Назначение, классификация, устройство и принцип работы рулевых усилителей

Рулевым усилителем называется механизм, создающий под дав­лением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля. Усилитель служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности и безопасности движения. Он так­же смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передавае­мых от управляемых колес на рулевое колесо. Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия. Безопасность движения повышается потому, что в случае рез­кого понижения давления воздуха в шине переднего управляемо­го колеса при проколе или разрыве шины при наличии усилителя водитель в состоянии удержать рулевое колесо в руках и сохранить направление движения автомобиля. Однако наличие усилителя приводит к усложнению конструк­ции рулевого управления и повышению стоимости, к увеличению изнашивания шин, более сильному нагружению деталей ру­левого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомобиля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требу­ет адаптации водителя.

Рулевые усилители при­меняют на легковых автомобилях, грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и автобусах. Получили распростра­нение гидравлические и пневматические усилители. Принцип дей­ствия этих усилителей аналогичен, но в них используется различ­ное рабочее вещество: в гидравлических усилителях — масло (тур­бинное, веретенное), а в пневматических — сжатый воздух пнев­матической тормозной системы автомобиля.

Гидравлические усилителиполучили наибольшее применение. Так, из всех автомобилей с усилителями 90 % оборудованы гид­равлическими усилителями.

Пневматические усилителив 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.

К рулевым усилителям предъявляют требования, в соответствии с которыми они должны обеспечивать:

• кинематическое следящее действие (по перемещению), т.е. соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляе­мых колес;

• силовое следящее действие (по силе сопротивления поворо­ту), т.е. пропорциональность между усилием на рулевом колесе и силами сопротивления повороту управляемых колес;

.• возможность управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;

• действие только в случаях, когда усилие на рулевом колесе превышает 25... 100 Н;

• минимальное время срабатывания;

• минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес автомобиля; • смягчение и поглощение толчков и ударов, передаваемых от управляемых колес на рулевое колесо.

Гидроусилитель имеет следующие основные элементы: гидрона­сос с бачком, гидрораспределитель и гидроцилиндр. Гидронасос является источником питания, гидрораспредели­тель — распределительным устройством, а гидроцилиндр — ис­полнительным устройством. Гидронасос, приводимый в дей­ствие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным и слив­ныммаслопроводами с гидрораспределителем, который установлен на продольной рулевой тяге, прикрепленной к пово­ротному рычагу управляемого колеса. Внутри корпуса гидро­распределителя находится золотник, связанный с рулевым ме­ханизмом . Золотник имеет три пояска, а корпус гидроусили­теля — три окна. Внутри корпуса между поясками золотника об­разуются две камеры. Кроме того, в корпусе имеются еще две реактивные камеры, соединенные с камерами золотникаосевыми каналами, выполненными в крайних поясках золотника. В реактивных камерах размещены предварительно сжатые центри­рующие пружины. Гидрораспределитель соединен маслопроводамис гидроци­линдром, который установлен на несущей системе (раме, ку­зове) автомобиля. Поршеньгидроцилиндра через шток связан с поперечной рулевой тягой, соединенной с рычагомпово­ротной цапфы управляемого колеса.Поршень делит внутренний объем гидроцилиндра на две поло­сти, которые соединены маслопроводами соответственно с камерами золотникагидрораспределителя. Обе полости гидроцилинд­ра, все камеры гидрораспределителя и маслопроводы заполнены маслом (турбинное, веретенное).Работает гидроусилитель следующим образом.При прямолинейном движении автомобиля золотникпод действием центрирующих пружини давления масла в реактив­ных камерах удерживается в нейтральном положении, при котором все три окна гидрораспределителя открыты. Масло по­ступает от гидронасоса через нагнетательный маслопровод в камеры золотника гидрораспределителя, из них по сливному масло­проводу в бачок, а из него в гидронасос.Давление масла, установившееся в камерах золотника,передается по маслопроводам в полости гидроцилидра. Давление в этих полостях одинаково.При повороте автомобиля усилие от рулевого механизма пере­дается на золотник. После преодоления сопротивления центриру­ющих пружин усилие переместит золотник из нейтрального положения на 1 ...2 мм в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота автомобиля. Нагнетательный маслопро­вод через гидрораспределитель соединяется с одной из полостей гидроцилиндра, а другая его полость соединяется со сливным маслопроводом. Масло из гидронасоса по нагнетательному масло­проводупоступает в гидрораспределитель, затем в гидроцилиндр и воздействует на поршень. Перемещающийся поршень через тягуирычагповернет управляемое колесо, а масло из гидроцилиндра по сливному маслопроводупоступит в бачокииз него в гидронасос.Одновременно из-за наличия обратной связи через рычаг и тягукорпус гидрораспределителя переместится в ту же сторону, в которую был смещен золотник. При этом давление масла в по­лостях гидроцилиндра уравновесится, и поворот управляе­мого колеса прекратится.Угол поворота управляемого колеса будет точно соответство­вать углу поворота рулевого колеса — в этом заключается следя­щее действие гидроусилителя по перемещению.Следовательно, гидроусилитель следит за поворотом рулевого колеса. И если водитель останавливает рулевое колесо, то гидро­распределитель обеспечивает за счет обратной связи фиксацию поршня гидроцилиндра в соответствующем положении. При этом дополнительная подача масла в гидроцилиндр прекращается.С помощью обратной связи также происходит выключение гид­роусилителя при возвращении рулевого колеса в нейтральное поло­жение, соответствующее прямолинейному движению автомобиля.В рулевом управлении без гидроусилителя водитель чувствует дорогу по прилагаемому к рулевому колесу усилию, возрастаю­щему при увеличении сопротивления повороту управляемых ко­лес и наоборот.При гидроусилителе водитель чувствует дорогу за счет следя­щего действия гидроусилителя по силе — изменения прилагаемо­го усилия на рулевом колесе. Для этого предназначены реактив­ные камеры в гидрораспределителе, в каждой из которых давление масла такое же, как в камерах золотника. При увеличении сопротивления повороту управляемых колес автомобиля возрастает давление масла в одной из реактивных ка­мер. Давление передается на золотник и от него через рулевой механизм на рулевое колесо. При этом усилие для поворота рулевого колеса увеличивается пропорционально сопротивлению поворота управляемых колес. Таким образом, гидроусилитель сле­дит за необходимым для поворота управляемых колес усилием, чтобы водитель чувствовал дорогу, т. е. на хорошей дороге ему было бы легко поворачивать, а на трудной для поворота дороге — не­сколько тяжелее.Гидроусилители, применяемые на автомобилях, выполняются в основном по следующим трем вариантам:

1. Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр на­ходятся в агрегате, который называется гидрорулем. Конструкция гидроруля сложная, но компактная, имеет малые длину масло­проводов и время срабатывания.

2. Гидрораспределитель и гидроцилиндр расположены в одном агрегате и установлены отдельно от рулевого механизма. Вариант менее сложный, чем гидроруль, но имеет большие длину масло­проводов и время срабатывания. Зато обеспечивается возможность использования рулевого механизма любого типа.

3. Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр раз­мещены раздельно. При таком варианте обеспечивается свобод-ное расположение элементов гидроусилителя на автомобиле и применение рулевого механизма любого типа. Однако длина мас­лопроводов и время срабатывания большие.