Особенности и анализ функционирования электрогидравлического усилителя рулевого управления транспортных средств

Введение. Результаты научно-технического прогресса в области технического обеспечения аграрного производства способствуют существенному повышению эффективности его функционирования [1, 2, 4, 7, 12, 18]. Значительный объем технологических операций в сельскохозяйственной отрасли выполняется с помощью автотракторной техники, совершенствованию работы которой уделяется немало внимания со стороны исследователей [3, 8, 9, 10, 12, 13, 16, 17, 19]. Модернизации работы этих машин способствует интегрирование в них современных передовых разработок [5, 11]. Одним из ключевых составных элементов транспортных средств является система управления [6, 14, 15]. Важнейший аспект, которой представляет собой рулевое управление. Эта система включает в себя комплекс механизмов, предназначенный для осуществления движения технических средств по заданной траектории. Большинство современных мобильных машин оснащено усилителями рулевого управления, обеспечивающих не только улучшение комфорта, но и уменьшение утомляемости водителя.

Цель работы – изучить конструктивные особенности и выполнить анализ функционирования электрогидравлического усилителя рулевого управления транспортных средств для правильной его эксплуатации.

Методика проведения исследований . Осуществить обзор и анализ литературных источников для изучения особенностей конструкции и функционирования электрогидравлического усилителя рулевого управления автотракторной техники.

Результаты исследования. В настоящее время усилители рулевого управления структурируются на следующие типы.

• -    Электроусилитель руля (ЭУР)

• -    Электрогидроусилитель руля (ЭГУР)

• -    Гидроусилитель руля (ГУР)

• -    Механический усилитель руля (условно) – рулевой механизм с увеличенным (по сравнению с обычным) передаточным отношением.

• -    Пневмоусилитель руля.

Наибольшую актуальность на современных транспортных средствах имеют такие усилители как электрические усилители руля, в том числе электрогидроусилители, а также гидроусилители. Поэтому рассмотрим аспекты их конструкции и кроме того, особенности функционирования.

Гидравлические усилители руля (ГУР) по сравнению с электрическими усилителями обеспечивают (ЭУР) генерацию большего значения усилия в механизме привода рулевого управления. Однако среди недостатков ГУР выделяется отбор мощности двигателя на постоянной основе, в том числе применение в качестве рабочей жидкости гидравлических масел, влекущих добавочные материальные затраты, а также требующих усилий по их экологически безопасной эксплуатации.

Положительная сторона использования ЭУР – это функционирование его только лишь при выполнении маневрирования транспортного средства. Недостаток этой системы представляет собой – генерирование ограниченного значения усилия в механизме рулевого привода, что исключает возможность ее эксплуатации на тяжелой технике.

Интегрирование электроники в ГУР и ЭУР позволило модернизировать эти системы и сформировать электрогидравлический усилитель (ЭГУР). Это дало возможность частично решить задачу по увеличению вырабатываемого усилия в механизме рулевого привода, а именно исключить использование мощности двигателя при движении транспортного средства в прямолинейном направлении.

Электрогидравлические усилители структурируются на два типа – первый оснащен электромагнитным клапаном, а второй – электрическим насосом. Информация о скорости движения машины, угла поворота руля, частоты вращения коленчатого вала, поступает от датчиков к электронному блоку управления, в котором она мгновенно обрабатывается и передается на исполнительные устройства. Комплект датчиков коррелируется с моделью транспортного средства.

В устройстве первого типа распределитель гидравлического контура дополнительно оборудован электромагнитным клапаном, а также камерой обратного действия с поршнем. При осуществлении поворота колес на месте, в том числе при перемещении с незначительной скоростью клапан находится в положении «открыто», давление имеет максимальное значение – усилие для привода в действие руля минимальное. В процессе увеличения скорости клапан, в результате получаемого сигнала от блока управления, пропорционально закрывается. Это ведет к уменьшению значения давления в системе и соответственно усилие на руле возрастает. И все же эта система не исключает потребление части мощности двигателя.

Устройство второго типа – более совершенное и отличается тем, что вместо гидронасоса установлен гидронасос, который приводится в действие не с помощью коленчатого вала, а индивидуальным электрическим насосом, функционирование которого управляется посредством блока управления. В варианте, когда скорость движения авто незначительная значение частоты вращения насоса максимальное, а когда скорость движения машины становится большой – лимитируется блоком управления. Использование электрического насоса вместо гидравлического насоса экономит топливо до 0,2 л на 100 км пробега.

Уровень требуемого давления рабочей жидкости для функционирования гидравлического усилителя руля обеспечивается посредством гидравлического насоса, привод которого осуществляется от двигателя внутреннего сгорания машины. Это сопровождается потреблением энергии, вырабатываемой мотором транспортного средства на постоянной основе независимо от маневрирования мобильной машины. Как правило значение наибольшего усилия требуется при осуществлении автомобилем маневрирования, что сопровождается работой коленчатого вала на минимальных оборотах. Мощность насоса проектируется соответствующей этому варианту. Это предполагает, что более быстрое выполнение поворота управляемых колес ведет к большей частоте вращения вала насоса и как следствие повышенному расходу рабочей жидкости, а образуемые ее излишки направляются в расширительный бачок.

Отличительной особенностью электрогидравлического усилителя является наличие отдельного электрического двигателя для привода электрического насоса. Электродвигатель функционирует только при вращении рулевого колеса, то есть насос генерирует давление в гидроконтуре усилителя.

Действие ЭГУР не коррелируется с работой двигателя транспортного средства и использует мощность, которую производит генератор только во время совершения маневров мобильной машины.

Рисунок – Составляющие элементы электрогидравлического усилителя [20]

Корпус поворотного золотника ЭГУР оснащен датчиком усилителя руля, передающего информацию о значении скорости поворота рулевого колеса на электронный блок управления. В том числе блок управления обрабатывает данные о скорости автомобиля. В результате осуществляется регулирование усилителя руля в корреляции со скоростью поворота рулевого колеса, а также скорости движения транспортного средства.

К достоинствам ЭГУР относятся сокращение затрат энергии в пределах до 85 %, минимизация вредного воздействия на биосферу вследствие уменьшения затрат энергии, включая количество рабочей жидкости в гидравлической системе по сравнению с традиционным усилителем руля.

Перечень ключевых преимуществ электрогидравлического усилителя руля включает в себя сокращение расхода топлива в процессе эксплуатации машины, кроме того, улучшение активной безопасности за счет уменьшения усилий на рулевом колесе.

Вывод. Осуществленный обзор литературных источников позволил изучить особенности конструкции электрогидравлического усилителя рулевого управления транспортных средств и выполнить анализ его функционирования, способствующий правильной эксплуатации этой системы и дальнейшей ее модернизации.