Военное образование в России

Глава 11. Рулевое управление

Рулевой усилитель

Рулевой усилитель гидравлический, встроенный. В качестве рабочей жидкости применяется масло марки «Р», заменители масло веретенное АУ или масло АУп. Вместимость системы 4,2 л.

В состав рулевого усилителя входит масляный насос 4 (рисунок 11.14), распределитель 19, силовой цилиндр 7, 25, масляный радиатор 28, шланги и трубопроводы.

Источником энергии в гидравлическом усилителе является масляный насос, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя через шестерни привода агрегатов.

Масляный насос лопастной, двойного действия. Масляный насос крепится к картеру привода агрегатов тремя болтами.

Насос состоит из корпуса 1 (рисунок 11.15) с установленным на подшипниках 22, 25 валом насоса 26 и крышки 17, между которыми расположены статор 21 и ротор 19 с лопастями. В расточке крышки установлены распределительный диск 18 и блок клапанов – перепускной и предохранительный. В верхней части насоса установлен бачок 4, в котором размещены фильтр 13 насоса, заливной фильтр 5 с пробкой 6, оснащенной масломерным щупом, коллектор 3 и сливная трубка 14. Бачок закрыт крышкой 11, на которой установлен предохранительный клапан 10, отрегулированный на давление 0,12-0,24 кгс/м².

1 – корпус; 2 – кольцо упорное; 3 – коллектор; 4 – бачок; 5 – фильтр заливной; 6 - пробка заливной горловины бачка; 7, 29 – шайба; 8 – гайка- барашек; 9, 20 – уплотнительное кольцо; 10 - клапан предохранительный; 11 – крышка бачка; 12 , 15, 16 – прокладка уплотнительная; 13 – фильтр насоса; 14 – трубка бачка; 17 – крышка насоса; 18 - распределительный диск;

19 – ротор с лопастями; 21 – статор; 22 – подшипник роликовый; 23 – манжета; 24 – кольцо маслоотгонное; 25 – подшипник шариковый; 26 – вал насоса; 27 – гайка; 28 – шплинт;

30 – шестерня привода насоса; 31 – шпонка; 32 – кольцо стопорное

Рисунок 11.15 - Масляный насос рулевого усилителя

На вале насоса 26 установлена шестерня 30 привода, а на противоположном шлицевом конце - ротор с лопастями. Вал со стороны корпуса снабжен самоподвижной манжетой 23 и маслоотгонным кольцом 24.

Главными элементами насоса, обеспечивающими создание давления, является рабочая пара статор - ротор с лопастями (рисунок 11.16.).

Статор 2 представляет собой стальную деталь с овальным отверстием специальной формы в центре. Ротор 3 - цилиндрическая деталь со шлицевым отверстием в центре для соединения с приводным валом, имеет радиальные пазы, в которые свободно установлены пластинчатые лопасти 1.

С другой стороны к ротору прилегает распределительный диск 18(рисунок 11.5). Между каждыми двумя лопастями и двумя торцовыми поверхностями образуется камера. Утечка масла из нее мала даже при максимальном давлении из-за малых торцовых зазоров.

Объем пространства между двумя лопастями, корпусом и распределительным диском при вращении ротора циклически изменяется от минимального до максимального два раза за один оборот ротора. В том месте, где начинается увеличение объема камеры, в корпусе насоса выполнено отверстие 8, через которое подводится из бачка масло (рисунок 11.17,а). Диаметрально противоположно выполнено второе входное отверстие. За счет разрежения масло заполняет пространство между лопастями, причем подача масла в камеру производится с двух сторон, как со стороны корпуса, так и стороны распределительного диска через три перепускные отверстия 7 в статоре и лунки 4 в распределительном диске.

При дальнейшем вращении ротора происходит уменьшение объема между лопастями, что приводит к повышению давления масла, которое через нагнетательные каналы 1 в распределительном диске направляется в систему.

Полости нагнетания так же, как и полости всасывания расположены друг против друга. Поэтому силы давления масла на ротор взаимно уравновешиваются и не нагружают подшипники вала насоса радиальными усилиями.

Дополнительные каналы 2 и 3 меньшего размера в распределительном диске соединяют пространство под лопастями в роторе с полостью в крышке насоса. Этим предотвращается запира­ние масла, которое препятствовало бы радиальному перемещению лопастей и одновременно обеспечивается поджатие лопастей к статору давлением масла.

а

б

а – установка распределительного диска; б – общий вид; 1 – нагнетательные каналы;

2, 3 – разгрузочные каналы, 4 – лунки; 5 – центрирующие отверстия; 6 – нагнетательная полость; 7 – перепускные отверстия

Рисунок 11.17 - Распределительный диск

Уплотнение рабочих полостей при давлении, доходящем до 8,7 МПа (75 кгс/см²), обеспечивается тем, что все зазоры, через которые оно может перетекать, очень малы. Это достигается высокой точностью изготовления деталей насоса и, кроме того, ротор, статор и лопасти сортируют по длине и собирают по размерным группам. Разукомплектовка их недопустима.

Производительность масляного насоса обеспечивает работу рулевого усилителя даже при минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя. Если насос подает в систему усилителя достаточное количество масла на холостом ходу, то при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя его производительность может возрасти в 7-8 раз. Такого количества масла трубопроводы и распределитель не смогут пропустить. Для ограничения производительности насоса на выходе из полости А (рисунок 11.18) выполнено калиброванное отверстие 5, способное пропустить в единицу времени строго определенное количество масла, и в крышке насоса установлен перепускной клапан 1, открывающийся когда производительность насоса превысит пропускную способность калиброванного отверстия 5. В этом случае избыточное количество масла направляется через коллектор на вход в насос.

1 – перепускной клапан; 2 – предохранительный клапан; 3 – вертикальный канал; 4 – крышка насоса; 5 – калиброванное отверстие; 6 – распределительный диск

Рисунок 11.18 - Крышка насоса

Для ограничения максимального давления в системе рулевого усилителя в расточке перепускного клапана установлен предохранительный клапан 2, который открывается в том случае, если давление в гидравлическом усилителе достигнет 0,79-0,84 МПа (80-85 кгс/см²). Открытие предохранительного клапана способствует открытию перепускного клапана, который снижает производительность насоса, одновременно ограничивая максимальное давление в системе рулевого усилителя. Работа клапанов насоса показана на рисунке 11.19.

На некоторых режимах работы усилителя (например, поворот колес до упора) масло не может поступать из насоса в систему усилителя. В этом режиме насос не может долго работать, так как наблюдается повышенный нагрев масла, что может привести к перегреву насоса и задиру на рабочей поверхности статора. Для уменьшения негативного влияния данного режима на работу насоса в гидросистеме рулевого усилителя уставлен второй предохранительный клапан размещенный в корпусе распределителя 7 (рисунок 11.6), отрегулированный на давление 7,5-8,0 МПа (75-80 кгс/см²). При повышении давления масла в гидросистеме до величины его открытия происходит перепуск масла на слив в бачок через масляный радиатор 29, где нагретое масло охлаждается. В этом главное отличие работы масляного насоса с дополнительным предохранительным клапаном.

а – работа перепускного клапана; б – работа предохранительного клапана

Рисунок 11.19 - Схема работы клапанов масляного насоса рулевого усилителя

Очистка масла, поступающего из гидросистемы в насос, осуществляется масляным фильтром, установленным в бачке насоса. Фильтр полнопоточный, с бумажным фильтрующим элементом. В верхней части фильтра установлен предохранительный клапан, срабатывающий при засорении фильтрующего элемента. Для предохранения от попадания в насос инородных частиц при заправке масла в заливной горловине установлен заправочный сетчатый фильтр. Проверка уровня масла в бачке производится указателем, расположенным в крышке заливной горловины.

Исполнительным устройством рулевого усилителя является силовой цилиндр, выполненный вместе с картером рулевого механизма. Поршень, изготовленный вместе с рейкой рулевого механизма, имеет уплотнительные кольца и передает усилие непосредственно на зубчатый сектор вала сошки. Уплотнение силового цилиндра в зоне выхода винта рулевого механизма осуществляется также с помощью уплотнительного кольца.

В верхней части рулевого механизма установлен перепускной клапан 11 (рисунок 11.10), позволяющий удалять из силового цилиндра воздух при заполнении гидросистемы рулевого усилителя маслом. Слив масла из силового цилиндра и гидросистемы рулевого усилителя производится через пробку 16.

Масляный радиатор алюминиевый, выполнен из оребренной трубки, установлен на кронштейнах перед радиатором системы охлаждения двигателя.

При работающем двигателе масляный насос постоянно подает масло в систему рулевого усилителя. Это масло поступает к распределителю, предназначенному для управления исполнительным механизмом - силовым цилиндром. Если рулевое колесо неподвижно, распределитель направляет масло, поступающее от масляного насоса одновременно в обе полости силового цилиндра и затем обратно в бачок.

Если водитель начинает поворачивать рулевое колесо, распределитель направляет все масло, подводимое от насоса, в одну из полостей силового цилиндра в зависимости от направления поворота. При этом противоположная полость силового цилиндра соединяется через распределитель со сливом в бачок.

В рулевом усилителе КамАЗ-43114 используется золотниковый распределитель с осевым золотником, реактивными плунжерами и центрирующими пружинами, который установлен в передней части углового редуктора и крепится к нему с помощью четырех шпилек с гайками и болтом.

В состав распределителя входит корпус 3 (рисунок 11.20) с передней крышкой 1; золотник 8; три пары реактивных плунжеров 2 с центрирующими пружинами 4, установленные в сквозных отверстиях корпуса; два плунжера 6 и один реактивный плунжер 16 с обратным клапаном 17, установленные в глухих отверстиях корпуса; два упорных роликовых подшипника 5 с деталями крепления, предохранительный клапан 15; масляные каналы и проточки, выполненные в корпусе распределителя.

1 – передняя крышка; 2 – реактивный плунжер; 3 – корпус распределителя; 4, 7, 12 – пружины; 5 – упорный роликовый подшипник; 6 – плунжер глухого отверстия; 8 – золотник;

9 – тарельчатая пружина; 10 – гайка; 11 – регулировочный винт предохранительного клапана; 13 – контргайка; 14 – уплотнительное кольцо; 15 – предохранительный клапан; 16 – реактивный плунжер с обратным клапаном; 17 – обратный клапан; 18 – колпак регулировочного винта предохранительного клапана

Рисунок 11.20 - Распределитель рулевого усилителя

Корпус 3 распределителя имеет выполненные с большой точностью отверстия - центральное и шесть меньшего диаметра отверстий (три сквозных и три глухих), расположенных вокруг него. В центральном отверстии выполнены три кольцевые проточки. Центральная проточка соединена каналом с масляным насосом и предохранительным клапаном 18 (рисунок 11.14), полость которого соединена с линией слива. Крайние проточки соединены также с линией слива масла в бачок. На поясках корпуса выполнены отверстия, связывающие через масляные каналы полость распределителя с полостями силового цилиндра.

Золотник 8 (рисунок 11.20), установленный в центральное отверстие корпуса распределителя, также имеет две кольцевые проточки. Его длина превышает длину корпуса распределителя на 2,4 мм (рисунок 11.21). Золотник связан с винтом рулевого механизма через два роликовых упорных подшипника 5 (рисунок 11.20), поджатых к золотнику с помощью гайки 10. Под гайку подложена тарельчатая пружина 9, обеспечивающая постоянство натяга упорных роликовых подшипников. Большие кольца роликовых упорных подшипников обращены к золотнику. Между подшипниками и корпусом распределителя, в среднем положении золотника устанавливается зазор 1,2 мм с каждой стороны.

1 – передняя крышка; 2, 8 – кольцо упорного подшипника; 3 – реактивный плунжер; 4 – корпус распределителя; 5 – центрирующая пружина; 6 – корпус углового редуктора;

7 – золотник

Рисунок 11.21 - Центрирование золотника

Золотник удерживается в среднем положении с помощью центрирующих пружин 5 (рисунок 11.21) и реактивных плунжеров 3, которые под действием усилия пружин и давления масла удерживаются в контакте с буртиком передней крышки 1 и корпусом углового редуктора 6, а через большие кольца 2 и 8 упорных подшипников осуществляется связь с золотником. Это состояние деталей распределителя соответствует среднему положению золотника. Аналогично взаимодействуют с корпусом углового редуктора и большим кольцом упорного подшипника 8 три реактивных плунжера, установленные в глухих отверстиях. В одном из этих плунжеров размещается обратный шариковый клапан 17 (рисунок 11.20), обеспечивающий возможность управления автомобилем при неработающем масляном насосе рулевого усилителя за счет соединения между собой полостей силового цилиндра.

В нижней части корпуса распределителя размещен предохранительный клапан 15.

От насоса к корпусу распределителя рулевого усилителя подведены рукава и трубки высокого и низкого давления. По первым масло направляется к механизму, а по вторым – возвращается в бачок насоса.