Устройство и работа гидроусилителя рулевого управления: Гидроусилитель рулевого управления: устройство и принцип работы

Содержание

Как работает гидроусилитель руля.

Работа гидравлического усилителя руля

Принцип работы гидравлического усилителя рулевого управления и взаимосвязь элементов его конструкции рассмотрим на примере гидроусилителя руля автомобиля КамАЗ (рис. 1).

При прямолинейном движении автомобиля золотник 18 и винт 13 находятся в нейтральном положении. Масло из насоса свободно проходит через золотник и обе полости силового цилиндра 6 и 23, и далее через радиатор 1 сливается в бачок насоса.

При повороте рулевого колеса направо (рис. 1,а) винт 1 вывертывается из гайки 6, а из-за сопротивления управляемых колес возникает сила, стремящаяся сдвинуть винт в осевом положении влево. Когда эта сила превысит усилие предварительного сжатия центрирующих пружин 4, винт вместе с золотником 12 сместится. При этом полость А силового цилиндра отсоединяется от линии слива, оставаясь при этом соединенной с линией нагнетания, а полость Б отсоединяется от линии нагнетания.

Рабочая жидкость поступит в полость А цилиндра и начнет оказывать давление на поршень-рейку, создавая дополнительное усилие на зубчатом секторе вала 7 сошки рулевого механизма, что способствует повороту управляемых колес.

При повороте рулевого колеса налево (рис. 1,б) винт с золотником 12 смещаются вправо, преодолевая усилие сжатия центрирующих пружин 4. Рабочая жидкость под давлением начнет поступать в полость Б, воздействуя на поршень-рейку 8, а полость А соединится с линией слива.
Поршень-рейка 8 под действием суммарного усилия, создаваемого водителем и рабочей жидкостью, повернет вал 7 сошки и далее через привод управляемые колеса.

***

Давление в полостях А и Б силового цилиндра при повороте увеличивается пропорционально повышению сопротивления колес. Одновременно возрастает давление в полостях между плунжерами

3.
В результате получаем динамическую взаимосвязь — чем больше сопротивление повороту колес, а следовательно чем выше давление масла в полости силового цилиндра, тем больше усилие, с которым золотник 12 стремится вернуться в среднее положение, а также усилие на рулевом колесе.

Таким образом обеспечивается силовое слежение.

Остановка рулевого колеса при повороте в любую сторону приводит к тому, что поршень-рейка 8, винт 1 и золотник 12 под действием центрирующих пружин 4 и перепада давления масла в полостях А и Б силового цилиндра сместятся в осевом направлении к среднему положению.
При этом золотник займет такое положение, при котором через щель для прохода масла в соответствующей полости цилиндра будет поддерживаться давление, необходимое для удержания управляемых колес в повернутом положении.

Таким образом обеспечивается кинематическое следящее действие усилителя рулевого управления.

При резком ударе или толчке со стороны колес во время движения, например при разрыве колеса, поршень-рейка 8 и винт 1 с золотником 12 сместится в осевом направлении.
При этом в результате перемещения золотника полость цилиндра, находящаяся с противоположной стороны, соединится с линией нагнетания насоса.
Возрастающее давление рабочей жидкости на поршень-рейку 8 уравновесит силу удара, и управляемые колеса не изменят своего положения, что позволит сохранить заданное направление движения и предотвратить возможную аварию.

При неработающем насосе, например во время буксировки автомобиля, управление автомобилем было бы очень затруднительно, так как находящаяся в полостях А и Б жидкость препятствовала бы перемещению поршня, и к рулевому колесу пришлось бы прикладывать значительное усилие, чтобы выдавливать ее в бачок насоса.
Поэтому обратный клапан плунжера 9 при повышении давления в любой полости во время перемещения поршня открывается и позволяет перетекать жидкости в противоположную полость, что облегчает поворот рулевого колеса.

***

Электрический усилитель рулевого управления — ЭУР

Главная страница

Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

☰ Принцип работы насоса гидроусилителя рулевой системы

Насос ГУР — устройство, которое преобразует механическую энергию в давление жидкости и нагнетает масло в рулевой механизм под давлением.

В системе гидроусилителя руля подавляющего большинства автомобилей используются центробежные пластинчатые (шиберные) насосы преимущественно двукратного действия, где всасывание и нагнетание происходит два раза за один оборот вала.

Устройство насоса гидроусилителя и принцип действия

Насосы ГУР устроены примерно одинаково:

Корпус с крышками — верхней и нижней.
Шкив — для агрегатов с механическим приводом (ременной передачей) от двигателя автомобиля или электромотор — для насосов с электроприводом.
Вал с подшипниками или втулкой, на котором закреплен шкив, рабочая пара.
Торцевые распределительные диски с окошками всасывания и нагнетания масла, расположенными диаметрально противоположно друг другу.
Статор — неподвижная часть рабочей пары, в которой вращается ротор. Круглый в насосах однократного действия, эллиптический — в двукратных агрегатах.
Ротор с подвижными пластинами, закреплен на валу через шлицевые соединения.
Уплотнительные элементы: прокладки, сальники, уплотнительные кольца.

Устройство насоса гидроусилителя подразумевает также датчик давления, который контролирует работу насоса: если агрегат не работает, устройство направляет поток масла в обход.

Устройство насоса ГУР

Особенности устройства и работа насоса гидроусилителя

Пластинчатые насосы отличаются высоким коэффициентом полезного действия и практически не ломаются, если вовремя менять масло.

Устройство насоса гидроусилителя руля обуславливает его надежность.

Работа насоса ГУР основана на простом физическом принципе увеличения-уменьшения объема и разницы давления. Ротор вращается внутри статора эллиптической формы. Во время вращения ротора подвижные пластины под действием центробежной силы выдвигаются из пазов и упираются в стенки статора, а затем возвращаются в пазы. В серповидной полости статора выдвинувшиеся пластинки образуют область низкого давления, где через впускное окно засасывается масло из бачка.

Проходя через сужающуюся часть серповидной полости, пластины задвигаются, давление повышается, полость с маслом подходит к нагнетательному окну, и масло “выдавливается” в нагнетательный патрубок.

В современных лопастных насосах полостей высокого и низкого давления по две — за один оборот вала всасывание и нагнетание происходит дважды.

Ротор и статор насоса ГУР

Насос гидроусилителя с эллиптическим статором выбран автопроизводителями не случайно: за счет формы статора ротор агрегата разгружен от действия сил давления, а значит медленнее изнашивается и служит гораздо дольше.

Сам по себе насос ГУР не требует специального ухода или систематического ТО. В насосах “солидного возраста” или в неухоженных агрегатах могут износиться внутренние детали: вал, пластины, статор, подшипники. Поэтому важно периодически осматривать агрегат, регулировать натяжение приводного ремня, менять уплотнительные элементы и обязательно своевременно менять масло. А также следить за работой всей системы гидроусилителя.

Гидроусилитель руля, схема и принцип работы

Автор admin На чтение 4 мин. Просмотров 657

На заре автомобилестроения никто, надо полагать, и думать не думал о том, чтобы с помощью какого-либо приспособления помогать водителю крутить баранку. Машины были легкими, колеса узкими, да и скорости небольшие. У первых автомобилей и руля в привычном понимании даже не было. Так – рычажок трамвайный.

Однако с появлением грузовиков большой грузоподъемности труд шофёра становился всё более тяжелым, крутить становящееся всё более тугим рулевое колесо несколько часов кряду было уже просто утомительно. Так появился гидроусилитель руля – изобретение, которое, как множество ему подобных, отчасти своим рождением обязано человеческой лени.

Преимущества автомобиля с гидроусилителем

Как уже было отмечено, гидроусилитель рулевого управления изначально устанавливался на большегрузные автомобили, чтобы облегчить вращение руля. Кроме того усилитель делает меньшим передаточное отношение рулевого механизма, то есть водителю не приходится для совершения маневра делать баранкой 5-6 полных оборотов в сторону поворота и обратно. Это особенно выигрышно при выполнении парковки в стесненных условиях.

Гидравлика смягчает удары на руль от дорожных неровностей и помогает сохранить управляемость автомобилем при наезде на большой камень и даже при простреле передней шины.
Вскоре иностранные производители стали ставить их и на легковые машины, что сразу по достоинству было оценено потребителем.

К сожалению, отечественный автопром так и не наладил выпуск массовой модели легковых автомобилей с какой-нибудь схемой усиления руля. Правда, были собраны опытные единичные экземпляры (например, ГАЗ 13/14 «Чайка» с АКПП и гидроусилителем руля), но они не были предназначены для простых смертных, и об их устройстве в народе ходили только легенды и догадки.

Устройство, схема ГУР

Гидроусилитель руля представляет собой такую систему, которая работает по определенной схеме и состоит из следующих элементов:

бачок для рабочей жидкости;
соединительные шланги;
распределитель;
гидроцилиндр;
насос.

Насос предназначен поддерживать давление и обеспечивать циркуляцию рабочего масла в системе. Он закреплен на двигателе и приводится в действие ременной передачей от коленвала. На большинстве гидроусилителей установлены пластинчатые насосы.

Распределитель – очень высокоточный механизм. Он призван направлять потоки рабочей жидкости в необходимую полость гидроцилиндра, а после обратно в бачок. Устанавливается на элементах рулевого привода либо на валу рулевого механизма. Различают распределители осевые – если подвижный элемент (золотник) перемещается поступательно, и роторные – если подвижный элемент вращается.

Гидроцилиндр под давлением жидкости и посредством поршня и штока поворачивает колеса. Встраивается в рулевой механизм или может быть расположен между элементами рулевого привода и кузовом.
Бачок – резервуар для рабочей жидкости. В нём обязательно установлен фильтрующий элемент и находится щуп для контроля за уровнем масла. Это масло, кроме передачи усилий от насоса к гидроцилиндру, призвано смазывать все пары возникающего трения.

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

Работа гидроусилителя

Принцип работы гидроусилителя руля, как с осевым, так и с роторным распределителем, основан на перемещении золотника при перекладке рулевого колеса. Перемещаясь, он перекрывает одну из сливных магистралей, и масло под давлением поступает в ту или иную (правую или левую) рабочие полости гидроцилиндра. Рабочая жидкость давит на поршень со штоком, и те в свою очередь поворачивают колеса. Колеса поворачивают за собой, в сторону движения золотника, корпус распределителя.

Как только перестает вращаться рулевое колесо, схема меняется. Останавливается золотник, и восстанавливается нейтральное положение корпуса распределителя. Жидкость без препятствий перетекает из нагнетательной магистрали в сливную. Усилитель рулевого управления с помощью насоса просто прокачивает масло по системе. Колеса стоят прямо.
Необходимо отметить, что в случае выхода из строя гидронасоса, управление автомобилем не теряется.

Уход за гидроусилителем

Для надежной и бесперебойной работы устройство гидроусилителя руля требует постоянного контроля и ухода. Вот некоторые рекомендации.

периодически проверяйте уровень масла в бачке;
следите за герметичностью системы, своевременно устраняйте различные утечки;
проверяйте натяжение приводного ремня и при необходимости регулируйте;
раз в 1-2 года меняйте фильтрующий элемент в бачке. Следует своевременно производить замену масла, следите за изменением его цвета;
помните, что на автомобиле с гидроусилителем нельзя удерживать руль в крайнем поворотном положении более 5-6 секунд. Это может привести к перегреву масла;
не допускайте долгой эксплуатации автомобиля с неработающим гидронасосом. Это приведет к быстрому износу и выходу из строя распределителя и деталей рулевого механизма.

Мне нравится2Не нравится

Что еще стоит почитать

устройство и принцип работы, схема рулевого управления с ГУРом

Гидроусилитель руля (аббревиатура ГУР) — знакома большинству автолюбителей. Относится она к основной части рулевого механизма. Раньше управление машиной, было очень утомительным занятием, так как приходилось при резкой смене траектории напрягаться для поворота рулевого колеса, особенно это было проблематично на грузовых машинах. Конструкторы, которые всегда совершенствуют детали для удобства, комфорта и безопасности, обратили на это внимание, поэтому рулевое колесо стало не исключением. Чтобы свисти усилие к минимуму, была придумана система гидроусилителя руля.

Основным его предназначением, как и было, задумано выступает, комфортное управление машиной в момент движения, но есть и другие не менее важные заслуги, такие как:

сохранение «обратной связи»;
обеспечение устойчивости на дороге;
повышение безопасности. То есть происходит контроль над ТС после повреждения передней шины и возможность увильнуть от столкновения;
позволяет «чувствовать» дорожное полотно и создает кинематическое следящее действие;
уменьшает передаточное отношение рулевой системы, что повышает маневренность;
продлевает время службы деталей рулевого узла.
Гидроусилитель руля

По конструкции ГУР компактны и могут поглощать удары, с вибрацией отходящие от дорожного полотна на рулевое колесо. Во время использовании они совершенно бесшумны. С их появлением езда стала безаварийной, даже число парковочных мест снизилось вдвое. Имея в авто гидроусилитель сложные повороты и многоразовые маневры стали даваться на ура. Однако многие не знают принципа работы установленного штатного гидроусилителя, а когда транспортное средство уводит в сторону они пытаются разрешить ситуацию на «сход-развале» делая это неверно. Естественно, бывалые развальщики легко могут выставить углы установки колес для правильного «сопротивления» увода машины вбок, если гидроусилитель неисправен.

Чтобы устройство не подводило и надежно выполняло все предписанные задачи нужно своевременно посещать сервисные центры для диагностики.

Шаг в историю

Так как первые машины по конструкции были не увесистыми и с узкими колесами, то для поворота руля не требовалось особых усилий. Но с появлением первых грузовых автомобилей вращать колеса многотонного грузовика, оказалось занятием достаточно трудоемким, а то и вовсе не посильным. Тут-то и потребовалось уменьшить диаметр «баранки» и изменить устройство рулевой рейки. Изобрел и запатентовал гидроусилитель впервые Фредерик Ланчестер. Сначала, благо автомеханики распространилось только на карьерные самосвалы, пожарные и грузовые машины. Предвестники пневмоусилители — были несложными и подпитывались от компрессора уже существующих пневматических тормозов.

Только в 20-х годах XX-го века компания Rolls-Royse оснастила гидроусилителем машину-визитку Phantom. Понятное дело, гидравлические усилители были сложнее, чем уже существующие пневматические. Но попытка не увенчалась успехом, и эксперимент был отложен на несколько лет. Дальше уже во время Второй мировой войны англичане вновь ввели в работу ГУР, установив его на большие бронированные автомобили. И уже спустя пять лет технология плотно закрепилась в европейском и американском автопроме. С тех пор устройство не претерпевало принципиальных изменений. Сегодня разнообразие системы ГУРа впечатляет, помимо него существуют еще две удивительных технологии облегчающие эксплуатацию транспортных средств – Электроусилитель и Электрогидроусилитель.

Разновидности гидроусилителей

Утверждать, что ГУР в стандартном исполнении крайне необходим нельзя. Он полезен только в определенных моментах. Конечно, он позволяет с успехом маневрировать в городских условия, но вот на открытой трасе при высокой скорости пользы от него вовсе нет. С возрастанием скорости перестаёшь «чувствовать» дорогу, что популярно особенно в зимний период.

Чтобы, как-то перекрыть изъян, было предпринято установить рулевую рейку с переменным придаточным отношением. Однако попытка была безуспешной спасла ситуацию электроника, которая выступила модификацией гидроусилителя. Она сочетает не только комфорт, но и информативность руля. Электрогидроусилитель руля (ЭГУР) служит по тому же принципу, отличия — прибавка электронного блока и исполнительного электроклапана.

Бачок гидроусилителя

Гидроусилитель руля: устройство и принцип работы

Чтобы понять, как устроена конструкция ГУРа, рассмотрим схему гидроусилителя рулевого управления, состоящую из таких частей, как:

Силовой гидроцилиндр двойного действия помещен в рулевую часть, где стоит межу деталями привода и кузова. Соединен он с золотниковым управляющим узлом и гидроцилиндром. Основная заслуга — преобразование давления жидкости в перемещение поршня и штока, помогающих двигать колеса в необходимое направление.
Насос прикрепляется на двигателе, а его привод от коленчатого вала осуществляется ременной передачей от шкива коленчатого вала. Требуется для сформирования давления масла. Более распространены конструкции лопастого типа, потому что у них хорошее КПД.
Рабочая жидкость содержится в бачке, там же имеется фильтр, крышка с щупом для замера уровня. Функция масла смазывать трущиеся детали и передавать усилие от насоса к гидроцилиндру.
Бачок, наполненный гидравликой, чтобы содержать его в чистоте внутри есть фильтр.
Регулятор давления или распределитель – это прецизионный (высокоустойчивый) и простой по схеме узел. Являет собой редукционный клапан. Располагается на деталях рулевого привода или на одном валу с рулевым элементом. Его задача распределять гидравлику в нужную полость гидроцилиндра или назад в бак. Требуется для контроля частоты вращения коленвала мотора, чтобы тот не повышал допустимую норму давления гидравлической жидкости. Золотниковый распределитель – сложная деталь, состоящая из торсиона и золотникового клапана. Когда находящийся внутри золотник крутится, распределитель называют роторным, а если поступательно перемещается – осевым.
Соединительные шланги высокого и низкого давления сводят между собой гидроцилиндр, насос и распределитель. Также по ним циркулирует гидравлическая жидкость из бака в насос и обратно, возвращаясь от распределителя. Там, где требуется создать взаимную подвижность узлов, применяют гибкие шланги.
Принцип работы у ГУР и ЭГУР схож

Принцип работы гидроусилителя руля как с осевым, так и с роторным распределителем, основан на перемещении золотника при перекладке рулевого колеса. Сначала насос формирует давление в узле рулевого управления. Если «баранку» крутят в одну из сторон, начинает двигаться золотник и закрывает одну из сливных магистралей, а рабочая жидкость под давлением идет в нужные полости гидроцилиндра. Гидравлика со штоком давит на поршень, а он двигает колеса.

Когда колеса поворачиваются, они направляют корпус распределителя в сторону движения золотника. А когда золотник принимает обездвиженное состояние начинают восстанавливать свое обычное положение корпуса распределителя. Из нагнетательной магистрали масло легко проходит в сливную. Далее, усилитель просто качает рабочую жидкость при помощи насоса по системе. В то же время колеса направлены прямо. Когда руль заканчивает крутиться, вся схема меняется и останавливается.

Если даже гидронасос сломался (к примеру, оборвался ремень привода) — это не влияет на управление транспортным средством. Потому что от рулевой системы усилие будет идти на корпус распределителя, а после на колеса с золотником. Через предпусковой клапан, гидравлика станет двигаться из одной полости в другую и не создавать препятствия, чем позволит поворачивать руль, только с напрягом. Схема рулевого управления с гидроусилителем наглядно демонстрирует всю суть системы.

Устройство насоса гидроусилителя руля

Во время поворота рулевого колеса в другую сторону распределитель подает масло в противоположные части гидроцилиндра, соответственно рулевая рейка идет в другую сторону и поворачивает колеса в нужную сторону. Что касается водителя, то он прилагает минимум усилия на поворот руля. Когда автомобиль находится без движения руль поворачивать также просто для этого необходимо чтобы был запущен мотор.

Если транспортное средство наезжает на препятствие, сила отталкивания пытается повернуть колеса. Но вместо этого они относительно золотника двигают корпус распределителя и перекрывают сливную магистраль. После чего гидравлическая жидкость поступает в полость цилиндра, и поршень посылает усилия на колеса, идущие в обратном направлении. Быстрая реакция приводит к тому, что колеса блокируются и не могут поворачивать. Из-за того, что ход золотника малый (где-то 1 мм), транспортное средство практически не меняет направление движения. ГУР ограждает руки водителя от столкновения со спицами руля, когда он во что-то врезается. Маленькие толчки все-таки ощущаются – это происходит из-за того, что над реактивными шайбами, повышается давление.

«Чувство дороги» — это обратная связь от управляемых колес через усилитель к рулю. Сообщает водителю, в каких условиях происходит поворот. Чувствуя силовое следящее действие управлять машиной можно при любой погоде. Поэтому в составе конструкции крепят реактивные шайбы, плунжеры или камеры. Одна из шайб при высоком давлении, пытается поместить золотник в исходную точку, от этого рулевое колесо работает «туже».

Расположение ГУРа

Устройство насоса гидроусилителя руля

Узел насоса лопастного типа делится на виды:

Лопастный.
Шестеренный.

Механизм насоса состоит из корпуса, ротора и уплотнительного кольца. Насос имеет клиноременный привод от шкива коленчатого вала. Шкив матируется в конце наружного вала, находящийся на шариковом и игольчатом подшипнике. Ротор располагается на шлицах вала, в его пазы свободно установлены лопасти. К корпусу насоса приделан распределительным диском и крышкой статор.
Внутренняя поверхность его корпуса имеет сложную форму. Лопасти устанавливаются в ротор, где параллельно его продольной оси предусмотрено несколько прорезей. Эти лопасти под давлением центробежной силы немного выходят из пазов и соприкасаясь, с внутренней поверхностью корпуса, создают замкнутые камеры.

Внутренняя поверхность корпуса устроена таким образом, что когда объём от вращения ротора снижается между ними сжимается масло. Если появляется отверстие, то гидравлическая жидкость стремительно выходит из лопастей. Процесс всасывания жидкости проходит наоборот. Сам по себе насос должен быть высокопроизводительным, чтобы обеспечивать повороты вала максимально быстро.
Запускается передачами от двигателя:

Шестеренчатой.
Ременной.
Рулевое управление с гидроусилителем, совмещенным с рулевым механизмом

Техническое обслуживание гидроусилителя

Очень часто приводящий ремень становится причиной поломки гидроусилителя, поэтому нужно следить за уровнем его натяжения.
Необходимо смотреть за уровнем масла в бачке, если его показатель ниже нормы, нужно долить. Нехватка масла приведет к тому, что насос выйдет из строя. Какая подходит гидравлическая жидкость больше всего нужно узнать из инструкции или в специализированном магазине.
Один раз в год меняйте фильтрующий элемент в бачке.
Сливать масло легко, нужно снять шлангу и при открытой крышке бачка жидкость выльется от действия атмосферного давления. Залив свежее масло необходимо при открытой крышке пару раз прокрутить руль в крайние положения, это нужно, чтобы лишний воздух покинул бачок.
Учтите, что на ТС с гидроусилителем не стоит держать руль в крайнем поворотном положении свыше 5–6 секунд – перегреется гидравлическая жидкость.
Кроме того, следует время от времени осуществлять замену масла, это объясняется загрязнениями, которые влияют на его свойства. При потере основных свойств жидкость способна повредить сальники рулевой рейки, а это приведет к сбою ГУРа.
Регулярно проводите визуальный осмотр системы, так как может быть нарушена герметичность системы. Потеки гидравлики говорят, что требуется ремонт.
Если гидронасос не работает, использовать машину долгое время нельзя – это приведет к износу распределителя и поломке элементов рулевого механизма.
Залив присадки в ГУР

Недостатки ГУР

Нужно просматривать систему каждый день на наличие дефектов.
Нанос работает от мотора, тем самым забирая у него часть мощности.
Нет функций регулировки положений работы для разных условий.

Как видно минусов не так уж и много.

Интересное по теме:

загрузка…

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

14.

Устройство и работа гидроусилителя рулевого управления

Усилители предназначены для снижения усилия на рулевом колесе и повышения безопасности движения автомобиля, так как помогают удерживать управляемые колеса в заданном положении при действии со стороны дороги неуравновешенных сил. Конструкция усилителя должна удовлетворять ряду требований: обладать следящим действием, высокой чувствительностью и достаточным запасом динамической устойчивости, который выражается в отсутствии автоколебаний управляемых колес; обеспечивать возможность управления автомобилем в случае выхода усилителя из строя; не допускать включение усилителя от случайных воздействий со стороны дороги при прямолинейном движении.

Кинематическое слежение заключается в повороте управляемых колес в соответствии с поворотом рулевого колеса и его направлением. Силовое слежение обеспечивает пропорциональность усилия на рулевом колесе усилию, необходимому для поворота управляемых колес. Гидравлические усилители. Они состоят из гидронасоса с баком и аккумулятором, распределителя, исполнительного механизма и соединительных трубопроводов. С помощью распределителя осуществляется подвод энергии к исполнительному механизму ‑ гидроцилиндру. В нем давление жидкости преобразуется в усилие на штоке, передающееся на управляемые колеса. Гидроусилитель автомобиля ЗИЛ-431410, встроенный непосредственно в рулевой механизм. Давление жидкости в системе гидроусилителя создается лопастным насосом, приводимым от двигателя. При прямолинейном движении автомобиля, когда золотник рулевого управления находится в нейтральном положении, обе полости картера рулевого механизма справа и слева от поршня — рейки соединены с насосом и бачком. Циркулирующая через эти полости жидкость не влияет на положение поршня — рейки. При повороте рулевого колеса в правую сторону в этом же направлении перемещается и золотник. При перемещении он отключает правую полость картера от линии слива. Поступающая от насоса жидкость давит на поршень — рейку, который, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор на валу сошки и способствует повороту колес автомобиля направо. В то же время проходное сечение, соединяющее левую полость картера рулевого механизма с линией слива, увеличивается и жидкость из нее свободно перетекает в бачок насоса. При повороте рулевого колеса в левую сторону давление в левой полости картера повышается, а в его правой полости снижается. Гидроусилитель создает дополнительное усилие для поворота колес в левую сторону. Для обеспечения управления автомобилем при неработающем усилителе в корпусе распределителя предусмотрен клапан, перепускающий жидкость из одной полости цилиндра в другую.

Автотранспортные средства

15. Требования, предъявляемые к автомобилям. Активная, пассивная безопасность. Экологические и эргономические требования

Автомобиль – это самоходное транспортное средство, предназначенное для перевозки грузов, людей, и выполнения специальных задач.

Требования: маневренность, проходимость, приспособленность для работы в различных условиях, экономичность, долговечность.

3 вида безопасности АТС: активная, пассивная, экологическая.

Активная безопасность обеспечивается свойствами и качествами конструкции АТС, которые помогают водителю предотвратить ДТП. Сюда относятся: тормозные свойства (устойчивость, управляемость, проходимость, маневренность), система внешнего освещения, световой и звуковой сигнализации, эргономические свойства.

Пассивная безопасность – свойства авто, снижающие тяжесть последствий ДТП. Относят: травмобезопасность внешних форм авто, ударно-прочностные свойства кузова, ремни безопасности, подголовники подушки, утапливание рулевого колеса при ударе, утопленные дверные ручки, складывающиеся боковые зеркала.

Экологическая безопасность – это его свойство снижать степень отрицательного влияния на окружающую среду.

Движение автомобильного транспорта сопровождается загрязнением окружающей среды выбросами токсичных газообразных и твердых веществ. Отработавшие и картерные газы ДВС являются одним из основных источников загрязнения. Наиболее опасны для человека, животного и растительного мира оксиды азота, сажа, альдегиды, оксид углерода, углеводороды, бенз(а)пирен, оксиды серы, аммиак, диоксид углерода. Имеют значение также запах и слезоточивое действие отработавших газов.

Чтобы улучшить экологические показатели бензиновых двигателей, необходимо отказаться от применения этилированных бензинов, а также уменьшить выделение оксидов азота и твердых частиц. Для этого вводится законодательное нормирование (ограничение) выбросов основных вредных веществ. Экологический контроль сведен к контролю (причем только на режиме холостого хода) содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах бензиновых двигателей и дымности дизелей. Между тем давно доказано, выбросы соединений свинца, оксидов азота и твердых частиц характерны только для нагрузочных режимов и совершенно незначительны на холостом ходу.

Эргономика — это наука о взаимодействии элементов системы «человек ‑ машина ‑ среда». В условиях повышения энерговооруженности транспортных средств и насыщения транспортных потоков характер работы водителя требует затрат не столько физического труда, сколько умственного. Поэтому к машине предъявляют новые требования, обеспечивающие снижение нагрузки на водителя.

Исходя из этого, к рабочему месту водителя предъявляют следующие основные требования:

— снижение затрат физической энергии по управлению автомобилем;

— обеспечение достаточной (но неизбыточной) информативности внешних сигналов и раздражителей;

— создание достаточного комфорта по антропометрическим, климатическим, звуковым и световым факторам;

— обеспечение безопасности при авариях.

Первое требование определяет усилия на органах управления, расположение и возможность регулирования этих органов с учетом физиологических особенностей водителя. Второе требование определяет обзорность впереди и сзади, средства противоослепления, расположение и информативность приборов системы управления. Третье требование устанавливает соответствие рабочего места антропометрическим данным человека (форме и размерам тела), восприятие им освещенности дороги, доски приборов, работы аудиосистем и комфортность его в салоне и т. д. Четвертое требование обусловливает наличие и действие средств активной и пассивной безопасности (мягкие бамперы и рулевое колесо, сдвиг частей машины при столкновении, ремни и подушки безопасности и др.).

Автотранспортные средства

Принцип работы гидроусилителя руля, устройство ГУР

По мере развития автомобилестроения возникла потребность в снижении усилий, прикладываемых при вращении рулевого колеса. В первую очередь, это касается водителей грузовых транспортных средств, управление которыми требует от человека повышенной внимательности и точности. Работе шофёра такого автомобиля было не позавидовать: после нескольких часов езды и кручения тугого руля водители жаловались на скопившуюся усталость, что приводило к снижению внимания и, как следствие, возникновению аварий.

Проблема требовала решения: итогом работы над ней стало появления гидроусилителя руля, основная задача которого заключается в облегчении управления машиной и улучшению её манёвренности.

Составные части ГУР

Устройство состоит из следующих обязательных составных частей:

насоса ГУР, обеспечивающего требуемый уровень давления, требуемого для циркуляции масла. В большинстве случаев устанавливаются пластичные насосы, отличающиеся высоким коэффициентом полезного действия и наибольшим сроком службы;
распределителя, задача которого – направлять масло в нужные части цилиндра и обеспечивать его поступление в бачок. Данный элемент (бывает осевым или роторным) может крепиться на элементах рулевой рейки или на валу рулевого механизма;
гидроцилиндра, приводящего в движение поршень со штоком;
шлангов, благодаря которым гарантируется движение жидкости по механизму. Одни из них (низкого давления) отвечают за поступление масла в насос и в бачок, другие соединяют между собой распределитель, насос и цилиндр;
масла, смазывающего все части системы;
бачка с фильтром, где хранится и очищается рабочая жидкость.

Как работает гидроусилитель руля

Основной элемент — это золотник: принцип работы ГУР основан на его перемещении при повороте рулевого колеса.

В центральном положении руля он удерживается пружинами (насос работает в усиленном режиме, жидкость активно циркулирует по всей системе). При повороте рулевого колеса происходит смещение золотника и перекрытие им одной из магистралей (в цилиндр поступает масло, поршень поворачивает колеса в сторону движения золотника). Когда поворот завершается, распределитель догоняет золотник, и тот останавливается.

Принцип работы гидроусилителя руля, если отсутствует его вращение, немного иной: золотник перестает двигаться, распределитель переходит в нейтральное положение, колёса авто стоят прямо, а насос качает масло по системе.

Преимущества автомобиля с гидроусилителем

Выше было сказано, что обычно устройство устанавливается на большегрузные машины, чтобы максимально облегчить процесс управления, однако многие производители оборудуют им и легковые автомобили.

Помимо этого, принцип действия ГУР обеспечивает меньшее количество полных оборотов руля при совершении маневров (например, во время парковки). Механизм минимизирует удары на руль при езде по неровному дорожному покрытию, позволяя сохранить управляемость автомобилем при наезде на крупный камень или при попадании колеса в глубокую выбоину.

Уход за гидравлическим усилителем

Как и любой другой механизм, ГУР требует регулярного и правильного ухода, способного увеличить срок его службы и сэкономить владельцу авто немало средств на его замену.

Основные рекомендации следующие:

регулярная проверка уровня масла;
своевременное устранение утечек и проверка герметичности системы;
регулировка натяжения приводного ремня;
замена масла и фильтра в бачке как минимум раз в год;
недопущение удержания руля в крайнем положении на протяжении более чем 5 секунд;
прекращение использования машины с неисправным гидронасосом (в противном случае происходит ускоренный износ составляющих рулевого механизма).

Устройство и работа гидроусилителя рулевого управления

Для чего нужен ГУР?
Большинство автолюбителей ответят: «Для того, чтобы легче крутить руль». И будут правы, но отчасти. Кроме повышения комфорта, гидроусилитель позволяет уменьшить передаточное число рулевого управления. Что это дает? Чем больше передаточное число, тем меньшее усилие нужно прилагать для поворота колес. Но количество оборотов руля от упора до упора при этом будет равным 4-5. Уменьшая передаточное число, можно довести количество оборотов руля до 2-3. Управляемость, маневренность и острота реакций автомобиля улучшается, что особенно важно в аварийной ситуации, когда может не хватить времени для вращения руля с перехватами. Кроме того, у гидроусилителя есть еще несколько и преимуществ, и недостатков, о которых будет сказано ниже.

Гидроусилитель может устанавливаться на автомобили с рулевым управлением разных типов: червячным, винт-шариковая гайка. Мы расмотрим самый распространенный вариант — рейку. В состав системы гидроусиления входят:

насос
распределитель
силовой цилиндр
бачок и соединительные шланги

Насос гидроусилителя, как и любой другой насос, предназначен для создания и поддержания необходимого давление в системе и циркуляции рабочей жидкости (специального масла). Конструкция насоса может быть разной. Самые распространенные — лопастные, характеризующиеся высоким к.п.д. и износоустойчивостью. Насос крепится на двигателе и приводится в действие с помощью ремня от коленвала.

Распределитель, в зависимости от положения руля, направляет поток жидкости в соответствующую полость силового цилиндра или обратно в бачок. Он устанавливается на рулевом валу. Основные части распределителя — золотниковый клапан и торсион. Клапан состоит из двух цилиндрических частей с каналами для жидкости: внешней и внутренней. Торсион — это тонкий пружинистый металлический стержень, способный закручиваться под действием крутящего момента. Один конец торсиона соединен с рулевым валом, а второй — с шестерней, входящей в зацепление с рейкой. Внутренняя часть золотникового клапана соединяется с верхней частью торсиона, а внешняя — с его нижней частью.

Силовой цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, перемещающего рейку под действием давления жидкости.

Рабочая жидкость передает усилие от насоса через распределитель к силовому цилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем может быть расположен фильтр, а в пробке — щуп для измерения уровня. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и силовой цилиндр, а по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка и возвращается в него из распределителя.

Как все это работает? Когда руль неподвижен (автомобиль стоит на месте, или движется по прямой), и система гидроусиления не задействована, в распределителе совмещены маслопроводы подачи и стока. Жидкость вхолостую перекачивается насосом через распределитель обратно в бачок. Когда водитель поворачивает руль, тем самым он закручивает торсион, а вместе с ним крутится и внутренняя часть золотникового клапана. Внешняя же часть пока остается неподвижной. Таким образом совмещаются каналы подачи жидкости в соответствующую полость силового цилиндра (в зависимости от того, в какую сторону повернут руль). Из другой полости силового цилиндра жидкость по открывшимся каналам сливается в бачок.Чем на больший угол повернут руль, тем сильнее закручивается торсион. Поэтому большим оказывается и размер перепускного отверстия, а, значит, и усилие, воздействующее на рейку. Рейка, перемещаясь, раскручивает через шестерню нижний конец торсиона, а вместе с ним и внутреннюю часть золотника. Обе части клапана возвращаются в исходное положение, и жидкость вновь перекачивается через распределитель в бачок.

В случае отказа системы гидроусиления потери управления не происходит, поскольку рулевой вал через торсион механически соединен с ведущей шестерней. Согласно нормам безопасности усилие на рулевом колесе легкового автомобиля не должно превышать 15 кг для полностью работоспособной и 30 кг — для неисправной системы рулевого управления. Быстродействие усилителя должно быть таким, чтобы при скорости вращения руля не менее полутора оборотов в секунду его не «закусывало».

Преимущества и недостатки

К перечисленным выше преимуществам ГУРа можно добавить смягчение ударов, передаваемых на руль от неровностей дороги и более четкое удержание автомобиля на выбранной траектории. Каким образом это происходит? Если, наехав на препятствие, колеса стремятся повернуться в сторону, это вызывает смещение рулевой рейки, ведущей шестерни и закручивание нижней части торсиона. Срабатывает золотниковый клапан, но «в обратную сторону», так как усилие пришло не от руля, а от колес. Поэтому система будет не способствовать повороту колес, а противодействовать ему. То же самое происходит и при внезапном проколе шины: ГУР помогает автомобилю сохранять траекторию, а водителю — удержать руль в руках. Таким образом, усилитель повышает безопасность движения, а за счет повышения комфортности вождения снижает утомляемость водителя.
А теперь о недостатках. Во-первых, постоянно работающий насос отбирает часть мощности двигателя, даже когда ГУР не задействован. Причем производительность насоса должна быть такой величины, чтобы обеспечить легкий поворот колес на стоящем автомобиле — когда сопротивление максимально. Но ведь большую часть времени автомобиль движется, и усилий для поворота колес при этом нужно намного меньше! Вот и получается, что значительная часть отобранной у двигателя мощности пропадает впустую.

Во-вторых, производительность насоса зависит от оборотов двигателя — чем они выше, тем большее давление создает насос. А по идее все должно быть как раз наоборот — при малых скоростях движения необходимо максимальное усиление, а при высоких — небольшое. В простом гидроусилителе отсутствует возможность регулирования коэффициента усиления.

Из этого обстоятельства проистекает третий недостаток — противоречие между коэффициентом усиления и информативностью руля. Легкость и комфортность управления на малых скоростях имеет обратную сторону — «пустоту» руля на больших. Машина слишком «остро» реагирует на каждое движение руля, а отсутствие ощущения сопротивления («обратной связи») при повороте колес не дает возможности водителю правильно оценить их положение. Отчасти решить проблему помогают рейки с переменным передаточным отношением: в центре шаг зубьев небольшой, а к краям увеличивается. В этом случае при малых углах поворота машина не так остро реагирует на действия рулем, что очень важно на больших скоростях, зато на развороте крутить руль приходится меньше. Чем плох этот вариант? А тем, что передаточное отношение зависит от угла поворота руля, а не от скорости движения. Поэтому конструкторы стали искать другие пути.

На помощь механике и гидравлике, как всегда, пришла электроника. В результате такого симбиоза появился электрогидравлический усилитель. Впервые его применили на автомобилях «Аudi» под названием «Servotronic». Существует два типа ЭГУРа: с электромагнитным клапаном и с электронасосом. Управляет работой усилителя электронный блок на основании показаний датчиков скорости, поворота руля, оборотов коленвала. Набор датчиков может меняться в зависимости от модели автомобиля.

В первой конструкции в распределитель ГУРа дополнительно встраивается электромагнитный клапан и камера обратного действия с поршнем. При повороте колес на месте или при движении с малой скоростью клапан открыт, давление в системе максимально — руль крутить легко. При наборе скорости клапан, управляемый блоком, пропорционально закрывается. В результате давление в системе уменьшается, а усилие на руле увеличивается. Таким образом, получаем искомое чувство «обратной связи».

Во второй, более совершенной конструкции, гидронасос заменен электронасосом, т.е. приводится не от коленвала, а отдельным электромотором. Управляет его работой опять же блок управления. На малых скоростях скорость вращения насоса максимальна, а на больших — ограничивается блоком управления. Поэтому чем выше скорость движения — тем «тяжелее» становится руль. Замена гидронасоса электронасосом позволяет снизить расход топлива до 0,2 л на 100 км.

Сейчас почти каждый современный автомобиль оборудуется гидравлическим усилителем рулевого управления. Основная задача этого механизма заключается в создании дополнительного усилия на элементы рулевого управления для облегчения поворота колес во время маневрирования.

Изначально гидроусилитель устанавливался исключительно на грузовые авто и с/х технику по одной простой причине – без этого механизма управлять грузовиком или трактором очень сложно. Но со временем ГУР стал появляться и на легковых авто.

На небольших скоростях и при стоянке для поворота управляемых колес водителю на авто без ГУР приходится прилагать значительные усилия, на большой же скорости сопротивление снижается, то есть для совершения маневра усилия со стороны водителя снижаются.

Усилитель же обеспечивает одинаковое усилие, которое должен приложить водитель, как при малых, так и значительных скоростях. Поэтому парковка, маневрирование при начале движения с гидроусилителем руля значительно легче.

Гидроусилитель не только повышает комфортабельность при поездках но и дополнительно повышает безопасность, поскольку позволяет удержать автомобиль на дороге в случае пробития колеса на скорости.

Также на рулевом механизме наличие ГУРа позволяет уменьшить передаточное число. То есть, снижается количество оборотов рулевого колеса.

Конструкция гидроусилителя руля

Любой гидравлический усилитель рулевого управления, какую бы он не имел конструкцию, состоит из ряда основных составных элементов:

насос;
распределительное устройство;
исполнительный механизм;
трубопроводы;
бачок для жидкости;

Все составляющие компоненты ГУР соединены при помощи трубопроводов в закрытую систему, по которой циркулирует жидкость под давлением. Именно она и является главным рабочим элементом системы.

Насос включен в схему для создания давления жидкости. В работу он может приводится либо от шкива коленвала посредством ременной передачи, либо же от электродвигателя. Регулировка давления же осуществляется перепускным клапаном, включенным в систему.

Распределительное устройство обеспечивает перераспределение потоков жидкости, которая подается от насоса. Основным элементом его является золотник, который при перемещении открывает и закрывает необходимые каналы.

Если колеса авто установлены ровно, то золотник соединяет между собой трубопровод высокого давления, по которому подается жидкость с патрубком обратной подачи. То есть, жидкость от насоса подается на распределитель и сразу возвращается обратно на него, не выполняя никаких действий. А вот при повороте колеса золотник смещается, открывая и закрывая требуемые каналы, и жидкость направляется на исполнительный механизм.

Этот механизм представляет собой гидроцилиндр двойного действия. В нем имеется поршень, разделяющий цилиндр на две полости. Во время поворота распределитель подает жидкость в необходимую полость, которая за счет давления заставляет перемещаться в необходимую сторону. При этом поршень связан с рулевым механизмом, поэтому при перемещении он передает усилие на механизм.

Виды и их конструктивные особенности ГУР

Ещё кое-что полезное для Вас:

Видео: Устройство гидроусилителя руля.

Существует несколько видов гидроусилителей, отличающихся по своей конструкции:

ГУР с раздельной конструкцией применялся на ряде грузовиков. Особенностью его являлось то, что распределитель устанавливался на рулевом механизме, а вот гидроцилиндр устанавливался отдельно и был поршнем связан с рулевой трапецией посредством рычага. При повороте рулевого колеса золотник распределительного устройства подавал жидкость в требуемую полость, и поршень, перемещаясь, тянул или толкал рычаг рулевой трапеции.

На легковых же авто распространение получила комбинированная конструкция гидроусилителя. Ее особенность заключается в том, что распределитель и гидроцилиндр входят в конструкцию рулевого механизма.

При этом поршень цилиндра располагается непосредственно на рулевой рейке.

При повороте колес в определенную сторону, золотник, смещаясь, открывает нужные каналы, жидкость поступает в требуемую полость и давит на поршень, тот смещается вместе с рейкой.

Принцип работы гидроусилителя руля

Теперь более подробно рассмотрим принцип работы комбинированного ГУР.

В распределительном механизме такого усилителя используется золотник поворотного типа. То есть открытие и закрытие каналов производится за счет проворота этого элемента вокруг оси.

В нейтральном положении, когда колеса авто установлены ровно, золотник соединяет между собой нагнетательную магистраль с трубопроводом обратной подачи. Кроме того открытыми остаются и каналы, ведущие на полости гидроцилиндра.

То есть жидкость не только циркулирует от насоса на распределительное устройство и обратно, она еще и подается в полости, причем в равных количествах и с одинаковым давлением.

При повороте колеса влево, золотник проворачивается, при этом подающая магистраль соединяется с трубопроводом, ведущим к левой полости. Жидкость подается в нее и начинает воздействовать на поршень. При этом золотник соединяет трубопровод обратной подачи с правой полостью, чтобы не создавалось противодействующего давления, и жидкость из нее уходит к насосу.

Если руль выкручен не до упора и оставлен в таком положении, золотник вернется в исходное положение, из-за чего произойдет выравнивание давления в полостях и поршень перестанет перемещаться.

При повороте колес вправо будут происходить процессы, противоположные описанным.

Недостатком такого гидроусилителя является то, что давление, подаваемое на гидроцилиндр одинаково как на малой так и большой скорости. А поскольку при увеличении скоростного режима сопротивление рулевого механизма снижается, то это приводит к такому эффекту как «пустой руль». Результатом такого явления становиться потеря водителем «чувства дороги» из-за того, что руль вращается очень легко.

Чтобы избавиться от этого негативного эффекта, в конструкцию ГУР часто включаются электронные элементы, контролирующие работу усилителя и регулирующие ее в зависимости от скорости.

Все достаточно просто – в систему включен электромагнитный клапан, работающий от электронного блока управления. ЭБУ считывает показания датчиков (скорости, частоты вращения коленвала), и при повышении скорости он подает сигнал на электромагнитный клапан, которые плавно снижает давление жидкости, подаваемой на распределитель. То есть, усилие ГУР на рулевой механизм будет снижаться.

сохранение «обратной связи»;
обеспечение устойчивости на дороге;
повышение безопасности. То есть происходит контроль над ТС после повреждения передней шины и возможность увильнуть от столкновения;
позволяет «чувствовать» дорожное полотно и создает кинематическое следящее действие;
уменьшает передаточное отношение рулевой системы, что повышает маневренность;
продлевает время службы деталей рулевого узла.

Чтобы устройство не подводило и надежно выполняло все предписанные задачи нужно своевременно посещать сервисные центры для диагностики.