Усилители рулевого привода

Если на управляемые колеса приходится большая нагрузка (грузовые автомобили большой и средней грузоподъемности и автобусы), то управление затрудняется необходимостью приложения к рулевому колесу значительного усилия, достигающего 400Н. В тех случаях, когда работа водителя не может быть облегчена увеличением передаточного числа рулевого механизма, конструкция привода предусматривает применение усилителей. Они повышают безопасность движения, так как позволяют сохранять управляемость автомобилем даже в случае разрыва шины на одном из передних колес, уменьшают усилия, затрачиваемые водителем при повороте управляемых колес, и смягчают толчки, передающиеся на рулевое управление при движении автомобиля по неровной дороге.

Усилители могут быть двух типов — гидравлические и пневматические. По месту расположения гидроусилитель может быть встроенным или отдельным. Автомобили ЗИЛ-130 и КамАЗ-5320 имеют встроенные гидроусилители, а автомобиль МАЗ-5335 — отдельный.

Встроенный гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-130.На промежуточной крышке 12 (см. рис6.) картера рулевого механизма укреплен корпус 17 клапана управления гидроусилителя. Золотник 16 клапана управления помещен между упорными шарикоподшипниками 13 винта 7, большие кольца которых обращены в сторону золотника. Упорные шарикоподшипники стянуты гайкой 19 с подложенной под нее конической пружинной шайбой 18, обращенной вогнутой стороной к шарикоподшипнику. Длина золотника больше длины отверстия для него в корпусе клапана управления, вследствие чего золотник и винт могут перемещаться в осевом направлении на 1мм в каждую сторону от среднего положения. Шесть реактивных пружин 25 реактивными плунжерами 26 с каждой стороны пружины стремятся удержать золотник 16 в среднем положении. В верхней крышке 20 картера рулевого механизма установлен игольчатый подшипник 21, служащий опорой для винта 7.

Если возникающая при вращении винта осевая сила больше силы предварительного сжатия пружин 25, то винт и золотник 16 смещаются вверх или вниз в зависимости от направления вращения винта, сообщая одну из полостей картера рулевого механизма с линией высокого давления, а другую — со сливным каналом (рис. 13). Давление масла на торцы поршня-рейки неодинаково, поэтому создается дополнительная сила, способствующая повороту управляемых колес.

Рис.13 Схема работы гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-130 а– нейтральное положение; б – перемещение золотника вправо; 1 и 7 – перепускные клапаны; 2 – сапун; 3 и 4 – сетчатые фильтры; 5 – коллектор; 6 – насос; 8 – предохранительный клапан; 9 и 10 – демпфирующие отверстия; 11 – калиброванное отверстие; 12 – шариковый клапан; 13 – реактивный плунжер; 14 – золотник; 15 – винт рулевого механизма; 16 – вал сошки; 17 – картер рулевого механизма.

Положение деталей гидроусилителя на рис.13,а соответствует прямолинейному движению автомобиля, когда масло свободно перекачивается насосом 6 в бачок, поскольку нагнетательный и сливной каналы соединены между собой (нейтральное положение золотника 14).

При повороте колес автомобиля вправо золотник перемещается также вправо (рис.13,б), поскольку сила, действующая на поршень-рейку со стороны сектора и пропорциональная усилию, прикладываемому водителем к рулевому колесу, больше силы пружин реактивных плунжеров 13. При этом линия высокого давления соединяется с полостью справа от поршня, а полость слева от поршня соединяется со сливным каналом. Поворот колес автомобиля облегчается благодаря дополнительной силе, создаваемой давлением масла на поршень.

В случае поворота колес автомобиля влево золотник перемещается также влево (рис.13,в) вследствие соединения полости слева от поршня с линией высокого давления, а полости 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 водитель «чувствует» дорогу.

Максимальное усилие на рулевом колесе не превышает 100Н; гидроусилитель вступает в работу при усилии 20Н.

Если водитель перестает поворачивать рулевое колесо, то прекращается и поворот управляемых колес, так как поступающее в картер рулевого механизма масло перемещает поршень-рейку с винтом и устанавливает золотник в среднее положение, при котором прекращается перемещение поршня-рейки. Если насос не включен, то рулевой механизм работает без гидроусилителя, так как шариковый клапан 15 (см. рис.6) соединяет линию высокого давления и сливной канал.

Давление масла в системе гидроусилителя создается насосом лопастного типа двухстороннего действия (рис.14), который устанавливают на двигателе с левой стороны с приводом через клиноременную передачу от шкива на переднем конце коленчатого вала. Шкив 26 насоса закреплен на наружном конце вала 6, вращающегося на игольчатом и шариковом подшипниках.

Рис.14 Насос гидроусилителя рулевого привода автомобиля ЗИЛ-130 1 и 13 – перепускные клапаны; 2 и 20 – сетчатые фильтры; 3 – корпус насоса; 4 – шарикоподшипник; 5 – сальник; 6 – вал насоса; 7 – игольчатый подшипник; 8 – статор; 9 – ротор; 10 – распределительный диск; 11 – калиброванное отверстие; 12 – крышка насоса; 14 – седло предохранительного клапана; 15 – пружина; 16 – предохранительный клапан; 17 – коллектор; 18 – бачок; 19 – резиновая прокладка; 21 – сапун; 22 – крышка бачка; 23 – шайба; 24 – гайка-барашек; 25 – резиновое кольцо; 26 – шкив; 27 – лопасть.

На валу насоса на шлицах посажен ротор 9, в пазы которого свободно вставлены лопасти 27. К корпусу насоса шпильками и болтами вместе с распределительным диском 10 и крышкой прикреплен статор 8.

При вращении ротора 9 лопасти 27, перемещаясь в его пазах постоянно, плотно прижимаются к криволинейной поверхности статора под действием центробежных сил и давления масла. Масло из корпуса 3 попадает в пространство между лопастями и вытесняется ими в полость нагнетания. За один оборот ротора дважды происходит забор и нагнетание масла. Из полости нагнетания через отверстия распределительного диска 10, калиброванное отверстие 11 и канал в крышке 12 масло поступает в нагнетательный шланг гидроусилителя.

На верхней части корпуса 3 насоса укреплен бачок 18 для масла, закрытый крышкой 22, в которой установлен сапун 21, поддерживающий внутри бачка атмосферное давление. Внутренняя полость бачка уплотнена резиновой прокладкой 19 и резиновым кольцом 25 с шайбой 23. Масло, заливаемое в бачок, проходит через сетчатый фильтр 20. На линии для слива масла стоит сетчатый фильтр 2 и перепускной клапан 1, который срабатывает в случае засорения фильтра.

В крышке 12 насоса установлен перепускной клапан 13, имеющий отверстия для соединения с полостью нагнетания насоса. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя разность давлений на торцах перепускного клапана возрастает, так как с увеличением подачи масла в систему гидроусилителя повышается разность давлений в полости нагнетания насоса и линии нагнетания системы гидроусилителя. При чрезмерном увеличении подачи масла в систему гидроусилителя перепускной клапан перемещается вправо, сжимает пружину 15 и сообщает полость нагнетания с бачком 18.

Для уменьшения уровня шума при работе насоса и снижения износа его деталей при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя масло, перепускаемое клапаном 13, принудительно направляется обратно в полость корпуса насоса и в канал всасывания. Для этой цели служит коллектор 17, внутренний канал которого соединен с полостью бачка 18 сравнительно небольшим отверстием.

Внутри перепускного клапана есть седло 14 с установленным в нем предохранительным клапаном 16, который открывается при достижении давления масла 650 — 700кПа и перепускает его из нагнетательного канала в бачок.

Существует несколько схем компоновки элементов гидроусилителей каждой из которых присущи как достоинства, так и недостатки. Практическое применение получили четыре схемы (рис.15-18).

Рис.15 Компоновка гидроусилителя по схеме №1

Схема№1 (см. рис.15). Рулевой механизм РМ, гидрораспределитель ГР и гидроцилиндр ГЦ представляют собой один агрегат, который называют усилителем интегрального типа (гидроруль); гидронасос ГН и бачок I с рабочей жидкостью располагают отдельно.

Такая компоновка применяется на многих автомобилях. Достоинствами схемы явлиются компактность и малая длина трубопроводов. При расположении гидрораспределителя перед рулевым механизмом сокращается время срабатывания усилителя. К недостаткам схемы следует отнести нагружение всех деталей рулевого управления усилителем гидроцилиндра. Нагружается также кронштейн (или рама) в месте крепления картера гидроруля.

Рис.16 Устройство и компоновка гидроусилителя по схеме №2

Схема№ 2 (см. рис.16). В усилителе этого типа гидрораспределитель смонтирован в одном блоке с гидроцилиндром отдельно от рулевого механизма. Достоинствами схемы являются возможность применения рулевого механизма любой конструкции, меньшие сложность и стоимость по сравнению со схемой № 1, несколько меньшее число нагруженных гидроусилителем деталей.

Осевой золотниковый гидрораспределитель 1 своим корпусом закреплен на корпусе 2 шаровых шарниров, который, в свою очередь, связан с гидроцилиндром 4 при помощи резьбового соединения. Шаровой палец 3 рулевой сошки помещен в стакане, который может перемещаться вместе с пальцем в осевом направлении в пределах 4мм, перемещая одновременно и укрепленный в стакане золотник гидрораспределителя. Шаровой палец 5 соединен с продольной рулевой тягой. В нейтральном положении золотник центрируется реактивными камерами, центрирующие пружины отсутствуют. Гидроусилитель обладает большой чувствительностью, включаясь при перемещении золотника на 0,4-0,6 мм.

Рис.17Компоновка гидроусилителя по схеме № 3

Схема№3 (см. рис.17). Гидрораспределитель располагается перед рулевым механизмом, а гидроцилиндр отдельно. При установке гидрораспределителя перед рулевым механизмом увеличивается чувствительность гидроусилителя. Недостатком схемы является большая длина трубопроводов, особенно, если гидроцилиндр располагается на удалении от рулевого механизма.

Рис.18Компоновка гидроусилителя по схеме № 4

Схема№4 (см. рис.18). Отличительная особенность этой схемы заключается в раздельном размещении всех элементов гидроусилителя. Достоинствами схемы являются свободная компоновка, возможность применения рулевого механизма любой конструкции. Основной недостаток — большая длина трубопроводов между гидрораспределителем и гидроцилиндром. Следует отметить, что этот недостаток в любой конструкции гидроусилителя часто приводит к пульсации давления в системе и возбуждению колебаний управляемых колес.

Лекция 16, 17.