принцип действия гидроусилителя автомобиля ЗИЛ. При работе двигателя масло от лопастного насоса, имеющего привод от шкива 1 (рис. а), по шлангу высокого давления поступает в корпус распределительного устройства (направление циркуляции рабочей жидкости указано стрелками). При движении автомобиля по прямой золотник 30 находится в нейтральном (среднем) положении. Масло, подаваемое к распределительному устройству, протекает через кольцевые канавки золотника и корпуса золотниковой камеры, а также по шлангу низкого давления и, пройдя через радиатор (охладитель), поступает через сетчатый фильтр 8 в бачок усилителя.

При повороте автомобиля на его управляемые колеса действует момент сопротивления, препятствующий их вращению. Реакция от силы сопротивления (показана жирной стрелкой на рис. б, в) через детали рулевого привода передается на вал сошки 37, зубчатый сектор, рейку и винт 21 рулевого механизма.

При повороте рулевого колеса и автомобиля вправо (см. рис. б) винт, ввинчиваясь в шариковую гайку 23, перемещается на некоторое расстояние также вправо. Вместе с ним смещаются вправо от нейтрального положения золотник и его упорные подшипники 25. Перемещение возможно только в том случае, если действующая по оси винта сила окажется больше усилия сжатия реактивных пружин 33 плунжеров 34 и давления масла, воздействующего на эти плунжеры. При смещении вправо центральный буртик золотника 30 отсоединяет от сливной магистрали правую полость силового цилиндра и обеспечивает ее сообщение с напорной магистралью. Масло, поступая под давлением от насоса в эту полость, способствует перемещению поршня-рейки. Давление масла по обе стороны поршня-рейки неодинаково, поэтому создается дополнительная сила, действующая на поршень-рейку в том же направлении, что и усилие со стороны водителя, и способствующая повороту управляемых колес автомобиля вправо. В то же время проходное сечение, соединяющее левую полость силового цилиндра со сливной магистралью, увеличивается, и жидкость свободно вытесняется из нее в бачок.

Чем больше сопротивление дороги повороту управляемых колес, тем выше давление масла в рабочей полости силового цилиндра. Увеличивается также давление масла на реактивные плунжеры, пружины которых при перемещении золотника дополнительно ужимаются на величину смещения золотника от нейтрали. Возрастает и усилие, с которым золотник стремится вернуться в среднее положение, и, следовательно, увеличивается усилие, необходимое для поворота рулевого колеса. Поэтому у водителя создается соответствующее «чувство дороги». Максимальное усилие на рулевом колесе при работающем усилителе не превышает 100 Н, а при его отказе — 500 Н (обеспечивается только за счет передаточного числа рулевого механизма). Реактивное воздействие усилителя на рулевое колесо, таким образом, тем значительнее, чем больше момент сопротивления повороту управляемых колес автомобиля. Это воздействие проявляется за счет увеличивающегося со стороны плунжеров давления на тот или иной упорный подшипник, поскольку при повышении давления масла реактивные плунжеры стремятся раздвинуться в стороны.

После прекращения вращения рулевого колеса золотник за счет продолжающегося некоторое время (под воздействием давления масла) перемещения поршня-рейки 18 займет нейтральное положение, и усилитель выключится. Масло от насоса будет свободно проходить через золотник и поступать в бачок, а давление в силовом цилиндре уменьшится до необходимого для удержания управляемых колес в повернутом положении.

При повороте рулевого колеса и управляемых колес влево (см. рис. в) золотник переместится также влево (см. рис. в). В этом случае левая полость силового цилиндра соединится с напорной магистралью, а правая — со сливной. Работа усилителя будет аналогичной.

Если насос усилителя не включен или гидросистема не работает (поломка насоса, обрыв шлангов), то рулевой механизм будет работать без гидроусилителя. Для обеспечения работы рулевого механизма в этом случае служит шариковый клапан 29, который при понижении давления в системе соединяет напорную магистраль со сливной. Жидкость свободно перетекает из одной полости силового цилиндра в другую, практически не препятствуя перемещению поршня-рейки.

В качестве преобразователей энергии в гидроусилителях автомобилей применяют насосы лопастного типа двустороннего действия. Насос, как правило, с приводом через клиноременную передачу от шкива на переднем конце коленчатого вала размещается на двигателе автомобиля. В пазы ротора насоса по периферии свободно установлены лопасти 16, торцы которых при вращении ротора плотно прилегают к поверхности статора 6 насоса под действием центробежных сил и давления масла. Масло, оказавшееся в пространстве между соседними лопастями, вытесняется под давлением в полость нагнетания, откуда через отверстия распределительного диска насоса, каналы и специальное калиброванное отверстие поступает в напорный шланг 14 гидроусилителя. Чем выше частота вращения ротора, тем больше подача насоса, т. е. количество масла, поступающего в единицу времени в напорную магистраль.

Рис. Схемы работы гидроусилителя автомобиля ЗИЛ:
а — схема соединения нагнетательного масляного насоса и клапана управления; б, в — схемы работы при повороте автомобиля вправо и влево соответственно; 1 — шкив; 2 — всасывающая магистраль; 3 — полость нагнетания; 4 — пространство между статором и ротором; 5 — ротор; 6 — статор; 7 — бачок; 8 — сетчатый фильтр; 9, 15 — предохранительные клапаны; 10 — трубопровод; 77, 12, 26, 35, 36 — каналы; 13, 30 — золотники; 14 — напорный шланг гидроусилителя; 16 — лопасть; 17 — зубчатый сектор; 18 — поршень-рейка; 19 — наружная полость поршня-рейки; 20 — картер механизма; 21 — винт рулевого механизма; 22 — шарик; 23 — шариковая гайка; 24 — внутренняя полость; 25 — упорный подшипник; 27 — отверстие; 28 — корпус; 29 — шариковый клапан; 31 — гайка; 32 — пружинная шайба; 33 — пружина; 34 — плунжер; 37 — сошка

Часть масла через перепускной клапан (золотник 13) постоянно отводится в сливной бачок 7. Если давление масла превысит 7 МПа, то откроется предохранительный клапан 15 и избыточное количество масла перетечет из напорной магистрали также в бачок. Для фильтрации масла, поступающего в бачок, служит сетчатый фильтр. Помимо него на линии слива установлен фильтр 8 и предохранительный клапан 9, поджатый к фильтру пружиной. Этот клапан срабатывает при засорении фильтра 8 и повышении давления на сливе.

В крышке насоса установлен перепускной клапан, имеющий отверстия для соединения с полостью нагнетания. Клапан работает по принципу разности давления масла на его торцы. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя разность давлений возрастает, поскольку увеличивается разность давлений масла в полости нагнетания насоса и напорном шланге гидроусилителя.

При избыточной подаче насоса перепускной клапан переместится вправо, сожмет пружину и соединит полость нагнетания через канал 12 с бачком. Пружина предохранительного клапана 15 рассчитана на его открытие при достижении предельного давления рабочей жидкости (масла).

Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/rulevoe-upravlenie/usiliteli/usiliteli-rulevogo-upravleniya/

Пневмоусилитель рулевого управления

Пневматический усилитель рулевого управления, как можно догадаться из названия, работает на сжатом воздухе. Он состоит из цилиндра двойного действия и следящего устройства и может, в отличие от ГУР, либо работать на полную мощь, либо не работать. Пока усилие на руль не превышает определенного значения, клапаны закрыты, рулевое управление работает без усилителя. Однако при переходе этого порога включается усилитель и помогает водителю справиться с поворотом. Пневматические усилители в настоящее время имеют ограниченное распространение. Их применяют в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности с пневматической тормозной системой. Пневматический усилитель включается в работу водителем только в тяжелых дорожных условиях.

Конструкция пневматических усилителей проще, чем гидравлических, так как используется оборудование тормозной пневматической системы автомобиля. Но они имеют большие габаритные размеры, обусловленные невысоким рабочим давлением, и значительное время срабатывания, что приводит к меньшей точности при управлении автомобилем в процессе поворота.

Это оборудование в основном устанавливается на грузовые автомобили, поскольку оно обладает рядом недостатков:

  • 1. Колеса при переключении усилителя стремятся повернуть сильнее, чем необходимо. рулевой колонка привод гидроусилитель
  • 2. Большая шумность усилителя.
  • 3. Неспособность гасить удары от ям и других поверхностей.

Изначально система усиления применялась на крупнотоннажной и крупногабаритной технике. Здесь мышечной силы водителя было явно недостаточно для того, чтобы осуществить задуманный маневр. В современных легковых автомобилях она используются в качестве средства обеспечения комфортности при рулении.

Источник: https://vuzlit.ru/389372/pnevmousilitel_rulevogo_upravleniya

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*