В настоящее время сложно себе представить автомобиль не оснащенный усилителем рулевого управления. Усилитель может быть электрическим (ЭУР), гидравлическим (ГУР) или электрогидравлическим (ЭГУР). Однако гидроусилитель рулевого управления остается наиболее распространенным типом на данный момент. Он устроен таким образом, что даже при его выходе из строя сохранится возможность управления автомобилем. В этой статье мы разберем его основные функции и подробно узнаем, из чего он состоит.
Местонахождение частей и состав гидравлического усилителя руля
Гидронасос расположен неподалёку от шкива коленчатого вала и соединяется с ним приводным ремнём. В зависимости от конструкции автомобиля, тот же привод может приводить в движение вал генератора и помпы. Управляющий клапан, он же – распределитель, является встроенным в механизм рулевого вала и отзывается на повороты рулевым колесом в ту или иную сторону, благодаря специальному устройству – торсиону.
Местонахождение гидравлического цилиндра зависит от вида рулевого механизма. В большинстве автомашин он является вмонтированым в рейку и представляет собою поршень, который толкает её в необходимом направлении. В машинах с червячным приводом руля (так называемая рулевая колонка) цилиндр является отдельным агрегатом. К нему подсоединены тяги, которые отвечают за повороты передних колёс.
Указанные элементы объединяются в единую систему патрубками, которые рассчитаны на высокое давление. По ним циркулирует рабочая жидкость – масло. Её запас размещён в расширительном бачке, который установлен в самом высоком месте гидросистемы.
В этом бачке для рабочей жидкости размещён фильтрующий элемент и щуп для контроля за её уровнем. При помощи масла трущиеся пары смазываются механизмов, плюс передаются усилия от насоса к гидроцилиндру. Фильтром от грязи и мелкой металлической стружки, образующейся в процессе эксплуатации, служит имеющаяся в бачке сетка.
Если расширительный бачок сделан из полупрозрачного пластика, то уровень жидкости, находящейся в нём, можно проверить простым визуальным осмотром. Но если пластик непрозрачный, либо бачок использован металлический, тогда уровень рабочей жидкости можно проконтролировать при помощи щупа.
В некоторых автомашинах уровень рабочей жидкости ГУРа есть возможность проверить только после кратковременной работы мотора, либо при вращении рулевым колесом несколько раз в разные стороны, в процессе работы двигателя на холостом ходу. На щупе (или же на самом расширительном бачке) имеются специальные насечки или отметки.
Основные поломки
Так как ГУР – это механизм, рано или поздно он может сломаться. Особенно если учесть, что он постоянно находится в движении. Частота поломок и их серьезность зависит от интенсивности эксплуатации гидроусилителя и его конструкции. На практике, чаще всего «всплывают» следующие неисправности:
- шумит насос;
- ослабевает или изнашивается ремень насоса;
- засоряется фильтрующий элемент в бачке;
- ломается сам насос;
- засоряется клапан насоса;
- недостаточная вязкость у залитой жидкости;
- засоряется гидросистема;
- разгерметизация;
- недостаточно жидкости в бачке.
При возникновении одной из вышеперечисленных неисправностей становится трудно повернуть руль в одну из сторон, сильнее передаются толчки, а также появляются шум и вибрация.
Конструкция механизма
Состоит гидравлический усилитель рулевого колеса из нескольких основных элементов, которые соединены между собою маслопроводами. Это
- роторный насос, приводимый в движение ременной передачей от коленвала мотора автомобиля;
- гидрораспределитель, который направляет усилие в нужные стороны;
- гидравлический цилиндр с поршнем, который жёстким образом (рейками либо тягами) связан с рулевым механизмом;
- расширительный бачок с необходимым запасом гидравлической жидкости (масла).
История появления
Самый первый усилитель руля, о котором чаще всего вспоминают специалисты, появился еще в 1823 году, изобретенный Робертом Гюрней. Впервые о гидравлическом усилителе рулевого механизма в СССР заговорили еще 1950 году, а в 1958 году его впервые установили на автомобиль высокого класса (премиальный по современным меркам) ЗИЛ-111. Чаще всего этот автомобиль использовали для транспортировки первых лиц государства СССР, комфорт должен был быть соответственным.
Сегодня же гидроусилитель рулевого управления можно встретить в любом автомобиле, даже самой простой базовой комплектации. В некоторых автомобилях могут установить электроусилитель руля или же гидроэлектроусилитель, но вот обычный гидроусилитель руля остается самым распространенным. С тем как менялись автомобили и их устройство, инженеры дорабатывали ГУР, его устройство и характеристики. Рассмотрим более подробно устройство и принцип работы механизма.
Насос
Насос гидроусилителя руля нужен для того, чтобы в системе поддерживалось необходимое давление, а также постоянно происходила циркуляция масла. Он устанавливается на блоке цилиндров двигателя, работает от шкива коленвала с помощью приводного ремня.
В принципе, конструктивно данный насос может быть разного типа. Однако на практике повсеместное распространение получили насосы лопастные. Они отличаются высоким коэффициентом полезного действия и серьёзной устойчивостью к износу. Рабочие механизмы данного насоса – вращающийся ротор с лопастями – размещены в металлическом корпусе. В ходе вращения лопасти захватывают рабочую жидкость и под давлением нагнетают её в гидрораспределитель, а далее – в гидроцилиндр.
Поскольку привод насоса производится от шкива коленвала, его производительность и давление напрямую зависят числа оборотов двигателя. Чтобы давление поддерживалось на нужном для нормальной работы уровне (100-150 Бар), применён специальный клапан. Это пневматический либо гидравлический дроссель, который действует автоматически.
Гидрораспределитель
Распределитель гидравлического усилителя руля смонтирован на рулевом валу, или же на элементах рулевого привода. Его назначением является направление потоков рабочей жидкости в соответствующую полость гидроцилиндра, либо её возвращение в расширительный бачок.
Главные элементы распределителя ГУРа – это торсион, поворотный золотник и вал распределителя. Торсион – это тонкий пружинистый металлический стержень, который закручивается под воздействием крутящего момента. Золотник и вал распределителя – это две цилиндрические детали с каналами для жидкости. Они вставлены друг в друга. Золотник связывается с шестернёй рулевого механизма, а вал распределителя – с карданным валом рулевой колонки, т.е. с рулём. Торсион одним концом прикреплён к валу распределителя, а его другой конец вставлен в поворотный золотник.
Распределитель бывает осевым (если его золотник перемещается поступательно), либо роторным (когда золотник вращается).
ГУР: от грузовой техники до легковушек
Гидравлический усилитель рулевого управления (ГУР) – это узел, спрятанный в недрах наших автомобилей, который создаёт дополнительные усилия для поворота колёс, тем самым помогая нам рулить без напряжения мускул.
Несмотря на то, что использование этих устройств на легковых машинах началось примерно с конца 50-х годов прошлого столетия, они ещё долгие десятилетия считались чем-то экзотическим.
Тем не менее, история ГУР уходит корнями даже не в 50-е, всё началось гораздо раньше. Так, первый патент на устройство, напоминающее нынешний гидроусилитель руля был получен аж в 1902 году.
Последующие годы, ознаменованные бурным развитием автопрома, определили нишу, где гидроусилитель чувствовали себя лучше всего и считались наиболее полезными – это грузовая техника.
Гидроцилиндр + соединительные шланги
Гидравлический цилиндр встроен в рейку. Он состоит из поршня и штока, который перемещает рейку под действием давления рабочей жидкости. Соединительными шлангами высокого давления обеспечивается циркуляция масла между распределителем, гидроцилиндром и насосом. Из расширительного бачка в насос, и из распределителя обратно в расширительный бачок масло течёт по шлангам низкого давления.
Гидроцилиндр + соединительные шланги
Принцип работы гидроусилителя
Главная особенность гидроусилителя руля состоит в том, что система задействуется сразу же после запуска двигателя автомобиля, так как вал гидронасоса вращается синхронно с коленчатым валом мотора. Пока водитель не работает рулём, образующееся в маслопроводах давление сбрасывается в расширительный бачок. Принцип работы гидравлического усилителя руля заключается в преобразовании давления рабочий жидкости, создаваемого гидронасосом, в механическую работу, совершаемую поршнем гидроцилиндра. Алгоритм функционирования ГУРа таков:
Рабочая жидкость перекачивается по системе, а избыток давления отправляется в расширительную ёмкость, пока водитель не начнёт поворачивать рулевым колесом. Во время поворота рулём торсион распределителя улавливает направления вращений, за счёт чего срабатывает один из двух клапанов, который открывает проток гидравлической жидкости к поршню цилиндра.
Масло с одной стороны надавливает на поршень, заставляет его толкать рейку или тягу в нужном направлении, пока шофёр не перестанет поворачивать руль. Когда рулевое колесо останавливается в любом положении, то гидрораспределитель закрывает клапан, а поршень прекращает подталкивать рейку.
При вращении рулевого колеса в обратную сторону первый клапан закрывается, и сразу же срабатывает второй. Жидкость поступает к поршню с другой стороны, заставляя его передвигаться и толкать рейку в другом направлении.
К примеру, автомобиль стоит с работающим двигателем на месте, и его колёса при этом установлены прямо. В этом положении гидроусилитель руля не работает, а его жидкость просто перекачивается насосом по системе – из расширительного бачка в гидрораспределитель и назад.
Водитель начинает вращения рулевым колесом. Крутящий момент от руля передаётся валу гидрораспределителя и дальше – торсиону, который начинает закручиваться. Поворотный золотник в тот момент не вращается, так как ему не даёт это делать сила трения. Перемещаясь относительно золотника, вал распределителя открывает канал для поступления масла в одну из полостей гидроцилиндра (в зависимости от того, куда водитель поворачивает руль). Вся рабочая жидкость под давлением отправляется в гидроцилиндр. Масло из второй полости гидроцилиндра поступает в сливную магистраль, и далее в расширительный бачок. Оно надавливает на поршень со штоком, за счёт чего рулевая рейка перемещается и колёса поворачиваются.
Когда водитель прекращает поворот рулевого колеса, однако продолжает удерживать его в повёрнутом положении, рулевая рейка при её перемещении вращает поворотный золотник и выравнивает его относительно вала гидрораспределителя. В тот момент распределитель ставится в нейтральное положение, и рабочая жидкость снова начинает просто вхолостую циркулировать по системе, не совершая работы (как это было при стоящей на месте машине и прямолинейном положении её колёс).
Схема работы гидравлического усилителя руля
Если поворачивать рулевое колесо до упора и при этом увеличивать обороты двигателя нажатием на педаль газа, то давление в контуре гидроусилителя повышается до максимальных значений. Это может привести к протечке сальников и даже к разрыву шлангов. Поэтому производителями автомобилей с гидроусилителями и не рекомендуется удерживать рулевое колесо в крайнем положении дольше пяти секунд.
Если по каким-либо причинам мотор автомобиля заглохнет, или сам гидроусилитель руля сломается и откажет, то у водителя при этом сохранится полный контроль над передними колёсами его автомашины. Просто для поворачивания рулевого колеса водителю уже придётся прилагать некоторые мускульные усилия. Как в «старые добрые времена».
Плюсы и минусы гидроусилителя руля
Нет никаких сомнений в том, что достоинств у системы гидроусиления рулевого управления гораздо больше, чем недостатков. Иначе ГУР не завоевал бы такой всеобщей популярности: ведь им в наше время оснащается абсолютное большинство новых машин всех ведущих автопроизводителей.
Надёжность
Гидравлическая система усиления руля очень надёжна. Она испытана многолетней практикой на различных видах автомашин и показывает практически безупречную безотказность.
Гидравлический усилитель руля обладает способностью развивать серьёзную мощность и преодолевать значительное сопротивление силе трения со стороны колёс. Поэтому применять его есть возможность на автомобилях любой грузоподъёмности и габаритных размеров.
Комфорт
Комфорт в управлении автомобилем для водителя – основная характерная черта и главный плюс рулевого гидроусилителя. ГУР, собственно, и создавался именно с такой целью – значительно облегчить человеку процесс управления автомобилем, избавить его от необходимости прилагать мышечные усилия при оборотах рулевого колеса.
Быстрое реагирование
Так как рулевое колесо вращается с ГУРом гораздо легче, чем без него, и оборотов «баранки» требуется меньше, у водителя появляется возможность живее и оперативнее реагировать на любые быстрые изменения в дорожной ситуации.
Лучшая точность и острота управляемости
Возможности, которые предоставляет использование гидравлического усилителя, дают дополнительный бонус всем производителям автомобилей. Так как ГУР фактически выполняет вместо водителя его физическую работу, в конструкции машин появилась возможность применять рулевые механизмы с меньшим передаточным отношением.
Среди недостатков гидравлического усилителя руля, отмечаются следующие его свойства.
Чтобы не спровоцировать поломку ГУРа, рулевое колесо нельзя надолго задерживать в крайнем правом или левом положении. В особенности – на повышенных оборотах двигателя. В этом случае, из-за образования критически сильного давления, масло может выдавить сальники и вытечь.
Устройство привода гидронасоса выполнено таким образом, что он функционирует безостановочно вместе с двигателем авто. Из-за этого насос изнашивается быстрее и отнимает часть энергии мотора, пусть незначительно, но всё же увеличивая расход горючего.
Все элементы системы гидроусилителя руля нуждаются в периодическом обслуживании, а также требуется следить за уровнем гидравлической жидкости в его расширительном бачке.
ГУРы на автомобилях эконом-класса и машинах бюджетных ценовых категорий при передвижении на больших скоростях делают рулевые колёса малоинформативными. Только в дорогих автомашинах реализовано особенное устройство насоса гидроусилителя руля, которое позволяет снижать давление масла в системе при повышении оборотов силового агрегата. Руль при этом как бы «наливается» некоторой тяжестью, и ощущение «пустоты» при управлении машиной на значительных скоростях не возникает.
Требования к ГУРу
Для обеспечения максимального комфорта современные инженеры предъявляют к гидроусилителю следующие требования:
- надежность устройства;
- бесшумная работа;
- простота в обслуживании и скромные габаритные размеры;
- возможность управления машиной, если ГУР вышел из строя;
- высокая экобезопасность и технологичность;
- плавность и легкость при управлении рулевым колесом;
- небольшой поворотный момент и наличие нейтрального положения;
- обеспечение силового и кинематического следящего действия.
Что предусматривается правилами обслуживания ГУРа
Для обеспечения бесперебойной работы гидроусилителя руля требуется периодически выполнять такие операции по уходу и обслуживанию:
контролировать уровень и состояние рабочей жидкости ГУРа в расширительном бачке;
время от времени осматривать патрубки и штуцеры системы: не появились ли растрескивания и протечки масла;
производить замену гидравлической жидкости – в соотвествии с интервалом, который указан в инструкции по эксплуатации и ремонту;
обращать внимание на появление посторонних шумов, говорящих о серьёзном износе подшипников гидронасоса;
своевременно менять износившийся приводной ремень гидроусилителя руля, чтобы он не порвался в самый неподходящий момент – где-нибудь в дальней дороге. Если проявляются толчки и удары в рулевое колесо – то это характерный признак растянутого, изношенного приводного ремня гидронасоса. Когда ремень проскальзывает, то насос начинает работать рывками, и масло поступает в систему с хорошо различимой пульсацией.
Как часто нужно менять жидкость в ГУРе
Эксперты утверждают, что техническая жидкость в гидроусилителе может использоваться на протяжении всего периода эксплуатации транспортного средства. При этом масло требуется периодически менять. Срок зависит от того, как интенсивно эксплуатирует свой автомобиль владелец. Если в год машина пробегает порядка 10 000-20 000 километров, то масло нужно менять раз в 24-36 месяцев. Стоит напомнить, что в результате эксплуатации ГУРа его элементы начинают нагреваться. Это приводит к повышению температуры масла, что ухудшает его свойства. Менять жидкость следует при появлении горелого запаха либо при наличии посторонних частиц. Всего в гидроусилитель заливается около 1,5 литров масла. Измеряются два уровня – горячий и холодный. В первом случае температура масла находится в пределах от 50 до 80 градусов, во втором – от 0 до 30 градусов.
Автор: П. Афанасьев
