Гидро усилитель рулевого управления

Оглавление

1. Введение

• История (ГУР)
• Устройство гидроусилителя руля

2. Основная часть

• Принцип работы гидроусилителя руля
• Эксплуатация гидроусилителя руля
• Система активного рулевого управления

                   AFS (Active Front Steering)

• Возможные неисправности и методы устранения

3.Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 История (ГУР)

 

Есть несколько знаменитых людей по имени Фрэнсис Дейвис. Среди них джазовый критик; актер; капитан колониальных мореплаваний, затесалась даже женщина. Но нас интересует Дэйвис-инженер, тот, что повлиял на всё прогрессивное человечество - и которого считают изобретателем гидроусилителя руля. Устройства, сделавшего автомобиль не спортивным снарядом, а средством передвижения - с удовольствием, безопасностью и комфортом.

 

Если предельно кратко сформулировать историю автомобилестроения, она может быть представлена как  путь демократизации автомобиля. Инновации  появлялись в элитном сегменте рынка, затем дешевели и разбегались  на массовые модели. В начале XX-го века самодвижущаяся коляска была таким  же уделом элиты, как сегодня частный  самолет. Дело не только в «ручной  сборке» каждого экземпляра, но и  в объективных рисках вождения: инфраструктура, предназначенная для тихоходной телеги с одной, реже с тремя и  более лошадиными силами (и, разумеется, хвостами), не была приспособлена для  возможностей двигателя внутреннего  сгорания.  Лишь Генри Форд, с его  конвейерной технологией, постарался сделать автомобиль «не роскошью, а...».

 

По мере роста и совершенствования  автомобильной техники, возникла объективная  проблема: физиологические ограничения  человека и в повседневной жизни, и в экстренных ситуациях. За руль решили лично сесть главы компаний, коммивояжеры, предприниматели, женщины, юноши. По мере измельчания водителей, росли в размере сами автомобили - появлялись первые тягачи, впоследствии одна из основ новой экономики. За рулем потребовалось проводить  многие часы - ведь динамичнейшая экономика США и Европы быстро увидела новые возможности. Поскольку дороги были неровными, «обратная связь» при механическом сцеплении рулевого колеса и передней оси приводила к тому, что каждый камень или выбоина отзывались ударом по рукам водителя. Итак, чтобы автомобиль был доступен не только в материальном, но и физическом отношении, нужно было значительно демократизировать его «пользовательский интерфейс». Одно за другим, в автомобиль добавляются электронное зажигание; формируется педальная группа, разрабатываются первые примитивные коробки передач с возможностью переключения на ходу. Начинает развиваться концепция безопасности. И нужно что-то делать с рулевым управлением: вращать баранку на скоростях все сложней; растет и список потерь в завоевании автотрассы.

 

Итак, перед автомобильными корпорациями той эпохи встает вызов: во-первых, необходимо обеспечить управление автомобилем на высокой скорости, быстроту реакции. Даже при управлении легковым автомобилем сил в нештатной  ситуации может не хватить; недаром  штамп милицейского протокола «не  справился с управлением» есть в  любом языке мира. Если, например, речь идет о лопнувшем переднем колесе, водителю крайне сложно удержать машину на курсе - что же говорить о маневрировании, чтобы избежать столкновения или  наезда? Во-вторых, автомобиль все же должен быть комфортным, и не иметь  общего с тренажером для мускулов.

 

Над проблемой начали думать почти одновременно с появлением первых авто.

 

Вариантов решения этой проблемы предлагалось несколько, причем некоторые  из них задержались в истории. Справедливости ради припомним Дэйвиса-капитана: если бы к этому времени он был жив, то подсказал бы решение, давно найденное во флоте - использовать схему палиспаста, передающую усилие от штурвала на руль судна. Ведь, разумеется, проблему сил матроса решили еще тогда. В автомобильной промышленности, из-за гораздо более жестких требований к эксплуатационным требованиям, прижился планетарный редуктор. Так, одно из предложений - это обеспечить передачу усилия от рулевого колеса на рулевые рейки через редуктор, разумеется с понижением числа оборотов: даже в 1980-е таким решением обеспечивалась грузовая техника советского производства. Недостатком решения являются, разумеется, замедленная реакция - и нерешенность проблемы усталости: усилие нужно меньше, но вращать руль надо чаще.

 

Самый ранний из известных  патентов усиления руля связан с именем Фредерик Ланчестера в Великобритании - его патент датирован февралем 1902 года. Патент заявлен как "управление рулевым механизмом, который будет приводиться в действие гидравлической энергии". Не будем забывать, что решения той эпохи тиражировались с большим трудом - эра массового производства автомобилей придет лишь спустя четверть века. Другой известный патент, с альтернативной системой, был зарегистрирован на представительницу прекрасного пола Клару Гэйлис, из Бельмонта - Массачусеттс. Несколько патентов в этой сфере принадлежали Чарлзу Хаммонду - возможно, потому что многие изобретения уже были сделаны до него, регистрационное свидетельство он предпочел получить в Канаде.  Тем не менее история отдала пальму первенства именно господину Фрэнсису В. Дэвису - инженеру  компании-автопроизводителя Пирс Эрроу. Основной продукцией этой фирмы, трудившейся с 1901-го по 1938-й год, были грузовые и пожарные автомобили. Огромная практика наблюдения за тяжелыми машинами, доступ к мастерским позволили этому предприимчивому американцу и хорошему инженеру изготовить и испытать на практике первые образцы гидроусилителей. Уже спустя год после регистрации патента - что произошло в 1925-м - изобретатель убедительно продемонстрировал работающий образец. Не правда ли, достойный пример многим горе-изобретателям, виртуозно охраняющим собственные идеи, но неспособным продемонстрировать их реализацию? Неудивительно, что талантливого инженера переманила уже набравшая обороты General Motors. Однако даже в элитный и весьма дорогой Роллс-Ройс, спустя семь лет, изобретение поместить не удалось: слишком дорого и трудоемко. Раздосадованный Дэвис перешел в Bendix - компанию, специализировавшуюся на производстве  запчастей для автомобилей: возможно, рассчитывая на рынок «тюнинга». Но его изобретение, тем не менее, уже подстерегал массовый спрос: Вторая мировая война, с ее нуждами в большегрузных, бронированных, высокоманевренных и прочая транспортных средствах, и некритичным отношением к стоимости, увеличила потребность в изобретении.

 

Добавим, что еще одной  промежуточной попыткой решить проблему усиления была не гидравлика, а пневматика - именно ею оснащались большегрузные  карьерные автомобили США конца 1930-х. Пневмоусилие обеспечивалось насосом, нагнетающим воздух в систему тормозов, однако система оказалась ненадежной, громоздкой и шумной.

 

Пришедшая на смену пневматики система «следящего гидропривода» - таково общее название схемы, растиражированной  в гидроусилителях руля, и востребованную мирным рынком и бизнесом, начали внедрять сперва в профессиональные и военные, а лишь после этого в элитные автомобили: процесс развернулся уже в послевоенную эпоху. Представил первый коммерчески доступный легковой автомобиль с гидроусилителем руля - под именем «Гидрогид» - представил Крайслер; это 1951-й год. Хватившись, свою модель Cadillac с гидроусилителем Дейвиса - к тому времени 20-летней давности - выдвинули и General Motors. Вероятно, основной причиной четвертьвековой паузы является следующее: гидроусилитель, с его миниатюрной помпой, цилиндрами, клапаном - это очень трудоемкое изделие, и лишь высокая автоматизация промышленного производства позволила снизить стоимость и повысить надежность полезного изобретения.

 

Разумеется, новшество было с восторгом подхвачено рынком. Следом за лидерами-американцами в соревнование включились и европейские производители - пионером оказался Ситроен, представивший  свою модель в 1954-м, а затем и страна Восходящего Солнца.

 

Но, несмотря на победное шествие  первых гидроусилителей, система имела и недостатки. Прежде всего, это механический «отбор мощности» для насоса, обеспечивающего давление, от основного двигателя. Это, разумеется, не решало проблему маневра на низких скоростях. А на больших оборотах давление в гидравлике возрастало, и водитель рисковал потерять «обратную связь» с дорогой. Кроме того, система была не совсем рациональна с точки зрения расхода топлива. И решать эту проблему пришлось долгие полвека, усилием тысяч инженеров. Но приоритет в изобретении гидроусилителя руля история сохранила за инженером Дейвисом.

 

 

Устройство гидроусилителя руля

 

Гидравлический усилитель  руля (ГУР) не только обеспечивает комфорт, но и повышает безопасность движения. Он помогает водителю сохранить контроль над автомобилем даже в случае разрыва передней шины. Надежность этого дорогостоящего устройства зависит  от своевременного обслуживания.

К появлению усилителей привела  необходимость снизить усилие, прилагаемое  водителем к рулевому колесу, что  особенно важно для грузовых автомобилей. Даже при сложном устройстве и, как  следствие, высокой стоимости гидроусилители получили большое распространение благодаря тому, что помимо основной функции (усиления) они:

позволяют уменьшить передаточное отношение рулевого механизма. Это  снижает количество оборотов руля между  его крайними положениями и, соответственно, увеличивает маневренность;

 

• смягчают удары, передаваемые на руль от неровностей дороги, снижая утомляемость водителя и помогая удержать руль при разрыве передней шины;

 

• сохраняют возможность управления автомобилем при выходе усилителя из строя;

 

• обеспечивают «чувство дороги» и кинематическое следящее действие (см. ниже).

 

Устройство  гидроусилителя

 

Усилитель руля (рис.1) представляет из себя гидравлическую систему, состоящую из следующих элементов.

 

Насос обеспечивает давление и циркуляцию рабочей жидкости в системе. Наибольшее распространение получили пластинчатые насосы благодаря их высокому к. п. д. и низкой чувствительности к износу рабочих поверхностей. Насос крепится на двигателе, а его привод осуществляется ременной передачей от коленчатого вала.

 

Распределитель направляет (распределяет) поток жидкости в необходимую полость гидроцилиндра или обратно в бачок. Если его золотник (подвижный элемент) перемещается при этом поступательно — распределитель называют осевым, если вращается — роторным. Он может находиться на элементах рулевого привода или на одном валу с рулевым механизмом. Распределитель это прецизионный (высокоточный) узел, очень чувствительный к загрязнению масла.

 

Гидроцилиндр преобразует давление жидкости в перемещение поршня и штока, который через систему рычагов поворачивает колеса. Может быть встроен в рулевой механизм или располагаться между кузовом и элементами рулевого привода.

 

Рабочая жидкость (специальное масло) передает усилие от насоса к гидроцилиндру и смазывает все пары трения. Резервуаром для жидкости служит бачок. В нем расположен фильтрующий элемент, а в пробке — щуп для определения уровня.

 

обеспечивают циркуляцию жидкости по системе усилителя. Шланги высокого давления соединяют насос, распределитель и гидроцилиндр, а  по шлангам низкого давления жидкость поступает в насос из бачка  и возвращается в него из распределителя.

 

 

Принцип работы гидроусилителя руля

 

Основной деталью обеспечивающую работу системы гидроусилителя руля является насос.  Насос гидроусилителя работает постоянно при работающем двигателе. Крышка насоса имеет два резьбовых отверстия для присоединения к насосу нагнетательного и всасывающего шлангов. В центральном цилиндрическом отверстии крышки расположены встроенные клапаны: клапан расхода и предохранительный клапан. Клапан расхода ограничивает количество рабочей жидкости подаваемой в нагнетательную магистраль за единицу времени при увеличении числа оборотов вращения вала шкива диску. Предохранительный клапан ограничивает повышение давления в гидросистеме рулевого усилителя свыше нормы. Работает насос следующим образом. Рабочая жидкость через сверления в распределительном диске, образующие каналы всасывания, поступает к полостям всасывания. Пластинки при вращении ротора, прижимаясь к криволинейной поверхности статора центробежными силами и давлением жидкости, переносят жидкость из полостей всасывания в полости нагнетания, выполненные в виде выемок в распределительном диске, откуда она через сквозные отверстия в распределительном диске поступает в полость высокого давления, находящуюся между распределительным диском и крышкой насоса. Далее рабочая жидкость через калиброванное отверстие: (Волга 3,3 мм 7.3 литра в минуту; УАЗ, Соболь 4,1 мм 9 литров в минуту.) из полости высокого давления поступает в нагнетательную магистраль. Разность между этими давлениями зависит от расхода жидкости, проходящей через калиброванное отверстие сила сжатой пружины.

 

 

При малых оборотах шкива  насоса и соответственно, при малых  расходах жидкости через калиброванные  отверстия сила пружины, действующая  на золотник больше силы, действующей  на золотник в противоположную сторону  и обусловленной разностью давлений, действующих в полости высокого давления и нагнетательной магистрали, поэтому золотник прижат к распределительному диску. В этом положении золотника  его узкий уплотнительный буртик отделяет полость высокого давления от канала всасывания. Каналы всасывания от нагнетательной магистрали отделены широким уплотнительным буртиком золотника. При увеличении числа оборотов шкива, как только расход жидкости через  калиброванное отверстие превысит заданный, усилие, действующее на золотник вызванное разностью давлений в  полости высокого давления и в  нагнетательной магистрали, превысит силу сжатия пружины и сдвинет  золотник в сторону болт - заглушки так, что узкий уплотнительный буртик золотника окажется в зоне канала всасывания . В результате такого смещения золотника жидкость из полости высокого давления будет поступать через каналы всасывания в полости всасывания, а расход жидкости в нагнетательную магистраль через калиброванное отверстие значительно снизится. После снижения расхода разность между давлениями в полости высокого давления и нагнетательной магистрали уменьшится, и пружина сдвинет золотник к распределительному диску. Периодически перемещаясь в ту или иную сторону, золотник поддерживает в заданных пределах подачу жидкости в нагнетательную магистраль при разных оборотах шкива. Как только давление в нагнетательной магистрали начинает превышать максимально допустимое значение, шарик предохранительного клапана сжимает пружину, открывая отверстие в седле, и через сквозные радиальные отверстия в золотнике клапана расхода нагнетательная магистраль соединится с каналами всасывания, и тем самым ограничится дальнейший рост давления в гидросистеме.

 

 

Устройство насоса ГУР

 

1. Перепускной клапан.
2. Комплект рабочий.
3. Корпус.
4. Крышка насоса.
5. Диск.
6. Вал.
7. Шкив.
8. Заглушка.
9. Пружина клапана.
10. Кольцо упорное.
11. Кольцо уплотнительное 065-075-25.
12. Подшипник 1180304 К2С23.
13. Манжета 1,2-16х30-4.
14. Кольцо уплотнительное 056-065-25.