Нередко возникают споры о преимуществах и недостатках разных видов усилителей рулевого управления — гидравлических (в т.ч. электрогидравлических) и электрических. Между тем, исторически существовал и третий тип — механический усилитель руля, приводившийся в действие непосредственно от вращаемого ремнём шкива, без посредства гидравлической жидкости или электричества. И нет, речь идёт вовсе не о рулевом колесе большого диаметра )) Что он из себя представлял, как работал и почему мы о нём больше не слышим — в этой статье.
В справочном порядке отмечу, что также существует ещё один тип усилителей руля — пневматические; они в основном применялись на грузовиках и троллейбусах с пневматическими тормозами.
Хотя у нас фирма Studebaker известна в первую очередь как производитель грузовиков, на самом деле основной продукции этой фирмы были легковушки, а армейские грузовики, вроде поставлявшейся по ленд-лизу модели US6— по сути побочным бизнесом. Именно на легковых автомобилях Studebaker 1953 модельного года и был использован механический усилитель руля, разработанный инженером Биллом Барнесом и изготовленный Warner Gear Company. Журнал Popular Science назвал его конструкцию «изумительно изобретательной» и прочил ему большое будущее. Но, обо всём по порядку...
Усилитель был установлен на входном валу рулевого редуктора фирмы Ross типа «червяк-кривошип» с двумя шипами на роликах. Сам его механизм был чрезвычайно компактен — около 15 сантиметров в длину и столько же в диаметре — и весил всего лишь около 10 кг; правда, в это компактное пространстве было втиснуто множество изготовленных с высокой точностью деталей, что и обуславливало отношение к нему в те годы как к чуду точной механики. Его приводной вал получал вращение от коленчатого вала двигателя через пару приводных шкивов и соединяющий их ремень.
Механизм усилителя состоял из шестерёнчатого редуктора и двух многодисковых сцеплений. Ведущие диски каждого из сцеплений своими наружными выступами находились в постоянном зацеплении с кольцевыми шестернями, которые при заведённом двигателе через промежуточные цилиндрические шестерни (2) с общим передаточным числом 4:1 приводились во вращение от вала усилителя (1): верхняя (более близкая к рулевому колесу) кольцевая шестерня постоянно вращалась справа налево (против часовой стрелки), а нижняя — слева направо (по часовой стрелке). Ведомые же диски обоих сцеплений своими внутренними выступами находились в постоянном зацеплении с зубчатой муфтой, связанной с валом рулевого редуктора. В результате сжатием и разжатием сцеплений можно было управлять тем, в каком направлении усилитель «помогал» водителю поворачивать руль за счёт передачи усилия с одной из шестерён на рулевой редуктор.
Вал усилителя бы связан с валом рулевой колонки через подпружиненную муфту (3), благодаря чему его поворот немного запаздывал относительно поворота рулевого колеса — небольшой конструктивный люфт уходил на сжатие кольцевой возвратной пружины муфты. На валу редуктора имелись спиральные канавки (4), в которых находились шарики, при помощи которых вал мог взаимодействовать с нажимной пластиной, управлявшей работой обоих сцеплений:
- При повороте рулевого колеса вправо шарики начинали смещаться в своих канавках вниз и толкали нажимную плиту сцепления в том же направлении. При этом нажимная плита сжимала диски нижнего сцепления и включала его, обеспечивая передачу усилия с вращающейся слева направо нижней кольцевой шестерни на вал рулевого редуктора.
- Соответственно, при повороте рулевого колеса влево происходило обратное: шарики толкали нажимную плиту вверх, она сжимала диски верхнего сцепления и на вал рулевого редуктора подавалось усилие с вращающейся справа налево верхней кольцевой шестерни.
При полностью сжатом сцеплении усилитель компенсировал 75% от необходимого для поворота управляемых колёс усилия. Как только водитель прекращал создавать усилие на руле, кольцевая пружина муфты возвращала её в исходное положение, сцепления разжимались и механизм усилителя разобщался с рулевым редуктором.
Также на шлицы рулевого вала выше муфты был надет стальной диск с наружной резьбой, которая при повороте руля взаимодействовала с ответной резьбой в корпусе усилителя, перемещая диск вдоль рулевого вала вперёд-назад. При этом имеющиеся на диске стопоры взаимодействовали с имеющимися на корпусе ограничителями и ограничивали число оборотов рулевого колеса между крайними положениями четырьмя.
При поломке усилителя (например, обрыве приводного ремня) или остановке двигателя срабатывал храповой механизм на приводном валу, что восстанавливало прямую механическую связь между рулевым валом и валом рулевого редуктора, позволяя водителю управлять автомобилем как на обычной машине без усилителя руля.
В чём же создатели сего механизма видели его преимущества перед обычным ГУРом ? В те годы гидравлические усилителя руля всё ещё делали первые шаги и были не слишком надёжны — особенные проблемы доставлял насос высокого давления, который мог подтекать и время от времени выходил из строя; случались и утечки гидромасла из самого редуктора, а в конструкции с отдельным силовым цилиндром — через уплотнение штока. Иногда лопались сами шланги, обдавая всё подкапотное пространство горячим маслом. Так вот — с механическим усилителем ничего из этого «веселья» владельцу автомобиля принципиально не грозило. Кроме того, он отличался более высокой эффективностью благодаря отсутствию потерь энергии в гидросистеме, и благодаря этому «отжирал» у двигателя заметно меньшую мощность (примерно вдвое меньше при прямолинейном движении со скоростью 65 км/ч), что выражалось также в меньшем расходе топлива — во всяком случае, по утверждениям производителя.
По отзывам тех лет (сводящимся, впрочем, к единственной по сути полурекламной статье в вышеупомянутом журнале), с точки зрения водителя работа механического усилителя ровным счётом ничем не отличалась от обычного гидравлического.
Какова же была судьба этого замечательно устройства ? К сожалению, точной информации на этот счёт нет, но есть аж три версии:
- По одним данным, была выпущена только опытная партия усилителей, которая поступила на испытания и не выдержала их, после чего о них забыли.
- По другим, механические усилители руля пошли в серию и даже устанавливались на самые первые товарные автомобили модели 1953 года (иногда называется количество проданных с ними машин: 40 штук), но по ним имелось такое количество нареканий со стороны покупателей, что фирма поспешила от них отказаться.
- Наконец, третья версия гласит, что по мере развёртывания производства выяснилось, что на самом деле такой усилитель намного сложнее и дороже в изготовлении, чем гидравлический, что и предопределило его судьбу.
В качестве недостатков также называется очень высокая шумность устройства, которую не удалось устранить в процессе его доработки, и низкая надёжность, а по слухам, ходившим на фирме в те годы, усилитель даже оказался потенциально небезопасен в использовании из-за возможности заклинивания одного из сцеплений, что привело бы к тому, что машина потеряла управление. Всей правды мы скорее всего уже никогда не узнаем за давностью лет.
В Интернете опубликован текст, который обычно представляется как выдержка из письма, полученного в июле 1979 года от Эрла Хэйли ( Earle Haley), в начале пятидесятых работавшего в отделе обслуживания фирмы «Студебекер», в ответ на запрос о механическом усилителе и его судьбе. Оно гласит (в моём переводе с английского, в квадратных скобках мои пояснения):
...Вы потревожили старый призрак механического усилителя руля от [«Студебекера»] модели 1953 года. Я участвовал в написании руководства по ремонту этого автомобиля [для дилерских мастерских], как Вы помните, и посвящённый усилителю раздел явно не был для меня предметом гордости. Я не имею представления, сколько именно этих механизмов фирмы Bendix [sic !] было куплено нашим инженерным отделом, но в серийное производство они не пошли. Как обычно [в крупной компании], внутренняя коммуникация была из рук вон плоха, и хотя начальством уже было принято решение отказаться от установки механических усилителей, никто не торопился сообщить об это отделу обслуживания. К тому времени, пока эта информация дошла до нас, наше руководство уже ушло в печать. Мы сделали что могли — раздобыли гидравлический усилитель фирмы Saginaw, изучили его и составили руководство [оно вышло как дополнение к основному]...
Аутентичность текста письма проверить невозможно.
Так или иначе, но на всех, или как минимум — практически всех, серийных «Студебекерах» модели 1953 года с усилителем руля этот усилитель был обычным гидравлическим. Причём в 1953 и 1954 годах использовался усилитель интегрированного типа фирмы Saginaw Steering Gear (филиал General Motors), а с 1955 — разработанный фирмой Bendix усилитель с установленным на рулевой трапеции отдельным силовым цилиндром (а-ля «Чайка» и ГАЗ-66), что позволило унифицировать рулевые механизмы на машинах с усилителем и без усилителя. Хотя описание механического усилителя и правда имелось в руководствах по эксплуатации и ремонту автомобиля — что говорит о том, что если он и не пошёл в серию, то во всяком случае был к этому очень и очень близок.
Как видите — у американцев тоже далеко не все опытные разработки добирались до серии, а если и добирались — то отнюдь не всегда оказывались технически и/или коммерчески успешными...
Описание составлено на основе публикации в журнале Popular Science, номер за февраль 1953 года. Оттуда же взят второй разрез. Также использованы материалы различных форумов любителей автомобилей Studebaker.