По принципу действия усилители разделяются на две основные группы: с гидравлическим и пневматическим приводами. Наибольшее распространение на автомобилях получили гидравлические усилители рулевого управления (гидроусилители). В устройство гидроусилителя обычно входят: масляный насос, распределитель и силовой цилиндр. По своему конструктивному оформлению гидроусилители выполняются двух типов: с отдельным силовым цилиндром (автомобили ГАЗ, МАЗ, и Урал) и с силовым цилиндром, совмещенным в одном агрегате с рулевым механизмом (автомобили ЗИЛ).

Гидроусилитель первого типа имеет следующее устройство и принцип действия. Гидравлический насос, снабженный бачком с фильтром, приводится в действие от двигателя и создает в системе гидроусилителя необходимое давление жидкости (до 60—70 кГ/см2).

Насос соединяется двумя маслопроводами: нагнетательным и сливным с корпусом распределителя, который обычно закреплен на рулевой тяге, соединенной с рулевой сошкой. Внутри корпуса установлен золотник, связанный болтом со стаканом, в котором с помощью сухарей закреплен шаровой палец сошки 14, могущий несколько перемещаться в корпусе. Каналы корпуса распределителя соединены маслопроводами с обеими полостями силового цилиндра, образованными установленным в нем поршнем. Цилиндр соединен с рамой автомобиля, а шток поршня связан с тягой рулевого управления. Шток и поршень надежно уплотнены в цилиндре. Золотник по концам также надежно уплотнен сальниками в корпусе распределителя.

При среднем положении управляемых колес автомобиля, когда к рулевому колесу усилие не прикладывается, золотник распределителя удерживается сошкой в нейтральном положении. Этому способствует также давление масла в торцовых (реактивных) камерах корпуса с обеих сторон золотника, куда масло проходит через осевые каналы в крайних поясках золотника. При этом выточки золотника сообщают по каналам в корпусе распределителя нагнетательный маслопровод с обеими полостями силового цилиндра (поддерживая в них одинаковое давление) и со сливным маслопроводом, и масло, нагнетаемое насосом, поступает обратно в бачок по сливному маслопроводу.

При повороте рулевого колеса в какую-либо сторону шаровой палец сошки через стакан сдвигает золотник в корпусе в пределах возможного его хода (1—2 мм) от нейтрального положения. Величина хода золотника определяется зазорами между буртом гайки, завернутой в стакан, соединенный с золотником, и стенками переходника корпуса. При этом выточки золотника через каналы в корпусе распределителя сообщают нагнетательный маслопровод по маслопроводу с одной полостью силового цилиндра, а другую полость его по маслопроводу соединяют со сливным маслопроводом. Давлением масла, воздействующим на поршень, на рулевой тяге создается дополнительное усилие, облегчающее поворот управляемых колес. При повороте рулевого колеса в другую сторону соединение полостей силового цилиндра с нагнетательным и сливным маслопроводом изменяется с помощью золотника на обратное, и силовой цилиндр способствует повороту колес в другую сторону. В каналах корпуса распределителя обычно установлен обратный перепускной шариковый клапан, который сообщает нагнетательную магистраль, в случае появления в ней разрежения, со сливной при повороте колес с неработающим усилителем и тем самым обеспечивает свободный поворот колес усилием водителя, приложенным к рулевому колесу при неработающем усилителе.

Для обеспечения нормальной работы гидроусилителя в насосе обычно ставят два клапана: перепускной и предохранительный. Перепускной клапан обеспечивает постоянство производительности насоса при изменении числа оборотов двигателя, а предохранительный клапан ограничивает максимальное давление жидкости в системе (65—70 кГ/см2). В качестве рабочей жидкости применяют жидкие масла: летом турбинное и зимой веретенное АУ. Применяются и другие схемы компоновки элементов гидроусилителя.

Принцип действия усилителя с пневматическим приводом в основном аналогичен рассмотренному, только рабочей средой в этом случае является сжатый воздух, отбираемый обычно из воздушных баллонов тормозной системы с пневматическим приводом.

Для того чтобы действие усилителя было согласовано с величиной усилий, прикладываемых водителем к рулевому колесу, и водитель чувствовал величину сопротивления повороту управляемых колес в разных дорожных условиях или, как говорят, «чувствовал дорогу», в распределителе усилителя обычно имеется специальное следящее устройство. Так, в рассматриваемой схеме гидроусилителя это обеспечивается тем, что имеющиеся на торцах золотника реактивные камеры постоянно сообщены с нагнетательным маслопроводом 5 через небольшие отверстия в крайних поясках золотника. Этим давлением золотник удерживается в среднем положении. При повышении сопротивления повороту колес (в ухудшенных дорожных условиях) давление в системе гидроусилителя возрастает. При этом вследствие возрастания давления в соответствующей торцовой — реактивной камере корпуса распределителя, для перемещения золотника из среднего положения требуется большее усилие, что соответственно повышает усилие, требуемое для поворота, и на рулевом колесе.

Конструкция усилителей различных типов предусматривает возможность поворота управляемых колес автомобиля в случае Необходимости только усилием водителя, приложенным к рулевому колесу, т. е. так же, как в простом рулевом управлении. Это бывает необходимым при нарушении нормальной работы усилителя вследствие возникновения в нем каких-либо неисправностей. Однако длительное пользование рулевым управлением без усилителя может привести к повышенным износам его элементов и не рекомендуется.

Наличие усилителя снижает величину усилия, прикладываемого водителем к рулевому колесу, в 2—3 раза по сравнению с простым рулевым управлением.

Большим достоинством рулевого управления, снабженного усилителем, является повышение безопасности движения автомобиля, так как в случае резкого падения давления в одной из шин управляемых колес при ее повреждении устраняется возможность резкого поворота колес, что имеет место при простом рулевом управлении и может быть причиной аварии автомобиля.

Устройство и действие лопастного насоса гидроусилителя

Наибольшее применение в гидравлических усилителях получил насос лопастного типа двойного действия. Его конструкция для автомобилей различных марок, снабженных гидроусилителями, в основном унифицирована и отличается лишь некоторыми незначительными изменениями. Ниже рассматривается устройство и действие лопастного насоса производства ЗИЛ.

В корпусе насоса, отлитом из чугуна, установлен на шариковом и игольчатом подшипниках вал, на наружном конце которого закреплен на шпонке гайкой приводной шкив. Вал уплотнен в корпусе сальником. На шлицах внутреннего конца вала закреплен ротор, изготовленный из стали. В радиальные пазы ротора свободно вставлены стальные лопасти (10 шт.). Ротор с лопастями расположен внутри статора, который вместе с распределительным диском и чугунной крышкой крепится к корпусу болтами. Положение статора с распределительным диском относительно корпуса фиксируется двумя установочными шпильками.

Статор уплотнен менаду корпусом и крышкой резиновыми кольцевыми прокладками.

Сверху па корпусе и крышке установлен на прокладке и закреплен болтами стальной штампованный бачок вместе с направляющим коллектором. В бачке сверху установлен заливной сетчатый фильтр и бачок закрыт крышкой. Между крышкой и корпусом установлена прокладка. Крышка надевается на шпильку, завернутую в коллектор, и с помощью барашка притягивается к корпусу. Полость бачка сообщается с атмосферой через сапун, расположенный на крышке. Через канал коллектора полость бачка сообщается с полостью корпуса и с каналом крышки, в которой установлены перепускной и предохранительный клапаны с пружинами. Сбоку в бачок вварен штуцер сливного маслопровода, на внутреннем конце которого расположен сливной сетчатый фильтр. Фильтр снабжен тарельчатым предохранительным клапаном с пружиной, пропускающим масло из сливного штуцера в бачок, минуя фильтр в случае его сильного загрязнения. К штуцеру присоединяется сливной маслопровод (гибкий шланг) от распределителя управления гидроусилителем.

В цилиндрической выточке статора имеются две выемки, заходя в каждую из которых лопасти ротора обеспечивают всасывание и нагнетание жидкости. Начало каждой полости (по ходу вращения ротора) через отверстия в статоре и выемке на распределительном диске сообщается с полостью корпуса, откуда к лопастям ротора подходит масло. Конец каждой полости через сквозные продолговатые отверстия в распределительном диске сообщается с полостью А высокого давления в крышке. Эта полость через конусные продолговатые отверстия в распределительном диске и два канала сообщается с пазами ротора под лопастями, что обеспечивает дополнительное прижатие лопастей к стенке камеры статора, которые при вращении ротора прижимаются к стенке камеры в основном действием центробежной силы.

Нагнетательная полость А крышки через калиброванное отверстие (жиклер) соединена с каналом, к которому с помощью штуцера присоединяется нагнетательный маслопровод (гибкий шланг), идущий к распределителю управления гидроусилителем.

В канале крышки корпуса установлен плунжерный перепускной клапан с пружиной, упирающийся в нерабочем состоянии в диск распределителя и закрывающий проходное отверстие вертикального канала. Внутри перепускного клапана установлен шариковый предохранительный клапан с толкателем, нагруженный малой пружиной. Капал перепускного клапана сообщается с нагнетательным каналом через отверстие.

Работа насоса происходит следующим образом. При вращении вала насоса вместе с ротором лопасти его под действием центробежной силы и давления масла в пазах постоянно прижимаются к внутренней поверхности камеры статора, перемещаясь радиально в своих пазах. При этом лопасти захватывают масло, поступающее из полости корпуса, и подают его под большим давлением через отверстия в распределительном диске в нагнетательную полость А крышки, откуда масло через жиклер и канал поступает в нагнетательный маслопровод усилителя.

Из гидроусилителя масло по сливному маслопроводу поступает через сливной фильтр обратно в бачок.

Перепускной клапан ограничивает предельную производительность насоса в случае повышения числа оборотов коленчатого вала двигателя и связанного с ним вала насоса. При повышении числа оборотов ротора давление в полости нагнетания А возрастает в большей степени, чем в канале, за счет калиброванного отверстия, соединяющего их. При этом повышенном давлении перепускной клапан открывается и перепускает масло из нагнетательной полости А обратно в бачок, что ограничивает количество масла, поступающего в магистраль к усилителю.