2 Разработка электроусилителя

2.1 Анализ существующих конструкций рулевых механизмов

Рулевое управление с механическим приводом (рисунок 2.1) представляет собой винтовую пару, размещенную в нижней части рулевой колонки. На конец рулевого вала, имеющего трапецеидальную резьбу, навинчивают фасонную гайку, соединенную шарнирно со спаренным рычагом. Рычаг установлен на валу сошки, на шлицевом конце которого последовательно закреплены сошка и продольная тяга привода рулевого управления. Вращение рулевого колеса через шлицевое соединение передается валу и гайке, благодаря чему обеспечивается поворот спаренного рычага и сошки. В верхней части рулевого вала имеется коническая ведущая шестерня, находящаяся в постоянном зацеплении с шестерней реверса руля. При реверсивном управлении рулевое колесо оборудуют на вале шестерни.

Регулировка рулевого механизма конструкцией не предусмотрена.

1 - рулевое колесо; 2 - сошка 3 - рулевой механизм 4 - продольная тяга; 5 - угловой

поворотный рычаг; 6 - поперечная тяга; 7 - поворотный рычаг; 8 - цапфа колеса.

Рисунок 2.1 Схема рулевого управления с механическим приводом

Рулевое управление с гидроусилителем (рисунок 2.2) выполнен в одном агрегате с механизмом управления. Кроме гидроусилителя, в управление входят рулевой привод, а также привод рулевого механизма, соединяющего рулевое колесо с гидроусилителем. Привод рулевого механизма состоит из двух трубчатых валов, соединенных между собой шарнирной муфтой. Передний вал имеет шлицевую втулку, надетую на наружный конец червяка механизма рулевого управления. Задний вал, на котором оборудовано рулевое колесо, смонтирован в специальной стойке на двух втулках. Стойка рулевого вала закреплена на кронштейне рычагов управления гидросистемой.

Механизм рулевого управления (двухзаходный червяк и косозубый сектор) установлен на корпусе. Внутренняя полость корпуса используется в качестве масляного бака гидроусилителя. Силовой цилиндр к гидроусилителю крепится крышками и четырьмя болтами. Поршень цилиндра уплотнен резиновыми и двумя кожаными кольцами. Сектор одновременно находится в зацеплении с червяком и рейкой штока. Зацепление червяк - сектор регулируется поворотом эксцентричной регулировочной крышки втулки, зацепление рейка - сектор - изменением числа прокладок под фланцем упора. Сектор и сошка посажены на поворотный вал на конических прямоугольных шлицах. Золотник распределителя смонтирован на хвостовике червяка. Корпус распределителя закреплен болтами на корпусе усилителя.

Центрирующие пружины удерживают золотник в нейтральном положении. Ползуны, на которые воздействуют пружины, с одной стороны упираются в корпус усилителя, с другой - в крышку распределителя и частично в упорные шайбы. В клапанной крышке размещен предохранительный клапан, ограничивающий давление масла в пределах 75-80 кгс/см ² . Предохранительный клапан состоит из шарика, седла, пружины, двух алюминиевых прокладок и регулировочной пробки.

К особенностям работы рулевого управления с гидроусилителем относится возможность обеспечения им как механической, так и гидравлической связи между рулевым и направляющим колесами. Поворот направляющих колес при малых сопротивлениях повороту происходит без включения в работу гидроусилителя, потому что осевое усилие на червяке недостаточно для сжатия центрирующих пружин и перемещения золотника. В этом случае червяк поворачивает зубчатый сектор и поворотный вал, далее через сошку усилие передается на рулевую трапецию и направляющие колеса.

Если при больших сопротивлениях повороту осевое усилие на червяке превышает усилие предварительного сжатия пружин, центрирующих золотник распределителя, начинает действовать гидравлическая система. Осевой сдвиг вызывает перемещение золотника, обеспечивая подачу масла в соответствующую полость цилиндра. При повороте рулевого колеса червяк навинчивается на сектор или свинчивается с него до упора шайб в корпус и перемещает золотник, который открывает каналы распределителя. Масло, подаваемое насосом, под давлением поступает в одну из полостей силового цилиндра и перемещает поршень и шток. Шток, воздействуя через рейку на сектор, поворачивает вал и сошку в одну или другую сторону в зависимости от направления поворота рулевого колеса. При давлении выше 75-80 кгс/см ²

масло отжимает шариковый предохранительный клапан и, минуя распределитель, поступает в сливную полость гидроусилителя.

1 - руль; 2 - поворотный вал; 3 - сектор; 4 - рейка;

5 - поршень;6 - золотник; 7 - червяк; 8 - насос; 9 - бак.

Рисунок 2.2 Схема рулевого управления с гидравлическим усилителем руля

Двухконтурные схемы гидрообъёмного рулевого управления (рисунок 2.3) применяются для колесных тракторов тягового класса 3,0 и выше. В них масло от гидронасоса к исполнительному гидроцилиндру поступает по двум гидравлическим цепям.

Усилитель потока управляет потоком масла, поступающим от насоса к гидроцилиндру в соответствии с направлением и величиной управляющего потока, задаваемого насосом - дозатором. Усилитель потока состоит из распределительного золотника, регулятора давления, малого и большого дросселей, регулятора потока и обратного клапана. Порядок работы рассматриваемой системы при повороте трактора состоит в следующем. При повороте рулевого колеса золотник насоса дозатора смещается из нейтрального положения в сторону, зависящую от направления через дозатор (мотор-насос) под соответствующий торец золотника и перемещает его в противоположное крайнее положение. При этом создается давление и под торцом регулятора давления. Масло от насоса-дозатора через малый дроссель и золотник поступает к соответствующей полости силового гидроцилиндра. Одновременно масло через обратный клапан, регулятор давления, большой дроссель и золотник также попадает в гидроцилиндр. Так как регулятор давления уравновешивает давление перед дросселями, расход масла будет пропорционален площадям их проходных сечений. Изменяя площадь проходного сечения дросселя, можно в достаточно широких пределах менять величину расхода масла.

При прекращении подачи масла от насос - дозатора золотник усилителя потока под действием пружин возвращается в нейтральное положение и запирает полости гидроцилиндра. Разгрузка гидронасоса на слив масла в бак происходит через регулятор потока и насос - дозатор.

При неработающем гидронасосе дозатор работает от рулевого колеса, а всасывание масла производится через два обратных клапана. При этом усилие на рулевом колесе существенно не возрастает, но значительно увеличивается число оборотов рулевого колеса для выполнения поворота трактора.

1 - руль; 2 - золотник; 3 - насос дозатор; 4 - малый дроссель;

5 - распределительный золотник; 6 - силовой г.ц.; 7 - большой дроссель;

8 - регулятор давления; 9 - дозатор; 10 - регулятор потока;

11 - обратный клапан; 12 -гидронасос; 13 - бак; 14 - обратный клапан.

Рисунок 2.3 Схема рулевого управления с двухконтурным ГОРУ

Электрический усилитель руля (ЭУР) - электромеханическая система автомобиля, предназначенная для снижения управляющего усилия, прикладываемого к рулевому колесу. В конструкции современного автомобиля электроусилитель рулевого управления постепенно заменяет гидроусилитель руля.

Основными преимуществами электроусилителя руля в сравнении с гидроусилителем рулевого управления являются:

- удобство регулирования характеристик рулевого управления;

- высокая информативность рулевого управления;

- высокая надежность в связи с отсутствием гидравлической системы;

- топливная экономичность, обусловленная экономным расходованием энергии.

Наиболее совершенным с точки зрения конструкции является электромеханический усилитель рулевого управления. Известными конструкциями такого усилителя являются:

- электромеханический усилитель руля с двумя шестернями (рисунок 2.4);

- электромеханический усилитель руля с параллельным приводом (рисунок 2.5).

Электромеханический усилитель рулевого управления имеет следующее устройство:

- электродвигатель усилителя;

- механическая передача;

- система управления.

1 - датчик крутящего момента на рулевом колесе; 2 - электронный блок управления;

3 - электродвигатель; 4 - шестерня вала рулевого управления; 5 - зубчатая рейка;

6 - шестерня усилителя руля; 7 - карданный вал рулевого управления; 8 - датчик угла поворота рулевого колеса

Рисунок 2.4 Схемаэлектромеханического усилителя руля c двумя шестернями

Электроусилитель руля объединен с рулевым механизмом в одном блоке. В конструкции усилителя устанавливается, как правило, асинхронный электродвигатель.

Механическая передача обеспечивает передачу крутящего момента от электродвигателя к рейке рулевого механизма. В электроусилителе с двумя шестернями одна шестерня передает крутящий момент на рейку рулевого механизма от рулевого колеса, другая – от электродвигателя усилителя. Для этого на рейке предусмотрены два участка зубьев, один из которых служит приводом усилителя.

1 - вал-шестерня; 2 - торсионный стержень; 3 - датчик крутящего момента на рулевом колесе; 4 - зубчатая рейка; 5 - гайка на циркулирующих шариках; 6 - ременная передача; 7 – электродвигатель; 8 - электронный блок управления

Рисунок 2.5 Схема электромеханического усилителя руля c параллельным приводом

В электроусилителе с параллельным приводом усилие от электродвигателя передается на рейку рулевого механизма с помощью ременной передачи и специального шариковинтового механизма.

Система управления электроусилителем руля включает следующие элементы:

- входные датчики;

- электронный блок управления;

- исполнительное устройство.

К входным датчикам относятся датчик угла поворота рулевого колеса и датчик крутящего момента на рулевом колесе. Система управления электроусилителем руля также использует информацию, поступающую от блока управления ABS (датчик скорости автомобиля) и блока управления двигателем (датчик частоты коленчатого вала двигателя).

Электронный блок управления обрабатывает сигналы датчиков. В соответствии с заложенной программой вырабатывается соответствующее управляющее воздействие на исполнительное устройство – электродвигатель усилителя.

Электроусилитель руля обеспечивает работу рулевого управления автомобиля в следующих режимах:

- поворот автомобиля;

- поворот автомобиля на малой скорости;

- поворот автомобиля на большой скорости;

- активный возврат колес в среднее положение;

- поддержание среднего положения колес.

Поворот автомобиля осуществляется поворотом рулевого колеса. Крутящий момент от рулевого колеса передается через торсион на рулевой механизм. Закрутка торсиона измеряется датчиком крутящего момента, угол поворота рулевого колеса – датчиком угла поворота рулевого колеса. Информация от датчиков, а также информация о скорости автомобиля, частоте вращения коленчатого вала двигателя, передаются в электронный блок управления. Блок управления рассчитывает необходимую величину крутящего момента электродвигателя усилителя и путем изменения величины силы тока обеспечивает ее на электродвигателе. Крутящий момент от электродвигателя передается на рейку рулевого механизма и далее, через рулевые тяги, на ведущие колеса.

Таким образом, поворот колес автомобиля осуществляется за счет объединения усилий, передаваемых от рулевого колеса и электродвигателя усилителя.

Поворот автомобиля на небольшой скорости обычно производится при парковке. Он характеризуется большими углами поворота рулевого колеса. Электронная система управления обеспечивает в данном случае максимальный крутящий момент электродвигателя (т.н. «легкий руль»).

При повороте на высокой скорости, напротив электронная система управления обеспечивает наименьший крутящий момент (т.н. «тяжелый руль»).

Система управления может увеличивать реактивное усилие, возникающее при повороте колес. Происходит т.н. активный возврат колес в среднее положение.

При эксплуатации автомобиля нередко возникает потребность в поддержании среднего положения колес (движение при боковом ветре, разном давлении в шинах). В этом случае система управления обеспечивает коррекцию среднего положения управляемых колес.