O princípio de funcionamento da cremalheira de direção com reforço hidráulico
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O princípio de funcionamento da cremalheira da direção hidráulica é baseado no efeito de curto prazo da pressão gerada pela bomba no cilindro, que desloca a cremalheira na direção certa, ajudando o motorista a dirigir o carro. Portanto, carros com direção hidráulica são muito mais confortáveis, principalmente em manobras em baixa velocidade ou condução em condições difíceis, pois tal trilho assume a maior parte da carga necessária para girar o volante, e o motorista apenas lhe dá comandos, sem perder o feedback da estrada. .
O rack de direção no setor de transporte de passageiros há muito suplantou outros tipos de dispositivos semelhantes devido às suas características técnicas, sobre as quais falamos aqui (Como funciona o rack de direção). Mas, apesar da simplicidade do design, o princípio de funcionamento da cremalheira de direção com um reforço hidráulico, ou seja, um reforço hidráulico, ainda é incompreensível para a maioria dos proprietários de carros.
Desenvolvimento de direção - uma breve visão geral
Desde o advento dos primeiros carros, a base da direção tornou-se um redutor com uma grande relação de transmissão, que gira as rodas dianteiras do veículo de várias maneiras. Inicialmente, era uma coluna com um bipé preso ao fundo, então uma estrutura complexa (trapézio) teve que ser usada para transferir a força de polarização para as juntas de direção às quais as rodas dianteiras eram aparafusadas. Então eles inventaram um rack, também uma caixa de câmbio, que transmitia a força de giro para a suspensão dianteira sem estruturas adicionais, e logo esse tipo de mecanismo de direção substituiu a coluna em todos os lugares.
Mas a principal desvantagem decorrente do princípio de funcionamento deste dispositivo não pôde ser superada. O aumento na relação de transmissão permitiu que o volante, também chamado de volante ou volante, fosse girado sem esforço, mas forçou mais giros para mover a articulação da direção da extrema direita para a extrema esquerda ou vice-versa. Reduzir a relação de transmissão tornou a direção mais afiada, porque o carro reagia com mais força mesmo a uma leve mudança do volante, mas dirigir um carro assim exigia grande força física e resistência.
Tentativas de resolver este problema têm sido feitas desde o início do século XX, e algumas delas relacionadas à hidráulica. O próprio termo "hidráulica" veio da palavra latina hydro (hidro), que significava água ou algum tipo de substância líquida comparável em sua fluidez à água. No entanto, até o início dos anos 50 do século passado, tudo se limitava a amostras experimentais que não podiam ser colocadas em produção em massa. O avanço veio em 1951, quando a Chrysler introduziu a primeira direção hidráulica produzida em massa (GUR) que funcionava em conjunto com a coluna de direção. Desde então, o princípio geral de operação de uma cremalheira ou coluna de direção hidráulica permaneceu inalterado.
A primeira direção hidráulica tinha sérias deficiências, ela:
- carregou pesadamente o motor;
- reforçou o volante apenas em velocidades médias ou altas;
- em altas rotações do motor, criava um excesso de pressão (pressão) e o motorista perdia o contato com a estrada.
Portanto, um impulsionador hidráulico de trabalho normal apareceu apenas na virada do XXI, quando o ancinho já havia se tornado o principal mecanismo de direção.
Como funciona um booster hidráulico
Para entender o princípio de funcionamento da cremalheira de direção hidráulica, é necessário considerar os elementos incluídos nela e as funções que desempenham:
- bomba;
- válvula de redução de pressão;
- tanque de expansão e filtro;
- cilindro (cilindro hidráulico);
- distribuidor.
Cada elemento faz parte do reforço hidráulico, portanto, a operação correta da direção hidráulica só é possível quando todos os componentes executam claramente sua tarefa. Este vídeo mostra o princípio geral de funcionamento de tal sistema.
Bomba
A tarefa deste mecanismo é a circulação constante de fluido (óleo hidráulico, ATP ou ATF) através do sistema de direção hidráulica com a criação de uma certa pressão suficiente para girar as rodas. A bomba da direção hidráulica é conectada por uma correia à polia do virabrequim, mas se o carro estiver equipado com um reforço hidráulico elétrico, sua operação será fornecida por um motor elétrico separado. O desempenho da bomba é escolhido de tal forma que mesmo em marcha lenta garante a rotação da máquina, e o excesso de pressão que ocorre quando a velocidade aumenta é compensado pela válvula redutora de pressão.
A bomba de direção hidráulica é feita de dois tipos:
- lamelar;
- engrenagem.
Bomba de direção hidráulica
Em carros com suspensão hidráulica, uma bomba garante o funcionamento de ambos os sistemas - direção hidráulica e suspensão, mas funciona com o mesmo princípio. Difere do usual apenas no aumento da potência.
Válvula de redução de pressão
Esta parte do booster hidráulico funciona com o princípio de uma válvula de derivação, composta por uma esfera de travamento e uma mola. Durante a operação, a bomba da direção hidráulica cria uma circulação de fluido com uma certa pressão, pois seu desempenho é superior à vazão de mangueiras e outros elementos. À medida que a rotação do motor aumenta, a pressão no sistema de direção hidráulica aumenta, agindo através da esfera na mola. A rigidez da mola é escolhida para que a válvula abra a uma certa pressão e o diâmetro dos canais limite sua vazão, para que a operação não leve a uma queda acentuada da pressão. Quando a válvula abre, parte do óleo desvia do sistema, o que estabiliza a pressão no nível necessário.
Válvula redutora de pressão da direção hidráulica
Apesar de a válvula redutora de pressão estar instalada dentro da bomba, é um elemento importante do booster hidráulico, portanto, está em pé de igualdade com outros mecanismos. Seu mau funcionamento ou operação incorreta compromete não apenas a direção hidráulica, mas também a segurança do tráfego na estrada, se a linha de alimentação estourar devido à pressão hidráulica excessiva ou aparecer um vazamento, a reação do carro ao girar o volante mudará e um inexperiente pessoa ao volante corre o risco de não lidar com a gestão. Portanto, o dispositivo da cremalheira de direção com reforço hidráulico implica a máxima confiabilidade de toda a estrutura como um todo e de cada elemento individual.
Tanque de expansão e filtro
Durante a operação da direção hidráulica, o fluido hidráulico é forçado a circular pelo sistema de direção hidráulica e é afetado pela pressão criada pela bomba, o que leva ao aquecimento e expansão do óleo. O tanque de expansão leva em excesso este material, de modo que seu volume no sistema é sempre o mesmo, o que elimina os surtos de pressão causados pela expansão térmica. O aquecimento por ATP e o desgaste dos elementos de fricção levam ao aparecimento de poeira metálica e outros contaminantes no óleo. Entrando no carretel, que também é distribuidor, esses detritos obstruem os furos, atrapalhando o funcionamento da direção hidráulica, o que afeta negativamente a dirigibilidade do veículo. Para evitar tal desenvolvimento de eventos, um filtro é embutido na direção hidráulica, que remove vários detritos do fluido hidráulico circulante.
Cilindro
Esta parte do impulsionador hidráulico é um tubo, dentro do qual há uma parte do trilho com um pistão hidráulico instalado nele. As vedações de óleo são instaladas ao longo das bordas do tubo para evitar que o ATP escape quando a pressão aumenta. Quando o óleo entra na parte correspondente do cilindro através dos tubos, o pistão se move na direção oposta, empurrando a cremalheira e, através dela, agindo nas hastes e nas mangas de direção.
cilindro de direção hidráulica
Graças a este projeto de direção hidráulica, as articulações da direção começam a se mover antes mesmo que a engrenagem motriz mova o rack.
Distribuidor
O princípio de funcionamento da cremalheira da direção hidráulica é fornecer brevemente fluido hidráulico no momento em que o volante é girado, devido ao qual a cremalheira começará a se mover mesmo antes que o motorista faça um esforço sério. Esse suprimento de curto prazo, além de drenar o excesso de fluido do cilindro hidráulico, é fornecido por um distribuidor, que geralmente é chamado de carretel.
Para entender o princípio de funcionamento deste dispositivo hidráulico, é necessário não apenas considerá-lo em uma seção, mas também analisar mais detalhadamente sua interação com o restante dos elementos da direção hidráulica. Desde que a posição do volante e das mangas correspondam uma à outra, o distribuidor, também conhecido como carretel, bloqueia o fluxo de fluido para o cilindro de ambos os lados, de modo que a pressão dentro de ambas as cavidades é a mesma e não afeta o sentido de rotação dos aros. Quando o motorista gira o volante, a pequena proporção do redutor da cremalheira não permite que ele gire as rodas rapidamente sem aplicar um esforço significativo.
Distribuidor de direção hidráulica
A tarefa do distribuidor da direção hidráulica é fornecer ATP ao cilindro hidráulico somente quando a posição do volante não corresponde à posição das rodas, ou seja, quando o motorista gira o volante, o distribuidor primeiro dispara e força o cilindro para atuar nas articulações da suspensão. Tal impacto deve ser de curto prazo e depender de quanto o motorista girou o volante. Ou seja, primeiro o cilindro hidráulico deve girar as rodas e depois o motorista, essa sequência permite aplicar o mínimo de esforço para girar, mas ao mesmo tempo “sentir a estrada”.
Como funciona
A necessidade de tal operação de distribuidor foi um dos problemas que impediu a produção em massa de boosters hidráulicos, pois normalmente em um carro o volante e a caixa de direção são conectados por um eixo rígido, que não apenas transfere força para as mangas de eixo, mas também fornece o piloto do carro com feedback da estrada. Para resolver o problema, tive que mudar completamente a disposição do eixo que liga o volante e a caixa de direção. Um distribuidor foi instalado entre eles, cuja base é o princípio da torção, ou seja, uma haste elástica capaz de torcer.
Quando o motorista gira o volante, a barra de torção torce levemente no início, o que causa um descompasso entre a posição do volante e as rodas dianteiras. No momento de tal desencontro, o carretel do distribuidor se abre e o óleo hidráulico entra no cilindro, o que desloca a cremalheira de direção na direção certa e, portanto, elimina o desencontro. Mas, o rendimento do carretel do distribuidor é baixo, então a hidráulica não substitui completamente os esforços do motorista, o que significa que quanto mais rápido você precisar girar, mais o motorista terá que girar o volante, o que fornece feedback e permite que você sinta o carro na estrada
O dispositivo
Para realizar esse trabalho, ou seja, dosar ATP no cilindro hidráulico e interromper o fornecimento após a eliminação da incompatibilidade, foi necessário criar um mecanismo hidráulico bastante complexo que funciona de acordo com um novo princípio e consiste em:
- uma barra de torção conectada à engrenagem motriz, que proporciona desajuste ao girar o volante;
- o interior do carretel;
- parte externa do carretel.
As partes interna e externa do carretel se unem com tanta força que nem uma gota de líquido se infiltra entre elas; além disso, são perfurados orifícios para o fornecimento e retorno de ATP. O princípio de funcionamento deste projeto é a dosagem precisa do fluido hidráulico fornecido ao cilindro. Quando a posição do leme e da cremalheira é coordenada, as aberturas de alimentação e retorno são deslocadas uma em relação à outra e o líquido através delas não entra ou sai dos cilindros, de modo que o último é constantemente preenchido e não há ameaça de arejamento . Quando o piloto do carro gira o volante, a barra de torção primeiro gira, as partes externa e interna do carretel são deslocadas uma em relação à outra, devido ao qual os orifícios de alimentação de um lado e os orifícios de drenagem do outro são combinados .
Entrando no cilindro hidráulico, o óleo pressiona o pistão, deslocando-o para a borda, este último desloca-se para o trilho e começa a se mover antes mesmo que a engrenagem de acionamento atue sobre ele. À medida que a cremalheira se desloca, desaparece o desencontro entre as partes externa e interna do carretel, devido ao qual o fornecimento de óleo pára gradualmente e, quando a posição das rodas atinge um equilíbrio com a posição do volante, o fornecimento e a saída de óleo ATP estão completamente bloqueados. Nesse estado, o cilindro, cujas duas partes são preenchidas com óleo e formam dois sistemas fechados, desempenha um papel estabilizador; portanto, ao bater em um solavanco, um impulso visivelmente menor atinge o volante e o volante não sai do as mãos do motorista.
Conclusão
O princípio de funcionamento da cremalheira da direção hidráulica é baseado no efeito de curto prazo da pressão gerada pela bomba no cilindro, que desloca a cremalheira na direção certa, ajudando o motorista a dirigir o carro. Portanto, carros com direção hidráulica são muito mais confortáveis, principalmente em manobras em baixa velocidade ou condução em condições difíceis, pois tal trilho assume a maior parte da carga necessária para girar o volante, e o motorista apenas lhe dá comandos, sem perder o feedback da estrada. .
