5. Назначение обратного клапана.
20
Практическая работа №3
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Цель работы – изучение конструкции и принципа работы гидравлического усилителя рулевого управления автомобиля ЗИЛ431410.
Введение
Постепенное утяжеление автомобилей, увеличение нагрузки на управляемые колеса значительно усложнило управление автомобилем. Кроме того, возросли скорости движения автомобилей, следовательно, повысились требования к точности и быстродействию рулевого управления. Удовлетворить требования, предъявляемые к рулевому управлению, можно было уменьшая необходимый угол поворота рулевого колеса, а следовательно, требовался рулевой механизм с меньшим передаточным числом. Уменьшение передаточного числа механизма рулевого управления неизменно приводило к увеличению усилия на рулевом колесе. Механический редуктор с такой задачей не справлялся и впоследствии был дополнен усилителем [7].
Помимо требований к управляемости автомобиля существовали требования к безопасности и комфорту водителя, которые напрямую зависят от конструкции и состояния узлов рулевого управления. Использование усилителей позволяет повысить безопасность, комфорт, а также улучшить управляемость автомобиля.
Усилители различаются в зависимости от вида физических процессов, используемых для формирования вспомогательного усилия. Все усилители можно разделить на типы, в порядке начала их широкого использования:
-гидравлические;
-электрогидравлические;
-электромеханические.
Применение пневматических усилителей было ограничено, поскольку они обладали рядом значительных недостатков – низкая скорость реакции усилителя, невысокая надежность, требовался запас сжатого воздуха. Кроме этого, для создания большого компенсационного усилия необходимо было значительно увеличивать
21
рабочие площади поршней силовых цилиндров, что неизменно приводило к увеличению габаритов усилителей.
Гидравлические усилители (ГУР)
Гидравлические усилители представляют собой гидравлическую схему, в которой источником давления жидкости является насос, приводимый в действие двигателем внутреннего сгорания. Рабочая жидкость под давлением поступает в распределитель, после чего направляется в одну из двух полостей и воздействует на поршень. Поршень перемещаясь оказывает дополнительное воздействие на рулевую рейку или поворотную цапфу. Таким образом снижается величина усилия со стороны водителя, требуемая для поворота колес
[4].
Одно из важнейших требований, предъявляемых к усилителю – это точная дозированная помощь в повороте рулевого колеса, для этого используют распределитель, включающий в свой состав следящее устройство. Основным элементом следящего устройства является винт или торсион.
Винт жестко связан с золотником и при отсутствии воздействия с помощью центрирующих пружин занимает среднее положение. При повороте рулевого колеса винт перемещается, а вместе с ним перемещается золотник, который перекрывает подачу рабочей жидкости к одной из полостей силового цилиндра, при этом вторая полость по прежнему сообщается с нагнетающей магистралью и оказывает дополнительное воздействие на рулевой механизм, помогая водителю поворачивать колеса.
Торсион встраивается в разрез рулевого вала и при отсутствии воздействия находится в незакрученном состоянии. При повороте торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на рулевом колесе. Происходит перекрытие подачи рабочей жидкости в одну из полостей силового цилиндра. В остальном принцип действия аналогичен предыдущей конструкции.
Гидравлический насос предназначен для подачи рабочей жидкости под давлением. Наибольшее распространение получили пластинчатые насосы, приводимые в действие клиноременной передачей от коленчатого вала двигателя. Давление, создаваемое насосом, для разных автомобилей варьируется в широком диапазоне от 0,8 до 10 МПа, а иногда может достигать 15 МПа. Функционирование гидравлического усилителя рулевого управления подразумевает
22
постоянную работу гидравлического насоса, что приводит к дополнительному расходу топлива.
К достоинствам этого усилителя относятся:
-широкий спектр применения (от легковых автомобилей до тяжелых грузовых автомобилей);
-наличие самовозврата рулевого колеса при выходе из поворота;
-хорошо изученная и проработанная технология в связи с большим опытом промышленного производства.
Вто же время гидравлический усилитель обладает рядом недостатков, которые уменьшают его применение на современных автомобилях:
- дополнительный расход топлива, связанный с постоянной работой гидравлического насоса; - наличие эксплуатационной жидкости, которую после
определенного пробега необходимо заменять; - трудности эксплуатации усилителя в зимнее время;
- невозможность регулирования компенсационного усилия, в зависимости от скорости движения автомобиля.
Вотношении последнего недостатка следует отметить, что с увеличением скорости движения автомобиля усилие, необходимое для поворота рулевого колеса уменьшается, так как уменьшаются сцепные свойства между колесами и дорожным полотном. При этом усилие, прикладываемое к рулевому колесу водителем, должно возрастать, что обеспечит лучшее «чувство дороги». В основном этого добиваются снижением давления в нагнетающей части усилителя, путем регулирования давления или уменьшением частоты вращения приводного вала насоса.
Электрогидравлические усилители (ЭГУР)
Данный тип усилителя не получил широкого применения в связи с появлением электромеханических усилителей. Но в то же время он обладает рядом преимуществ перед традиционным гидравлическим усилителем.
Принцип работы электрогидравлического усилителя отличается от описанного выше тем, что насос усилителя приводится в действие не от двигателя внутреннего сгорания, а от электродвигателя, питаемого от бортовой сети автомобиля.
Электродвигатель и гидравлический насос функционируют только при повороте рулевого колеса, что приводит к снижению потребления
23
топлива, по сравнению с традиционным гидравлическим усилителем. Описанная особенность является достоинством усилителя, поскольку позволяет обеспечить увеличение усилия со стороны водителя при повышении скорости автомобиля.
Электрогидравлические усилители обладают достаточно высокой инерционностью. Так, при резком рывке руля или наезде колесом на препятствие электродвигатель не сможет мгновенно поднять давление и производительность насоса, что неизменно приведет к созданию недостаточного компенсирующего момента; поворот или удержание рулевого колеса будет осуществляться в основном за счет усилия водителя.
Так же к недостаткам следует отнести:
-сложную конструкцию;
-повышенную стоимость по сравнению с гидравлическим усилителем;
-наличие эксплуатационной жидкости, которую после определенного пробега необходимо заменять;
-трудности эксплуатации усилителя в зимнее время.
Электромеханические усилители (ЭМУР)
В настоящее время этот вид усилителей получает наибольшее распространение за счет преимуществ перед гидравлическими усилителями [10].
Вспомогательное усилие формируется электромеханичеким приводом, который представляет собой либо дополнительный механизм, встраиваемый в рулевое управление, либо узел, разрывающий механическую связь между рулевым колесом и управляемыми колесами. Первая конструкция считается традиционной, вторая находится на стадии разработки и испытаний.
Традиционные электромеханические усилители, в зависимости от места размещения в системе рулевого управления, можно разделить на усилители реечной передачи и усилители рулевой колонки. Первые, как правило, сложнее и требуют уже на этапе проектирования автомобиля выделения некоторой части подкапотного пространства. Усилители рулевой колонки обычно проектируются уже для готового автомобиля и могут размещаться в зоне рулевого вала салона автомобиля; эта зона имеет достаточное количество неиспользуемого пространства. Кроме этого, такое размещение значительно снижает
24