Статья раскрывает сущность усилителей рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводится анализ и сравнение усилителей рулевого управления, работающим по разным принципам. Кроме того, описывается проблема, связанная с правильным выбором автомобиля, который будет оснащен тем или иным усилителем рулевого управления.
Ключевые слова: усилитель рулевого управления.
В настоящее время современный мир тяжело представить без транспортного средства, в частности механического, оно, как и различные транспортные средства выполняет различные функции, в основном он предназначается для перевозки по дорогам людей, грузов или оборудования, установленного на нем [1]. К механическим транспортным средствам относятся: автомобили, автобусы, троллейбусы, мотоциклы, квадроциклы, мопеды и иные транспортные средства, на управление которыми в соответствии с законодательством Российской Федерации о безопасности дорожного движения предоставляется специальное право, а также трактора, самоходные дорожно-строительные и иные самоходные машины [2].
Любое механическое транспортное средство должно обладать эксплуатационными свойствами, это такие свойства, которые характеризуют выполнение ими транспортных работ, а также приспособленность к выполнению этих работ: перевозка пассажиров, грузов и специального оборудования. К эксплуатационным свойствам относятся: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость, поворачиваемость, маневренность, устойчивость, проходимость, плавность хода, экологичность, безопасность движения [3].
Особо важными и играющими высокую роль в автомобилестроении имеют такие свойства как, плавность хода, безопасность движения. Связующим фактором плавностью хода является: удовольствие и комфорт, которое испытывает как водитель, так и пассажиры. Чтобы объединить данные свойства в единую целую, в 1769 году Френсис Дейвис изобретает гидроусилитель руля, который повлиял на все прогрессивное человечество. Одно из его предложений — это обеспечить передачу усилия от рулевого колеса на рулевые рейки через редуктор, с понижением числа оборотов. Недостатком решения являются, разумеется, замедленная реакция — и нерешенность проблемы усталости: усилие нужно меньше, но вращать руль надо чаще. 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 [4].
Большинство автомобилей комплектуются гидроусилителем рулевого управления, но в последнее время большинство машин оснащают электроусилителем рулевого управления.
Гидроусилитель руля (рис.1) изначально был предназначен для грузовых автомобилей, а также многих всевозможных видов различной техники сельскохозяйственного назначения. В то время данное устройство было предназначено вовсе не для улучшения комфорта. Это связано с тем, что руль многих грузовых автомобилей практически невозможно повернуть без усилителя. Сейчас же он упрощает поворот колес и легковых автомобилей, уменьшая передаточное, число механизма и диаметр рулевого колеса [5].
Рис. 1. Гидроусилитель руля
Гидравлический усилитель руля представляет собой элемент рулевого управления, в котором дополнительное усилие при повороте рулевого колеса образуется за счет гидравлического давления. Сохранение управляемости автомобилем и смягчение ударов, передающихся на руль в результате наезда управляемых колес на неровности дороги, — еще она важная функция гидроусилителя.
Одним из его главных элементов является насос гидроусилителя, благодаря которому осуществляется циркуляция масла в системе и поддерживается нужное давление.
Гидронасос может быть следующих видов: лопастной, шестеренчатый(рис.2)
Рис. 2. Шестеренчатый и лопастной насос
Принцип работы лопастного насоса (рис.3). Привод насоса гидроусилителя осуществляется от коленчатого вала посредством приводного ремня. Шкив насоса закреплен на наружном конце вала, который установлен на игольчатом подшипнике. Ротор посажен на шлицах на валу. В пазы ротора вставлены лопасти. Корпус гидронасоса представляет собой статор с крышкой и распределительным диском. В процессе вращения ротора лопасти захватывают рабочую жидкость. Затем под давлением подают эту жидкость через отверстия распределительного диска и канал в крышке насоса в клапан управления потоком, а далее в нагнетательный трубопровод.
Рис. 3. Схема и принцип работы лопастного насоса гидроусилителя
Шестеренчатый насос (рис.4) работает в двух режимах: как мотор и как помпа. Конструктивно это простое устройство, состоящее из корпуса и встроенных внутри двух шестеренок. Ведущая шестерня приводится в движение приводом, а вторая начинает оборачиваться уже за счет зацепления. Когда обе шестерни начинают движение, они захватывают масло и перекачивают его.
Плюсы эксплуатации такого насоса очевидны: за счет простейшей конструкции он недорогой, компактный, легкий, отличается высокой надежностью и хорошей ремонтопригодностью. Но есть у агрегата и минусы: у него низкий КПД, что ограничивает круг использования, не рекомендуется эксплуатация в системах с высоким давлением. Ввиду конструктивный особенностей время от времени возникает пульсация рабочей жидкости, что чревато перепадами давления [6].
Рис. 4. Схема и принцип работы шестеренчатого насоса гидроусилителя
Электроусилитель руля (рис. 5) считается инновационной системой, которая постепенно вытесняет гидравлику. Электрические усилители появились еще в 1903 году на грузовиках. Идея установить электромотор на рулевую рейку или колонку, а вместо золотника использовать потенциометр оказалась гениально простой. Но электрика в начале ХХ века сильно отставала в развитии от пневматики и гидравлики, генератор еще не придумали, поэтому об электроусилителях забыли на 85 лет.
Рис. 5. Электроусилитель руля
Как известно гидравлический усилитель начали использовать много ранее электрического. Гидравлический усилитель (рис.6) руля функционирует с использованием жидкостного привода, в его конструкции предусмотрен гидронасос, который приводится в движение коленчатым валом через ременную передачу. При движении транспортного средства прямо, обмен жидкостей идет по кругу. При изменении траектории(когда рулевое колесо поворачивают), жидкость попадает во внутренние полости распределительной гильзы. Потом она поступит в левую или правую полость, согласно тому, куда будет развернут руль. Большую продуктивность насос даст, когда руль поворачивают на месте.
Рис. 6. Устройство гидроусилителя руля
Основным отличительным моментом электроусилителя руля (рис.5) от гидроусилителя руля, является отсутствие в конструкции ременной передачи и гидравлического привода. Все манипуляции проводятся с помощью электродвигателя. Существует два вида компоновки ЭУР. Первый вариант — усилие передается на рейку (рис.7), второй вариант — на вал руля (рис.8).
Рис. 7. Усилие на рейке
Рис. 8. Усилие на валу
Оба механизма имеют свои собственные преимущества и недостатки. Гидроусилитель руля — недорогой механизм, поэтому цена автомобиля будет более низкой. Ремонт гидроусилитель руля не является дорогостоящим, при условии, что будет исправная рейка. Из минусов это размер самой конструкции, ему требуется много места, а также замены ремня потребуется демонтаж шкива с гидроусилителя руля. Гидроусилитель руля нуждается в систематической системе обслуживания. Потребуется вовремя проводить замену жидкости, ремня, если этого не делать, ремонта усилителя не избежать.
У электроусилителя руля больше преимуществ, нежели недостатков. Узел не забирает мощность у двигателя. Для системы не потребуется регулярное обслуживание, по причине того, что жидкость и насосы не предусмотрены в конструкции. Отклик на руль происходит быстрее, сигналы с датчиков передаются мгновенно. Электроусилитель руля занимает минимум пространства под капотом, что облегчит ремонт других узлов. Отсутствует перегруженность насоса при длительном удержании рулевого колеса в крайнем режиме. Из недостатков отмечается, что в ходе эксплуатации может выйти подшипник качения, но чтобы его сломать потребуется достаточно долго его эксплуатировать. Также в отрицательную сторону отмечается наличие электроники, которая может выдавать ошибки по поводу и без, а также электроусилитель дорог в ремонте. Не смотря на имеющиеся недостатки, будущее, безусловно, за электроусилителем [7].
Таким образом, можно сделать вывод о том, что усилитель рулевого управления — это связующее звено в автомобиле, без которого обойтись практически невозможно. В связи с тем, что в настоящее время имеется уже используется два вида усилителей, приоритет в выборе стоит у электроусилителя, не потому что он занимает мало места в машине, а потому что он является более современным, более простым в использовании усилителем. Да, периодически бывают ошибки в электроусилителях, но подходя к их изготовлению, необходимо очень тонко прорабатывать все направлении связанные с электроникой, чтобы исключить выход ее из строя.
Литература:
- Федеральный закон от 10.12.1995 N 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения» Статья 2
- УК РФ статья 264
- Свечников Д. А. Теория автомобилей и тракторов. Эксплуатационные свойства.
- https://www.drive2.ru/b/288230376151852889/
- https://seite1.ru/zapchasti/gidrousilitel-rulya-opisaniefunkciinaznachenieustrojstvofotovideo/.html
- https://sto-gur.ru/kak-ustroen-nasos-gur
- https://servicems.ru/news/post/586-Operating-peculiarities-of-HPS-and-EPS.html
