Принцип работы гидравлического усилителя

В настоящее время сложно себе представить автомобиль не оснащенный усилителем рулевого управления. Усилитель может быть электрическим (ЭУР), гидравлическим (ГУР) или электрогидравлическим (ЭГУР). Однако гидроусилитель рулевого управления остается наиболее распространенным типом на данный момент. Он устроен таким образом, что даже при его выходе из строя сохранится возможность управления автомобилем. В этой статье мы разберем его основные функции и подробно узнаем, из чего он состоит.

Функции и назначение ГУР

Гидравлический усилитель руля (ГУР) представляет собой элемент рулевого управления, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса образуется за счет гидравлического давления.

Для легковых автомобилей главное назначение ГУР – обеспечение комфорта. Управлять транспортным средством, оснащенным гидравлическим усилителем руля, легко и удобно. К тому же водителю не нужно для совершения маневра делать рулем полных пять-шесть оборотов в сторону поворота. Такое положение вещей особенно актуально при парковке и маневрировании на узких участках.

Сохранение управляемости автомобилем и смягчение ударов, передающихся на руль в результате наезда управляемых колес на неровности дороги, — еще она важная функция гидроусилителя.

Требования к гидроусилителю

Для эффективной работы ГУР к нему предъявляют следующие требования:

• надежность системы и бесшумность при работе;
• простота обслуживания и минимальный размер устройства;
• технологичность и экологическая безопасность;
• небольшой поворотный момент на колесе с автоматическим возвратом в нейтральное положение;
• легкость и плавность рулевого управления;
• обеспечение кинематического следящего действия – соответствие между углами поворота управляемых колес и руля;
• обеспечение силового следящего действия – пропорциональность между силами сопротивления повороту управляемых колес и усилием на руле;
• возможность управления автомобилем при выходе системы из строя.

Устройство гидроусилителя руля

Гидроусилитель руля устанавливается на рулевой механизм любого типа. Для легковых автомобилей наибольшее распространение получил реечный механизм. В этом случае схема ГУР следующая:

• бачок для рабочей жидкости;
• масляный насос;
• золотниковый распределитель;
• гидроцилиндр;
• соединительные шланги.

Бачок ГУР

В бачке или резервуаре для рабочей жидкости установлен фильтрующий элемент и щуп для контроля за уровнем масла. С помощью масла смазываются трущиеся пары механизмов и передается усилие от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и металлической стружки, возникающей в процессе эксплуатации, в бачке служит сетка.

Уровень жидкости внутри бака можно проверить визуально в случае, когда резервуар сделан из полупрозрачного пластика. Если пластик непрозрачный или используется металлический бачок, уровень жидкости проверяется с помощью щупа.

В некоторых автомобилях уровень жидкости можно проверить только после кратковременной работы двигателя либо при вращении рулевого колеса несколько раз в разные стороны во время работы машины на холостом ходу.

На щупах или резервуарах сделаны специальные насечки, как для «холодного» двигателя, так и для «горячего», уже работающего в течение какого-то времени. Также необходимый уровень жидкости можно определить и с помощью отметок «Max» и «Min».

Насос гидроусилителя

Насос гидроусилителя необходим для того, чтобы в системе поддерживалось нужное давление, а также происходила циркуляция масла. Насос устанавливается на блоке цилиндров двигателя и приводится в действие от шкива коленчатого вала при помощи приводного ремня.

Конструктивно насос может быть разных типов. Наиболее распространенными являются лопастные насосы, которые характеризуются высоким КПД и износоустойчивостью. Устройство выполнено в металлическом корпусе с вращающимся внутри него ротором с лопастями.

В процессе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением подают ее в распределитель и далее в гидроцилиндр.

Привод насоса осуществляется от шкива коленчатого вала, поэтому его производительность и давление зависят от количества оборотов двигателя. Для поддержания необходимого давления в ГУР используется специальный клапан. Давление, которое создает насос в системе, может достигать до 100-150 бар.

В зависимости от типа управления масляные насосы подразделяются на регулируемые и нерегулируемые:

• регулируемые насосы поддерживают постоянное давление за счет изменения производительной части насоса;
• постоянное давление в нерегулируемых насосах поддерживает редукционный клапан.

Редукционный клапан представляет собой пневматический или гидравлический дроссель, действующий автоматически и контролирующий уровень давления масла.

Распределитель ГУР

Распределитель гидроусилителя устанавливается на рулевом валу или на элементах рулевого привода. Его назначение – направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра или обратно в бачок.

Главными элементами распределителя являются торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион представляет собой тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под действием крутящего момента. Золотник и вал распределителя представляют собой две цилиндрические детали с каналами для жидкости, вставленные друг в друга. Золотник связан с шестерней рулевого механизма, а вал распределителя с карданным валом рулевой колонки, то есть с рулем. Торсион одним концом закреплен на валу распределителя, другой его конец установлен в поворотный золотник.

Распределитель может быть осевым, при котором золотник перемещается поступательно, и роторным – здесь золотник вращается.

Гидроцилиндр и соединительные шланги

Гидроцилиндр встроен в рейку и состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Схема циркуляции жидкости в гидроусилителе

Соединительные шланги высокого давления обеспечивают циркуляцию масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом. Масло из бачка в насос и из распределителя обратно в бачок поступает по шлангам низкого давления.

Принцип работы гидроусилителя руля

Рассмотрим несколько режимов работы гидроусилителя при повороте колес в любую сторону:

1. Автомобиль стоит неподвижно на месте, колеса установлены прямо. В данный момент гидроусилитель не работает и жидкость просто перекачивается насосом по системе (из бачка в распределитель и обратно).
2. Водитель начинает вращать рулевое колесо. Крутящий момент от рулевого колеса передается на вал распределителя и далее на торсион, который начинает закручиваться. Поворотный золотник в этот момент не вращается, поскольку ему мешает это сделать сила трения, препятствующая повороту колес. Перемещаясь относительно золотника, вал распределителя открывает канал для поступления жидкости в одну из полостей гидроцилиндра (в зависимости от того, куда повернут руль). Таким образом, вся жидкость под давлением направляется в гидроцилиндр. Жидкость из второй полости гидроцилиндра поступает в сливную магистраль и далее в бачок. Жидкость давит на поршень со штоком, за счет чего перемещается рулевая рейка и поворачиваются колеса.
3. Водитель прекратил вращение рулевого колеса, но продолжает удерживает его в повернутом положении. Рулевая рейка, перемещаясь, вращает поворотный золотник и выравнивает его относительно вала распределителя. В этот момент распределитель устанавливается в нейтральное положение и жидкость вновь просто циркулирует по системе, не совершая никакой работы, так же как и при прямолинейном положении колес.
4. Водитель «выкрутил» руль в крайнее положение и продолжает его удерживать. Данный режим является наиболее тяжелым для гидроусилителя, поскольку распределитель не может вернуться в нейтральное положение, и вся циркуляции жидкости происходит внутри насоса, что сопровождается повышенным шумом его работы. Но стоит отпустить руль, и система придет в норму.

ГУР устроен таким образом, что при его отказе рулевое управление будет продолжать работу и возможность управлять автомобилем сохранится.

Периодичность замены жидкости в ГУР

Теоретически рабочей жидкостью можно пользоваться в течение всего срока эксплуатации автомобиля, но рекомендуется периодически менять масло.

Сроки замены зависят от интенсивности эксплуатации транспортного средства. При среднегодовом пробеге 10-20 тысяч км, достаточно менять масло раз в два-три года. Если машина эксплуатируется чаще, то и смену жидкости нужно делать чаще.

В результате эксплуатации гидроусилителя повышается температура его элементов. За счет этого греется и масло, что приводит к ухудшению его физических свойств. Если при контроле состояния жидкости замечены посторонние частицы или запах горелого масла — значит, настало время для замены.

Объем жидкости при полной замене не превысит полутора литров. Для жидкости замеряют два уровня: холодный и горячий. Холодный уровень – это точка, при которой температура масла находится в пределах от нуля до тридцати градусов. Горячий уровень – точка, когда температура жидкости варьируется от пятидесяти до восьмидесяти градусов.

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.

Заключение

Гидроусилитель рулевого управления значительно облегчает управление автомобилем, особенно если речь идет о грузовом транспортном средстве. Поэтому для бесперебойной работы системы необходим постоянный контроль и уход за ее компонентами.

Гидравлический усилитель руля (ГУР) — автомобильная гидравлическая система, часть рулевого механизма, предназначенная для облегчения управления направлением движения автомобиля при сохранении необходимой «обратной связи» и обеспечении устойчивости и однозначности задаваемой траектории [1] .

Гидроусилитель руля устроен так, что при отказе усилителя рулевое управление продолжает работать (хотя руль при этом становится более «тяжёлым»).

В Советском Союзе (СССР) впервые был применён в 1950 г. на карьерном самосвале МАЗ-525. Первый советский легковой автомобиль, оснащенный ГУР — автомобиль высшего класса ЗИЛ-111 (1958 г.).

Содержание

Назначение и устройство гидроусилителя рулевого управления [ править | править код ]

Для уменьшения усилия, прикладываемого при повороте рулевого колеса, смягчения ударов, передающихся на рулевое колесо при наезде управляемых колес на неровности дороги, и повышения безопасности при разрыве шин переднего колеса в конструкцию рулевого управления некоторых автомобилей вводят специальные гидроусилители.

Устройство [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

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 [ править | править код ]