Гидравлический усилитель рулевого управления: Гидроусилитель рулевого управления: устройство и принцип работы

Содержание

ᐉ Гидравлический усилитель рулевого управления с электронным управлением

Чем выше скорость автомобиля, тем меньшие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу, чтобы изменить направление движения, что может привести к потере управляемости. Такая принципиальная закономерность характерна для всех систем рулевого управления (с постоянным и переменным передаточным отношением). Поэтому при разработке рулевого управления принимаются компромиссные решения.

Для улучшения управляемости автомобиля следует повышать крутящий момент при высоких скоростях и сводить его до минимума при малых скоростях движения и при парковке. Для выполнения этих требований современные легковые автомобили оснащаются гидроусилителями с электронным управлением и регулированием типа Servotronic. Эта система регулирует усилия на рулевом колесе в зависимости от скорости автомобиля.

Рис. Зависимость момента на рулевом колесе от скорости движения автомобиля при применении гидроусилителя типа Servotronic. Нулевая скорость соответствует парковке.

Усилитель руля Servotronic создан на базе обычного гидроусилителя. Измененная конструкция клапана управления с поворотным золотником позволяет реализовать принцип непосредственной гидравлической обратной связи. Применением электрогидравлического преобразователя и соответствующим приспособлением клапана управления удалось обеспечить зависимость степени усиления от скорости автомобиля.

Необходимое для работы системы Servotronic давление рабочей жидкости порядка 130 кгс/см2 создается гидронасосом обычной конструкции. Под этим давлением рабочая жидкость поступает к поворотному золотнику 7 клапана управления.

В свободном состоянии торсион удерживает клапан управления в среднем (нейтральном) положении.

Рис. Схема рулевого управления оборудованного гидроусилителем с электронным управлением:
1,7 – поворотный золотник; 2,5 – торсион; 3 – электронный блок управления; 4 – датчик сигнала скорости; 6 – штифт; 8 – насос гидравлический; 9 – резервуар; 10 — предохранительный и перепускной клапан; 11 – реактивный поршень; 12 – электромагнитный клапан; 13,18 – распределительная втулка; 14 – правая полость силового цилиндра;15 — левая полость силового цилиндра; 16 – подвод жидкости к правой полости; 17 – подвод жидкости к левой полости; 19- поршень; а – нейтральное положение; б – поворот вправо; в – поворот влево

В блоке клапана управления находится торсион 5. Верхняя часть торсиона соединена штифтом с золотником 7. Нижняя его часть соединена также штифтом с ведущей шестерней 19 и с втулкой распределителя 13. Торсион связан с рулевым валом через карданный шарнир. Соединения торсиона выполнены посредством штифтов 6.

Рис. Соединения торсиона:
5 – торсион; 6 – штифт; 7 – поворотный золотник; 13 – распределительная втулка; 19 – ведущая шестерня

Подаваемая гидронасосом рабочая жидкость поступает через входное сверление в корпус клапана управления и далее через кольцевой паз и радиальные отверстия в распределительной втулке клапана к регулирующим кромкам золотника. При нейтральном положении клапана рабочая жидкость перетекает через приточные кромки золотника 1 и поступает во все продольные пазы распределительной втулки и далее мимо сливных кромок золотника в его сливные пазы. Через эти пазы рабочая жидкость отводится в сливную полость и далее в бачок. При этом правая и левая полости силового цилиндра оказываются соединенными между собой через подключенные к ним трубопроводы и кольцевые пазы в корпусе клапана.

При повороте рулевого колеса налево создаваемый водителем крутящий момент передается на торсион 2, верхний конец которого соединен штифтом 6 с поворотным золотником, а нижний конец – с распределительной втулкой 18 и приводной шестерней рулевого механизма. В результате торсион скручивается подобно стабилизатору при наезде одного из колес автомобиля на неровность дороги.

При закрутке торсиона золотник вместе с верхней частью торсиона поворачивается в распределительной втулке, изменяя относительное положение пазов золотника и перепускных отверстий втулки. По мере поворота золотника относительно втулки одни каналы открываются, а другие закрываются.

Рабочая жидкость поступает через щели, раскрывающиеся при перемещении приточных кромок, в продольные пазы и далее через отверстие в кольцевой паз и через трубопровод в правую полость 14 силового цилиндра. На поршень 19 воздействует давление жидкости, что облегчает поворот рулевого колеса.

При поступлении рабочей жидкости в правую полость силового цилиндра происходит ее вытеснение из левой полости в сливную магистраль.

Если отпустить рулевое колесо, распрямляющийся торсион вернет золотник в нейтральное положение относительно распределительной втулки.

При повороте рулевого колеса направо рабочая жидкость поступает в левую полость 15 силового цилиндра и происходит ее вытеснение из правой полости.

Электронный блок управления системы Servotronic обрабатывает сигнал скорости автомобиля и изменяет в соответствии с ним ток управления электромагнитным клапаном 4. При повышении скорости автомобиля блок управления системы уменьшает ток управления электромагнитным клапаном. В результате этот клапан частично открывается и перепускает ограниченное количество рабочей жидкости из приточного кольцевого паза 5 в полость 9 над реактивным поршнем 8. При этом жиклер 6 препятствует сильному оттоку рабочей жидкости на слив, благодаря чему в полости над реактивным поршнем создается достаточно высокое давление. В зависимости от величины этого давления изменяется усилие, передаваемое поршнем на шарики и далее на втулку распределителя.

Чем выше давление рабочей жидкости, тем большие усилия создаются усилителем и тем большие усилия должен прилагать водитель к рулевому колесу.

Действующее на реактивный поршень давление передается на шарики 7, которые установлены между ним и скошенными поверхностями центрирующей втулки 10, жестко соединенной с распределительной втулкой. Точное центрирование клапана управления особенно благоприятно при движении автомобиля по прямой. При вращении клапана управления, находящиеся под нагрузкой шарики противодействуют повороту золотника относительно распределительной втулки. Таким образом, гидравлический способ создания реактивных усилий используется для повышения момента на рулевом колеса до уровня, подбираемого индивидуально для каждой модели автомобиля.

При высоких скоростях движения ток управления снижается до нуля, в результате чего электромагнитный клапан открывается полностью. В результате на реактивный поршень действует максимальное давление, соответствующее его величине в приточном кольцевом пазе.

В результате этого при повороте рулевого колеса на реактивный поршень действует повышенное давление рабочей жидкости. Если действующее на реактивный поршень давление достигло установленного для данного автомобиля предела, открывается ограничительный клапан 3, через который рабочая жидкость перетекает в сливную полость. При этом дальнейший рост давления прекращается.

Рис. Блок клапана управления:
1 – распределительная втулка; 2 – сливная полость; 3 – ограничительный клапан; 4 – электромагнитный клапан; 5 – приточный кольцевой паз; 6 – жиклер; 7 – шарик; 8 – реактивный поршень; 9 – полость над реактивным поршнем;10 – центрирующая втулка

При небольшой или нулевой скорости движения сила протекающего через электромагнитный клапан тока достигает максимальной величины, в результате чего электромагнитный клапан 4 закрывается и предотвращает поступление рабочей жидкости в полость 9 над реактивным поршнем. При этом в полости над реактивным поршнем поддерживается такое же давление, как и в сливной полости 2, так как они соединены между собой посредством жиклера 6.

Таким образом клапан управления системы Servotronic действует так же, как обычный клапан с поворотным золотником. Так как действие реактивного поршня отсутствует, для поворота колес автомобиля требуются относительно небольшие усилия на рулевом колесе.

При воздействии на рулевой механизм силы в противоположном направлении, например, в результате наезда на неровность, усилитель действует как демпфер. В этом случае торсион закручивается под действием усилия, передаваемого на него через рейку и ведущую шестерню. При этом золотник поворачивается из нейтрального положения относительно втулки распределителя. В результате рабочая жидкость поступает под давлением в ту полость силового цилиндра, которая создает противодействие движению рейки.

Рис. Схема работы гидроусилителя при наезде на препятствие

Например, при переезде неровности на колесо автомобиля действует сила FA, которая стремится его повернуть вокруг точки D (по часовой стрелке). При этом на рейку передается сила FZ, которая поворачивает шестерню и закручивает торсион. В результате открывается проход рабочей жидкости под давлением в правую полость силового цилиндра, а левая полость сообщается со сливом. Действующая на поршень и рейку реактивная сила FR уравновешивает силу FZ и противодействует таким образом повороту колес автомобиля.

На привод насоса гидроусилителя затрачивается значительная мощность (5…7 л.с.), поэтому в целях экономии топлива в современных автомобилях применяют гидравлические насосы с приводом не от коленчатого вала, а от электродвигателя, который включается в работу по сигналу блока управления. Такая конструкция позволяет также повысить долговечность насоса гидроусилителя, так как он работает только во время поворота рулевого колеса.

[dwqa-list-questions tag=»gidrousilitel»]

ᐉ Гидравлический усилитель рулевого управления без электронного управления

Механизм рулевого управления с гидроусилителем выполнен по интегральной схеме: в одном корпусе с рулевым механизмом размещены гидравлический распределитель и силовой цилиндр.

Тип рулевой передачи: винт-шариковая гайка-зубчатая рейка-трехзубый сектор. Зубчатая рейка выполнена заодно с поршнем и шариковой гайкой винтовой передачи. Винт рулевого механизма, взаимодействующий с шариковой гайкой, установлен на двух упорных подшипниках, один из которых размещен в картере рулевого механизма, а второй – в корпусе распределителя.

Рис. Схема гидроусилителя рулевого управления:
1 – вал-золотник; 2 – торсион; 3 – винт; 4 – гильза; 5 – поршень-рейка; 6 – вал сошки; 7 – масляный бачек; 8 – сетчатый фильтр; 9 – насос; А – полость силового цилиндра, находящаяся под давлением рабочей жидкости при повороте налево; Б – полость силового цилиндра, из которой рабочая жидкость уходит на слив при повороте налево

Трехзубый сектор установленный на валу сошки 6, взаимодействующий с зубчатой рейкой поршня-рейки 5 установлен в картере рулевого механизма на двух роликовых радиальных подшипниках с эксцентриковыми втулками.

Гидравлический распределитель – тангенциальный, роторного типа, с центрирующим элементом в виде торсиона.

Вал-золотник 1 распределителя с рабочими гидравлическими элементами размещен одним концом в осевом отверстии винта рулевого механизма, а вторым опирается на роликовый радиальный подшипник в корпусе распределителя. Вал-золотник и винт связаны между собой посредством сегментных поперечно расположенных упоров: они ограничивают их взаимный относительный поворот и обеспечивают механическую связь при передаче вращения от вала-золотника винту рулевого механизма при выходе из строя гидроусилителя.

Гидравлическое нейтральное положение вала-золотника устанавливается в процессе сборки и приемочных испытаний распределителя и фиксируется штифтом.

Рассмотрим на схеме работу механизма при левом повороте. Водитель через рулевое колесо и вал поворачивает вал-золотник 1, соединенный с винтом посредством торсиона. Вращение вала-золотника относительно гильзы винта приводит к перекрытию каналов гидрораспределителя, отвечающих за слив рабочей жидкости из полости А, и открытию каналов, обеспечивающих слив из полости Б. Одновременно происходит отсоединение полости Б от напорной магистрали и рабочая жидкость под давлением поступает в полость А. Поршень-рейка 5 под воздействием давления рабочей жидкости перемещается в направлении корпуса распределителя. Зубчатая рейка, взаимодействуя с зубчатым сектором, вызывает поворот последнего, а через него — поворот сошки и управляемых колес автомобиля. При снятии усилия с рулевого колеса скрученный торсион возвращает вал-золотник в среднее положение, при этом в полостях А и Б устанавливается давление слива. Управляемые колеса под действием стабилизирующего момента занимают положение для движения по прямой, поворачивая сошку и связанный с ней вал-сектор. Вращение вала-сектора вызывает перемещение поршня-рейки до занятия ею среднего положения в механизме.

[dwqa-list-questions tag=»gidrousilitel»]

Posted in УсилителиTagged Гидроусилитель руля (ГУР), Рулевое управление

Как работает гидравлический усилитель руля в автомобиле?

Усилитель рулевого управления необходим для большинства автомобилей с повышенным спросом на более легкое управление рулевым управлением. В настоящее время гидроусилитель руля входит в стандартную комплектацию большинства автомобилей. Он обеспечивает легкое усилие на рулевом колесе и легкую маневренность. Производители используют гидроусилитель руля в основном для уменьшения усилий при повороте руля и облегчения прохождения крутых поворотов.

Гидравлический усилитель руля

Усилитель руля помогает преодолевать извилистые дороги. Он легко маневрирует в ограниченном пространстве. Он также предлагает некоторую степень сопротивления, чтобы водитель чувствовал дорогу и реакцию на рулевое управление. Чувство дороги помогает водителю чувствовать и предопределять приближение передних колес. Он визуализирует поворотное усилие, необходимое для стабилизации кузова автомобиля на поворотах, при ветре и т. д.

Кроме того, для безопасного управления тяжелым транспортным средством, особенно загруженным коммерческим транспортным средством, требуется большее усилие на рулевом колесе. Он также должен быть в состоянии справиться с широким спектром дорожных покрытий, неровностей и отскоков. Использование шин большого сечения с низким давлением обеспечивает больший контакт с дорогой. Таким образом, они еще больше увеличивают усилие рулевого управления. Следовательно, производители используют рулевое управление с усилителем на всех типах транспортных средств, то есть на легковых автомобилях, внедорожниках и грузовиках.

Функция:

Гидроусилитель руля состоит из рулевого редуктора, масляного насоса, клапана. Он также включает в себя силовой цилиндр двойного действия и резервуар для гидравлического масла. Система активируется, когда давление на рулевое колесо превышает заданное значение. Когда водитель поворачивает руль, он, в свою очередь, приводит в действие клапан. Этот клапан направляет жидкость к любой стороне поршня внутри цилиндра, чтобы повернуть колеса в нужном направлении. Клапан направляет жидкость обратно в цилиндр, чтобы предотвратить отклонение колес при наезде на препятствие.

Цепь гидравлического усилителя рулевого управления

Операция:

В большинстве конструкций предусмотрен усилитель для поворота вала рулевого колеса. Этот бустерный механизм выполняет большую часть работы рулевого управления. Усилитель рулевого управления использует сжатый воздух, электрические механизмы и гидравлическое давление для вращения рулевого вала. Однако в большинстве автомобилей используется рулевой механизм с гидравлическим приводом. Разные производители разработали разные типы системы гидроусилителя руля. Это система Виккера, система Росса и система Маркса-Бендикса. Однако наиболее значимой является система «Варматик». Все они работают по одному и тому же принципу и работают от гидравлического масла под давлением. Система гидроусилителя руля использует для своей работы мощность SAE 10 Вт (или SAE 5 Вт для температур ниже 120 градусов).

Как правило, производители используют два типа рулевых механизмов с усилителем. Они бывают интегрального и рычажного типа. Интегральный тип регулирует и использует гидравлическое давление непосредственно в корпусе редуктора рулевого управления. Однако бустерный тип использует гидравлический цилиндр и регулирующий клапан с обычным рулевым редуктором.

Кроме того, система рулевого управления с гидроусилителем использует насос с ременным приводом для создания необходимого гидравлического давления. Рулевое усилие водителя приводит в действие регулирующий клапан. Он позволяет находящемуся под давлением гидравлическому маслу поступать с одной стороны гидравлического цилиндра, толкая тем самым поршень на другую сторону. Это заставляет поршень двигаться и прижимает рычаг сошки к рулевой тяге и, следовательно, к колесам.

Интегральное рулевое управление с усилителем

Типы рулевых механизмов с гидравлическим усилителем:

В настоящее время рулевое управление с усилителем использует либо гидравлическое давление, либо электроусилитель (epas) для управления рулевым механизмом. Компании Titan, ZF и Rane являются одними из ведущих производителей компонентов рулевого механизма в мире.

Посмотрите, как работает система рулевого управления с гидроусилителем:

Подробнее: Что такое динамическое рулевое управление Volvo?>>

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

Что такое гидравлическое рулевое управление? – Радиальная динамика

Как любители внедорожного вождения или участники соревнований, мы все проходим через естественную прогрессию механического хаоса, поднимаясь по служебной лестнице в мире внедорожного автоспорта. От езды по пересеченной местности до техничного скалолазания, гонок по бездорожью или гонок на огромных грузовиках, мы видим, как высоко мы можем поднять грязь или пыль и преследовать слабые звенья нашего автомобиля с помощью улучшений, которые позволят нам преодолеть следующий выступ скалы, покорить следующий. подняться на холм или выиграть следующую гонку с большей ловкостью и/или скоростью, чем раньше.

Широкие шины, более прочные оси и большая мощность… это то, что быстро поднимается на первое место в списке обязательных вещей каждого водителя. И хотя модернизация рулевого управления может показаться не такой привлекательной инвестицией, как новый мощный двигатель или новые блестящие колеса, есть несколько других модернизаций автомобиля, которые могут так существенно повлиять на то, будет ли ваш опыт вождения по бездорожью приятным или несчастным.

Эволюция рулевого управления

Возможно, вы слышали, что это называется гидравлическим рулевым управлением, гидроуправлением или полным гидроуправлением. Независимо от того, как вы это называете, полностью гидравлическая система рулевого управления предлагает идеальную рулевую платформу для самых экстремальных водителей бездорожья. Преимущества включают в себя:

Легкое управление большими и тяжелыми шинами
Свобода выбора конструкции подвески и шасси
Высокая прочность, чтобы выдерживать неблагоприятные условия вождения
Компактная установка
Настраиваемая производительность
Возможность управления задними колесами
Я уже говорил о свободе дизайна подвески и шасси?!

По сравнению с большинством технологических достижений, внедренных в индустрию внедорожников за последнее десятилетие, технология гидравлического рулевого управления относительно мало изменилась с момента ее применения в сельском хозяйстве и тяжелом машиностроении еще в 1960-е годы.

Несмотря на то, что концепция проверена и верна, применение гидравлического рулевого управления на внедорожных автоспортивных площадках при неправильном применении может быстро выйти за пределы возможностей оборудования, и так же, как каждый внедорожник и предполагаемое использование уникальны, так и идеальная конфигурация системы рулевого управления. Несмотря на то, что на рынке представлено множество полных гидрокомплектов, не существует универсального решения, подходящего для всех, поэтому так важно понимать основы проектирования системы и при необходимости консультироваться со специалистом, который может помочь вам с размерами и выберите наиболее подходящие компоненты для вашего автомобиля.

Независимо от того, являетесь ли вы новичком в концепции гидравлического рулевого управления или опытным ветераном гонок по бездорожью, желающим освежить в памяти основы, эта техническая серия расскажет об основах гидравлического рулевого управления на высшем уровне. Итак, приступим!

Типы рулевого управления

Чтобы по-настоящему понять гидравлическое рулевое управление, нам нужно начать с основ. Для наших потребностей в мире бездорожья мы обычно можем объединить различные системы рулевого управления в одну из трех категорий:

Усилитель руля
Гидроусилитель рулевого управления
Полностью гидравлическое (полностью гидро) рулевое управление

Важно помнить, что любая хорошая система рулевого управления выполняет две важные функции; он обеспечивает достаточную силу для управления транспортным средством с разумным усилием со стороны водителя и управляет положением рулевого управления таким образом, чтобы управление автомобилем было предсказуемым и безопасным.

Усилитель рулевого управления

Если на данный момент рассматривать только автомобили OEM с неразрезными передними мостами, то почти всегда они оснащены механическим редуктором рулевого управления, установленным на шасси автомобиля, который преобразует вращательное движение рулевого колеса в линейное движение, которое, в свою очередь, шины для поворота влево или вправо.

В этих традиционных системах рулевого управления с гидроусилителем насос рулевого управления подает масло под давлением в рулевой механизм для гидравлического создания дополнительного усилия на рулевом колесе для заданного усилия водителя, прилагаемого к рулевому колесу. Другими словами, это облегчает поворот руля.

Эти системы имеют ограничения с точки зрения усилия на рулевом колесе, которое они могут создавать, и поскольку они имеют механическую связь между шасси и осью, рулевой механизм и рулевые тяги должны быть расположены таким образом, чтобы они взаимодействовали с подвеской автомобиля, чтобы избежать опасных ударов. рулить.

Гидроусилитель рулевого управления

Поскольку потребность в более сильном рулевом управлении становится очевидной с ростом размеров шин и пересеченной местностью, вы также можете услышать термин «гидравлический усилитель» или «гидроусилитель», используемый в качестве опции для увеличения усилия рулевого управления.

Этот тип установки включает в себя сверление и врезку в рулевой механизм, а также подачу жидкости под давлением из существующей системы рулевого управления с усилителем в гидравлический цилиндр, также называемый плунжером, соединенным между картером моста и поперечной рулевой тягой. При повороте гидравлический цилиндр создает вспомогательное усилие на рулевом колесе, в то время как рулевой механизм продолжает управлять положением рулевого колеса через механическую связь.

В то время как гидроусилитель может помочь создать усилие, необходимое для управления большими шинами на пересеченной местности, конструкция подвески и шасси по-прежнему ограничена из-за необходимости механической рулевой тяги между шасси и осью. Вот где полная гидросистема пригодится тем, кто хочет добиться самых экстремальных внедорожных характеристик.

Полностью гидравлическое рулевое управление

В полностью гидравлической системе рулевого управления управление как усилием на рулевом колесе, так и положением рулевого управления на 100 % зависит от гидродинамической мощности, которая передается через гибкие шланги. Это означает, что между шасси и осью больше нет механической рулевой тяги, что открывает возможности для более совершенных конструкций подвески и шасси грузовиков и багги.

Система рулевого управления с усилителем технически представляет собой гидравлическую систему, поэтому многие аспекты гидравлической схемы системы рулевого управления с усилителем также применимы к полной системе рулевого управления с гидроусилителем.

На самом деле, единственное принципиальное различие между гидроусилителем руля и полным гидроусилителем заключается в том, что в случае полного гидроусилителя рулевой механизм заменен клапаном управления рулевым управлением, часто называемым орбитальным клапаном, который точно регулирует объем жидкости рулевого управления, подаваемой в гидроцилиндр рулевого управления, установленный на оси.

Конечно, если бы кто-то просто заменил свой рулевой механизм клапаном рулевого управления и подключил его к гидравлическому цилиндру без каких-либо других обновлений, он бы, несомненно, был разочарован полученной производительностью. Видите ли, за годы эксплуатации автомобилей, эволюционировавших за прошедшее столетие с использованием одних и тех же фундаментальных методов управления, мы привыкли к определенной реакции автомобиля, когда мы вкладываем усилие в руль. Можно сказать, что в нашем генетическом коде выработалось автоматическое ожидание.

Проблема заключается в том, что для того, чтобы полностью гидравлическая система рулевого управления обеспечивала реакцию автомобиля, отвечающую этим физиологическим ожиданиям, как правило, требуется значительно более высокое давление и скорость потока, чем требуется для традиционной системы рулевого управления с усилителем с механической коробкой передач.

Более высокое давление и расход приводят к большему потреблению энергии и выделению тепла по сравнению с традиционной системой рулевого управления с усилителем. Без тщательного планирования эти факторы могут привести к кавитации, разрушению жидкости рулевого управления, скачкам давления и множеству других проблем, которые могут повредить насосы и клапаны рулевого управления. По этой причине успешное внедрение гидравлического рулевого управления требует тщательного баланса между потребностями в производительности рулевого управления и возможностями системы.

Добавьте к этому тот факт, что внедорожные транспортные средства достигают более высоких скоростей и преодолевают более крупные препятствия, чем когда-либо прежде, и легко понять, почему гидравлические системы рулевого управления часто являются одной из самых проблемных и неправильно понятых систем транспортных средств в мире бездорожья.

Но не бойтесь, потому что при небольшом инженерном опыте и понимании гидравлических систем правильно спроектированное полное гидроусилительное рулевое управление может обеспечить производительность и надежность, не уступающие лучшим механическим системам рулевого управления, а также обеспечить усилие рулевого управления и дизайн автомобиля. свобода, которой нет равных.

Независимо от того, управляете ли вы простым джипом, багги с трубами, гусеничным гусеничным транспортным средством, камнестрелом, гонщиком по пустыне, мегагрузовиком или грузовиком-монстром, одни и те же основные принципы помогут вам получить наилучшие впечатления от вождения вашего автомобиля.