Гидравлический усилитель рулевого управления: Гидроусилитель руля: принцип работы

Гидроусилитель руля: принцип работы

Гидравлический усилитель руля (ГУР) – это система, которая является частью рулевого механизма автотранспорта и предназначена для облегчения усилий рук водителя при управлении направлением движения. ГУР полностью сохраняет необходимую «обратную связь», обеспечивает устойчивость движения автотранспорта и однозначность задаваемой ему траектории.

 

Автовладельцы старших поколений прекрасно помнят, какие явные мускульные усилия требовались для каждого проворачивания рулём колёс, особенно при движении на малых скоростях. Потому и женщин за рулём было меньше (это не единственная причина, конечно, но одна из основных).

Решил эту проблему стал гидравлический усилитель (ГУР) – специальный механизм, которым стали оборудовать сначала рулевые механизмы грузовых машин, а потом он был перенесён и на легковые автомобили. ГУР помогает водителю преодолевать силу естественного сопротивления механизмов и трения шин о землю, облегчая вращения рулём. Он создаёт дополнительные усилия при повороте рулевого колеса, за счёт гидравлического давления.

В советском автопроме гидроусилитель руля впервые был применён ещё в 1950 году, на карьерных самосвалах МА3-525. Первым советским легковым автомобилем, оснащённым ГУРом, стал автомобиль представительского класса ЗИЛ-111 (в 1958 года). Широкого распространения гидроусилитель руля в автопроме долго не получал.

Однако в наше время уже стало трудно себе представить автомобиль, не оснащённый усилителем рулевого управления. Усилители могут стать электрическими (ЭУР), гидравлическими (ГУР), или электрогидравлическими (ЭГУР). Однако наиболее распространённым типом механизма усиления рулевого управления стал именно ГУР – благодаря лучшей экономической целесообразности его использования. Гидроусилитель немного более громоздкий, чем электроусилитель. Зато он и не требует точной, скоординированной работы датчиков, ЭБУ и самого электропривода.

Он устроен таким образом, что в случае выхода усилителя из строя полностью сохраняется возможность управления автомашиной. Хотя усилие на рулевом колесе, конечно, и становится более тяжёлым.

Для легковушек главным назначением ГУРа является обеспечение комфорта. Управлять транспортным средством, которое оснащено гидравлическим усилителем руля, намного легче и удобнее. Плюс к снижению мускульных усилий, водителю требуется совершать меньше оборотов руля. Такое положение вещей важно при выполнении парковок и маневрировании на узких участках, в стеснённых условиях.

Сохранение управляемости автомашиной, со смягчением ударов, которые передаются на руль при наезде управляемых колёс на дорожные неровности дороги. В этом состоит ещё она важная функция ГУРа.

Местонахождение частей и состав гидравлического усилителя руля

Гидронасос расположен неподалёку от шкива коленчатого вала и соединяется с ним приводным ремнём. В зависимости от конструкции автомобиля, тот же привод может приводить в движение вал генератора и помпы. Управляющий клапан, он же – распределитель, является встроенным в механизм рулевого вала и отзывается на повороты рулевым колесом в ту или иную сторону, благодаря специальному устройству – торсиону.

Местонахождение гидравлического цилиндра зависит от вида рулевого механизма. В большинстве автомашин он является вмонтированым в рейку и представляет собою поршень, который толкает её в необходимом направлении. В машинах с червячным приводом руля (так называемая рулевая колонка) цилиндр является отдельным агрегатом. К нему подсоединены тяги, которые отвечают за повороты передних колёс.

Указанные элементы объединяются в единую систему патрубками, которые рассчитаны на высокое давление. По ним циркулирует рабочая жидкость – масло. Её запас размещён в расширительном бачке, который установлен в самом высоком месте гидросистемы.

В этом бачке для рабочей жидкости размещён фильтрующий элемент и щуп для контроля за её уровнем. При помощи масла трущиеся пары смазываются механизмов, плюс передаются усилия от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и мелкой металлической стружки, образующейся в процессе эксплуатации, служит имеющаяся в бачке сетка.

Если расширительный бачок сделан из полупрозрачного пластика, то уровень жидкости, находящейся в нём, можно проверить простым визуальным осмотром. Но если пластик непрозрачный, либо бачок использован металлический, тогда уровень рабочей жидкости можно проконтролировать при помощи щупа.

В некоторых автомашинах уровень рабочей жидкости ГУРа есть возможность проверить только после кратковременной работы мотора, либо при вращении рулевым колесом несколько раз в разные стороны, в процессе работы двигателя на холостом ходу. На щупе (или же на самом расширительном бачке) имеются специальные насечки или отметки.

Конструкция механизма

Состоит гидравлический усилитель рулевого колеса из нескольких основных элементов, которые соединены между собою маслопроводами. Это

• роторный насос, приводимый в движение ременной передачей от коленвала мотора автомобиля;
• гидрораспределитель, который направляет усилие в нужные стороны;
• гидравлический цилиндр с поршнем, который жёстким образом (рейками либо тягами) связан с рулевым механизмом;
• расширительный бачок с необходимым запасом гидравлической жидкости (масла).

Насос

Насос гидроусилителя руля нужен для того, чтобы в системе поддерживалось необходимое давление, а также постоянно происходила циркуляция масла. Он устанавливается на блоке цилиндров двигателя, работает от шкива коленвала с помощью приводного ремня.

В принципе, конструктивно данный насос может быть разного типа. Однако на практике повсеместное распространение получили насосы лопастные. Они отличаются высоким коэффициентом полезного действия и серьёзной устойчивостью к износу. Рабочие механизмы данного насоса – вращающийся ротор с лопастями – размещены в металлическом корпусе. В ходе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением нагнетают её в гидрораспределитель, а далее – в гидроцилиндр.

Поскольку привод насоса производится от шкива коленвала, его производительность и давление напрямую зависят числа оборотов двигателя. Чтобы давление поддерживалось на нужном для нормальной работы уровне (100-150 Бар), применён специальный клапан. Это пневматический либо гидравлический дроссель, который действует автоматически.

Гидрораспределитель

Распределитель гидравлического усилителя руля смонтирован на рулевом валу, или же на элементах рулевого привода. Его назначением является направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра, либо её возвращение в расширительный бачок.

Главные элементы распределителя ГУРа – это торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион – это тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под воздействием крутящего момента. Золотник и вал распределителя – это две цилиндрические детали с каналами для жидкости. Они вставлены друг в друга. Золотник связывается с шестернёй рулевого механизма, а вал распределителя – с карданным валом рулевой колонки, т.е. с рулём. Торсион одним концом прикреплён к валу распределителя, а его другой конец вставлен в поворотный золотник.

Распределитель бывает осевым (если его золотник перемещается поступательно), либо роторным (когда золотник вращается).

Гидроцилиндр + соединительные шланги

Гидравлический цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, который перемещает рейку под действием давления рабочей жидкости. Соединительными шлангами высокого давления обеспечивается циркуляция масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом.  Из расширительного бачка в насос, и из распределителя обратно в расширительный бачок масло течёт по шлангам низкого давления.

Гидроцилиндр + соединительные шланги

Принцип работы гидроусилителя

Главная особенность гидроусилителя руля состоит в том, что система задействуется сразу же после запуска двигателя автомобиля, так как вал гидронасоса вращается синхронно с коленчатым валом мотора. Пока водитель не работает рулём, образующееся в маслопроводах давление сбрасывается в расширительный бачок. Принцип работы гидравлического усилителя руля заключается в преобразовании давления рабочий жидкости, создаваемого гидронасосом, в механическую работу, совершаемую поршнем гидроцилиндра. Алгоритм функционирования ГУРа таков:

Рабочая жидкость перекачивается по системе, а избыток давления отправляется в расширительную ёмкость, пока водитель не начнёт поворачивать рулевым колесом. Во время поворота рулём торсион распределителя улавливает направления вращений, за счёт чего срабатывает один из двух клапанов, который открывает проток гидравлической жидкости к поршню цилиндра.

Масло с одной стороны надавливает на поршень, заставляет его толкать рейку или тягу в нужном направлении, пока шофёр не перестанет поворачивать руль. Когда рулевое колесо останавливается в любом положении, то гидрораспределитель закрывает клапан, а поршень прекращает подталкивать рейку.

При вращении рулевого колеса в обратную сторону первый клапан закрывается, и сразу же срабатывает второй. Жидкость поступает к поршню с другой стороны, заставляя его передвигаться и толкать рейку в другом направлении.

К примеру, автомобиль стоит с работающим двигателем на месте, и его колёса при этом установлены прямо. В этом положении гидроусилитель руля не работает, а его жидкость просто перекачивается насосом по системе – из расширительного бачка в гидрораспределитель и назад.

Водитель начинает вращения рулевым колесом. Крутящий момент от руля передаётся валу гидрораспределителя и дальше – торсиону, который начинает закручиваться. Поворотный золотник в тот момент не вращается, так как ему не даёт это делать сила трения. Перемещаясь относительно золотника, вал распределителя открывает канал для поступления масла в одну из полостей гидроцилиндра (в зависимости от того, куда водитель поворачивает руль). Вся рабочая жидкость под давлением отправляется в гидроцилиндр. Масло из второй полости гидроцилиндра поступает в сливную магистраль, и далее в расширительный бачок. Оно надавливает на поршень со штоком, за счёт чего рулевая рейка перемещается и колёса поворачиваются.

Когда водитель прекращает поворот рулевого колеса, однако продолжает удерживать его в повёрнутом положении, рулевая рейка при её перемещении вращает поворотный золотник и выравнивает его относительно вала гидрораспределителя. В тот момент распределитель ставится в нейтральное положение, и рабочая жидкость снова начинает просто вхолостую циркулировать по системе, не совершая работы (как это было при стоящей на месте машине и прямолинейном положении её колёс).

Схема работы гидравлического усилителя руля

Если поворачивать рулевое колесо до упора и при этом увеличивать обороты двигателя нажатием на педаль газа, то давление в контуре гидроусилителя повышается до максимальных значений. Это может привести к протечке сальников и даже к разрыву шлангов. Поэтому производителями автомобилей с гидроусилителями и не рекомендуется удерживать рулевое колесо в крайнем положении дольше пяти секунд.

Если по каким-либо причинам мотор автомобиля заглохнет, или сам гидроусилитель руля сломается и откажет, то у водителя при этом сохранится полный контроль над передними колёсами его автомашины. Просто для поворачивания рулевого колеса водителю уже придётся прилагать некоторые мускульные усилия. Как в «старые добрые времена».

Плюсы и минусы гидроусилителя руля

Нет никаких сомнений в том, что достоинств у системы гидроусиления рулевого управления гораздо больше, чем недостатков. Иначе ГУР не завоевал бы такой всеобщей популярности: ведь им в наше время оснащается абсолютное большинство новых машин всех ведущих автопроизводителей.

Надёжность

Гидравлическая система усиления руля очень надёжна. Она испытана многолетней практикой на различных видах автомашин и показывает практически безупречную безотказность.

Гидравлический усилитель руля обладает способностью развивать серьёзную мощность и преодолевать значительное сопротивление силе трения со стороны колёс. Поэтому применять его есть возможность на автомобилях любой грузоподъёмности и габаритных размеров.

Комфорт

Комфорт в управлении автомобилем для водителя – основная характерная черта и главный плюс рулевого гидроусилителя. ГУР, собственно, и создавался именно с такой целью – значительно облегчить человеку процесс управления автомобилем, избавить его от необходимости прилагать мышечные усилия при оборотах рулевого колеса.

Быстрое реагирование

Так как рулевое колесо вращается с ГУРом гораздо легче, чем без него, и оборотов «баранки» требуется меньше, у водителя появляется возможность живее и оперативнее реагировать на любые быстрые изменения в дорожной ситуации.

Лучшая точность и острота управляемости

Возможности, которые предоставляет использование гидравлического усилителя, дают дополнительный бонус всем производителям автомобилей. Так как ГУР фактически выполняет вместо водителя его физическую работу, в конструкции машин появилась возможность применять рулевые механизмы с меньшим передаточным отношением.

Среди недостатков гидравлического усилителя руля, отмечаются следующие его свойства.

Чтобы не спровоцировать поломку ГУРа, рулевое колесо нельзя надолго задерживать в крайнем правом или левом положении. В особенности – на повышенных оборотах двигателя. В этом случае, из-за образования критически сильного давления, масло может выдавить сальники и вытечь.

Устройство привода гидронасоса выполнено таким образом, что он функционирует безостановочно вместе с двигателем авто. Из-за этого насос изнашивается быстрее и отнимает часть энергии мотора, пусть незначительно, но всё же увеличивая расход горючего.

Все элементы системы гидроусилителя руля нуждаются в периодическом обслуживании, а также требуется следить за уровнем гидравлической жидкости в его расширительном бачке.

ГУРы на автомобилях эконом-класса и машинах бюджетных ценовых категорий при передвижении на больших скоростях делают рулевые колёса малоинформативными. Только в дорогих автомашинах реализовано особенное устройство насоса гидроусилителя руля, которое позволяет снижать давление масла в системе при повышении оборотов силового агрегата. Руль при этом как бы «наливается» некоторой тяжестью, и ощущение «пустоты» при управлении машиной на значительных скоростях не возникает.

Что предусматривается правилами обслуживания ГУРа

Для обеспечения бесперебойной работы гидроусилителя руля требуется периодически выполнять такие операции по уходу и обслуживанию:

контролировать уровень и состояние рабочей жидкости ГУРа в расширительном бачке;

время от времени осматривать патрубки и штуцеры системы: не появились ли растрескивания и протечки масла;

производить замену гидравлической жидкости – в соотвествии с интервалом, который указан в инструкции по эксплуатации и ремонту;

обращать внимание на появление посторонних шумов, говорящих о серьёзном износе подшипников гидронасоса;

своевременно менять износившийся приводной ремень гидроусилителя руля, чтобы он не порвался в самый неподходящий момент – где-нибудь в дальней дороге. Если проявляются толчки и удары в рулевое колесо – то это характерный признак растянутого, изношенного приводного ремня гидронасоса. Когда ремень проскальзывает, то насос начинает работать рывками, и масло поступает в систему с хорошо различимой пульсацией.

Масло для ГУРа

Жидкость, которая заливается в систему гидроусилителя руля, играет роль не только рабочего тела всего механизма, но ещё и смазки для насоса. В связи с этим, при её доливках либо заменах необходимо использовать масла, рекомендованные производителями, чтобы не допустить преждевременного выхода насоса из строя.

В теории, рабочей жидкостью ГУРа можно пользоваться весь срок эксплуатации автомобиля (как и маслом в коробке переключения передач). Однако на практике рекомендуется всё-таки периодически (примерно раз в 3-5 лет) менять масло гидроусилителя.

Ведь в ходе эксплуатации ГУРа всегда повышается температура его элементов. За счёт этого греется и рабочая жидкость, что ведёт к ухудшению её физических свойств. Присадки в её составе ведь деградируют от нагрева и трения, и гидравлическая жидкость постепенно начинает терять свои качества.

Когда при контроле состояния масла ГУРа в нём замечены мелкие посторонние частицы, или чувствуется горелый запах – это значит, что точно настало время для замены, и произвести её нужно как можно быстрее.

Менять надо масло и тогда, когда проявились признаки неисправности в гидроусилителе. Это тяжёлый ход руля, шумная работа насоса. Они говорят о том, что во время работы появиляются воздушные пробки, и надо масло поменять либо долить.

Объём рабочей жидкости при полной её замене не превышает полутора литров. Для масла ГУРа замеряется два уровня: холодный и горячий. Холодный уровень – это та точка, при которой температура рабочей жидкости находится в пределах от 0 до 30-ти градусов. Уровень горячий – та точка, при которой температура масла находится в пределах от 50-ти до 80-ти градусов.

Масло, которое заливается в систему гидроусилителя руля – это универсальные жидкости ATF или Multi HF, которые применяются не только в ГУРах, но и в автоматических коробках переключения передач. Любо – специализированные масла, разработанные специально и только для гидроусилителя, которые маркируются как PSF.

Выбирая масло для ГУРа, лучше ориентироваться на рекомендации автопроизводителя, и делать указание из сервис-книжки машины «выбором №1».

Как и моторное масло, рабочие жидкости для ГУРов могут делаться на минеральной, полусинтетической или синтетической основе. Выбирать надо тот, что рекомендован именно для данной модели автомобиля, во избежание возможного несоответствия химического состава разных рабочих жидкостей и, соответственно, повреждения металла отдельных элементов системы или резиновых уплотнителей.

Гидроусилитель руля стал для автомобилистов всего мира счастливой возможностью крутить руль практически без мускульных усилий – что называется, «двумя пальцами». А особенно – для автомобилисток.

Комфортное и лёгкое управление машиной превратились из роскоши в общераспространённый стандарт. ГУР надёжен и безотказен, однако, как и любой механизм, требует некоторого минимального внимания к себе, своевременного ухода и устранения неисправностей.

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.

Гидроусилитель рулевого управления автомобиля (ГУР)

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:

1. насос;
2. распределительное устройство;
3. исполнительный механизм;
4. трубопроводы;
5. 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.

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. 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.

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.

Назначение насоса ГУР в автомобиле

Большинство случаев выхода из строя систем гидроусилителя руля связаны не с производственными дефектами, а именно с нарушениями требуемых условий эксплуатации. Чтобы узнать больше и не делать фатальные ошибки, читаем дальше…

Гидроусилитель руля (ГУР) — это механизм, основным элементом коего является насос, а задачей — обеспечение легкости вращения рулевого колеса и, соответственно, руления автомобиля. Насос ГУР приводится ремнем от коленчатого вала, засасывает из бачка масло и нагнетает под высоким давлением распределитель.

Распределитель отслеживает усилие на руле и строго дозированно помогает поворачивать управляемые колеса. Для этого используют следящее устройство, чаще всего это торсион, встроенный в разрез рулевого вала.

Когда машина стоит или едет по прямой, то усилия на рулевом валу нет, и торсион не закручен соответственно, перекрыты дозирующие каналы распределителя, а масло сливается обратно в бачок.

Когда же водитель поворачивает руль, колеса сопротивляются: торсион закручивается тем сильнее, чем больше усилие на руле. Каналы открываются, и масло направляется в исполнительное устройство. Оно бывает разное, но, как правило, выполнено заодно с рулевым механизмом. В качестве рабочей жидкости в гидроусилителях иномарок используется масло ATF — то же, что и в автоматических коробках передач. Это доступно как с точки зрения цены, так и легкости поиска масла!

Назначение насоса гидроусилителя руля — это нагнетание рабочей жидкости в рулевой механизм и обеспечение ее циркуляции в гидро-системе рулевого управления.

Из-за действия центробежной силы и давления масла вращается вал насоса и лопасти, перемещаясь в пазах ротора, прижимаются к внутренней поверхности статора, таким образом, захватывая масло,  вследствие чего оно попадает через отверстия в распределительном диске в нагревательную полость. Циркуляцию рабочей жидкости и давление в системе обеспечивает насос.

 Более распространены пластинчатые насосы из-за высокого КПД и низкой чувствительностью к износу. Насос ГУР закреплен на двигателе, привод осуществляется посредством ременной передачи от коленчатого вала.

 Сам принцип работы системы гидроусилителя руля выглядит так: насос приводит в действие двигатель посредством ремня, таким образом, насосом нагнетается рабочая жидкость в гидропривод, причем, зубчатая рейка гидропривода выполняет функцию поршня, подающего жидкость.

1. рулевой механизм
2. золотник
3. корпус распределителя
4. гидроцилиндр
5. поршень гидроцилиндра
6. реактивная шайба
7. центрирующая пружина
8. нагнетательная магистраль
9. клапан
10. насос ГУР
11. сливная магистраль
12. бачок

 

Что же происходит, когда Вы поворачиваете руль (рулевое колесо)? При этом направление и расход потока жидкости регулирует управляющий клапанный блок. Назад, в находящийся в моторном отсеке и соединенный с насосом компенсационный бачок, поступает  избыток жидкости.

 

Уход за ГУР

Уважая ГУР, дадим ему то, в чем он нуждается. Увы, большинство случаев выхода из строя систем гидроусилителя руля связаны не с производственными дефектами, а именно с нарушениями требуемых условий эксплуатации. Будем проводить регулярно следующие операции: проверять уровень масла в бачке, следить за герметичностью системы и как можно быстрее устранять различные утечки, проверять и, при необходимости, регулировать натяжение ремня привода, заменять фильтрующий элемент и масло один раз в 1—2 года.

Необходимо также производить их замену, если изменился цвет масла. Процитируем уважаемого мастера СТО: «Продукты износа, образующиеся в различных парах трения насоса гидроусилителя, рулевой рейки или редуктора, приводят к засорению отверстий и выступают в качестве абразивного материала, вызывающего ускоренный износ механизмов и их сопряжений. Удаление старой жидкости и промывка позволяют осуществить комплексную очистку всей системы гидроусилителя руля».

Нетрудно периодически открывать капот и смотреть на бачок с жидкостью ГУР — есть метки, между коими и должен находиться уровень масла. Открутив крышечку, вы увидите на щупе еще и цвет жидкости. У продвинутых машин на приборной панели имеется индикатор низкого уровня этой жидкости. А при возникновении каких-либо посторонних звуков, утечек или просто при проявлении явно неадекватного поведения автомобиля — не откладывая проехать на СТО для диагностики. Как говорят механики, любую неисправность лучше всего устранить на стадии ее развития, пока ремонт дешевле.

Дабы ГУР не сломался, избегайте удерживать рулевое колесо в крайнем положении более 5 с, это может вызвать перегрев масла; длительная эксплуатация автомобиля с неработающим насосом приводит к быстрому износу деталей рулевого механизма и распределителя, так как они не рассчитаны на такой режим. И не прыгайте, пожалуйста, по бордюрам. При быстром наезде на препятствие происходит страшная вещь!

Гидроусилитель руля, «убивающий» обратную связь, ухудшает информативность при рулении. Иными словами, вы не ощущаете, в каких условиях находится колесо. Запрыгивая на бордюр, вы ощущаете лишь небольшой толчок на рулевом колесе. На машине без ГУР руль ответил бы очень жестким рывком, который запросто мог бы причинить травму. Если вы не ощущаете нагрузки на руле, это вовсе не значит, что ваш автомобиль с легкостью преодолевает любые бордюры. Насос гидроусилителя, как мы уже сказали, способен развивать высокие давления и тем самым поддерживать заданное положение вала рулевой рейки. Представьте, что при этом вы лихо наезжаете на бордюр. Система будет стараться сохранить колеса в заданном рулем положении, что фактически спровоцирует жесткий удар о бордюрный камень. В такой ситуации очень вероятны повреждения рулевых тяг и рулевой рейки.

Похожие последствия будет иметь вращение рулевого колеса, когда колесо автомобиля плотно прижато к бордюру, или активное руление при езде в колее. Система ГУР будет неукоснительно выполнять все задающие движения рулем, и если при этом колесо ограничено в перемещении, настойчивое руление неминуемо принесет вред рулевому управлению!

Нельзя газовать при круто вывернутых колесах, стоя на второстепенной дороге и ожидая просвета. Раскручивая двигатель при вывернутом руле, вы существенно повышаете давление в ГУР, отчего могут пострадать уплотнительные элементы и насос. При низких же температурах существенно возрастает вязкость рабочей жидкости, что затрудняет ее протекание через клапаны, калиброванные отверстия и в целом повышает нагрузку на все элементы системы. В связи с этим в сильные заморозки не следует начинать движение на непрогретом автомобиле, а при выезде с места стоянки по возможности избегать интенсивного руления.

 

Электрический собрат

Электроусилители руля не имеют в себе никакой гидравлики! Что дает преимущества: усилитель не зависит от оборотов двигателя автомобиля и от температурных перепадов, он потребляет энергию только при вращении руля, в отличие от гидроусилителя, когда рабочая жидкость всегда гоняется по трубам, на что тратится дополнительное топливо. Кроме того, коэффициент полезного действия электродвигателя намного выше КПД гидронасоса. Он надежен: нет шлангов, ремней, прокладок, сальников, жидкостей, не требуется обслуживание (замена, доливка рабочей жидкости). То, что надо большинству из автомобилистов, занятых людей. Но автопрофессионалы недолюбливают электроусилители за искусственность ощущений при вождении!

Но есть ли у вашей машины усилитель или нет, какой он — в любом случае, ведь вы ездите именно на ней. Возит вас именно она. Поэтому любите свою машину, и она ответит взаимностью и верностью.

 

По вопросам приобретения и консультации звоните нашим менеджерам:

(057) 759-76-46,
 097-085-18-69,
 093-185-42-82,
 050-401-28-70,
 067-577-02-84,
 050-10-079-01,

Он-лайн цены и наличие по номеру запчасти смотрите на сайте нашего интернет-магазина — http://allparts.com.ua

 

что это такое и какая заливается, можно ли смешивать, а также какие типы и цвета бывают

Гидравлический усилитель руля (ГУР) – это система, входящая в состав рулевого управления автомобиля и предназначенная для снижения прикладываемых усилий водителем при повороте ведущих колес. Она представляет собой замкнутый контур, внутри которого находится жидкость ГУР. В статье рассмотрим разновидности жидкостей для гидроусилителя, их характеристики и отличия.

Что такое ГУР

Вначале кратко рассмотрим устройство гидроусилителя рулевого управления. Как уже говорилось, система замкнутая, а значит, находится под давлением. В ГУР входит насос, рулевая рейка с гидроцилиндром, бачок с запасом жидкости, регулятор давления (перепускной клапан), управляющий золотник, а также напорный и обратный трубопроводы.

Схема устройства ГУР

При повороте руля управляющий золотник вращается, переключая гидравлические потоки. Гидроцилиндр интегрируется с рулевой рейкой и работает в обоих направлениях. Насос имеет ременной привод от двигателя и создает рабочее давление в системе. Перепускной клапан регулирует давление, отводя излишки жидкости при необходимости. В качестве жидкости в системе применяется специальное масло.

Жидкость для гидравлического усилителя

Жидкость ГУР передает давление, создаваемое насосом, на поршень гидроцилиндра. Это главная ее функция, но есть и другие:

• смазка и охлаждение узлов системы ГУР;
• защита от коррозии.

В среднем в систему гидроусилителя вмешается около одного литра жидкости. Заливается через бачок, на котором обычно имеются указатели уровня, иногда рекомендации по типу жидкости.

Рулевое управление с усилителем — Как работает рулевое управление

В гидроусилителе рулевого управления есть несколько ключевых компонентов в дополнение к реечному или рециркулирующему шариковому механизму.

Насос

Гидравлический привод для рулевого управления обеспечивается пластинчато-роторным насосом (см. Диаграмму ниже). Этот насос приводится в действие двигателем автомобиля через ремень и шкив. Он содержит набор выдвижных лопаток, которые вращаются внутри овальной камеры.

Во время вращения лопаток они вытягивают гидравлическую жидкость из возвратной линии под низким давлением и выталкивают ее в выпускное отверстие под высоким давлением. Объем потока, обеспечиваемого насосом, зависит от частоты вращения двигателя автомобиля. Насос должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивать достаточный поток при работе двигателя на холостом ходу. В результате насос перемещает гораздо больше жидкости, чем необходимо, когда двигатель работает на более высоких оборотах.

Насос имеет предохранительный клапан, чтобы давление не становилось слишком высоким, особенно на высоких оборотах двигателя, когда перекачивается такое количество жидкости.

Поворотный клапан

Система рулевого управления с гидроусилителем должна помогать водителю только тогда, когда он прикладывает силу к рулевому колесу (например, при начале поворота). Когда водитель не прилагает усилий (например, при движении по прямой), система не должна оказывать никакого содействия. Устройство, определяющее силу на рулевом колесе, называется поворотным клапаном .

Ключом к поворотному клапану является торсион .Торсион представляет собой тонкий стержень из металла, который закручивается при приложении к нему крутящего момента. Верхняя часть штанги соединена с рулевым колесом, а нижняя часть штанги соединена с шестерней или червячной передачей (которая вращает колеса), поэтому величина крутящего момента в торсионе равна величине крутящего момента, водитель использует, чтобы повернуть колеса. Чем больше крутящий момент водитель использует для поворота колес, тем сильнее поворачивается штанга.

Вход рулевого вала образует внутреннюю часть узла золотникового клапана .Он также соединяется с верхним концом торсиона . Нижняя часть торсиона соединяется с внешней частью золотникового клапана. Торсион также поворачивает выход рулевого механизма, соединяясь либо с ведущей шестерней, либо с червячной передачей, в зависимости от того, какой тип рулевого управления имеет автомобиль.

Этот контент несовместим с этим устройством.

Анимация, показывающая, что происходит внутри поворотного клапана при первом повороте рулевого колеса

По мере того как стержень вращается, он вращает внутреннюю часть золотникового клапана относительно внешней стороны.Поскольку внутренняя часть золотникового клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), величина вращения между внутренней и внешней частями золотникового клапана зависит от того, какой крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу. ,

Когда рулевое колесо не поворачивается, обе гидравлические магистрали обеспечивают одинаковое давление на рулевой механизм. Но если золотниковый клапан поворачивается в одну или другую сторону, порты открываются, чтобы подавать жидкость под высоким давлением в соответствующую линию.

Оказывается, такой тип гидроусилителя довольно неэффективен. Давайте посмотрим на некоторые достижения, которые мы увидим в ближайшие годы, которые помогут повысить эффективность.

,

Разница между усилителем рулевого управления и гидравлическим рулевым управлением

Ключевое отличие: Рулевое управление с усилителем — это система, которая помогает управлять колесами с помощью некоторого источника энергии. Гидравлическое рулевое управление — это разновидность рулевого управления с усилителем, в котором гидравлическая система, использующая гидравлическую жидкость под давлением, помогает управлять колесами транспортных средств.

Рулевое управление означает направление колес в заданном направлении. Вы должны быть знакомы с системами рулевого управления автомобилей. Водитель использует рулевое управление для управления курсом колес.Рулевое управление с усилителем — это система, которая помогает управлять колесами с использованием некоторого источника энергии. Ручное рулевое управление — это совершенно другой тип рулевого управления, в котором для управления используется ручное усилие. Однако сегодня большинство автомобилей имеют системы гидроусилителя руля.

Когда мы говорим о рулевом управлении с гидроусилителем, мы имеем в виду рулевое управление с гидроусилителем или рулевое управление с электроусилителем. Таким образом, мы можем сказать, что рулевое управление с электронным усилителем и рулевое управление с гидроусилителем являются типами рулевого управления с усилителем и, таким образом, обе обладают всеми функциями системы рулевого управления с усилителем.Есть два основных механизма рулевого управления: —

1. Реечное рулевое управление — в этой системе ведущая шестерня прикреплена к рулевому валу, что означает, что при повороте рулевого колеса она поворачивает ведущую шестерню (круговую), а затем перемещает рейку (линейно). Это в основном использование вращательного движения рулевых колес, а затем преобразование этого вращательного движения в линейное движение. Это поступательное движение необходимо для поворота колес.

2. Пересчет шарикового рулевого управления — в этой системе над червячной передачей, содержащей множество шарикоподшипников, закреплена коробка.Эти шарикоподшипники обвивают червячный привод, и эти шарики выходят в рециркуляционный канал и снова попадают в червячный привод. При повороте рулевого колеса червячный привод вращается и заставляет шарики прижиматься к каналу внутри гайки. Теперь это заставляет гайку двигаться вдоль червячной передачи

.

Давайте теперь разберемся с основными концепциями рулевого управления с усилителем. Усилитель рулевого управления использует гидравлику или давление жидкости, чтобы помочь системам рулевого управления. Рулевое управление с усилителем предпочтительнее, когда необходимо совершать быстрые повороты.

Имеются три основных компонента гидроусилителя рулевого управления — насос гидроусилителя руля, бачок с жидкостью гидроусилителя рулевого управления, рулевой механизм. ГУР может быть трех типов: —

1. Гидравлический усилитель руля
2. Электро-гидроусилитель руля (EPHS)
3. полностью электрический усилитель руля (EPS)

Гидравлический усилитель рулевого управления в основном использует гидравлическую жидкость, и давление, создаваемое этой гидравлической жидкостью, помогает водителю управлять колесами.Давайте объясним подробно. Как следует из этого термина, гидравлическое рулевое управление использует гидравлические системы для управления транспортными средствами. Гидравлическое давление создается с помощью героторного или пластинчато-роторного насоса, который приводится в действие двигателем. Затем к рулевому механизму прилагается усилие. Эта сила, прилагаемая цилиндром, управляет колесами. Рабочая жидкость также известна под названием «гидравлическая жидкость» или масло. Он служит цели

.