Гидроусилитель рулевого управления

Курсовая работа

«Гидроусилитель рулевого управления»

Гидроусилитель руля — устройство для усиления мощности воздействия на рычаги управления транспортных средств.

Гидроусилитель в первую очередь служит для уменьшения прикладываемого водителем усилия на рулевое колесо при управлении автомобилем.

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.

На автомобилях применяются разного рода усилители, но большинство автопроизводителей отдают предпочтение гидроусилителям, так как они имеют относительно простую конструкцию, обеспечивают высокую надежность и просты в обслуживании.

1. История развития конструкций гидроусилителя руля

Рулевое управление является одной из самых главных систем активной безопасности. Рулевое управление — сложный комплекс технических и геометрических проблем, которые и по сей день решаются автомобильными конструкторскими бюро. Автопроизводители разрабатывают новые конструкции рулевых механизмов и приводов, оснащают их дополнительным оборудованием, обеспечивающих в первую очередь безопасность движения и комфорт в управлении автомобилем. В настоящее время большинство автомобилей оснащаются усилителями рулевого управления. К появлению усилителей привела необходимость снизить усилие, прилагаемое водителем к рулевому колесу, что особенно важно для грузовых автомобилей.

В 1817 г. мюнхенский каретник Георг Ланкеншпергер запатентовал рулевое управление с поворотными кулаками. Для конных экипажей эта конструкция показалась малополезной и почти не применялась. Лишь через 75 лет немецкий инженер Карл Бенц вспомнил и усовершенствовал это изобретение, получив в 1893 г. патент на «устройство управления экипажей с тангенциальными к колесам окружностями управления». На машине «Бенц» движение от вертикальной рулевой колонки с маленьким рулевым колесом-штурвалом и расположенным ниже червячным колесом передавалось через двусторонние зубчатые рейки на вильчатый рычаг, который был связан с колесами через рулевые штанги-тяги.

Появление наклонных рулевых колонок совпало по времени с распространением рулевых механизмов в корпусе, заполненном смазкой. Причем сразу появились два типа таких механизмов. Первый представлял собой винтовую передачу, гайка которой была связана с рулевой сошкой и двигалась по винту вверх и вниз. Второй — включал в себя червячный сегмент, сцепленный с рулевым червяком. Обе конструкции, в принципе, знакомы по современным автомобилям. Появление независимой передней подвески привело к появлению трех раздельных рулевых тяг, и уже в 1930;х гг. на автомобилях с такой подвеской применялось реечное рулевое управление, по конструкции близкое к современному.

В начале ХХ века управление машиной требовало от водителя хорошей физической формы. Ведь для того чтобы повернуть тяжелые колеса для разворота на пятачке, приходилось здорово налегать на баранку.

Важный параметр управления — общее передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Под ним понимается полное число оборотов рулевого колеса «от упора до упора», необходимое для поворота колес из крайнего левого положения в крайнее правое или наоборот, а также усилие, с которым совершаются эти обороты. Например, рулевая передача, рассчитанная на ~5 оборотов рулевого колеса от упора до упора, требует от водителя приложения гораздо меньшего усилия, но зато значительно большего времени, чем передача, сконструированная на 3,2 оборота от упора до упора. Такое положение дел, разумеется, мало кому нравилось: не все господа-автовладельцы блистали нужным здоровьем, к тому же в мир авто стремились и дамы, которым напрягаться и вовсе не положено. Особо страдали водители грузовозных автомобилей. Конструкторы стали думать. Естественным выходом было увеличение в рулевом передаточного числа, но тут появлялся серьезный минус — руль приходилось крутить, как ручку граммофона. Важный параметр управления — общее передаточное отношение между рулевым колесом и передними колесами. Под ним понимается полное число оборотов рулевого колеса «от упора до упора», необходимое для поворота колес из крайнего левого положения в крайнее правое или наоборот, а также усилие, с которым совершаются эти обороты. Например, рулевая передача, рассчитанная на ~5 оборотов рулевого колеса от упора до упора, требует от водителя приложения гораздо меньшего усилия, но зато значительно большего времени, чем передача, сконструированная на 3,2 оборота от упора до упора.

Конструкция с плавающими шариками была только началом долгой череды попыток уменьшить управляющее усилие. Даже при наличии передачи с плавающими шариками на тяжелых автомобилях с большими шинами низкого давления управляющее усилие было значительным.

В тех же 30-х, перед войной, заявили о себе усилители рулевого механизма. Сначала усилители рулевого управления появились на тяжелой технике — карьерных самосвалах. Правда, сначала стали использовать пневмоусилители — они были несложными и напитывались от компрессора уже существующих пневматических тормозов или от разряжения во впускном коллекторе. Но пневматические усилители оказались неприемлемыми ввиду большой упругой податливости рабочего тела — воздуха, приводившей к запаздыванию срабатывания усилителя и возникновению в рулевом управлении недопустимых колебательных процессов. Со временем пневматика была заменена гидравликой.

В 1925 г. в США Фрэнсис Дейвис одним из первых запатентовал гидравлический усилитель рулевого управления. Правда, конструкция выглядела несколько «сыроватой» и мгновенного успеха не обрела. Однако принцип и путь совершенствования наметились: с конца 30-х — начала 40-х годов в Америке, а затем и в Европе конструкторы начинают ставить ГУР на некоторые свои модели автомобилей. К чему это привело сегодня, знают все — этим устройством оснащается весь грузовой автотранспорт и немалая доля легкового. А в 1933 г. концерн «Дженерал моторс» уже намеревался установить его на своем автомобиле «Кадиллак» с 12-цилиндровым двигателем. К 1951 г. компания «Крайслер» освоила производство гидроусилителей руля и с этого времени начала оснащать им многие свои модели. Первым изготовителем легковых автомобилей, предложившим установку гидроусилителя рулевого управления в качестве дополнительного оборудования модели 519, была компания «ФИАТ». В настоящее время в результате появления переднеприводных автомобилей, использования шин большего размера и массы, подвески с усложненной кинематикой существует необходимость в применении усилителей рулевого управления даже на небольших автомобилях Посмотрим на ГУР поближе.

Гидроусилитель рулевого управления состоит из трех основных элементов:

— насос с резервуаром для специального масла и блоком нагнетательных и перепускных клапанов

— распределитель давления с вращающимся золотником

— силовой цилиндр, который размещается внутри картера рулевого механизма Насос, распределитель давления и силовой цилиндр соединены между собой трубками — масляными магистралями.

Насос приводится в действие вращением коленвала посредством ременной передачи и создает давление в системе.

Распределитель связан с валом рулевого управления и, в зависимости от положения руля, подает масло в соответствующую часть магистрали.

Силовой цилиндр преобразует давление масла во вспомогательное усилие, воздействующее на рулевой механизм, что и помогает водителю.

Одним из существенных недостатковпростых систем гидроусилителей было то, что в них существовала прямая зависимость величины усилия от оборотов двигателя. На малых оборотах давление могло быть недостаточным, и усилитель, по сути, не выполнял своей главной задачи. На больших же оборотах давление в гидравлике возрастало, связь «дорога-руль-водитель» разрывалась, и водитель просто переставал чувствовать дорогу.

Современные системы — это гидроусилители с переменным усилием, в которых давление обратно пропорционально количеству оборотов двигателя. Чем выше обороты двигателя — тем ниже эффективность ГУР. Это достигается за счет особой конструкции гидронасоса.

Дорогие модели, с электронными системами, в том числе и электронными спидометрами, комплектуются системами интегрального типа. Принцип устройства тот же, но в системе имеется электрогидравлический модулятор давления, который связан с блоком управления двигателем. Эффективность усиления меняется гибко, в зависимости от скорости.

Встречается, хотя и редко, вид гидроусилителей, эффективность которых изменяется в зависимости от сцепления шин с дорогой.

Главный недостаток всех традиционных гидроусилителей — они отбирают часть мощности у двигателя.

Потребляемая гидроусилителем мощность может достигать 5−7 л.с., а это немало, к примеру, для городских малолитражек.

Для снижения энергопотребления в конце 90-х стали применять электрогидроусилители: в них гидронасос приводится в действие собственным электромотором, который связан с блоком управления двигателем и работает в соответствии с заложенной в него программой.

В рулевом механизме передачи с гидроусилителем давление масла повышается до 9 МПа насосом с ременным приводом (насос установлен на двигателе). Обычно гидроусилитель, состоящий из цилиндра и поршня, объединен в один агрегат с рулевым механизмом; поршень увеличивает усилие, передаваемое на рулевую сошку, которая соединяет рулевой механизм с тягами и рычагами. Система клапанов регулирует давление масла в цилиндре и управляет перемещением поршня.

Система клапанов должна быть сконструирована так, чтобы рулевое управление, с одной стороны, было чувствительным, т. е. чтобы водитель чувствовал, что происходит с передними колесами, особенно в снег и гололед, и, с другой стороны, не создавало бы столь большое усиление, чтобы чувство дороги утрачивалось. Обычно главный клапан управляется противодействием со стороны передачи, так что для отключения усиления достаточно усилия 5−20 Н на рулевом колесе. Таким образом, обеспечивается чувствительность управления без увеличения усилия, необходимого для поворота руля.

Дополнительный комфорт и безопасность привнесли системы, регулирующие усилие на руле в зависимости от скорости. Пример — «Сервотроник», устанавливаемый на «Ауди».

В верхней части распределителя находится так называемая камера обратного действия. В ней двигается поршень, связанный с золотником.

Представим, что водитель поворачивает направо. Золотник открывает путь жидкости к силовому цилиндру, помогающему рейке поворачивать колеса. Одновременно масло через электромагнитный клапан (им управляет электронный блок, получающий информацию от датчика скорости) начинает поступать в камеру обратного действия. Один из перепускных клапанов открывается, возникает разница давлений, и поршень, опускаясь, ограничивает ход золотника. Давление в силовом цилиндре гидроусилителя падает, а усилие на руле, напротив, возрастает. Когда водитель перестает крутить баранку — золотник и обратный клапан закрываются.

При повороте влево открывается другой перепускной клапан, а поршень поднимается, вновь корректируя передвижение золотника, давление стравливается в другой части силового цилиндра.

При парковке и движении черепашьим шагом (примерно до 20 км/ч) электромагнитный клапан, ограничивающий подачу жидкости в камеру обратного действия, закрыт — руль можно повернуть одним пальцем. С ростом скорости клапан постепенно открывается и усилие на штурвале возрастает.

Устройство работает эффективно и надежно. Но гидравлический насос забирает силы у двигателя, а значит, тот съедает лишнее топливо, вредит экологии. Особенно нежелателен такой «нахлебник» маломощным моторам. Конструкторы нашли иное решение: давление рабочей жидкости нагнетает электрический насос. Блок управления получает информацию от датчиков вращения руля и скорости автомобиля.

Производители скрупулезно подсчитали, что благодаря электрогидравлическим усилителям автомобиль экономит около 0,2 л/100 км. Немаловажно, что инженерам проще подбирать характеристики, настраивать устройство для конкретной модели.

Что ждет рулевое управление с гидроусилителем завтра?

Поскольку насос рулевого механизма с гидроусилением на большинстве автомобилей непрерывно перекачивает жидкость, он расходует мощность и переводит топливо. Возможно, в связи с этим, вы ожидаете появления ряда новшеств, которые позволят улучшить экономию топлива. Одной из самых удачных идеи является система с компьютерным управлением. Эта система полностью исключает механическую связь между рулевым колесом и рулевым механизмом, заменив ее электронной системой управления.

Фактически руль работает так же, как тот, что предназначен для компьютерных игр. Руль снабдят датчиками, которые будут подавать сигнал автомобилю о направлении движения колес и моторами, обеспечивающими обратную реакцию на действия автомобиля. Мощность этих датчиков будет использоваться для управления рулевого механизма с электроприводом, в этом случае рулевой вал не нужен и места в моторном отсеке становится больше.

General Motors представил концепт-кар Hy-wire, на котором уже установлена такая система. Самое примечательное в системе с электронным управлением автомобиля от GM то, что вы можете настроить управляемость автомобиля с помощью новго компьютерного программного обеспечения. В автомобилях с электронным управлением будущего вы сможете подстроить систему контроля под себя, достаточно лишь нажать несколько кнопок. Все очень просто! За последние пятьдесят лет система рулевого управления не сильно изменились. Но в следующем десятилетии наступит эпоха более экономичных автомобилей и более комфортной езды.

2. Требования, предъявляемые к гидроусилителю руля

1. Поворотный момент на колесе не должен быть слишком большим, однако автоматический возврат рулевого управления в нейтральное положение должен быть обеспечен даже при небольших скоростях движения.

2. Рулевое управление должно быть легким, что обеспечивается повышением КПД этого управления в целом и правильным выбором его передаточного числа при достаточно быстрой «реакции» шин.

3. Угол поворота управляемых колес должен быть достаточно большим, чтобы диаметр разворота автомобиля по габариту был как можно меньше.

4. Бесшумность при работе.

5. Надежность.

6. Технологичность

7. Простота обслуживания.

8. Минимальные размеры и масса.

9. Экологическая безопасность.

10. Рулевое управления должно быть плавным, т. е. удары вследствие неровностей дороги и колебаний колес должны максимально демпфироваться. Усилия на рулевом колесе не должно превышать значений, указанных в табл. 1.

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

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

13. Возможность управлять автомобилем при выходе усилителя из строя;

14. Действие только в случаях, когда усилие на рулевом колесе превышает 25?100 Н;

15. Минимальное время срабатывания;

Таблица 1. Усилия на рулевом колесе

3. Классические варианты гидроусилителя руля

стройство и принцип действия системы гидроусилителя руля.

Система рулевого управления с гидроусилителем создана для более комфортного и точного управления автомобилем в различных режимах эксплуатации, а так же для повышения безопасности движения. Рулевые системы современных автомобилей представлены двумя типами: реечным и угловым.

Каждый из этих типов может быть оснащен системой гидроусиления.

Наиболее ярко преимущество системы гидроусиления перед рулевым управлением, не оснащенным гидроусилителем, проявляется при парковке и движении на малой скорости.

Системы с гидроусилителем можно разделить на два типа: с постоянным коэффициентом усиления и систему, в которой коэффициент усиления зависит от скорости движения.

Система гидроусилителя руля состоит из следующих компонентов:

1. Электронный спидометр;

2. Прибор электронного контроля;

3. Электрогидравлический преобразователь;

4. Рулевой механизм, оснащенный гидроцилиндром;

5. Гидравлический насос;

6. Масляный резервуар;

7. Маслопровод низкого давления;

8. Маслопровод высокого давления.

Принцип действия системы гидроусиления руля рассматривается на примере рулевого управления реечного типа.

Гидравлическая жидкость из масляного резервуара (6) поступает в гидравлический насос (5), в котором она сжимается, и далее под давлением (70−180 bar в зависимости от модели) поступает в рулевой механизм (4) через масляную магистраль высокого давления (8).

Рулевой механизм оснащен узлом распределения потоков (золотники), который имеет два основных режима работы:

В золотниковом устройстве совмещены маслопровод подачи и стока. Жидкость перетекает из трубопровода высокого давления в масляный резервуар (6), не выполняя никакой работы.

Золотниковое устройство (узел распределения потоков).

В зависимости от того, в какую сторону производится поворот руля, в золотниковом устройстве маслянные магистрали коммутируются соответствующим образом. Жидкость под давлением подается в рабочий цилиндр и, воздействуя на рабочий поршень, создает вспомогательное усилие сдвига вала Рсдв (принцип гидравлического пресса). В этот момент полость обратной стороны поршня совмещается с маслопроводом низкого давления, через который жидкость стекает в масляный резервуар, не препятствуя перемещению вала. Как только воздействие на рулевое колесо прекращается, система возвращается в нейтральное состояние (см. пункт1).

Рабочий цилиндр

4. Патентные исследования гидроусилителя руля

гидроусилитель управление рулевой конструкция

1. Рулевой привод транспортного средства с двумя управляемыми мостами (патент № 1 281 466).

Изобретение относится к рулевому приводу транспортного средства с двумя управляемыми мостами. Цель изобретения повышение эффективности работы привода.

Рулевой привод содержит два трехплечих рычага 1 и 2, которые соединены между собой зубчатой передачей и установлены на качалке 3. Рычаги могут фиксироваться в нейтральном положении относительно качалки одной парой гидроцилиндров фиксации, а качалка может фиксироваться относительно корпуса б другой парой. Тяги 9, 10, 11, 12 соединяют рычаги с поворотными узлами колес 13, 14, 15, 16. Управление колесами осуществляется с помощью гидроцилиндра 20 рулевого управления, гидравлически соединенного с гидрораспределителем рулевого управления, гидрораспределителем управления гидроцилиндрами фиксации, гидронасосом и гидробаком. З ил. 1

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к колесным шасси транспортных средств с двумя управляемыми мостами.

Цель изобретения — повышение эффективности работы привода.

На фиг. 1 показана схема рулевого привода транспортного средства с двумя управляемыми мостами; на фиг. 2 — положение управляемых колес во время поворота машины; на фиг. З-то же во время передвижения машины в сторону без изменения направления ее оси.

Рулевой привод содержит два трехплечих рычага 1 и 2, соединенных между собой зубчатой передачей и установленных на качалке 3, на которой жестко закреплены гидроцилиндры 4 и 5 фиксации, качалка установлена на корпусе 6, на котором жестко закреплены гидроцилиндры 7 и 8 фиксации, тяги 9−12, соединяющие трехплечие рычаги с соответствующим и поворотными узлами колес 1З-16, насос 17 и дополнительный гидрораспределитель 18 гидрораспределитель 19 рулевого управления, гидроцилиндр 20 рулевого управления, гидрозамок 21, гидробак 22, рулевое колесо 23. Гидрораспределитель 18 выполнен электроуправляемым при помощи электромагнитов 24 и 25.

Устройство работает следующим образом.

Для осуществления поворота машины включается электромагнит 25 гидрораспределителя 18, после чего рабочая жидкость от насоса поступает в соответствующие полости гидроцилиндров (4, 5, 7 и 8), при этом пара гидроцилиндров 7 и 8 при полностью выдвинутых штоках зафиксирует качалку З в нейтральном положении относительно корпуса б машины, а пара гидроцилиндров 4 и 5 освобождает место для вращения грехплечевого рычага 1. После полной фиксации качалки З и расфиксации трехплечих рычагов 1 и 2 электромагнит 25 гидрораспределителя 18 выключается и золотник гидрораспределителя возвращается в нейтральное положение под действием своих пружин, при этом рабочая жидкость от насоса 17, пройдя через гидрораспределитель 18, поступает в гидрораспределитель 19 рулевого управления и затем при повороте рулевого колеса 23 в соответствующие полости гидроцилиндра 20 рулевого управления или гидробак 22. При этом трехплечие рычаги 1 и 2 поворачиваются вокруг своих осей, увлекая за собой тяги 9−12, которые поворачивают колеса 13−16 на углы, соответствующие радиусу поворота машины (фиг. 2).

Для перемещения транспортного средства в сторону без изменения направления своей оси, необходимо включить электромагнит 24 гидрораспределителя 18, после чего гидроцилиндры 7 и 8 расфиксируют качалку З, а пара гидроцилиндров 4 и 5 при полностью выдвинутых штоках зафиксирует трехплечие рычаги в нейтральном положении относительно качалки 3.

После полной фиксации трехплечих рычагов 1 и 2 и расфиксации качалки З электромагнит 24 гидрораспределителя 18 выключается и золотник гидрораспределителя возвращается в нейтральное положение под действием своих пружин, при этом рабочая жидкость от насоса 17, пройдя через гидрораспределитель 18, поступает в гидрораспределитель 19 рулевого управления и затем

15 при повороте рулевого колеса 23 в соответствующие повороту полости гидроцилиндра 20 рулевого управления или в гидробак 22. При этом зафиксированные трехплечие рычаги 1 и 2 относительно качалки З поворачиваются вокруг ее оси, увлекая за собой тяги 9−12, которые поворачивают колеса 13 16 машины в одну сторону на равные углы (фиг. З).

Формула изобретения.

Рулевой привод транспортного средства с двумя управляемыми мостами, содержащий гидрораспределитель рулевого управления, гидравлически соединенный с насосом, 30 гидробаком и гидроцилиндром поворота, кинематически связанным с механизмом поворота и дополнительный гидрораспределитель, гидравлически соединенный с насосом и гидробаком, отличающийся тем, что, с целью повышения его эффективности, механизм по-ворота управляемых колес выполнен в виде двух соединенных между собой зубчатой передачей трехплечих рычагов, каждый из которых шарнирно установлен на качалке, ось которой шарнирно закреплена на корпусе транспортного средства и расположена на середине прямой, соединяющей оси вращения трехплечих рычагов, последние установлены с возможностью их фиксации относительно качалки в нейтральном положении при помощи одной пары гидроцилиндров фиксации, а качалка — с возможностью фиксации относительно корпуса при помощи другой пары гидроцилиндров фиксации, при этом концы трехплечих рычагов шарнирно соединены тягами с управляемыми колесами соответственно переднего и заднего управляемых мостов, а две пары гидроцилиндров фиксации гидравлически соединены между собой и через гидрозамок — с дополнительным гидрораспределителем.

2. Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства (патент № 1 351 514).

Изобретение относится к транспортному машиностроению. Цель изобретения-повышение надежности устройства. Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения осей транспортного средства на заданных траекториях включает устройство нагружения постоянной энергией упругости, которое прикладывает к оси стабилизирующее усилие большей интенсивности, чем внешние усилия, дёйствующие на нее, смещающий механизм, который прикладывает к оси усилия большей интенсивности, чем указанные стабилизирующие усилия, делая ее тем самым управляемой. Управляющий элемент смещающего механизма приводится в действие при изменении в положении главной системы управления транспортным средством.

Устройство дает возможность оси, с которой оно взаимодействует, находится в неподвижном состоянии и делает ее управляемой тогда, когда главная система рулевого управления подвергается управлению.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для стабилизации движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства.

Цель изобретения — повышение надежности устройства.

На фиг. 1 показано устройство при управляемой оси, находящейся в прямолинейном положении, первый вариант; на фиг. 2-то же, при управляемой оси, находящейся в положении поворота; на фиг. З-то же, применительно к транспортному средству 15 с передней управляемой осью; на фиг. 4 — то же, применительно к транспортному средству с полуприцепом с управляемым опорным кругом; на фиг, 5 — механизм нагружения устройства при управляемой оси, находящейся в прямолинейном положении, второй вариант; на фиг. б-то же, при управляемой оси, находящейся в положении поворота.

Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства, имеющего исполнительный гидроцилиндр 1 поворота, механически связанный с управляющими колесами 2 и гидравлически соединенный с управляющим органом 3, содержит механизм 4 нагружения, выполненный по первому варианту в виде корпуса 5 с размещенным в нем осевым штоком б и двумя упорами 7 и 8, двух подвижных в осевом направлении стаканов 9 и 10, размещенных между корпусом 5 и штоком б с возможностью взаимодействия каждого из них одной своей торцовой поверхностью с соответствующим упором (7 или 8), а другой посредством выполненного на нем кольцевого выступа 11 — с крышкой корпуса 5, цилиндрической пружиной 12 сжатия, расположенной между кольцевыми выступами 11, причем по крайней мере один конец штока б связан с управляемыми колесами 2. При отсутствии управляющих усилий со стороны системы управления стабилизирующие усилия, создаваемые нагружающим устройством 4, будут больше внешних усилий, действующих на управляемые колеса 2 и пружина 12

удерживает колеса 2 в положении прямолинейного движения.

При работе гидроцилиндра 1 управляемые колеса 2 поворачиваются, перемещая шток б в соответствующую сторону, что приводит к сжатию пружины 12 посредством движения одного из стаканов 9 и 10 внутрь корпуса 5 при неподвижном другом стакане. Это приводит к созданию стабилизирующего усилия, обеспечивающего возврат колес 2 в положение прямолинейного движения при снятии воздействия на орган рулевого управления.

Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства по второму варианту выполнения (фиг. 5 и 6) содёржит механизм 4 нагружения. выполненный дополнительно с поршнями 13, расположенными на штоке б и установленными для взаимодействия своими наружными поверхностями 14 с корпусом 5 с образованием полостей 15, связанных с управляющим органом отверстиями 16 и 17, причем концы штока б связаны с управляемыми колесами 2. При этом варианте выполнения поршни 13, расположенные на штоке б и связанные через отверстия 16 и 17 с управляющим органом, выполняют функцию исполнительного гидроцилиндра 1 и обеспечивают аналогичную работу устройства.

Формула изобретения.

1. Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства, имеющего исполнительный гидроцилиндр поворота, механически связанный с управляемыми колесами и гидравлически соединенный с управляющим органом, содержащее механизм нагружения постоянной энергией упругости, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, механизм нагружения выполнен в виде корпуса с размещенным в нем осевым штоком и двумя упорами, двух подвижных в осевом направлении стаканов, размещенных между корпусом и штоком с возможностью взаимодействия каждого из них одной своей торцовой поверхностью с соответствующим упором, а другой посредством выполненного на нем кольцевого выступа с крышкой корпуса, цилиндрической пружиной сжатия, расположенной между кольцевыми выступами, причем по крайней мере один конец осевого штока механически связан с управляемыми колесами.

2. Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осёй транспортного средства, имеющего исполнительный гидроцилиндр поворота, механически связанный с управляемыми колесами и гидравлически соединенный. с управляющим органом, содержащее механизм нагружения постоянной энергией упругости, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, механизм нагружения и исполнительный гидроцилиндр поворота выполнены в виде: единого корпуса с размещенным в нем сквозным штоком с двумя упорами, двух подвижных в осевом направлении стаканов, размещенных между корпусом и штоком с возможностью взаимодействия каждого из них одной своей торцовой поверхностью с соответствующим упором, а другой посредством выполненного на нем кольцевого выступа с крышкой корпуса, цилиндрической пружиной сжатия, расположенной между 15 кольцевыми выступами, а на штоках размещены поршни, установленные для взаимодействия своими наружными поверхностями с корпусом с образованием полостей, связанных с управляющим органом, причем концы сквозного штока механически связаны с управляемыми колесами.

3. Гидроусилитель рулевого управления транспортного средства (патент № 610 483).

Изобретение относится к гидроусилителям рулевого управления транспортных средств.

Известен гидроусилитель рулевого управления транспортного средства, содержащий силовой цилиндр, встроенный в картер рулевого механизма и кинематически связанный с расположенным в картере рулевого механизма червяком, выполненным за одно целое с рулевым валом. Недостатком этого гидроусилителя рулевого управления является то, что подшипники, в которых установлены червяк и рулевой вал, расположены в различных местах, что приводит к большим продольным габаритам гидроусилителя рулевого управления.

Известен также гидроусилитель рулевого управления транспортного средства, содержащий силовой цилиндр, встроенный в картер рулевого механизма и кинематически связанный с расположенным в картере рулевого механизма червячком, выполненным за одно целое с рулевым валом, имеющим опорный буртик 2. Недостатком гидроусилителя является то, что опорный буртик на каждой из торцовых сторон снабжен сферической поверхностью качения для установки радиальноупорного подшипника, что обуславливает увеличение продольных габаритов рулевого вала, а, следовательно, и гидроусилителя рулевого управления.

Цель изобретения — уменьшение осевых продольных габаритов гидроусилителя рулевого управления. Цель достигается тем, что гидроусилитель снабжен радиальным подшипником качения, установленным на окружности опорного буртика, и двумя соосно расположенными подшипниками качения, установленными на каждой из торцовых сторон опорного буртика.

На чертеже изображен предлагаемый гидроусилитель рулевого управления транспортного средства.

Гидроусилитель рулевого управления содержит картер 1 рулевого механизма, со встроенным в него силовым цилиндром, поршень 2, размещенный в картере рулевого механизма, выполненный за одно целое с рулевым валом червяк 3: кинематически связанный с гайкой 4, установленной в поршне 2.

На рулевом валу размещены опорный буртик 5, с установленными на нем подшипником качения 6, расположенным на окружности опорного буртика, и двумя подшипниками качения 7, расположенными на торцовых сторонах опорного буртика. Таким образом, подшипники б и 7, установленные на опорном буртике, фиксируют рулевой вал от поперечного и продольного смещения `и при повороте рулевого вала обеспечивают возможность лишь его вращательного движения с соответствующим воздействием на гайку 4, установленную в поршне 2 гидроусилителя рулевого управления.

Формула изобретения

Гидроусилитель рулевого, управления транспортного средства, содержащий силовой цилиндр рулевого механизма и кинематически связанный с расположенным в картере рулевого механизма червяком, выполненным за одно целое с рулевым валом, имеющим опорный буртик, отличающийся тем, что, с целью уменьшения продольных габаритов, он снабжен радиальным подшипником качения, установленным на окружности опорного буртика, и двумя соосно расположенными подшипниками качения, установленными на торцовых сторонах опорного буртика.

4. Гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства (патент № 524 723).

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гидравлическим усилителям рулевого управления транспортных средств.

Известен гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства, содержащий силовой цилиндр со штоком, оканчивающимся зубчатой рейкой, кинематически связанной с управляемыми колесами и червячным валом, взаимодействующим в осевом направлении с золотником распределителя, соединенным гидромагистралями с насосом, гидроаккумулятором, масляным баком и рабочими полостями силового цилиндра.

Недостатком такого гидравлического усилителя является то, что вследствие неисправности насоса или остановки двигателя давление в системе резко падает. При транспортной скорости движения транспортного средства это может привести к аварии.

Целью изобретения является повышение безопасности в работе.

Для этого в золотнике распределителя выполнен канал, сообщающий гидроаккумулятор с напорной магистралью насоса при крайних положениях золотника, а в магистрали, соединяющей насос с золотником распределителя, установлен обратный клапан.

Конструкция устройства выполнена таким образом, что работа гидроусилителя от гидроаккумулятора осуществляется в результате значительного возрастания крутящего момента на рулевом колесе, при котором жидкость под давлением проходит из гидроаккумулятора в рабочие полости силового цилиндра.

На чертеже схематически изображен предлагаемый гидроусилитель рулевого управления, общий вид.

Гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства содержит золотник 1, представляющий собой втулку, на наружной поверхности, которой выполнены разделительные пояски, притертые к внутренним стенкам корпуса распределителя 2.

Внутри золотника выполнен канал 3, который сообщает нагнетательную полость золотниковой камеры с рабочей полостью гидроаккумулятора 4 при дополнительном осевом смещении золотника в ту или иную стороны.

Сам золотник 1 свободно надет на передний конец червяка 5 и может перемещаться вдоль его оси. Величина этого перемещения ограничена упорными шайбами 6 и пластинчатыми пружинами 7.

Упорные шайбы б надеты на вал червяка 5 вместе с упорными подшипниками 8 и зафиксированы гайкой 9. Перемещение золотника 1 с преодолением усилия пластинчатой пружины 7 является дополнительным. Гайкой 9 регулируется осевой зазор между упорными шайбами б и пластинчатыми пружинами 7. В шайбы б упираются реактивные плунжеры 10, распираемые пружиной 11, которые стремятся удержать золотник 1 в нейтральном положении. Распределитель соединен с силовым цилиндром 12 трубопроводами З и 14.

При нормальной работе гидросистемы рулевого управления и нейтральном положении золотника, что соответствует прямолинейному движению трактора, штоковая и бесштоковая полости силового цилиндра оказываются запертыми, а жидкость, нагнетаемая насосом 15, в силу того, что клапан 16 отрегулирован на большее давление, чем клапан 17, в начале полностью заряжает гидроаккумулятор 4, а затем, открыв клапан 1б, уходит на слив по каналу 18, кольцевую расточку в корпусе золотника и канал 19,

При повороте рулевого колеса, например, по часовой стрелке (поворот вправо), червяк 5 благодаря осевой силе, возникающей в зацеплении с зубчатым сектором 20, перемещается влево, преодолевая усилие пружинных 11, вместе с золотником 1 на величину зазора между упорной шайбой б и пластинчатой пружиной 7. Нагнетаемая жидкость при этом через канал 21, кольцевую расточку золотника и трубопровод 13 поступает в штоковую полость силового цилиндра 12. Вытесняемая из бесштоковой полости жидкость по трубопроводу 14, кольцевые расточки золотника и золотниковой камеры) трубопроводу 19 уходит на слив.

При вращении рулевого колеса против часовой стрелки (поворот влево) золотник 1 смещается вправо, а нагнетаемая жидкость при этом от насоса 15 через канал 21, кольцевую расточку золотника и трубопровод 14 поступит в безштоковую полость силового цилиндра 12. Вытесняемая из штоковой полости силового цилиндра 12 жидкость по трубопроводу 13, кольцевые расточки золотника и золотниковой камеры, трубопроводу 22 уходит на слив. Усилие, создаваемое силовым цилиндром передается зубчатой рейкой 23 на зубчатый сектор 20, содействуя тем самым повороту управляемых колес.

В случае отказа насоса или внезапной остановки двигателя усилие на рулевом колесе резко возрастает, возрастает и осевая сила, возникающая и зацеплении червяка 5 с зубчатым сектором 20. Это вызывает дополнительное смешение золотника 1 с последующей деформацией пластинчатой пружины 7.

Такое дополнительное осевое смещение золотника в ту или иную сторону обеспечивает совпадение канала З с кольцевыми проточками в золотниковой камере, к которым подводится давление рабочей полости гидроаккумулятора 4. Жидкость при этом под давлением из гидроаккумулятора 4 через канал З попадает в нагнетательную полость золотниковой камеры.

Дальнейшее распределение жидкости происходит аналогично описанному выше.

В системе предусматривается сигнальное устройство 24, которое срабатывает в процессе разрядки гидроаккумулятора.

Формула изобретения.

1, Гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства, содержащий силовой цилиндр со штоком, оканчивающимся зубчатой рейкой, кинематически связанной с управляемыми колесами и червячным валом, взаимодействующим в осевом направлении с золотником распределителя, соединенным гидромагистралями с насосом, гидроаккумулятором, масляным баком и рабочими полостями силового цилиндра, отличающийся тем, что с целью повышения безопасности в работе, в золотнике распределителя выполнен канал, сообщающий гидроаккумулятор с напорной магистралью насоса при крайних положениях золотника,

2. Усилитель по п. 1, отличающийся тем, что в магистрали, соединяющей насос с золотником распределителе. установлен обратный клапан.

5. Двухконтурное гидравлическое рулевое управление транспортного средства (патент № 1 418 159)

Изобретение относится к рулевым управлениям транспортных средств, преимущественно к тяжелым колесным тракторам с шарнирно сочлененной рамой. Цель изобретения — повышение КПД рулевого управления путем уменьшения энергетических потерь. Рулевое управление содержит основной насос 15 с регулируемой подачей, соединенный через гидрораспределитель с одним гидроцилиндром 16 поворота, и дополнительный насос 11, соединенный через гидрораспределитель и насос-дозатор 3 с другим гидроцилиндром поворота. Регулятор подачи насоса 15 соединен с выходом насоса 11. При повороте рулевого вала дополнительный насос 11 подает рабочую жидкость через насос-дозатор З в гидроцилиндр I2. При этом другой гидроцилиндр 16 оказывается соединенным с основным насосом 15, подача которого изменяется в зависимости от давления, развиваемого насосом 11. 1 ил.

Изобретение относится к рулевым управлениям транспортных средств, преимущественно, к тяжелым колесным тракторам с шарнирно сочлененной рамой.

Цель изобретения — повышение КПД рулевого управления путем уменьшения энергетических потерь.

На чертеже изображена конструктивная гидросхема двухконтурного гидравлического рулевого управления.

Двухконтурное гидравлическое рулевое управление содержит рулевой вал 1, кинематически связанный посредством торсиона 2 с насос-дозатором З героторного типа и посредством винтовой пары 4 с золотником 5 гидрораспределитёля. Золотник 5 в рабочем положении соединяет гидролиниями б и 7 следящего контура полости 8 и 9 дозатора З с напорной гидролинией 10 дополнительного насоса 11 и гидроцилиндром 12 поворота и одновременно гидролиниями 13 и 14 силового контура соединяет основной насос 15 с гидроцилиндром 16 поворота, а сливной гидролинией 17 соединяет упомянутые гидроцилиндры 12 и 16 с гидробаком. Основной насос 15 выполнен регулируемым, а напорная гидролиния 10 дополнительного насоса 11 подключена к управляющему органу 18 регулятора подачи основного насоса.

Оба насоса 11 и 15 защищены от перегрузок блоком 19 предохранительных клапанов. Внутренняя полость золотника 5 сообщается со сливной гидролинией 17 через радиальные отверстия 20. Управление сбросом подачи дополнительного насоса 11 производится нагрузочным пояском 21 золотника 5.

Гидравлическое рулевое управление работает следующим образом.

При вращении рулевого вала 1, например, по часовой стрелке, торсион 2, передавая крутящий момент к насосу-дозатору З, скручивается и посредством винтовой пары 4 перемещает золотник 5 вниз, приближая нагрузочный поясок 21 к нижней кромке ответной кольцевой расточки в корпусе гидрораспределителя, препятствуя тем самым сливу в гидробак жидкости от дополнительного насоса 11. При этом сообщаются: полость 8 дозатора З с напорной гидролинией 10 дополнительного насоса 11 и полость 9 насос-дозатора З с гидролинией 7 следящего контура, основной насос 15 с гидролинией 14 силового контура и сливная гидролиния 17 одновременно с гидролинией б следящего контура и гидролинией 13 силового контура.

По мере перемещения золотника 5 происходит нарастание давления в напорной гидролинии 10 дополнительного насоса 11 в связи с возрастанием сопротивления сливу. Это нарастание давления передается управляющему органу 18, который, воздействуя на регулятор подачи основного насоса 15, вызывает его подачу, пропорциональную частоте вращения насоса — дозатора 3, поступающую по гидролинии 14 в гидроцилиндр 16 поворота. Гидроцилиндр 16, содействуя повороту, способствует вращению насоса-дозатора 3, который направляет через себя жидкость от насоса 11 по гидролинии 7 в гидроцилиндр 12. Дозатор, вращаясь по ходу вращения рулевого вала 1, раскручивает торсион 2 и стремится вернуть золотник 5 в исходное положение, понижая тем самым давление в гидролинии 10 и подачу основного насоса 15, стремящегося переместить свой регулятор к минимуму подачи. С увеличением нагрузки на исполнительном органе увеличивается момент на рулевом колесе, что увеличивает скручивание торсиона 2 и ход золотника 5. Увеличение момента на руле в унисон увеличению нагрузки создает у водителя «чувство руля» и, одновременно повышая давление в напорной гидролинии 10, сохраняет подачу основного насоса 15, компенсируя обратный момент (пропорциональный развиваемому давлению насоса 15), возникающий на регуляторе при работе регулируемого насоса, который стремится переместить его в сторону уменьшения подачи.

При обратном вращении рулевого вала 1 золотник 5 смещается вверх и происходит противоположное переключение полостей насос-дозатора З и гидроцилиндров 12 и 16. При этом отработанная жидкость из гидроцилиндра 16 поступает в сливную гидролинию 17 по гидролинии 14 через осевую полость золотника 5 и его радиальные отверстия 20.

Формула изобретения

Двухконтурное гидравлическое рулевое управление транспортного средства, содержащее рулевой вал, кинематически связанный с насосом-дозатором и с золотником гидрораспределителя, гидравлически соединенного с выходами основного и дополнительного насосов, с насосом-дозатором, с гидробаком и с гидроцилиндрами поворота, причем один из гидроцилиндров поворота гидравлически соединен в рабочих позициях золотника гидрораспределителя с дополнительным насосом через насос-дозатор, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД рулевого управления путем уменьшения энергетических потерь, основной насос выполнен с регулируемой подачей, орган управления которого гидравлически соединен с выходом дополнительного насоса, а другой гидроцилиндр поворота гидравлически соединен в рабочих позициях золотника гидрораспределителя с основным насосом.

5. Критическая оценка рассмотренных вариантов конструкций.

1. Рулевой привод транспортного средства с двумя управляемыми мостами (патент № 1 281 466).

Преимущества: подобная конструкция может применяться на самых современных автомобилях, у которых нет прямой связи с рулевым приводом, а подача рабочего тела (масла) регулируется сигналами, подающимися с рулевого колеса. Такое управление на сегодняшний день считается наиболее комфортным.

Недостатки: большие размеры и масса, сложность конструкции, высокая материалоемкость, низкий КПД, низкая надежность.

2. Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства (патент № 1 351 514).

Преимущества: простота конструкции, низкая материалоемкость, простота обслуживания, низкая стоимость, высокая надежность.

Недостатки: невозможность управления автомобилем при выходе из строя гидроусилителя, понижение КПД.

3. Гидроусилитель рулевого управления транспортного средства (патент № 610 483).

Преимущества: высокая информативность управления, надежность.

Недостатки: относительно большие габаритные размеры, невозможна компоновка для управления задним мостом, относительно высокая трудоемкость изготовления.

4. Гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства (патент № 524 723).

Преимущества: постепенное увеличение крутящего момента на рулевом колесе при выходе из строя гидроусилителя,

Недостатки: высокая точность изготовления, сложность конструкции, большие габаритные размеры.

5. Двухконтурное гидравлическое рулевое управление транспортного средства (патент № 1 418 159).

Преимущества: повышенный КПД, за счет уменьшения энергетических потерь, надежность, небольшие габаритные размеры.

Недостатки: высокая трудоемкость изготовления, при отказе гидроусилителя управление не возможно.

6. Критический анализ разработанной конструкции

Рассмотрев патентные изобретения, я проанализировал их преимущества и недостатки, и выбрал, на мой взгляд, наиболее эффективную схему гидроусилителя рулевого управления.

Я считаю, что целесообразно скомпоновать два изобретения: «Устройство для стабилизации прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства» (патент № 1 351 514) и «Гидравлический усилитель рулевого управления транспортного средства» (патент № 524 723).

Также я ввел вместо одного управляемого моста два управляемых моста.

Первое изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам для стабилизации движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства.

Второе изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гидравлическим усилителям рулевого управления транспортных средств.

Для упрощения конструкции выбранный гидроусилитель должен быть изменен. Во-первых, требуется установить прямую связь рулевого колеса и рейки. Сделать это нужно для того, чтобы при поломке гидроусилителя имелась возможность управления автомобилем. Во-вторых, можно исключить рабочий цилиндр на самом гидроусилителе, который показан на схеме, но делать это не обязательно.

Стабилизатор прямолинейного движения и изменения положения на заданной траектории осей транспортного средства уже включает в себя рабочий цилиндр, обеспечивающий поворот колес. Значит нужно зафиксировать это устройство на передней либо на задней подвеске и жестко соединить его с поворотными кулаками.

В наше время в крупных городах появляется тенденция к созданию легко управляемых автомобилей, способных с легкостью перестроится в тесном потоке автомобилей, выполнить разворот и без проблем припарковаться. Такие возможности может обеспечить активно управляемый задний мост.

Отсюда следует, что следует увеличить давление гидронасоса на гидроусилителе, так как число рабочих цилиндров увеличится как минимум до двух и объемы рабочих цилиндров будут значительно больше.

Данная конструкция не имеет значительных усложнений и в скором будущем подобные конструкции будут все чаще применяться автопроизводителями.

Заключение

В данной курсовой работе произведена классификационная характеристика узла, сделан критический обзор литературных источников (в том числе патентной литературы), сделан критический анализ классических схем гидроусилителя руля, а также патентных изобретений.

Анализируя особенности конструкций различных схем гидроусилителей, я пришел к выводу, что наибольшее преимущество для автомобиля имеет гидроусилитель с гидроаккумулятором, с реечным рабочим цилиндром и с прямой связью рулевого колеса с рейкой. Также необходимым условием является надежность, длительный срок эксплуатации и простота конструкции.

В связи с этим в качестве разработанной конструкции была выбрана наиболее эффективная, на мой взгляд схема гидроусилителя руля из рассмотренных патентных изобретений.

Преимуществом данной схемы является простота конструкции, за счет гидроаккумулятора обеспечивается безопасность вождения, возможна установка на оба моста, возможность управления автомобилем после выхода из строя гидроусилителя.