Устройство автомобилей





Гидравлический усилитель руля



Гидравлические усилители рулевого управления в настоящее время широко применяются на грузовых автомобилях, а также на некоторых моделях автомобилей УАЗ и легковых автомобилях высокого класса.
Установка гидроусилителей руля на легковые автомобили и внедорожники УАЗ преследует не только цель облегчить усилие на рулевом колесе при управлении, но и для предотвращения потери управляемостью автомобиля в случае разрыва шины колеса. В частности, автомобили УАЗ, оборудованные гидравлическим усилителем руля, обычно предназначаются для использования в военных целях, и при повреждении шины колеса (например, из-за попадания пули или осколка), автомобиль не потеряет управляемость на любой скорости.

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

Взаимное расположение элементов гидравлического усилителя рулевого управления (ГУР) и их взаимосвязь существенно влияют на управляемость, маневренность 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 ГУР и тем выше устойчивость управления автомобилем 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 ГУР могут располагаться в одном корпусе, в таком случае усилитель рулевого управления называют интегральным (рис. 1,а), или компоноваться в других вариантах:

  • распределительное устройство и силовой цилиндр объединены в одном агрегате, рулевой механизм отдельно (рис. 1,б);
  • распределительное устройство и рулевой механизм в одном агрегате, а силовой цилиндр отдельно (рис. 1,в);
  • все элементы усилителя рулевого управления разделены (рис. 1,г).
схемы компоновки элементов гидроусилителей рулевого управления

Каждая компоновочная схема имеет свои преимущества и недостатки. Наибольшее применение нашли усилители интегрального типа, конструкцию которых рассмотрим на примере усилителя автомобиля КамАЗ.

***



Гидравлический усилитель руля автомобиля КамАЗ

Устройство и компоновка гидравлического усилителя рулевого управления автомобилей КамАЗ приведены на рис. 2.

Усилитель состоит из насоса 3 с бачком, клапана управления золотникового типа, гидравлического силового цилиндра, совмещенного с картером 14 рулевого механизма, радиатора 1, трубопроводов и шлангов.

устройство гидравлического усилителя рулевого управления КамАЗ

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 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 занять 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 обе полости 6 и 23 силового цилиндра при неработающем насосе, уменьшая сопротивление усилителя рулевого управления при повороте колес.

Насос гидроусилителя рулевого управления

В гидроусилителе рулевого управления применяется лопастной (шиберный) насос (рис. 2) двойного действия - за один оборот вала насоса совершается два полных цикла всасывания и нагнетания. Он 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, клапаны 16.

устройство насоса гидроусилителя рулевого управления

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 (ТНВД).
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 четырьмя 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, размещенный внутри перепускного клапана, ограничивает давление масла, когда оно достигает 8,5…9,0 МПа.

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

В бачке 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 центробежных сил 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 масло 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.

Радиатор охлаждения масла и трубопроводы

Радиатор 1 (рис. 1) предназначен для охлаждения масла, циркулирующего в гидравлическом усилителе рулевого управления. Он представляет собой изогнутую 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 руля