Гидровакуумный и вакуумный усилители

В гидроприводе легковых и легких грузовых автомобилей для уменьшения усилия на тормозной педали применяют вакуумые усилители, использующие разряжение во впускном трубопроводе карбюраторного двигателя. При всем разнообразии конструкций усилители имеют вакуумную камеру и следящий механизм, обеспечивающий пропорциональность между давлением жидкости в системе и усилием на тормозной педали. Вакуумные усилители изготавливают двух видов: гидровакуумные (рис. 10.23) и вакуумные (рис. 10.24).

Рис. 10.23. Схема гидровакуумного усилителя с мембранным следящим механизмом и его статическая характеристика: 1 – камера, 2 – диафрагма, 3 и 4 – пружина, 5 – атмосферный клапан, 6 – вакуумный клапан, 7 – мембрана, 8 – поршень следящего механизма, 9 - толкатель, 10 – поршень гидроцилиндра

Гидровакуумный усилитель действует на поршень 10 специального гидроцилиндра. При отсутствии усилия на тормозной педали в обоих полостях вакуумной камеры 1 создается одинаковое давление, т.к. мембрана 7 следящего устройства отжата вниз и вакуумный клапан 6 открыт, а атмосферный клапан 5 пружиной 4 прижат к седлу.

При торможении давление жидкости, создаваемое в главном тормозном цилиндре и подводящей магистрали, действует на поршень 8 следящего механизма и перемещает его вместе с мембраной 7 вверх, перекрывая вакуумный клапан 6 и открывая атмосферный клапан 5. Вакуум в левой полости камеры 1 уменьшается, а при определенном усилии на тормозной педали может стать равным атмосферному. Разность давлений, действующих на диафрагму 2, создает усилие на штоке, связанном с диафрагмой, и на поршне 10 гидроцилиндра усилителя. Это усилие складывается с усилием, создаваемым давлением жидкости в главном цилиндре.

Уравнение равновесия мембраны следящего устройства запишется в следующем виде:

(р₁ – р₂)F₃ + P_пр1 – р_ж1F₂ = 0, (10.28)

где р₁ – давление над мембраной 7;

р₂ – давление вакуума под мембраной 7; принимают в расчетах 0.05МПа);

F₃ – активная площадь мембраны 7;

F₂ – площадь поршня 8;

р_ж1 – давление жидкости. оздаваемое педальным приводом в главном цилиндре;

р_ж1 = ; (10.29)

F₁ – площадь плрня главного тормозного цилиндра.

Подстановкой (10.24) в уравнение (10.23) находим разницу давлений:

(р₁ – р₂) = . (10.30)

Такая же разность давлений образуется и в вакуумной камере 1.

Суммарная сила. действующая на поршень 10 гидроцилиндра усилителя составит:

(р₁ – р₂)F₄ – P_пр2 + р_ж1F₁= р_ж2F₅, (10.31)

где F₄ – актвная площадь диафрагменной камеры;

P_пр3 – усилие пружины 3;

р_ж2 - давление жидкости в правой полости гидроцилиндра;

F₅ - площадь поршня гидроцилиндра.

Подставим в выражение (10.31) значения (р₁ – р₂)из формулы (10.30) и р_ж1 из (10.29) и решим относительно р_ж2:

р_ж2 = - . (10.32)

Из полученного выражения следует, что без учета усилия пружин, давление, создаваемое в гидроцилиндре усилителя прямопропорционально силе на тормозной педали. Статическая характеристика гидровакуумного усилителя, приведенная на рис. 10.23, показывает, что он вступает в работу после преодоления усилия пружин и трения в устройстве.

Коэффициент усиления может быть определен из соотношения K_ус = и состаляет K_ус = 2…3.

Рис. 10.24. Расчетная схема вакуумного усилителя: 1 – шток главного тормозного цилиндра, 3 – вакуумный клапа, 4 – воздушный клапан, 5 – реактивный диск

Вакуумные усилители (рис. 10.24) действуют непосредственно на шток 1 главного тормозного цилиндра. На рис. 10.24 представлен вакуумный усилитель с упругоэластичным следящим устройчством. Его вакуумная камера диафрагмой разделена на две полости: II – сообщается с всасывающим трубопроводом двигателя, III – сообщается с атмосферой. Между собой эти камеры сообщаются при открытии вакуумного клапана 3.

При нажатии на тормозную педаль с усилием Р_пед вначале закрывается вакуумный клапан 3, а потом открывается воздушный 4. Полости II и III изолирутся друг от друга. В полость II из атмосферы с давлением р_а, воздействуя на диафрагму и создавая дополнительное усилие на штоке 1 главного тормозного цилиндра. Следящее действие этого усилителя определяется деформационным состоянием реактивного диска 5 под воздействием сил штока педали Р₁, поршня вакуумной камеры Р₂ и штока главного тормозного цилиндра Р_ш. При достижении равновесия диска 5 воздушный клапан 4 закрывается , а вакуумный остается закрытым, обеспечивая торможение с заданной эффктивностью и пропорциональность между силами Р₁ и Р_ш.

Из условия равновесия диска 5 и равенства удельных давлений q на его поверхности

q = 4 = 4 (10.33)

определяем усилие на штоке главного тормозного механизма

Р_ш = Р_педU_пед , (10.34)

где D и d – диаметры диска 5 и торца толкателя педали соответственно.

Создаваемое давление в главном тормозном цилиндре определится из выражения:

р_г = , (10.35)

где F_Г –площадь поршня главного тормозного цилиндра.

Требуемый размер активной площади диафрагмы вакуумной камеры определится из ее статического равновесия:

Р₁ – Р_ш + Р₂ = 0 или Р_педU_пед - Р_педU_пед + ∆p₂F_д = 0, (10.36)

Откуда F_д = , (10.37)

где ∆р₂ и ∆ – текущее и максимальное разряжение во впускном трубопроводе двигателя и в вакуумной камере усилителя; принимается в расчетах ∆ = (5…7)10^-2МПа.

Наибольшее распространение на легковых и легких грузовых автомобилях с гидравлическим приводом тормозов получили вакуумные усилители с упругоэластичным следящим устройчством. Конструкция такого типа усилителей, устанавливаемых на автомобилях ВАЗ, приведена на рис. 10.25. Работа такого усилителя описана выше с помощью принципиальной схемы, изображенной на рис. 10.24.

Рис. 10.25. Вакуумный усилитель автомобилей ВАЗ: 1, 16 – пружины; 2, 11 – болты; 3 – цилиндр; 4, 5 – наконечники; 6, 12 – клапаны; 7, 18 – корпусы; 8 – шток; 9 – крышка; 10 – поршень; 13 – чехол; 14 –толкатель; 15 – фильтр; 17-буфер; 19-диафрагма; I, II- полости; III, IV - каналы