Гидроусилитель руля сегодня можно встретить на большинстве современных автомобилей. Механизм впервые был установлен на тяжеловесных карьерных грузовиках для облегчения их управления. Но в дальнейшем усилитель приобрел более широкое применение, несмотря на его дороговизну и необходимость систематического обслуживания.
Для того, чтобы более подробно разобраться в особенностях применения данного механизма, следует ознакомиться с основными типами рулевого управления. К ним относятся:
- управление, работающее благодаря червячной шестеренчатой пары, наиболее распространенное на автомобилях Жигули;
- более поздний механизм - винт-шариковая гайка-рейка-сектор;
- реечный механизм, получивший свое распространение с популярностью переднеприводных автомобилей.
Именно реечный механизм управления оснащается гидравлическим усилителем руля. Он наиболее технологичен и может обеспечить максимальное удобство и безопасность при управлении автомобилем.
Функции гидроусилителя руля
Прежде всего, необходимость установки гидроусилителя состоит в необходимости облегчения рулевого управления. Потому его применение актуально как для грузовых, так и для легковых автомобилей.
ГУР выполняет следующие функции:
- снижение усилия, прилагаемого во время поворота рулевого колеса;
- увеличение маневренности автомобиля за счет уменьшения передаточного значения рулевого колеса, то есть снижается необходимость часто выворачивать руль в крайние положения;
- снижение передачи нагрузки на рулевое колесо при наезде на неровности, при этом минимизируется усталость водителя при управлении автомобилей;
- при разрыве переднего колеса увеличивается возможность удержания управления.
При всем этом, в случае выхода ГУР из строя, возможность управления рулевым механизмом сохраняется, что значительно увеличивает уровень безопасности при езде. Кроме того, при парковке значительно уменьшается нагрузка на руки.
Составляющие гидравлического усилителя руля
ГУР состоит из следующих компонентов:
- насос;
- корпус распределителя;
- рулевой механизм;
- рулевая сошка;
- соединительные шланги;
- бачок для гидравлического масла.
Основой гидравлического усилителя руля является именно насос. Эта часть системы приводится в действие благодаря ремню, соединяющему ГУР с коленчатым валом, потому гидроусилитель начинает работать непосредственно при повороте руля. Он обеспечивает циркуляцию гидравлической жидкости в системе. Под высоким давлением жидкость впрыскивается в распределитель.
Он направляет гидравлическое масло из бачка и обратно. Таким образом, жидкость выполняет роль рабочего тела. Распределитель является высокоточным механизмом, чувствительным к уровню масла и его загрязнению.
Важно! Распределитель в ГУР может быть двух типов: когда рулевые тяги располагаются по бокам рейки, поршень - по центру корпуса распределителя. В том случае, если тяги закреплены по центру рейки, поршень находится сбоку.
В гидроцилиндре давление жидкости преобразуется в перемещение поршня, а вместе с ним и штока. В результате, посредством срабатывания определенных рычагов, происходит вращение колес. Иногда данная часть механизма встраивается в рулевой механизм, а в некоторых случаях - выносится под кузов.
Соединительные шланги обеспечивают циркуляцию жидкости по всему механизму. Они соединяют насос, распределитель, гидроцилиндр и бачок с гидравлической жидкостью. Из бачка масло поступает во все системы механизма, и после этого снова возвращается в резервуар.
Рабочая жидкость - специальное масло, применяемое в механизмах ГУР. Оно непосредственно передает усилие от насоса к гидроцилиндру, а заодно и смазывает все парные детали механизма, уменьшая их трение. В большинстве механизмов бачок имеет фильтр масла, а также - пробку со щупом, который позволяет определить уровень жидкости в системе.
Новые системы все чаще оснащаются электронным блоком. Его задача состоит в корректировке работы ГУР в зависимости от скорости движения автомобиля. В результате на больших скоростях увеличивается безопасность движение, так как водителю сложнее будет в этом случае непроизвольно вывернуть руль под большим градусом.
Принцип работы ГУР
Когда автомобиль двигается прямо, система ГУР остается практически незадействованной. При заведенном двигателе в насосе гидроусилителя создается давление, которое становится востребованным только в тот момент, когда водитель начинает поворачивать руль. При повороте руля начинает вращаться золотник, одновременно перекрывая сливную магистраль для масла.
Распределитель гидроусилителя в это время подает гидравлическую жидкость под давлением в гидроцилиндр, где один из поршней со штоком начинает свое движение. При этом происходит вращение рулевой рейки. При остановке вращательных движений рулевого колеса распределитель возвращается в нейтральное положение, уровень жидкости в обеих его частях выравнивается.
Когда руль поворачивается в другую сторону, распределитель впрыскивает жидкость в другую часть цилиндра, от чего колеса поворачиваются в противоположном направлении. Водитель при повороте руля затрачивает минимум усилий даже в том случае, когда машина стоит на месте.
Следует учесть, что привод насоса работает непосредственно от шкива коленвала. Потому работоспособность и давление в насосе зависят от количества оборотов агрегата.
Не нужно забывать, что при наезде на неровности гидроусилитель тоже задействуется. ГУР выравнивает положение автомобиля на дороге, не давая препятствию, например, камню, изменить направление движения. Начиная вынужденный разворот, колеса при этом поворачивают золотник, одновременно перекрывая сливной канал для масла. Жидкость под давлением поступает в цилиндр, при этом поршень передает усилие обратно на колеса, способствуя их развороту в обратном направлении.
Такая работа гидравлики предотвращает непроизвольный поворот автомобиля на большой скорости при наезде на препятствия.
Недостатки гидроусилителя руля
Несмотря на то, что ГУР устанавливается на автомобили для улучшения качества езды и повышения уровня безопасности, она имеет и некоторые недостатки. Заключаются они в следующем:
- недостаток реактивного усилия на руле. На него часто жалуются водители, которые пересаживаются с автомобилей без ГУР на те, что их имеют. При этом они отмечают, что частично теряется чувство дороги, так как гидравлика слишком активно убирает возвращающее усилие;
- информативность наряду с должным уровнем комфорта при езде сохраняется далеко не всегда, так как производителю только в самых дорогих автомобилях удается сбалансировать все системы в ГУР. Проще говоря, информативность рулевого привода утрачивается, зато автомобиль управляется очень легко.
Правила при эксплуатации ГУР
Гидроусилитель руля - довольно дорогостоящий механизм. Это касается как его обслуживания, так и полной замены. Хотя автомобиль и способен передавать усилие от руля к колесам при неисправности ГУР, долго ездить с наличием данной поломки нельзя. Это приведет к быстрому износу деталей гидравлического насоса и распределителя.
Потому безопаснее и дешевле эксплуатировать автомобиль должным образом, не допуская выхода гидроусилителя из строя.
Для нормального функционирования механизма недопустимо во время движения автомобиля удерживать рулевое колесо в крайнем положении дольше пяти секунд, так как масло в системе может перегреться.
Наглядно о работе гидроусилителя руля можно узнать из предоставленного ниже видео:
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).
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 (рис. 2) 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.
Соединительные шланги 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.
В современных автомобилях электронный блок (на рисунке не показан) корректирует работу гидроусилителя в зависимости от скорости движения. Это дополнительно повышает безопасность на высокой скорости, так как водителю сложнее резко (непроизвольно) повернуть руль и, соответственно, отклонить автомобиль от траектории.
Работа гидроусилителя с осевым распределителем (без электронного блока) схематично представлена на рис. 2.
При неподвижном рулевом колесе (рис. 2, а) золотник удерживается в среднем (нейтральном) положении центрирующими пружинами. Полости распределителя соединены между собой так, что жидкость свободно перетекает из нагнетательной магистрали в сливную. Насос усилителя работает только на прокачку жидкости по системе, а не на поворот колес.
При повороте руля (рис. 2, б) золотник перемещается и перекрывает сливную магистраль. Масло под давлением поступает в одну из рабочих полостей цилиндра. Под действием жидкости поршень со штоком поворачивает колеса. Они, в свою очередь, перемещают корпус распределителя в сторону движения золотника. Как только рулевое колесо перестает вращаться, золотник останавливается и корпус его "догоняет". Восстанавливается нейтральное положение распределителя, при котором опять открывается сливная магистраль и прекращается поворот колес. Так реализуется кинематическое следящее действие усилителя - обеспечение поворота колес на угол, задаваемый водителем при вращении руля.
"Чувство дороги" - это обратная связь от управляемых колес через усилитель к рулю. Дает информацию об условиях, в которых происходит поворот колес. Для этого, как и на автомобиле без усилителя, на скользкой дороге руль должен поворачиваться легче, чем на сухом асфальте. "Чувство дороги" (силовое следящее действие)помогает водителю правильно работать рулем в любых условиях. Для его осуществления в различных конструкциях распределителей предусмотрены плунжеры, камеры или реактивные шайбы (рис. 2, б). Чем больше сопротивление повороту колес, тем выше давление в цилиндре и распределителе. При этом одна из реактивных шайб с большим усилием стремится вернуть золотник обратно в нейтральное положение. В результате руль становится "тяжелее".
При наезде на препятствие (например, камень) оно воздействует на управляемые колеса, стремясь их повернуть, что особенно опасно на высоких скоростях. Колеса, начав вынужденный поворот, перемещают корпус распределителя относительно золотника, перекрывая сливную магистраль. Масло под давлением поступает в полость цилиндра. Поршень передает усилие на колеса в обратном направлении, не позволяя им поворачиваться дальше. Так как ход золотника небольшой (около 1 мм), автомобиль практически не изменит направление движения. Гидроусилитель не только облегчает водителю поворот колес, но и оберегает пальцы его рук от ударов спицами руля при наездах на препятствия. Небольшой толчок на руле все же будет ощущаться из-за реактивных шайб, давление над которыми возрастет.
случае прекращения работы насоса (например, при обрыве ремня привода) возможность управления автомобилем сохраняется. Усилие от рулевого механизма в этом случае будет передаваться самим золотником на корпус распределителя и далее на колеса. Жидкость, перетекая через перепускной клапан (на схеме не показан) из одной полости гидроцилиндра в другую, практически не будет препятствовать повороту колес. Но так как гидроусилитель не работает, руль становится "тяжелее".
Принцип работы гидроусилителя с вращающимся (роторным) золотником аналогичен вышеописанному.
Для того чтобы гидроусилитель не вышел из строя раньше времени, необходимо следить за его работоспособностью - если она в норме, усилие на руле будет значительно меньше, чем при выключенном двигателе, а также соблюдать требования инструкции по эксплуатации автомобиля и проводить 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.
Во избежание выхода их строя деталей гидроусилителя недопустимо:
- удерживать рулевое колесо в крайнем положении более 5 с - это может вызвать перегрев масла;
- длительно эксплуатировать автомобиль с неработающим насосом - это приводит к быстрому износу деталей рулевого механизма и распределителя, так как они не рассчитаны на такой режим.
- При появлении первых признаков неисправности необходимо установить причину и по возможности как можно быстрее ее устранить.
Узлы рулевого гидроусилителя требуют для ремонта квалифицированного персонала и высокоточного оборудования, поэтому он возможен только в специализированных мастерских. Целесообразность ремонта или замены узла определяется его ценой. В большинстве случаев для отечественных автомобилей выгодней приобретение нового узла, для иномарок - ремонт может обойтись дешевле.
Принцип действия и устройство гидроусилителя руля (10+)
Гидроусилитель руля
Требования к устройству
Гидроусилитель руля - это важная система, которая должна обладать следующими характеристиками:
- Должна обеспечивать механическую связь в поворотном механизме даже при выходе системы из строя
- Должна обеспечивать изменяемое усилие, необходимое для поворота колес, в зависимости от скорости (от большего к меньшему)
- Должна обеспечивать обратную связь на руль (информативность рулевого управления)
Принцип действия гидроусилителя
Давайте для начала определим, что такое гидроусилитель. Вообще говоря, усилитель, это любое устройство, в котором небольшой сигнал (усилие) управляет мощным сигналом (усилием), таким образом, создавая свою мощную копию. Гидроусилитель не является исключением. Мощным сигналом в нашем случае будет контур с высоким давлением, которого достаточно для того, чтобы выполнять необходимую нам работу: двигать поршень со штоком.
Осталось узнать, как управлять этим контуром. Для этого придумали камеру с поршнем. Слева и справа от поршня получаются две камеры. Если мы будем заполнять жидкостью левую камеру, из правой жидкость будет возвращаться в бачок, а поршень будет двигаться вправо. Если будем качать жидкость насосом в правую камеру – поршень будет двигаться влево. Для управления достаточно создать специальный шток, который будет открывать левый или правый клапан. Он называется золотник. И двигать этот золотник очень легко. Попробуйте в ванной заткнуть пальцем кран. Вряд ли у вас это получится. А вот кран вы открываете и закрываете очень легко.
Принципиальную схему вы можете посмотреть на рисунке:
Называется эта система следящим гидроприводом.
Схема, устройство гидроусилителя рулевого
В автомобиле все практически так же. Рулевая колонка соединена зубчатой передачей с рейкой, обеспечивая постоянную механическую связь и работу в любых режимах. С одной стороны от руля по оси колес находится силовой цилиндр, куда насосом подается жидкость. Электронасос соединен с блоком управления, который либо уменьшает его обороты, либо увеличивает, увеличивая давление в системе, в зависимости от оборотов двигателя, скорости автомобиля, скорости вращения рулевого колеса, угла поворота колес. Пока руль установлен в нулевом положении, жидкость циркулирует по контуру и не подается ни в одну из камер силового цилиндра. Как только вы начинаете поворачивать руль, специально спроектированный золотник поворачивается и открывает соответствующий клапан – левый или правый. Жидкость начинает нагнетаться в соответствующую камеру, помогая вам поворачивать руль.
Современные автомобили даже в базовой комплектации оснащаются гидроусилителем рулевого управления. Эта система заметно упрощает управление автомобилем. Для выполнения маневра достаточно приложить минимальное усилие к рулю. Давайте посмотрим, как устроен этот механизм, как обслуживать и ремонтировать ГУР, что это такое в автомобиле.
Как создавался гидроусилитель
Первым легковым авто с такой опцией стал Rolls-Royce Phantom в середине 20-х годов двадцатого века. Но он так и остался в единственном экземпляре.
В массовое производство ГУР попал в годы Второй мировой. Армии Британии и США ставили системы на тяжелые броневики. Затем, в 50-х, эта опция была доступна на Chrysler и Citroen.
Устройство и принцип работы
Устраняют неисправность доливанием жидкости, остановкой течи, удалением воздуха, заменой изношенных деталей. Это простая проблема с ГУР. Ремонт в данном случае можно выполнить самостоятельно.
Если для поворота руля в среднем положении приходится прикладывать большое усилие, то здесь проблема в насосе либо поломка рулевой механики. Нужно проверить и заменить насос, а также продиагностировать всю систему.
Быстрый маневр требует больших усилий - слабое натяжение приводного ремня, низкие обороты двигателя, механические поломки. Завоздушиванием страдает ГУР «Рено Кенго».
Обслуживание
Чтобы сохранить механизм в рабочем состоянии надолго, нужно соблюдать правила эксплуатации. Периодически по регламенту следует выполнять замену гидравлической жидкости. Старое и грязное масло подвергает элементы системы износу. 
Постоянно следите за уровнями жидкости в системе автомобиля. При их падении механизмы будут изнашиваться более стремительно, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. Используйте только те жидкости, которые рекомендованы производителем автомобиля.
Итак, мы выяснили, для чего нужен и как устроен гидравлический усилитель рулевого управления автомобиля.
Гидроусилитель руля (ГУР) – это система, облегчающая курсовое управление автомобилем.
Почему первым автомобилям не был нужен ГУР
Первые автомобили были легкими и с узкими колесами, а скорости их движения невысоки. Поэтому для поворота колес при помощи руля требовалось небольшое усилие и первые водители легко обходились без ГУР. Гидроусилитель руля потребовался с появлением первых тяжелых грузовиков. С тех пор устройство гидроусилителя не претерпело принципиальных изменений.
Устройство гидроусилителя руля
Принцип работы гидроусилителя руля с распределителем осевого и роторного типов одинаков. Основан на том, что когда руль стоит «прямо», золотник занимает среднее положение, оба сливных канала открыты, а жидкость нагнетаемая насосом минуя силовой гидроцилиндр, сливается обратно в бачок.
Но даже при небольшом повороте руля золотник закрывает один из сливных каналов, и жидкость под давлением направляется в соответствующую полость силового гидроцилиндра. Другая же полость останется связанной с каналом слива.
Поршень гидроцилиндра под действием давления смещается, и это усилие перемещает рейку или поворачивает червяк редуктора, в зависимости от конструкции рулевого механизма. Схема работы ГУР всегда такова, что насос создает давление, распределитель направляет, а гидроцилиндр преобразует его в усилие для поворота колес. Гидроусилитель руля устроен так, что при его отказе рулевое управление автомобиля продолжает работать. Только для того чтобы повернуть руль, нужно прикладывать большие усилия.
Гидроусилитель руля состоит из следующих агрегатов и деталей:
Конструкция насоса лопастного типа
Популярность этой конструкции объясняется высоким КПД такого насоса. Привод насоса всегда ременный от шкива коленчатого вала. Для удобства привода, крепление насоса осуществляется к блоку цилиндров двигателя.
Внутренняя поверхность его корпуса имеет сложную форму. В роторе такого насоса делают параллельно его продольной оси несколько прорезей, в которые вставляются лопасти. При вращении привода насоса лопасти под действием центробежной силы частично выходят из пазов и, касаясь внутренней поверхности корпуса, образуют замкнутые камеры. Форма внутренней поверхности корпуса сделана таким образом, что при вращении ротора объем между двумя соседними лопастями и корпусом уменьшается, сжимая заключенную между ними жидкость. Поэтому когда между лопастями оказывается отверстие выхода насоса, масло под давлением устремляется в него. Всасывание масла происходит с точностью до наоборот. На другом участке внутренней поверхности корпуса между лопастями создается разрежение, а когда между ними оказывается вход, масло всасывается в камеру.
- Нельзя удерживать колеса автомобиля, имеющего ГУР, в крайнем положении более 5 сек, так как это может привести к перегреву масла, вплоть до его закипания, и выходу системы из строя.
- Для увеличения срока службы агрегатов ГУР и системы в целом рекомендуется не реже одного раза в два года производить замену рабочей жидкости.
- Для того чтобы гидроусилитель руля не отказал внезапно, необходимо периодически контролировать наличия масла в его бачке. При заметном снижении уровня рабочей жидкости, не связанном с температурой, углом поворота колес, наклоном автомобиля и тому подобным, необходимо проверить герметичность узлов и деталей гидравлического контура: шлангов, бачка насоса и их соединений. Проверка заключается во внешнем осмотре вышеназванных точек на предмет подтекания масла.
- Не рекомендуется длительное использование автомобиля с вышедшим из строя насосом гидроусилителя. Так как масло здесь используется не только для создания давления, но для смазки трущихся деталей. Работа автомобиля с неисправным насосом приведет к ускоренному износу и выходу из строя распределителя и силового гидроцилиндра.
Удаление воздуха из системы
Признаки завоздушивания системы: подклинивание рулевого колеса при смене направления его вращения; вспененное масло в бачке.
Прокачку системы опишем на примере автомобиля Газ 3110:
- Повернуть рулевое колесо из среднего положения до конца влево и вправо от 5 до 10 раз.
- Если масло из системы сливалось полностью, вывернуть клапан из крышки рулевого редуктора. Повернуть рулевое колесо влево и вправо 3-4 раза. Установить клапан на место, долить масло.
- Установить руль в среднее положение. Запустить мотор на 10-15 сек. Руль вращать не нужно. Заглушить мотор, долить масло.
Запустить мотор, плавно повернуть руль несколько раз влево и вправо, не задерживая его в крайних точках. После того как в бачок перестанут выходить воздушные пузырьки заглушить мотор и долить масло. На этом операцию удаления воздуха можно считать успешно завершенной.