Насосы гидравлических усилителей

Насос гидравлического усилителя должен быть высокопроиз­водительным, чтобы уже при невысокой частоте вращения вала автомобильного двигателя, приводящего насос, обеспечивать пово­роты рулевого колеса с требуемой быстротой. С другой стороны, насос, обладающий высокой производительностью при низкой час­тоте вращения, существенно увеличивает ее при высокой частоте вращения. Но во многих случаях при высокой частоте вращения от насоса вообще не требуется никакого расхода жидкости, например при прямолинейном движении автомобиля с высокой скоростью. Прокачка же, даже вхолостую, через усилитель большого количества жидкости требует увеличенного расхода энергии. Поэтому конст­рукция насосов дополнительно существенно усложняется введением устройства для регулирования расхода жидкости в широких пределах, в зависимости от потребности усилителя.

На рис. 13.34 показана типичная конструкция насоса. Между двумя половинами корпуса зажат статор 5, имеющий овальную внутреннюю рабочую поверхность специального профиля. На шли­цах вала 6 установлен ротор 4. Между ротором и статором распо­ложена рабочая полость насоса, имеющая вид двух серпообразных объемов. В радиальных пазах ротора размещены, с возможностью скольжения, пластины 3. Пластины прижимаются к статору цент­робежными силами и давлением жидкости, подаваемым в каналы 9.

При вращении вала насоса на двух участках его рабочей полости происходит увеличение объема, заключенного между соседними пластинами. Это зоны всасывания /. На двух других сужающихся участках происходит вытеснение рабочей жидкости по каналу 10 в полость 19. Это зоны нагнетания 2. Насосы, имеющие такую конструкцию, называются лопастными, пластинчатыми или ши­берными.

Наличие двух симметрично расположенных полостей нагнетания уравновешивает силы давления жидкости на ротор, что позволяет использовать консольный приводной вал малого диаметра. Послед­нее обстоятельство, в свою очередь, дает возможность уменьшить размеры ротора и статора, уменьшить радиусы трения ротора и пластин о поверхности статора, снизить потери на трение и повысить долговечность насоса.

Одна боковая стенка рабочей полости насоса образована по­верхностью его корпуса. Другая боковая стенка образована шайбой 20, которая прижимается к ротору силой давления жидкости в полостях 17 и 19, а также пружиной 16. Такое техническое решение применено с целью уменьшения силы трения ротора о боковые стенки на тех режимах работы насоса, когда насосу не требуется создавать большое давление.

С той же целью снижения излишнего сжатия рабочих поверх­ностей давление жидкости под пластины J подводится по каналам 9 и 11 только в зонах нагнетания.

В силу объясненной ранее необходимости иметь высокую про­изводительность насоса при минимальной частоте вращения, при высокой частоте вращения он создает расход жидкости, намного превосходящий потребности усилителя. Вследствие этого даже при центральном, открытом положении золотника усилителя на этом режиме работы в полости 19 создавалось бы большое давление, а насос потреблял при этом повышенную мощность. Для устранения этого применен перепускной клапан 18. При большом расходе жид­кости усилителем, например при открытом золотнике, вследствие наличия гидравлического сопротивления в калиброванном отверстии 12 давление в полости 17 станет меньше, чем в полости 19, что приведет к открытию перепускного клапана 18. Следствием его открытия явится перепуск жидкости в резервуар по короткому пути с минимальным сопротивлением, из-за чего давление в полости 19 снизится при одновременном снижении потребляемой насосом мощности.

Если золотник усилителя начнет сдвигаться, уменьшая проходное сечение своих щелей, то расход жидкости снизится, что вследствие снижения скорости жидкости в отверстии 12 приведет к повышению ее давления в канале 14 и полости 17. Перепускной клапан 18 начнет прикрываться, устанавливая в полости 19, а следовательно, и в канале 14 то давление, которое необходимо в данный момент усилителю.

Многие, особенно старые, конструкции усилителей не имеют клапанов, соединяющих напорную и сливную магистрали при край­них положениях рулевого управления. В этом случае водитель, желая совершить крутой поворот автомобиля, доведет рулевое управление до упора и будет продолжать прикладывать к рулевому колесу боль­шой крутящий момент, удерживая золотник усилителя в закрытом положении. В силу того что при этом насос окажется соединенным только с одной замкнутой полостью силового цилиндра, поршень которого будет неподвижным, насос начнет создавать чрезмерное давление, а перепускной клапан 18 не сработает ввиду отсутствия расхода жидкости через отверстие 12. Для предупреждения этой недопустимой ситуации в конструкции предусмотрен предохрани­тельный клапан 13. Его проходное сечение невелико, и он не в состоянии обеспечить перепуск большого количества жидкости, но этого и не требуется, так как данный клапан является, по существу, устройством, управляющим перепускным клапаном 18. После от­крытия клапана 13 жидкость начнет течь в канал 21. При этом из-за сопротивления потоку жидкости в отверстии 75 ее давление в полости 17 снизится, что приведет к открытию перепускного клапана 18, обладающего большим проходным сечением.

Большие скорости потока жидкости в насосе и невозможность выполнить его каналы с большими радиусами кривизны вынудили конструкторов применить специальные мероприятия, уменьшающие вероятность возникновения гидродинамической кавитации. Оче­видно, что кавитация не может возникнуть в напорной части насоса, где имеется избыточное давление. Во всасывающей же части не­обходимо уменьшать сопротивление течению жидкости с целью снижения величины разрежения. Поэтому фильтр 23 устанавливается не на выходе из резервуара 24, как обычно, а на его входе, что требует соблюдения чистоты при вскрытии резервуара. Для увели­чения проходного сечения жидкость подается в зону всасывания 1 не только со стороны корпуса, но и со стороны шайбы 20, в которой предусмотрены выемки 8, а в теле статора отверстия 7.

При работе насоса с высокой частотой вращения большая часть жидкости не направляется в напорную магистраль, а перепускается в резервуар. Для использования кинетической энергии перепускае-

Рис. 13.34. Пластинчатый насос гидравлического усилителя

мого потока с целью снижения разрежения на входе в насос выходной патрубок 21 располагают напротив входного патрубка 22.

Помимо описанного лопастного насоса находят применение шес­теренчатые насосы как с наружным, так и с внутренним зацеплением. Довольно часто встречаются насосы с героторным зацеплением (рис. 13.35). Такие насосы, с одной стороны, можно рассматривать как частный случай шестеренчатого насоса с внутренним зацепле­нием, в котором наружная шестерня имеет на один зуб больше, чем внутренняя. С другой стороны, героторное зацепление, в отличие от эвольвентного, является цевочным (цевочным называется зубчатое зацепление, при котором профиль зубьев, по крайней мере одной из деталей, образован дугой окружности).

Показанное на рис. 13.35 расположение полостей всасывания и нагнетания соответствует вращению шестерен по часовой стрелке. На грузовых автомобилях особо большой грузоподъемности, дви­жение которых без работающего усилителя невозможно, обычно применяют дополнительный, аварийный привод насоса от электро­двигателя. Он автоматически включается при аварийной остановке двигателя автомобиля. Иногда аварийный привод насоса осуществ­ляется от колес автомобиля. В особо ответственных случаях при­меняют дублирование усилителей. Автомобиль снабжается двумя уси­лителями, каждый из которых имеет свои основной и аварийный насосы, отдельные независимые распределители и силовые цилиндры.

Рис. 13.35. Шестеренчатый насос с героторным зацеплением

13.8.3. Электрические усилители

Имеющие подавляющее распространение гидравлические уси­лители рулевого привода не лишены недостатков. В частности, желательно, чтобы усилитель изменял свою эффективность в за­висимости от скорости движения автомобиля и скорости вращения рулевого колеса, мог учитывать, например, действующее на авто­мобиль боковое ускорение и т.д. Оптимальным путем решения таких

Рис. 13.36. Электрический усилитель рулевого приводпа

задач является использование электронной переработки информа­ции. С электронными управляющими устройствами целесообразно сочетать электрические усилители рулевого привода.

Пример такой конструкции показан на рис. 13.36. Электродви­гатель, обладающий необходимым быстродействием и широким диа­пазоном регулирования, через гибкий (для удобства компоновки) вал 2 и шестерню 3 приводит солнечную шестерню 4 первого планетарного ряда. Эпициклическая шестерня этого ряда 5соединена с корпусом через механизм выключения, позволяющий отключать усилитель, например, в случае его неисправности. Водило первого планетарного ряда приводит в движение солнечную шестерню 6 второго ряда, а водило второго ряда, объединенное с водилом третье­го планетарного ряда, вращает вал рулевого механизма 1. Вал ру­левого колеса 13 соединен с валом рулевого механизма при помощи торсиона 12. При передаче крутящего момента торсион закручи­вается, и вал рулевого колеса смещается относительно вала рулевого механизма. Для преобразования относительного смещения двух вра­щающихся валов в перемещение датчика 8, управляющего элек­тродвигателем, использованы два планетарных ряда с общим сол­нечным колесом 10. Эпициклическое колесо /установлено в корпусе неподвижно. Если валы / и 13, вращаясь, остаются неподвижными относительно друг друга, то колесо 9 занимает постоянное положение относительно колеса 7. Но если валы 1 и 13 вследствие закрутки торсиона изменят свое взаимное положение, то колесо 9 сместится относительно колеса 7, то есть относительно корпуса, приводя в действие датчик 8. Для предотвращения поломки торсиона пред­усмотрены торцевые упоры //, ограничивающие передаваемый торсионом крутящий момент.