Принцип работы гидроусилителя руля
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.
Обратите внимание
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.
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.
Важно
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:
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.
Совет
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:
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:
Рулевое управление с гидроусилителем, совмещенным с рулевым механизмом
Техническое обслуживание гидроусилителя
Какая подходит гидравлическая жидкость больше всего нужно узнать из инструкции или в специализированном магазине.
Залив свежее масло необходимо при открытой крышке пару раз прокрутить руль в крайние положения, это нужно, чтобы лишний воздух покинул бачок.
Потеки гидравлики говорят, что требуется ремонт.
Залив присадки в ГУР
Недостатки ГУР
Как видно минусов не так уж и много.
Устройство гидроусилителя руля
Сейчас практически все выпускаемые автомобили комплектуются гидравлическим усилителем рулевого управления (аббр. ГУР). Этот механизм позволяет значительно снизить усилие водителя на рулевое колесо при управлении авто, тем самым сделать вождение более комфортабельным.
Изначально ГУР устанавливался исключительно на грузовые авто и спецтехнику, поскольку сопротивления при изменении положения колес, особенно на малых скоростях движения на такой технике – очень большое, водитель попросту не мог повернуть управляемые колеса, не приложив значительного усилия.
Рулевое управление автомобиля
Сейчас же ГУР устанавливается и на легковые авто. По-большому счету на легковушках требуемое усилие для поворота колес невелико и управление машиной, не укомплектованной ГУР, сложностей не вызывает.
То есть, как бы этот механизм особо и не нужен, но у него есть одно очень положительное качество, благодаря чему, в большей части, усилитель и получил распространение на легковых авто.
Сводится оно к тому, что ГУР позволяет сохранить прямолинейное движение автомобиля при взрыве шины ведущей оси, не забываем и о стремлении человека к максимальному комфорту.
Составные части усилителя. Виды ГУР
В общем, основной задачей усилителя на легковом авто является повышение безопасности, а уже потом только – обеспечение комфортабельности.
Устройство гидроусилителя руля включает в себя несколько основных составных элементов:
- насос;
- распределитель;
- силовой цилиндр;
- соединительные трубопроводы.
Элементы гидроусилителя
На технике использовалось два типа гидроусилителей:
Комбинированный тип отличается тем, что распределитель и цилиндр интегрированы в рулевой механизм, что позволяет в значительной мере уменьшить металлоемкость конструкции и сделать ее более компактной. Благодаря этому он получил широкое распространение, в том числе и на легковых авто.
Раздельный тип применялся на ряде грузовых авто. Его особенность заключена в том, что силовой цилиндр – отдельный элемент, взаимодействующий с приводом рулевого управления. Но из-за такого решения, конструкция ГУР получилась более громоздкой, поэтому на легковых авто она не используется.
Насос
Из названия усилителя понятно, что основным рабочим элементом в этом механизме является жидкость. Поскольку она несжимаема, то при создании давления можно получить усилие, которое и будет выполнять требуемую функцию.
И давление это создается насосом. В более простой схеме механизма насос имеет ременной привод от коленчатого вала. Этот элемент конструкции может быть шестеренчатым (менее распространенный тип) или роторным (он же лопастной). Чаще всего на авто используется второй вариант.
Устройство насоса гидроусилителя роторного типа очень простое.
Основными его элементами являются корпус с подающим и выходным штуцерами и вал, на одном конце которого установлен приводной шкив, а на другом – ротор с лопастями.
Обратите внимание
Этот ротор располагается в камере особой формы — статоре (его роль выполняет корпус). За счет этой формы статора и обеспечивается нагнетание жидкости, которая затем подается на выходной штуцер, ведущий на распределитель.
Лопастной насос гидроусилителя
Недостатком насоса, приводимого от коленчатого вала, является изменение создаваемого давления в зависимости от оборотов мотора.
Из-за этого создаваемое ГУРом усилие на малых оборотах является недостаточным, а на высоких – чрезмерным, что приводит к появлению такого эффекта, как «пустой руль» («обратная связь» рулевого управления – отсутствует, поэтому информативность рулевого управления очень мала).
Принцип работы шестеренчатого и роторного насосов
Чтобы устранить этот недостаток, в устройство насоса гидроусилителя включен регулятор давления, поддерживающий его в заданном значении. Функционирует он очень просто – при превышении давления, регулятор, смещаясь, открывает перепускной канал между подающим и выводным каналами и часть давления сбрасывается.
Распределитель
Жидкость под давлением, созданным насосом, подается на распределитель. В задачу этого составного элемента входит распределение потока жидкости в зависимости от положения рулевого управления. Наибольшее распространение на легковых авто получил золотниковый распределитель поворотного типа. Этот узел является промежуточным звеном между валом колонки и шестерней рулевого механизма.
Устройство распределителя рейки
Состоит распределитель из двух элементов – вала и поворотного золотника. Эти элементы насажены на торсион, который соединяет между собой вал колонки и шестерню.
К распределителю подходит подающий штуцер от насоса, обратка (по ней жидкость возвращается снова в насос) и два вывода, ведущих на силовой цилиндр.
Схема работы распределителя
Суть работы распределителя такая: при вращении руля сопротивление, идущее от колес, приводит к скручиванию торсиона, что в свою очередь обеспечивает проворот золотника относительно вала распределителя. Из-за этого одни каналы открываются, а вторые закрываются, то есть, происходит перераспределение потока жидкости.
Цилиндр
Силовой цилиндр выполняет роль исполнительного элемента. В комбинированном типе ГУР он полностью интегрирован в рулевой механизм. В качестве поршня выступает рулевая рейка, на которой дополнительно имеется шайба с уплотнителями, а цилиндра – корпус. Поршень делит цилиндр на две камеры, соединенных трубопроводами с распределителем.
Принцип работы
А теперь о том, как это все взаимодействует между собой. ГУР является герметичным механизмом и жидкость в нем циркулирует по кругу. Но при определенных режимах количество жидкости меняется, поэтому такие перепады компенсируются за счет расширительного бачка (он же и заправочный). Обычно этот бачок располагается на насосе, но может быть и вынесенным.
В целом у ГУР есть два режима работы:
- Прямолинейное движение. В таком режиме золотник соединяет все подходящие к нему каналы. Жидкость в распределителе сразу подается в обратку и возвращается в насос. Также часть ее подается в обе камеры силового цилиндра, обеспечивая равное давление в них;
- Поворот. При вращении руля торсион скручивается, что приводит к смещению золотника относительно вала. Для примера, рассмотрим действие механизма при повороте направо. Итак, золотник провернулся, из-за чего соединяются подающий канал и ведущий на правую камеру гидроцилиндра. При этом левая камера соединяется с обраткой. Поток жидкости в правой камере начинает давить на поршень, из-за чего увеличивается усилие. Из левой же камеры, чтобы не возникло сопротивления давлению, жидкость перетекает через распределитель и поступает в насос. При этом, если руль повернут не до упора, а лишь частично и оставить в таком положении, торсион раскрутиться. Это приведет к возврату золотника в исходное положение – соединение всех каналов и давление в камерах силового цилиндра выровняется, но уже с учетом текущего положения рейки вместе с поршнем.
Схема работы системы гидроусилителя с клапаном Servotronic (стандартные системы отличаются только отсутствием ограничительного клапана и Servotronic)
При повороте налево работа распределителя противоположна описанной. То есть, жидкость под давлением подается в левую камеру цилиндра. Как видно, основная работа у ГУР лежит на распределителе.
Положительные и отрицательные качества
Часть положительных качеств использования гидроусилителя в конструкции рулевого управления уже перечислены, но есть и другие. В целом, к достоинствам можно отнести:
- Повышение безопасности (ГУР позволяет удержать автомобиль при взрыве шины по время движения);
- Снижение усилия, требуемого для совершения или удержания маневра;
- Изменение передаточного числа рулевого механизма (для поворота колес на определенный угол требуется меньше вращать руль, чем в механизме без ГУР);
- Комфортабельность управления авто.
Недостатков же у усилителя меньше, но они достаточно существенны:
- ГУР – это дополнительный механизм, причем конструктивно сложный и требует обслуживания;
- Некоторые элементы очень чувствительны к загрязняющим частицам, поэтому нарушение эксплуатации может привести к поломке;
- Насос с приводом от коленчатого вала «забирает на себя» часть мощности мотора;
- Усилитель работает только при заведенном моторе.
Стоит отметить, что благодаря установке распределителя в рулевой механизм возможно продолжать движение даже в случае выхода из строя одного из элементов ГУР или разгерметизации. Торсион в любом случае будет передавать вращение от вала колонки на шестерню механизма, поэтому управление у авто сохраниться, но усилие на руле возрастет.
Еще одним недостатком такого механизма является зависимость от оборотов коленчатого вала. Решение этой проблемы, и следующим этапом развития ГУР стал электрогидравлический усилитель.
Его особенность заключается в том, что привод осуществляется от отдельного электромотора, который входит в конструкцию насоса. Это позволяет не только поддерживать давление в требуемом значении при всех режимах работы мотора, но еще и обеспечить работу ГУР даже при незаведенном двигателе.
Важно
Дополнительно электрогидравлический усилитель управляется ЭБУ. То есть, механизм подстраивается под конкретные условия движения, создавая оптимальное усилие на руле и обеспечивая точную передачу информации – «обратную связь». Для этого ЭБУ собирает данные от ряда датчиков, на основе которых он осуществляет управление насосом и распределителем.
Несмотря на то, что гидроусилитель конструктивно значительно сложнее, чем иной тип усилителя – электрический, благодаря обеспечению «обратной связи» он является более предпочтительным, поэтому он чаще и используется.
Гур назначение и устройство — drive2
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:
насосраспределительсиловой 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.
Совет
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.
Принцип действия
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
Обратите внимание
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.
Важно
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.
Электрогидравлический усилитель:
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.
Совет
Замена гидронасоса электронасосом позволяет снизить расход топлива до 0,2 л на 100 км.
Гидравлический усилитель рулевого управления автомобиля
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
Конструкция гидроусилителя
Любой гидравлический усилитель рулевого управления, какую бы он не имел конструкцию, состоит из ряда основных составных элементов:
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.
Устройство насоса гидроусилителя руля
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.
Обратите внимание
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:
- раздельный;
- комбинированный;
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.
Важно
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.
Устройство гидроусилителя руля – как он работает
Одним из важных изобретений, обеспечивающих качественное управление транспортным средством, есть гидроусилитель руля (ГУР). Думаю, для водителей со стажем не секрет, что управление автомобилем часто бывает довольно утомительным занятием, особенно если при резком изменении траектории движения, приходится прикладывать немалые усилия для поворота рулевого колеса.
Именно необходимость снижения такого усилия и привела к появлению неких «помощников» водителя, роль которых и выполняют гидроусилители.
ГУР не только обеспечивает комфорт передвижения, но и в значительной мере повышает уровень безопасности: во-первых, повышается вероятность ухода от столкновения, а во-вторых, даже при разрыве передней шины, гидроусилитель поможет сохранить контроль над автомобилем.
В этой статье, мы более детально рассмотрим функции данного устройства, разберемся в принципе его работы и ознакомимся с его основными составляющими элементами.
1. Функции гидроусилителя руля
Изначально, цель создания гидроусилителя руля была всего одна – облегчить управление транспортным средством.
Соответственно, и сейчас, в роли главной функции выступает обеспечение более легкого поворота рулевого колеса, необходимого при выполнении определенных маневров.
Более того, наличие в рулевом управлении данного устройства, существенно увеличивает качество маневренности, ведь водителю уже не нужно быстро и сильно вращать руль.
Совет
Также, в случае возникновения на дороге не предвиденных ситуаций, наличие в системе рулевого управления гидроусилителя, позволит быстро среагировать на них и избежать возможного столкновения, пусть даже поворот руля будет несильным.
Когда колеса автомобиля попадают на неровность (камень, палка, бордюр и т.д.), ГРУ смягчает отдающуюся в руль вибрацию , а в случае прокола шины, устройство поможет удержать руль в ровном положении, предотвращая тем самым, изменение траектории движения транспортного средства.
Как видите, широкое распространение, гидроусилители обрели благодаря тому, что помимо основной функции, они также:
– при выходе из строя сохраняют возможность управления транспортным средством;
– занимаются гашением ударов, передающихся на рулевое колесо от езды по неровным дорогам, снижая утомляемость водителя и помогая ему удерживать руль даже при разрыве передней шины (шин);
– снижают передаточное отношение механизма руля: количество оборотов руля уменьшается между крайними его положениями, благодаря чему возрастает маневренность машины;
– позволяют лучше «чувствовать» дорогу и обеспечивают кинематическое следящее действие;
– увеличивают срок эксплуатации механизмов рулевой системы управления, смазывание которых происходит под давлением.
2. Конструктивные элементы гидроусилителя руля
Думаю, не для кого уже не секрет, что гидроусилитель является важным узлом управления транспортным средством. В его конструкцию входят насос, распределитель, гидроцилиндр, соединительные шланги, рабочая жидкость и бачок в котором она находится. Теперь рассмотрим каждый из элементов более детально.
Главная задача насоса – обеспечить всю систему необходимым уровнем давления, которое используется при создании циркуляции масла в системе.
Чаще всего, на многих современных автомобилях, устанавливают пластичные насосы, так как они обладают сравнительно большим коэффициентом полезного действия и отличаются повышенным сроком эксплуатации.
Зачастую, данную деталь можно найти на самом силовом агрегате, а работа привода выполняется благодаря наличию ременной передачи, взаимодействующей с коленвалом.
Еще один элемент системы – распределитель, используется для направления и распределения в полостях цилиндра мотора рабочей жидкости (масла), а также, для ее обратной подачи в бачок. Выделяют всего два вида таких деталей: роторный и осевой, а сам процесс распределения зависит от способа движения золотника.
Если его движение имеет поступательный характер, значит распределитель именуют осевым, а если они вращательные, то роторным. Установку распределителя производят как на валу, с размещенным на нем рулевым механизмом, так и на других элементах рулевого привода.
Эта часть гидроусилителя очень чувствительна к загрязнению масла и длительное использование некачественной смазочной жидкости может создать проблемы в ее работе.
Гидроцилиндр активизирует работу поршня и штока, путем воздействия на них масла, подающегося под сильным давлением. Поворот колес выполняется при помощи рычага, который либо помещается на рулевой механизм, либо устанавливается между приводом и кузовом транспортного средства.
Не менее важными составляющими элементами гидроусилителя руля являются соединительные шланги. Их основная задача – обеспечить рабочей жидкости беспрепятственный ход по всему механизму.
В зависимости от уровня давления, все соединительные элементы разделяют на два типа: высокого и, соответственно, низкого давления.
Шланги высокого давления организовывают движение рабочей жидкости между насосом, распределителем и цилиндром; второй тип шланга (низкого давления) обеспечивает возврат масла из бачка в насос, а после того как оно пройдет фазу отработки – обратно в бачок.
Рабочая жидкость гидроусилителя представлена в виде специального масла, обеспечивающего подачу усилия от насоса к гидроцилиндру. Кроме того, благодаря ему, все элементы системы получают необходимую для качественной роботы смазку.
Бачок – это довольно заурядная емкость, суть существования которой сводится к хранению и циркуляции рабочей жидкости. В нем имеется специальный фильтр, выполняющий очистку жидкости, подающейся в систему. Также, кроме фильтра, здесь расположен щуп с характерными отметками, который используется для проверки уровня масла.
Более современные модели автомобилей, помимо уже названных составляющих гидроусилителя руля, оборудуются еще и электронным блоком управления, работа которого направлена на корректировку деятельности ГРУ в соответствии с меняющейся скоростью движенья. При езде на высоких скоростях, данный фактор существенно повышает безопасность, ведь водителю становиться сложнее непроизвольно поворачивать руль, а значит, автомобиль не будет отклоняться от заданной траектории.
3. Как работает гидроусилитель руля
Значительных принципиальных отличий в схеме работы гидроусилителей с осевым и с роторным передвижением золотника, нету. Принцип работы ГРУ заключается в следующих действиях: при пребывании в центральном положении, рулевое колесо неподвижного золотника удерживается с помощью специальных центрирующих пружин.
В таких условиях, рабочая жидкость свободно перемещается по всей системе, конечно, при условии, правильной установки распределителя. Задачей насоса, на этом этапе, является прокачка масла по усилителю, что заставляет его усилено работать, даже не смотря на то, поворачиваются колеса или нет.
Тоесть, прогон рабочей жидкости по системе – это основная задача насоса гидроусилителя.
Поворачивая руль, водитель и не подозревает, что вместе с ним перемещается и золотник, который меняя положение, перекрывает собой сливную магистраль, в следствии чего, рабочая жидкость под давлением подается в одну из полостей цилиндра.
Обратите внимание
Одновременно с этим, когда масло начинает воздействовать на шток и элементы поршня, они, поддаваясь давлению, поворачивают колеса и корпус распределителя в сторону передвижения золотника. Корпус «догоняет» золотник только тогда, когда тот останавливается.
Все, на этом поворот считается выполненным.
Далее, когда рулевое колесо занимает прямолинейное положение, золотник возвращается в нейтральное положение, а магистраль снова открывается для слива жидкости. Если руль продолжает пребывать в неподвижном состоянии, золотник находится в среднем положении, удерживаясь в нем при помощи центрирующих пружин.
Конструкция распределителя позволяет рабочей жидкости свободно перемещаться из нагнетательной магистрали в сливную, при чем, насос работает только на прокачку жидкости, а не на поворот колес.
Таким образом, происходит реализация кинематического следящего действия гидроусилителя руля, которое выражается в повороте колес на тот угол, который задается водителем при вращении рулевого колеса.
Многие автовладельцы отмечают способность ГУР повышать «чувство дороги». Данным термином, обычно, характеризуют обратную связь, которая, проходя через гидроусилитель, направляется от управляемых колес к рулю. Такое «чувство» снабжает водителя информацией о характере условий, в которых поворачиваются колеса.
Хорошее восприятие дорожной обстановки и эффективное управление транспортным средством, помогают водителю правильно использовать руль в любых условиях.
Для реализации задачи по улучшению «чувства дороги», различные конструкции распределителей предусматривают наличие разных деталей: плунжеров, камер или реактивных шайб.
Чем больше колеса сопротивляются повороту, тем выше уровень давления в цилиндре и распределителе, при чем, одна из установленных реактивных шайб, прилагает большое усилие для возвращения золотника обратно, в нейтральное положение. В результате данного действия, рулевое колесо, как-будто становится тяжелее.
В случае наезда на какое-то препятствие (бордюр, камень и т.д.), происходит попытка поворота управляемых колес, что в условиях высоких скоростных режимов более чем опасно.
Начав свой вынужденный поворот, колеса передвигают корпус распределителя, и сливная магистраль снова оказывается перекрытой.
Высокое давление заставляет рабочую жидкость поступать в полость цилиндра, поршень начинает передавать усилие на колеса в обратном направлении, препятствуя их дальнейшему повороту. Поскольку ход золотника минимальный (примерно 1 мм), машина практически не меняет направление движения.
Кроме того, установленный гидроусилитель не только гарантирует водителю облегченный поворот рулевого колеса, но и при наезде на преграду, защищает его пальцы от ударов спицами руля. Однако, полностью погасить колебания все равно не удается и небольшой толчок будет чувствоваться.
Причиной этого является возрастание давления над реактивными шайбами.
Важно
В случае резкого рабочего отказа насоса (к примеру, когда происходит обрыв приводного ремня), гидроусилитель руля сохраняет возможность управления автомобилем, а усилие от рулевого механизма начинает передаваться на корпус распределителя и колеса посредством самого золотника.
Из чего состоит и как работает гидроусилитель руля?
Автомобилисты старшего поколения хорошо помнят, как нелегко было поворачивать колеса старых машин на стоянке либо при движении на малой скорости. Решением проблемы стал гидравлический усилитель (ГУР), который сначала был добавлен в рулевой механизм грузовиков, а затем перекочевал и на легковые автомобили.
Его задача – помочь водителю преодолеть сопротивление механизмов и силу трения шин о дорожное покрытие, тем самым облегчая вращение баранки. Автолюбителям, уделяющим пристальное внимание обслуживанию собственного «железного коня», не помешает ознакомиться, как работает гидроусилитель руля и узнать его слабые места.
Конструкция механизма
Гидравлический усилитель рулевого колеса состоит из нескольких элементов, соединенных между собой маслопроводами:
- насос, чей ротор приводится в движение ременной передачей от коленчатого вала двигателя;
- распределитель, направляющий усилие в нужную сторону;
- гидроцилиндр с поршнем, жестко связанный с рулевым механизмом (рейкой или тягами);
- расширительный бачок с запасом гидравлической жидкости (масла).
Насос располагается неподалеку от шкива коленчатого вала и соединен с ним приводным ремнем. В зависимости от конструкции авто этот же привод может крутить вал генератора и помпы. Управляющий клапан, он же — распределитель встроен в механизм рулевого вала и реагирует на поворот баранки в ту или иную сторону благодаря специальному устройству – торсиону.
Местонахождение гидроцилиндра зависит от типа рулевого механизма. В большинстве автомобилей он вмонтирован в рейку и представляет собой поршень, толкающий ее в необходимом направлении. В машинах с червячным приводом руля (так называемой рулевой колонкой) цилиндр – это отдельный агрегат. К нему присоединены тяги, отвечающие за поворот передних колес.
Перечисленные элементы объединены в одну систему патрубками, рассчитанными на высокое давление, по которым циркулирует рабочее тело – масло. Его запас находится в расширительном бачке, установленном в наиболее высокой точке системы.
Принцип действия усилителя
Главная особенность ГУР состоит в том, что система включается в работу сразу после запуска двигателя авто, поскольку вал насоса вращается синхронно с коленвалом силового агрегата.
Пока водитель не трогает руль, создаваемое в маслопроводах давление сбрасывается в расширительный бачок.
Принцип работы гидроусилителя руля заключается в преобразовании давления жидкости, создаваемого насосом, в механическую работу, совершаемую поршнем гидроцилиндра. ГУР функционирует по такому алгоритму:
Если в силу различных причин двигатель заглохнет или откажет гидроусилитель руля, то у автомобилиста сохранится контроль над передними колесами. Правда, для поворачивания баранки придется прилагать значительные усилия.
Плюсы и минусы ГУР
Проверив на практике, как работает гидроусилитель руля в современном автомобиле, можно оценить все преимущества использования данного механизма:
Помимо ГУР, на легковые автомобили ставятся усилители нового поколения, поворачивающие передние колеса с помощью электродвигателя (ЭУР). Но подобные системы пока не могут сравниться с гидравликой по стоимости, а потому ЭУР оснащается меньшее количество новых машин.
Использование гидроусилителей в рулевых механизмах дает еще один бонус производителям автомобилей. Поскольку они выполняют вместо водителя физическую работу, в конструкции можно применять рулевые механизмы с меньшим передаточным отношением.
Для автолюбителя это значит, что количество оборотов рулевого колеса от одного крайнего положения до другого уменьшится, что повысит остроту управления.
Правда, при отказе ГУР либо движении авто на буксире водителю будет гораздо труднее крутить баранку.
Гидравлическим усилителям свойственны следующие недостатки:
В более дорогих машинах реализовано особое устройство насоса гидроусилителя руля, позволяющее уменьшать давление масла в системе при повышении оборотов. При этом руль «наливается» приятной тяжестью и ощущения пустоты при управлении на скорости не возникает.
Обслуживание гидроусилителя
Хозяин автомобиля, оснащенного ГУР, может самостоятельно выполнять следующие операции:
- следить за уровнем и состоянием жидкости в расширительной емкости;
- периодически осматривать патрубки и штуцеры на предмет растрескивания и протечек масла;
- менять гидравлическую жидкость с интервалом, указанным в инструкции по эксплуатации;
- отслеживать появление посторонних шумов, возникающих при критическом износе подшипников насоса;
- своевременно менять приводной ремень, чтобы он не оборвался где-нибудь по дороге.
Жидкость, залитая в систему гидроусилителя, служит не только рабочим телом, но и смазкой для насоса. Поэтому при доливке либо замене важно использовать рекомендуемые производителем масла, иначе агрегат может преждевременно выйти из строя.
