13. Рулевой привод: назначение, требования, классификация, применяемость.

Рулевая трапеция является основной частью рулевого привода. Рулевой называется трапеция, образованная поперечными рулевыми тягами, рычагами поворотных цапф и осью управляемых колес. Основанием трапеции является ось ко­лес, вершиной – поперечные тяги, а боковыми сторо­нами — рычаги поворотных цапф. Рулевая трапеция служит для поворота управляемых колес на разные углы. Внутреннее колесо (по отношению к центру поворота автомо­биля) поворачивается на больший угол, чем наружное колесо. Это необходимо, чтобы при повороте автомобиля колеса катились без бокового скольжения и с наименьшим сопротивлением. В против­ном случае ухудшится управляемость автомобиля, возрастут рас­ход топлива и изнашивание шин. Рулевая трапеция может быть передней или задней.Переднейназывается рулевая трапеция, которая располагается перед осью передних управляемых колес.Заднейназывается рулевая трапеция, которая располагается за осью передних управляемых колес.Применение на автомобилях рулевого привода с передней или задней рулевой трапецией зависит от компоновки автомобиля и его рулевого управления. При этом рулевой привод может быть с неразрезной или разрезной рулевой трапецией. Использование рулевого привода с неразрезнои или разрезной трапецией зави­сит от подвески передних управляемых колес автомобиля. Неразрезной называется рулевая трапеция, имеющая сплош­ную поперечную рулевую тягу, соединяющую управляемые коле­са. Неразрезная рулевая трапеция применяется при зависимой подвеске передних уп­равляемых колес на грузовых автомо­билях и автобусах. Разрезной называется рулевая трапеция, которая имеет многозвен­ную поперечную рулевую тягу, со­единяющую управляемые колеса. Разрезная рулевая трапеция используется при независимой подвеске управляемых колес на лег­ковых автомобилях.

14. Рулевые усилители. Требования к рулевым усилителям.

Рулевым усилителем называется механизм, создающий под дав­лением жидкости или сжатого воздуха дополнительное усилие на рулевой привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля. Усилитель служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности и безопасности движения. Он так­же смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передавае­мых от управляемых колес на рулевое колесо. Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия. Безопасность движения повышается потому, что в случае рез­кого понижения давления воздуха в шине переднего управляемо­го колеса при проколе или разрыве шины при наличии усилителя водитель в состоянии удержать рулевое колесо в руках и сохранить направление движения автомобиля. Однако наличие усилителя приводит к усложнению конструк­ции рулевого управления и повышению стоимости, к увеличению изнашивания шин, более сильному нагружению деталей ру­левого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомобиля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требу­ет адаптации водителя.

Рулевые усилители при­меняют на легковых автомобилях, грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и автобусах. Получили распростра­нение гидравлические и пневматические усилители. Принцип дей­ствия этих усилителей аналогичен, но в них используется различ­ное рабочее вещество: в гидравлических усилителях — масло (тур­бинное, веретенное), а в пневматических — сжатый воздух пнев­матической тормозной системы автомобиля.

Гидравлические усилители получили наибольшее применение. Так, из всех автомобилей с усилителями 90 % оборудованы гид­равлическими усилителями.

Пневматические усилители в настоящее время имеют ограни­ченное распространение. Их применяют в основном на грузовых автомобилях большой грузоподъемности с пневматической тор­мозной системой. Пневматический усилитель включается в работу водителем только в тяжелых дорожных условиях.

Конструкция пневматических усилителей проще, чем гидрав­лических, так как используется оборудование тормозной пневма­тической системы автомобиля. Но они имеют большие габарит­ные размеры, обусловленные невысоким рабочим давлением, и значительное время срабатывания, что приводит к меньшей точно­сти при управлении автомобилем в процессе поворота.

К рулевым усилителям предъявляют требования, в соответствии с которыми они должны обеспечивать:

• кинематическое следящее действие (по перемещению), т.е. соответствие между углами поворота рулевого колеса и управляе­мых колес;

• силовое следящее действие (по силе сопротивления поворо­ту), т.е. пропорциональность между усилием на рулевом колесе и силами сопротивления повороту управляемых колес;

.• возможность управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;

• действие только в случаях, когда усилие на рулевом колесе превышает 25... 100 Н;

• минимальное время срабатывания;

• минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес автомобиля; • смягчение и поглощение толчков и ударов, передаваемых от управляемых колес на рулевое колесо.

Гидроусилитель имеет следующие основные элементы: гидрона­сос с бачком, гидрораспределитель и гидроцилиндр. Гидронасос является источником питания, гидрораспредели­тель — распределительным устройством, а гидроцилиндр — ис­полнительным устройством. Гидронасос,приводимый в дей­ствие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным и слив­ным маслопроводами с гидрораспределителем, который установлен на продольной рулевой тяге, прикрепленной к пово­ротному рычагу управляемого колеса. Внутри корпуса гидро­распределителя находится золотник, связанный с рулевым ме­ханизмом. Золотник имеет три пояска, а корпус гидроусили­теля — три окна. Внутри корпуса между поясками золотника об­разуются две камеры. Кроме того, в корпусе имеются еще две реактивные камеры, соединенные с камерами золотника осевыми каналами, выполненными в крайних поясках золотника. В реактивных камерах размещены предварительно сжатые центри­рующие пружины.Гидрораспределитель соединен маслопроводами с гидроци­линдром, который установлен на несущей системе (раме, ку­зове) автомобиля. Поршеньгидроцилиндра через шток связан с поперечной рулевой тягой, соединенной с рычагом пово­ротной цапфы управляемого колеса. Поршень делит внутренний объем гидроцилиндра на две поло­сти, которые соединены маслопроводами соответственно с камерами золотника гидрораспределителя. Обе полости гидроцилинд­ра, все камеры гидрораспределителя и маслопроводы заполнены маслом (турбинное, веретенное). 

Работает гидроусилитель следующим образом.

 При прямолинейном движении автомобиля золотник под действием центрирующих пружин и давления масла в реактив­ных камерах удерживается в нейтральном положении, при котором все три окна гидрораспределителя открыты. Масло по­ступает от гидронасоса через нагнетательный маслопровод в камеры золотника гидрораспределителя, из них по сливному масло­проводу в бачок, а из него в гидронасос.

 Давление масла, установившееся в камерах золотника, передается по маслопроводам в полости гидроцилидра. Давление в этих полостях одинаково. При повороте автомобиля усилие от рулевого механизма пере­дается на золотник.

После преодоления сопротивления центриру­ющих пружин усилие переместит золотник из нейтрального положения на 1 ...2 мм в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота автомобиля.

Нагнетательный маслопро­вод через гидрораспределитель соединяется с одной из полостей гидроцилиндра, а другая его полость соединяется со сливным маслопроводом. Масло из гидронасоса по нагнетательному масло­проводу поступает в гидрораспределитель, затем в гидроцилиндр и воздействует на поршень. 

Перемещающийся поршень через тягу и рычаг повернет управляемое колесо, а масло из гидроцилиндра по сливному маслопроводу поступит в бачок и из него в гидронасос. Одновременно из-за наличия обратной связи через рычаг и тягукорпус гидрораспределителя переместится в ту же сторону, в которую был смещен золотник.

При этом давление масла в по­лостях гидроцилиндра уравновесится, и поворот управляе­мого колеса прекратится. Угол поворота управляемого колеса будет точно соответство­вать углу поворота рулевого колеса — в этом заключается следя­щее действие гидроусилителя по перемещению.

 Следовательно, гидроусилитель следит за поворотом рулевого колеса. И если водитель останавливает рулевое колесо, то гидро­распределитель обеспечивает за счет обратной связи фиксацию поршня гидроцилиндра в соответствующем положении.

При этом дополнительная подача масла в гидроцилиндр прекращается. С помощью обратной связи также происходит выключение гид­роусилителя при возвращении рулевого колеса в нейтральное поло­жение, соответствующее прямолинейному движению автомобиля.

 В рулевом управлении без гидроусилителя водитель чувствует дорогу по прилагаемому к рулевому колесу усилию, возрастаю­щему при увеличении сопротивления повороту управляемых ко­лес и наоборот. При гидроусилителе водитель чувствует дорогу за счет следя­щего действия гидроусилителя по силе — изменения прилагаемо­го усилия на рулевом колесе.

Для этого предназначены реактив­ные камеры в гидрораспределителе, в каждой из которых давление масла такое же, как в камерах золотника. При увеличении сопротивления повороту управляемых колес автомобиля возрастает давление масла в одной из реактивных ка­мер. Давление передается на золотник и от него через рулевой механизм на рулевое колесо.

При этом усилие для поворота рулевого колеса увеличивается пропорционально сопротивлению поворота управляемых колес. Таким образом, гидроусилитель сле­дит за необходимым для поворота управляемых колес усилием, чтобы водитель чувствовал дорогу, т. е. на хорошей дороге ему было бы легко поворачивать, а на трудной для поворота дороге — не­сколько тяжелее. Гидроусилители, применяемые на автомобилях, выполняются в основном по следующим трем вариантам:

1. Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр на­ходятся в агрегате, который называется гидрорулем. Конструкция гидроруля сложная, но компактная, имеет малые длину масло­проводов и время срабатывания.

2. Гидрораспределитель и гидроцилиндр расположены в одном агрегате и установлены отдельно от рулевого механизма. Вариант менее сложный, чем гидроруль, но имеет большие длину масло­проводов и время срабатывания. Зато обеспечивается возможность использования рулевого механизма любого типа.

3. Рулевой механизм, гидрораспределитель и гидроцилиндр раз­мещены раздельно. При таком варианте обеспечивается свобод-ное расположение элементов гидроусилителя на автомобиле и применение рулевого механизма любого типа. Однако длина мас­лопроводов и время срабатывания большие.