КОМПОНОВКА ЭЛЕМЕНТОВ

Существует несколько схем компоновки элементов гидроусилителей. Практическое применение получили четыре схемы.

Схема № 1 (рис.19).

Рис.19. Компоновка гидроусилителя по схеме №1

Рулевой механизм РМ, гидрораспределитель ГР и гидроцилиндр ГЦ представляют собой один агрегат, который называют усилителем интегрального типа (гидроруль); гидронасос ГН и бачок с рабочей жидкостью Б располагаются отдельно.

Такая компоновка применяется на всех автомобилях ЗИЛ и КамАЗ.

Достоинством схемы является:

- компактность;

- малая длина трубопроводов;

- малое время срабатывания усилителя.

К недостаткам схемы следует отнести дополнительное нагружение всех деталей рулевого управления, а также кронштейна (или рамы) в месте крепления картера гидроруля, усилием, создаваемым гидроцилиндром.

На рис.20. показана компоновка на автомобиле и конструкция гидроусилителя автомобиля КамАЗ.

Рис.19. Компоновка на автомобиле и конструкция гидроусилителя

автомобиля КамАЗ

Здесь винтореечный рулевой механизм объединен с гидроцилиндром, гидрораспределителем и угловым редуктором в общем картере. Для охлаждения масла предусмотрен специальный радиатор 1. Угловой редуктор 8, передаточное число которого равно единице, служит для передачи вращения от вала рулевого колеса к винту рулевого механизма, поскольку рулевой механизм расположен горизонтально. Рулевой вал, соединяющий рулевое колесо с редуктором, составной; он включает вал рулевой колонки 3 и карданный вал 2 с двумя карданными шарнирами. Винт рулевого механизма, поворачиваясь, перемещает шариковую гайку 10, закрепленную в поршне-рейке; рейка, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор 9, выполненный за одно с валом сошки. В отдельном корпусе, прикрепленном к корпусу редуктора, установлен осевой золотниковый гидрораспределитель. Золотник гидрораспределителя 4 закреплен на конце вала винта между двумя упорными подшипниками 12 и 13. Золотник вместе с подшипниками имеет возможность перемещаться относительно корпуса в осевом направлении на 1,1 мм в обе стороны от нейтрального положения. В нейтральном положении золотник удерживается центрирующими пружинами 6, которые воздействуют на упорные подшипники через реактивные плунжеры 5 и 7. При повороте рулевого колеса в начальный момент, вследствие сопротивления повороту со стороны дороги, поршень усилителя остается неподвижным, а винт 11 получает осевое перемещение вместе с золотником на 1,1 мм. При этом, в зависимости от направления поворота рулевого колеса, золотник сообщает одну полость гидроцилиндра с напорной гидролинией, а другую— со сливной гидролинией. В реактивных камерах (между плунжерами) создается давление тем большее, чем больше сопротивление повороту. При большем давлении перемещение реактивных плунжеров требует большего усилия, что позволяет водителю «чувствовать» дорогу.

В усилителе предусмотрены предохранительный клапан, ограничивающий максимальное давление в системе до 6,5...7,0 МПа, и предохраняющий от перегрузок гидронасос, а также перепускной клапан, соединяющий обе полости цилиндра, уменьшая этим гидравлическое сопротивление при повороте в случае, если гидронасос не работает.

 

Схема № 2 (рис.21).

Рис.21. Компоновка гидроусилителя по схеме 2

 

В усилителе этого типа гидрораспределитель ГР смонтирован в одном блоке с гидроцилиндром ГЦ отдельно от рулевого механизма.

Такая компоновка применяется на автомобиле МАЗ MA3-5335.

Достоинством схемы являются:

- возможность применения рулевого механизма любой конструкции;

- меньшая сложность и стоимость по сравнению со схемой 1;

- несколько меньшее число деталей нагруженных гидроусилителем.

 

Гидроусилитель автомобиля МАЗ-5335 представлен на рис.22.

Рис.22. Гидроусилитель автомобиля МАЗ-5335

Осевой золотниковый гидрораспределитель 1 своим корпусом закреплен на корпусе шаровых шарниров 2, который, в свою очередь связан с гидроцилиндром 4 при помощи резьбового соединения. Шаровой палец 3 рулевой сошки помещен в стакане, который может перемещаться вместе с пальцем в осевом направлении в пределах 4 мм, перемещая одновременно закрепленный в стакане золотник гидрораспределителя. Шаровой палец 5 соединен с продольной рулевой тягой. В нейтральном положении золотник центрируется реактивными камерами, центрирующие пружины отсутствуют. Гидроусилитель обладает большой чувствительностью, включаясь при перемещении золотника на 0,4...0,6 мм.

Схема № 3 (рис.23).

Рис.23. Компоновка гидроусилителя по схеме 3

 

В этой схеме гидрораспределитель ГР располагается перед рулевым механизмом РМ, а гидроцилиндр ГЦ - отдельно.

По такой схеме выполнены усилители автомобилей Урал - 4320 и КАЗ-4540.

При установке гидрораспределителя перед рулевым механизмом увеличивается чувствительность гидроусилителя. Недостатком схемы является большая длина трубопроводов, особенно если гидроцилиндр располагается на удалении от рулевого механизма.

Схема № 4 (рис.24).

Рис.24. Компоновка гидроусилителя по схеме 4

Отличительная особенность этой схемы - раздельное размещение всех элементов гидроусилителя.

По такой схеме выполнен усилитель автомобиля ГАЗ-66.

Достоинством схемы является свободная компоновка, возможность применения рулевого механизма любой конструкции. Основной недостаток — большая длина трубопроводов. Следует отметить, что большая длина трубопроводов между гидрораспределителем и гидроцилиндром в любой конструкции гидроусилителя часто приводит к пульсации давления в системе и возбуждению колебаний управляемых колес.

При удержании рулевого колеса в нейтральном положении золотник гидрораспределителя, шарнирно связанный с сошкой рулевого механизма, также находится в нейтральном (среднем) положении. Нагнетаемое гидронасосом масло свободно циркулирует через открытый центр гидрораспределителя на слив в бачок, конструктивно объединенный с гидронасосом. В гидроцилиндре по обе стороны поршня устанавливается одинаковое давление слива.

При повороте рулевого колеса, например, влево золотник перемещается относительно корпуса гидрораспределителя в направлении, в котором продольная тяга должна обеспечивать поворот управляемых колес влево. При таком перемещении золотника левая полость гидроцилиндра соединяется с напорной гидролинией насоса, а правая полость — со сливной гидролинией. В левой полости гидроцилиндра создается давление, под действием которого поршень перемещается вправо, передавая через шток усилие на поворотный рычаг в направлении, соответствующем повороту управляемых колес влево.

При совершении поворота с постоянным радиусом, когда рулевое колесо остановлено в повернутом положении, золотник распределителя также остановлен. Если не учитывать стабилизирующие моменты на управляемых колесах автомобиля, то можно считать, что золотник занимает нейтральное положение, а усилитель выключен. Однако при наличии стабилизирующих моментов за счет обратной связи усилие от них передается на корпус гидрораспределителя и последний продолжает перемещаться до тех пор, пока золотник не займет несколько смещенное относительно нейтрального положение. При этом правая полость гидроцилиндра будет по-прежнему сообщаться со сливной гидролинией, а в левой полости в результате дросселирования масла через щелевой зазор между кромкой золотника и корпусом будет поддерживаться некоторое давление, достаточное для удержания колес в повернутом состоянии, когда на них действует стабилизирующий момент, стремящийся вернуть колеса в нейтральное положение.

Каждому фиксированному углу поворота рулевого колеса соответствует пропорциональное ему фиксированное положение управляемых колес. Таким образом, гидрораспределитель обеспечивает кинематическое следящее действие.

Гидрораспределитель обеспечивает также силовое следящее действие в результате того, что момент сопротивления повороту управляемых колес уравновешивается суммарным моментом сил, действующих на продольную тягу и шток гидроцилиндра:

(2)

где - усилие на штоке гидроцилиндра;

- усилие на продольной тяге;

S - плечо поворотного рычага.

 

Усилие на штоке поршня гидроцилиндра

(3)

где - давление в напорной гидролинии;

- рабочая площадь поршня гидроцилиндра.

 

Усилие на продольной тяге

(4)

де - плечо рулевой сошки.

 

Рассматривая равновесие золотника распределителя (без учета трения), имеем:

(5)

где - площадь торца золотника, обращенного к реактивной камере, находящейся под давлением.

 

Подставив значения и получим:

(6)

Приравняв выражения (4) и (5), найдем:

(7)

Полученное значение подставим в (6):

 

Таким образом, момент сопротивления повороту управляемых колес связан с усилием на рулевом колесе прямо пропорциональной зависимостью.