Вопрос. Усилители рулевого управления. Гидрообъемное рулевое управление

В мобильных машинах (автомобилях большой грузоподъемности, тягачах, тракторах) на управляемые колеса приходится большой вес. В таких машинах рулевые управления оборудуются гидравлическими усилителями. Усилители снижают усилие управления на рулевом колесе и реакцию дороги, повышают безопасность движения машины.

Гидроусилитель рулевого управления является следящим гидростатическим устройством, обеспечивающим определенную зависимость угла поворота управляемых колес от угла поворота рулевого колеса.

Требования, предъявляемые к конструкции гидроусилителей:

1.обладать кинематическим и силовым следящим действием;

2. обеспечивать функционирование рулевого управления в случае выхода из строя гидроусилителя;

3. иметь высокую чувствительность к повороту рулевого колеса;

4. обладать высокой жесткостью и динамической устойчивостью, что особенно важно для машин с шарнирно-сочлененной рамой.

 

Гидроусилитель рулевого управления состоит из блока питания, распределителя, исполнительного и рулевого механизмов и трубопроводов. Блок питания включает насос 5 с баком 3. Распределитель 6 имеет золотник 7 с реактивными камерами В и Г и центрирующими пружинами 17. Исполнительный механизм (гидроцилиндр) 9 шарнирно закреплен на раме, а его шток связан с рычагом 13 поворотной цапфы управляемого колеса. При прямолинейном движении мобильной машины золотник занимает нейтральное положение, а рабочая жидкость насоса 5 по трубопроводу 8 поступает в полости А,Б,В и Г распределителя и далее по трубопроводу 15, 16 передается в полости А и Б гидроцилиндра 9.

 

 

Гидроусилитель руле­вого механизма автомо­билей КамАЗ состоит из насоса 4 (рис. 166) в сборе с бачком 31, залив­ным 30 и сливным 3 фильтрами, пере­пускным 35 и предохранительным 34 клапанами, радиатора 28, а также встроенных в рулевой механизм гидро­цилиндра с поршнем-рейкой и ревер­сивного четырехщелевого распредели­теля с золотником 20, обратным 17 и предохранительным 18 клапанами и плунжерным следящим механизмом. Распределитель часто называют клапа­ном управления.

Полый трехбуртовый золотник 20 установлен на хвостовик винта 15 с большим радиальным зазором, закреп­лен между упорными подшипниками 21 с осевым усилием, регулируемым пружинной шайбой и гайкой, и высту­пает над торцами расточек корпуса 19 на 1,0...1,2 мм.

 

Рис. 166. Схема гидроусилителя рулевого механизма автомобилей КамАЗ:

1 — рулевое колесо; 2, 18, 34 — предохранительные клапаны; 3 — сливной фильтр; 4 — насос; 5, 35 — перепускные клапаны; 6 — вал сошки с зубчатым сектором; 7 — задняя полость гидроусилителя; 8 — поршень-рейка; 9 — сошка; 10 — продольная тяга; 11 — поперечная тяга; 12—переднее колесо; 13 — магнитная сливная пробка; 14—шариковая гайка; 15 — винт; 16— корпус рулевого механизма; 17 — обратный клапан; 19 — корпус распределителя; 20 — золот­ник; 27 —упорный подшипник; 22 — реактивный плунжер; 23 — центрирующая пружина; 24 — корпус углового ре­дуктора; 25 — передняя полость гидроусилителя; 26 — напорная гидролиния; 27—карданный вал; 28 — радиатор; 29 — рулевая колонка; 30 — заливной фильтр; 31 — бачок; 32 — гидролиния слива; 33 — пружина перепускного клапа­на насоса; А, Б — дросселирующие отверстия

 

В трех сквозных сверлениях корпуса 19, выполненных под углом 120° одно относительно другого, с минимальным зазором установлены три пары реак­тивных плунжеров 22 с центрирующи­ми пружинами 23, а в трех глухих свер­лениях, расположенных также под уг­лом 120°, — три одинарных плунжера, в одном из которых размещен обратный клапан 17. Плунжеры прижимаются к внутренним обоймам упорных под­шипников 21 и фиксируют золотник 20 в нейтральном положении под дей­ствием центрирующих пружин 23 и давления масла в напорной гидроли­нии 26.

В нейтральном положении золотни­ка 20 между тремя его буртами и двумя средними буртами корпуса 19 образу­ются четыре кольцевые щели шириной 0,5...0,6 мм каждая. Масло из напорной гидролинии 26, омывая центральный бурт золотника 20, проходит через вто­рую и третью щели в проточки золот­ника. Из этих проточек по каналам в корпусах 19, 24 и 16 масло поступает в полости 7 и 25 гидроусилителя, а через первую и четвертую щели — в бачок 31 через радиатор 28, сливную гидроли­нию 32 и фильтр 3.

При поворотах автомобиля враще­ние рулевого колеса 7 через карданный вал 27 и пару зубчатых колес углового редуктора 24 передается винту 15, со­единенному с поршнем-рейкой 8 ша­риковой гайкой 14. Если сопротивле­ние управляемых колес 12 повороту до­статочно велико, то поперечная 11 и продольная 10 тяги, сошка 9, ее вал 6 с зубчатым сектором и поршень-рейка 8 в начале поворота остаются неподвиж­ными. Винт же 15, ввертываемый в ша­риковую гайку 14 при повороте налево или вывертываемый из нее при поворо­те направо, вынужден скользить в шлицевой ступице ведомого зубчатого ко­леса и вместе с золотником 20 переме­щаться на 1,2мм соответственно назад (на схеме вправо) или вперед (на схеме влево), дополнительно сжимая пружи­ны 23.

При повороте направо золотник смещается вперед, открывая первую, третью и закрывая вторую, четвертую кольцевые щели. Масло из напорной гидролинии 26, действуя на плунжеры 22, поступает через третью щель и ка­налы в корпусах 19, 24, 16 в переднюю полость 25 гидроусилителя, в том числе к заднему торцу винта 15. Задняя по­лость 7 гидроусилителя через каналы в корпусах 16, 24, 19 и открытую первую щель соединяется с гидролинией слива.

Под действием разности давлений масла в полостях 7 и 25 поршень-рейка 8 перемещается назад и поворачивает зубчатый сектор вала 6 сошки 9 против хода часовой стрелки. Сошка переме­щает продольную тягу 10 назад, а пос­ледняя через поворотный рычаг и руле­вую трапецию поворачивает колеса 12 направо.

При повороте налево золотник 20 смещается назад, открывает вторую, четвертую и закрывает первую, третью кольцевые щели. Масло из напорной гидролинии 26, действуя на плунжеры следящего механизма, через вторую кольцевую щель и каналы в корпусах 24, 19,16 поступает в заднюю полость 7 гидроусилителя. Его передняя полость 25 через каналы в корпусах 16, 24, 19 и четвертую щель оказывается соединен­ной с гидролинией слива. Под действи­ем разности давлений масла в полостях 7 и 25 поршень-рейка 8 перемещается вперед и поворачивает зубчатый сектор вала 6 сошки 9 по ходу часовой с трел­ки, а управляемые колеса — через руле­вой привод налево.

Гидрообъемное рулевое управление (ГОРУ) отличается от рассмотренных ранее рулевых управлений отсутствием кинематической связи между рулевым и управляемыми колесами. Функцию этой связи выполняет статическая гид­ропередача вращательно-поступательного движения с гидроусилителем сле­дящего действия.

ГОРУ упрощает компоновку и повы­шает удобство управления машиной за счет установки рулевого колеса в любом месте, его регулировки по высоте и углу наклона и широко применяется на со­временных тракторах (Т-30, МТЗ-100, Т-151 К) и комбайнах.

Основой гидрообъемного рулевого управления служит насос-дозатор, предназначенный для подачи управля­ющего потока масла, прямо пропорци­онального углу поворота его ротора ру­левым колесом с любой скоростью. В качестве насосов-дозаторов применяют планетарные с внутренними зубьями, пластинчатые и аксиально-поршневые насосы.

Рулевое управление с насосом-дозатором и гидроусилителем может быть одно- и двухконтурным. В одноконтурном ГОРУ питающий насос 2 (рис. 173) постоянно подает масло через золотниковый распредели­тель 4 к насосу-дозатору 6 с распреде­лительным устройством 7. Когда руле­вое колесо неподвижно, насос-дозатор запирает масло в гидроцилиндре 1, а золотник распределителя 4 открывает выход маслу от питающего насоса 2 на слив в бак.

При повороте рулевого колеса пово­рачивается ротор и распределительное устройство 7 насоса-дозатора 6 обеспе­чивает прямо пропорциональную углу поворота подачу масла из одной торцо­вой полости распределителя в другую. Золотник распределителя 4 смещается из нейтрального положения и открыва­ет проходы маслу от питающего насоса 2 в одну полость гидроцилиндра 7 и на слив в бак из другой полости.

Объем масла, требуемый для пере­становки золотника, как правило, меньше подачи насоса-дозатора 6. По­этому его избыточный поток через осе­вые канавки в золотнике суммируется с потоком питающего насоса 2 и тоже направляется в гидроцилиндр 1. Давле­ние масла в напорных гидролиниях обоих насосов одинаково, задается cпротивлением управляемых колес по­вороту и ограничивается предохрани­тельным клапаном 3.

При остановке рулевого колеса на­сос-дозатор перестает подавать масло, давление в торцовой полости уменьша­ется, золотник под действием возврат­ной пружины смещается в нейтральное положение и переключает поток от пи­тающего насоса 2 на слив в бак.

Если из-за остановки двигателя пи­тающий насос 2 не подает масло, то на­сос-дозатор при повороте рулевого ко­леса работает как обычный насос: из бака через обратный клапан 5 всасыва­ет масло и подает его в соответствую­щую полость гидроцилиндра 1. Окруж­ное усилие на рулевом колесе при этом значительно возрастает и тем больше, чем больше объемная подача насоса-дозатора.

Таким образом, насос-дозатор рабо­тает в трех режимах: запорного устрой­ства для гидроцилиндра 7 (при нейт­ральном положении золотника распре­делителя 4); дозатора (при работе пита­ющего насоса и повороте рулевого колеса); насоса (при остановке двигате­ля или отказе питающего насоса 2).

ГОРУ трактора МТЗ-100 выполнено по одноконтурной схеме, объединено с гидроприводом механизма блокировки дифференциала заднего моста и вклю­чает в себя механизм поворота (рис. 174, а), насос-дозатор (рис. 174, б) с приводом от рулевого колеса, питаю­щий насос 20 с невыключаемым приво­дом от дизеля, гидроаккумулятор (рис. 174, в), муфту 30 и распределитель (рис. 174, г) блокировки, бак 37, общий с гидроприводом механизма навески и гидросистемой отбора мощности (ГСОМ), арматуру.

Механизм поворота установлен на переднем брусе трактора и воздействует на разделенную рулевую трапецию сошкой, закрепленной на нижнем шлицевом конце вала 3. Реверсивный поворот вала обеспечивают два соосных гидроцилиндра 2 одностороннего действия, штоки 6 которых через су­харь и палец 4 соединены с вильчатым рычагом вала.

В верхнюю крышку корпуса уста­новлен золотниковый клапан 5 блоки­ровки. При повороте сошки на угол более 10° клапан под действием своей пружины и профильной поверхности штока 6 открывается и сообщает по­лость муфты 30 через штоковые полос­ти гидроцилиндров 2, корпус и слив­ной трубопровод с баком 37.

 

 

Рис. 173. Схема одноконтурного ГОРУ:

1 — гидроцилиндр; 2—питающий насос; 3— предохра­нительный клапан; 4 — золотниковый распределитель; 5— обратный клапан; 6 —насос-дозатор; 7—распреде­лительное устройство насоса-дозатора

Бесштоковые полости гидроцилиндров 2 через штуцера в крышках 7 и трубопроводы соединены с блоком клапанов насоса-дозатора, закрепленного на кронштей­не рулевой колонки.

Насос-дозатор НД-80К включает в себя качающий узел аксиально-порш­невого типа с шаровыми поршнями 19, золотниковый распределитель, шари­ковый обратный клапан 13 распредели­теля и блок клапанов, размещенных в передней (на рисунке верхней) крышке 8 корпуса.

Шаровые поршни 19 установлены в аксиальные (параллельные оси) расточ­ки блоков 18 с минимальным зазором и прижимаются пружинами к двусторон­ней кулачковой шайбе 75, вращаемой рулевым валом 77 через штифт.

Распределительное устройство насо­са-дозатора, предназначенное для сум-мирования потоков от отдельных ша­ровых поршней и обеспечения прямой пропорциональности подачи масла углу поворота кулачковой шайбы 75 ру­левым валом 77, объединено с ревер­сивным трехпозиционным распредели­телем гидроусилителя. Золотник 14 связан с рулевым валом 77 винтовой парой, перемещается в осевом направлении при вращении вала и удержива­ется в нейтральном положении пружи­нами 12 и 16.

Блок клапанов объединяет в себе два противоударных 9, два противовакуумных, предохранительный 23, обратный 11 клапаны и четыре штуцера.

В нейтральном положении рулевого колеса масло от питающего насоса 20 через обратный клапан 11, распредели­тель и открытый отсечный 22 или пре­дохранительный 23 клапаны гидроак­кумулятора сливается в бак 57 соответ­ственно под давлением 0,15...0,3 или 0,8... МПа, задаваемым пружинами 26 и 27. Избыточное давление слива обес­печивает бескавитационную работу на­сосов и нейтральное положение кулач­ковой шайбы 75 с помощью шаровых поршней 19. Бесштоковые полости гидроцилиндров 2 заперты буртами зо­лотника 14 и защищены противоудар­ными клапанами 9, перепускающими масло из одного гидроцилиндра в дру­гой под давлением 15,7...16,7 МПа.

При повороте рулевого колеса зо­лотник 14 смещается, обеспечивая до­затору и питающему насосу подачу масла в один из гидроцилиндров в ко­личестве, прямо пропорциональном углу поворота рулевого колеса.

При неработающем дизеле и враще­нии рулевого колеса насос-дозатор ра­ботает в режиме насоса, всасывая масло из бака 37 через отсечный 22 и обрат­ный 13 клапаны и подавая его в соот­ветствующий гидроцилиндр 2.

Защиту питающего насоса 20 от пи­ковых давлений со стороны гидроци­линдров 2 при боковых ударах колес о неровности опорной поверхности обес­печивает обратный клапан 11, а макси­мальное давление в напорной гидроли­нии 10... 11 МПа ограничивает предох­ранительный клапан 10.

 

 

 

Рис. 174. ГОРУ трактора МТЗ-100:

а – механизм поворота; б — насос-дозатор НД-80К; в — гидроаккумулятор; г — распределитель блокировки; 1, 8, 21, 31 – крышки; 2— гидроцилиндр; 3— вал сошки; 4— палец; 5— клапан АБД; 6— шток; 7, 29— поршни; 9— проти­воударный клапан; 10, 23, 34— предохранительные клапаны; 11, 13— обратные клапаны; 12, 16, 26, 27— пружины; 14, 33 —золотники; 15 — кулачковая шайба; 17— рулевой вал; 18— блоки; 19 — шаровой поршень; 20 — насос НШ-10-Л-3; 22— отсечной клапан;.24—толкатель; 25— упорная втулка поршня; 28— седло; 30— муфта блокиров­ки дифференциала заднего моста; 32 — редукционный клапан; 35— корпус; 36 — поворотный рычаг; 37— бак