Конструкция гидроусилителя

В статье рассмотрим конструкцию гидроусилителя, ключевого элемента систем рулевого управления. Гидроусилитель, будь то традиционный ГУР или современный электроусилитель (ЭУР), облегчает управление автомобилем, обеспечивая плавность и точность маневрирования. Обсудим работу гидроусилителей на примерах рулевых приводов автомобилей МАЗ и ЗИЛ, а также основные компоненты, такие как насос и привод гидроусилителя. Статья будет полезна механикам и автолюбителям, желающим лучше понять устройство и принципы работы своих автомобилей.

Требования, предъявляемые к конструкции гидроусилителя:

В зависимости от места размещения компонентов усилителя выделяют четыре категории конструкций.

Эксперты отмечают, что конструкция гидроусилителя руля является ключевым элементом, обеспечивающим комфорт и безопасность вождения. Основной принцип работы устройства заключается в использовании гидравлической жидкости для уменьшения усилия, необходимого для поворота руля. Специалисты подчеркивают, что современные гидроусилители отличаются высокой надежностью и эффективностью благодаря применению передовых технологий и материалов. Важным аспектом является правильная настройка системы, которая позволяет избежать избыточного усилия и обеспечивает точность управления. Кроме того, эксперты акцентируют внимание на необходимости регулярного обслуживания, так как загрязнение жидкости или утечки могут привести к серьезным поломкам. В целом, конструкция гидроусилителя продолжает эволюционировать, адаптируясь к требованиям современных автомобилей и предпочтениям водителей.

https://youtube.com/watch?v=TqzObXmcwJg

Типы конструкций усилителей рулевого привода

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». 

Интересные факты

Вот несколько интересных фактов о конструкции гидроусилителя:

1. Принцип работы: Гидроусилитель руля использует принцип гидравлического усиления, который основан на передаче силы через жидкость. Когда водитель поворачивает рулевое колесо, он создает давление в гидравлической системе, что позволяет значительно уменьшить усилие, необходимое для поворота колес. Это делает управление автомобилем более комфортным и безопасным.

2. Компоненты системы: Основные компоненты гидроусилителя включают насос, который создает давление, гидравлические цилиндры, которые передают это давление на рулевую колонку, и управляющие клапаны, которые регулируют поток жидкости. Современные системы могут также включать датчики и электронные компоненты для улучшения отзывчивости и точности управления.

3. Эволюция технологий: С развитием технологий гидроусилители стали более эффективными и компактными. Современные системы, такие как электрогидравлические и полностью электрические усилители, обеспечивают еще большую экономию топлива и снижение веса автомобиля, а также позволяют интегрировать дополнительные функции, такие как автоматическое управление и адаптивные системы помощи водителю.

https://youtube.com/watch?v=0B5nh0hUEUg

Работа гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-4331:

Если водитель прекращает вращать рулевое колесо, то и поворот управляемых колес останавливается, поскольку винт перестает вращаться. В результате жидкость, поступающая в картер рулевого механизма, возвращает поршень-рейку в нейтральное положение, при котором действие жидкости на поршень-рейку прекращается.

Гидроусилители автомобилей марок «ЗИЛ» и «КамАЗ» имеют много общего, однако конструкция гидроусилителя «КамАЗ» обладает некоторыми уникальными чертами. Распределитель находится перед угловым редуктором. В центральной части распределителя установлен золотник, вокруг которого расположены три сквозных отверстия с двумя цилиндрами и центрирующей пружиной между ними, а в трех глухих отверстиях находятся по одному плунжеру с пружиной. Три плунжера в глухих отверстиях необходимы для того, чтобы жидкость, находящаяся в корпусе углового редуктора, воздействовала на три торца реактивных плунжеров в сквозных отверстиях, а также на кромку винта в месте его уплотнения. В полости слева под передней крышкой давление жидкости действует только на торцы трех плунжеров. Для обеспечения равного реактивного усилия на рулевом колесе при повороте в обе стороны, со стороны углового редуктора установлены три дополнительных плунжера, общая площадь которых равна площади кромки сечения винта.

В одном из плунжеров встроен обратный клапан, который при сбое в гидросистеме соединяет магистрали высокого и низкого давления, позволяя рулевому управлению функционировать без усилителя. Предохранительный клапан соединяет магистрали нагнетания и слива при давлении жидкости выше 8 МПа, защищая насос от перегрева и детали от перегрузок. Размещение предохранительного клапана в отдельной бобышке упрощает его регулировку и ремонт.

Гидроусилитель автомобиля МАЗ также имеет свои особенности. Распределитель прикреплен к корпусу шаровых шарниров и силового цилиндра. Внутри корпуса распределителя находятся три кольцевые канавки: две крайние соединены между собой каналом и с магистралью нагнетания, а средняя связывает магистраль слива с бачком насоса. Две кольцевые канавки золотника соединяются каналами (одна — с левой, другая — с правой стороны) с реактивными камерами, которые представляют собой замкнутую полость. Шаровые пальцы сошки и продольной рулевой тяги фиксируются в корпусе шаровых шарниров. Этот корпус соединен с корпусом золотника с помощью фланца. Шаровые пальцы удерживаются пружинами между сферическими сухарями, пробкой и регулировочной гайкой. Сухари фиксируются от вращения штифтами, а шаровые пальцы могут вращаться в определенных пределах. Внутри корпуса шаровых шарниров в осевом направлении может двигаться стакан с закрепленным в нем шаровым пальцем сошки. Золотник, жестко соединенный со стаканом болтами, перемещается вместе с ним. На корпус шаровых шарниров установлен силовой цилиндр, внутри которого находится поршень со штоком. Одна сторона полости цилиндра закрыта пробкой, а другая — крышкой. На конце штока имеется головка для крепления в кронштейне рамы. Полости цилиндра, разделенные поршнем, соединены трубопроводами с каналами в корпусе распределителя, которые выходят в полость между кольцевыми проточками.

Конструкция гидроусилителя автомобиля МАЗ

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. 

https://youtube.com/watch?v=Hcey_DjwlVI

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.

Преимущества и недостатки различных конструкций гидроусилителей

Гидроусилители руля (ГУР) являются важным элементом современных автомобилей, обеспечивая легкость управления и повышая комфорт вождения. Существует несколько конструкций гидроусилителей, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

1. Гидроусилители с насосом постоянного давления

Эта конструкция использует насос, который создает постоянное давление в системе. Преимущества таких ГУР заключаются в их простоте и надежности. Они обеспечивают стабильную работу и могут быть использованы в различных условиях. Однако недостатком является то, что при отсутствии нагрузки насос продолжает работать, что приводит к излишнему расходу топлива и повышенному износу компонентов.

2. Гидроусилители с насосом переменного давления

В этой конструкции насос адаптирует свое давление в зависимости от потребностей системы. Это позволяет значительно снизить расход энергии и улучшить экономичность автомобиля. Однако такие системы более сложны и могут требовать более частого обслуживания. Кроме того, в условиях низких температур может наблюдаться ухудшение работы насоса.

3. Электрогидравлические усилители

Электрогидравлические системы представляют собой комбинацию электрического привода и гидравлической системы. Они обладают высокой эффективностью и могут быть адаптированы под различные условия вождения. Преимущества включают возможность точной настройки усилия на руле и снижение расхода топлива. Однако такие системы могут быть дороже в производстве и ремонте, а также требуют наличия сложной электроники.

4. Механические усилители

Хотя механические усилители не являются гидравлическими, их стоит упомянуть в контексте сравнения. Они работают на основе механических рычагов и пружин, что делает их простыми и надежными. Однако они не обеспечивают такой же уровень комфорта и легкости управления, как гидравлические системы. Кроме того, механические усилители могут быть менее эффективными при высоких скоростях.

5. Гидравлические усилители с переменной геометрией

Эти системы используют изменяемую геометрию для адаптации усилия в зависимости от скорости автомобиля и других факторов. Преимущества заключаются в улучшенной управляемости и комфорте, особенно на высоких скоростях. Однако такие системы могут быть сложными в производстве и требуют высококачественных материалов для обеспечения надежности.

В заключение, выбор конструкции гидроусилителя зависит от множества факторов, включая требования к производительности, экономичности и стоимости. Каждая из представленных систем имеет свои уникальные характеристики, которые могут быть более или менее подходящими в зависимости от конкретных условий эксплуатации автомобиля.

Вопрос-ответ

Как работает гидроусилитель руля?

Гидроусилитель руля использует гидравлическую жидкость для уменьшения усилия, необходимого для поворота руля. При повороте руля насос, приводимый в действие двигателем, создает давление в системе, которое помогает перемещать колеса, облегчая управление автомобилем.

Какие основные компоненты входят в конструкцию гидроусилителя?

Основные компоненты гидроусилителя включают насос, резервуар для жидкости, рулевую колонку, цилиндры и шланги. Насос создает давление, а цилиндры передают это давление на рулевую систему, облегчая поворот.

Как часто нужно проверять уровень жидкости в гидроусилителе?

Уровень жидкости в гидроусилителе следует проверять регулярно, как минимум раз в несколько месяцев или при каждом техническом обслуживании автомобиля. Низкий уровень жидкости может привести к повреждению насоса и ухудшению работы системы.

Советы

СОВЕТ №1

Перед началом работы с гидроусилителем обязательно ознакомьтесь с инструкцией по эксплуатации вашего автомобиля. Это поможет вам понять особенности конструкции и обслуживания конкретной модели.

СОВЕТ №2

Регулярно проверяйте уровень жидкости в системе гидроусилителя. Низкий уровень может привести к перегреву и повреждению насоса, что в свою очередь потребует дорогостоящего ремонта.

СОВЕТ №3

Обратите внимание на наличие посторонних звуков при работе гидроусилителя. Скрипы или стуки могут указывать на проблемы с насосом или утечки жидкости, и их следует устранять как можно скорее.

СОВЕТ №4

При замене жидкости в гидроусилителе используйте только рекомендованные производителем жидкости. Неправильный выбор может негативно сказаться на работе системы и привести к ее поломке.