Рулевое управление_учебное пособие. Учебное пособие для студентов факультета механизации сельского хозяйства (направление Агроинженерия 35. 03. 06) Ставрополь 2018
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
4. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ 4.1. Автомобили ЗИЛ-130, -4331 На автомобилях ЗИЛ-130, -4331 рулевое управление снабже- но гидравлическим усилителем (рис. 10). Усилитель рулевого при- вода гидравлический со встроенным в рулевой механизм силовым цилиндром 5 и распределителем 1. В системе усилителя имеется трубчатый радиатор 11, расположенный перед масляным радиа- тором двигателя. 46 Рулевой механизм автомобиля комбинированного типа с двумя рабочими парами: винт 2 с гайкой 6 на циркулирующих ша- риках и рейка-поршень 3 с зубчатым сектором, передаточное от- ношение механизма равно 20. Винт 2 имеет левую винтовую канавку под шарики. Гайка 6 устанавливается в расточке поршня-рейки и стопорится двумя винтами. В канавки винта, гайки и желобов закладывается 31 ша- рик. Наличие шариков в винтовой паре уменьшает потери на тре- ние и увеличивает срок службы механизма. Масляный насос 10 гидроусилителя руля – лопастной, двой- ного действия. Он унифицирован с насосом автомобиля ГАЗ-66. За один оборот ротора-насоса совершается по два цикла всасы- вания и нагнетания. В корпусе насоса смонтирован перепускной клапан 14, который открывается при увеличении количества пода- ваемого в нагнетательную полость масла, в результате чего обес- печивается постоянство потока масла к усилителю руля незави- симо от частоты вращения ротора насоса. При достижении чрез- мерного давления масла в нагнетательной полости срабатывает предохранительный клапан 15 и возникает перепад давлений, что способствует открытию перепускного клапана. Таким образом, при срабатывании предохранительного клапана, срабатывает и пере- пускной, т.е. предохранительный клапан управляет работой пере- пускного клапана. 47 Рисунок 10 – Схема гидравлического усилителя рулевого управления автомобилей ЗИЛ-130, -4331: а) принципиальная; б) условная: 1 – золотник; 2 – винт рулевого механизма; 3 – поршень–рейка; 5 – силовой цилиндр; 6 – шариковая гайка; 7 – обратный клапан; 8 – центрирующая пружина; 9 – реактивный плунжер; 10 – насос; 11 – радиатор; 12 – фильтр; 13 – масляный бак; 14 – перепускной клапан; 15, 18 – предохранительные клапаны; 16, 17 – дроссельные каналы; А, Б – по- лости гидроцилиндра 48 Распределительное устройство золотникового типа с тремя парами реактивных плунжеров. Золотник 1 имеет три пояска с проточками между ними. По торцам золотника устанавливаются упорные подшипники. Оба подшипника и золотник стягиваются на винту гайкой. Торцы золотника выступают из корпуса на 1,1 мм с каждой стороны. Это позволяет золотнику перемещаться в осевом направлении до упора одного из подшипников в торец корпуса. Плунжеры 9 расположены в отверстиях корпуса и поджимаются пружинами 8 таким образом, что каждый из них одновременно упирается в кольцо подшипника и крышку корпуса. Пространство между плунжерами соединяется с нагнетательной полостью. При установившемся направлении движения золотника 1 под действием пружин 8 реактивных плунжеров 9 занимает нейтраль- ное положение. Полости А и Б цилиндра, соединенные с насосом 10 и баком 13, заполнены маслом под одинаковым давлением и поршень 3, а следовательно и сектор, остаются неподвижными, а значит, и на рулевой привод не воздействуют. Заполненные мас- лом полости цилиндра способствуют поглощению толчков, пере- даваемых на рулевое колесо от неровностей дороги. При повороте рулевого колеса влево винт 2 вворачивается в гайку 6 и стремится переместить ее вправо. Гайка через поршень- рейку 3, зубчатый сектор 4 и детали рулевого привода связана с колесами и оказывает винту сопротивление. За счет силы сопро- тивления (реактивной), которая больше усилия предварительного сжатых пружин плунжеров, винт 2 вместе с золотником 1 смеща- ются влево на величину 1,1 мм до упора подшипника в корпус рас- пределителя. При этом дополнительно сжимаются пружины плун- жеров. Сместившийся золотник своими поясками перекрывает доступ масла в полость Б силового цилиндра, соединяя ее со сли- вом и открывает доступ масла от насоса в полость А. Под давле- нием масла поршень перемещается вправо, облегчая водителю поворот управляемых колес. 49 При прекращении вращения рулевого колеса масло, продол- жая поступать в полость А цилиндра, смещает поршень вместе с винтом вправо, в результате чего золотник оказывается в ней- тральном положении. Возвращению золотника в нейтральное по- ложение способствует также усилие пружин и давление масла на сместившиеся плунжеры. После возвращения золотника в ней- тральное положение давление масла в обоих полостях силового цилиндра выравнивается, и усилитель не оказывает воздействие на управляемые колеса. Поворот вправо осуществляется аналогично. Золотник 1 при этом за счет реактивной силы смещается вправо, масло под дав- лением поступает в полость Б силового цилиндра, а полость А соединяется со сливом. Гидроусилитель начинает действовать в тот момент, когда сопротивление колес повороту создает на гайку 6 рулевого меха- низма реактивное усилие, превышающее силу предварительного сжатия пружин 8 и давления масла на плунжеры 9. «Чувство дороги» у водителя обеспечивается давлением масла на реактивные плунжеры. Чем больше сопротивление по- вороту колес, тем большее усилие требуется приложить к порш- ню, а следовательно, большее давление создается в нагнета- тельной полости. При повышении давления масла, повышается сила, стремящаяся вернуть сместившиеся плунжеры и золотник в нейтральное положение. При этом возрастает сила, которую во- дитель должен приложить к рулевому колесу, чтобы удержать зо- лотник в смещенном положении при повороте. При движении с неисправным насосом масло из одной по- лости силового цилиндра переходит в другую через обратный ша- риковый клапан 7. Это снижает сопротивление повороту рулевого колеса за счет того, что масло циркулирует не по всей системе, а только между полостями цилиндра. Автомобиль ЗИЛ-4331 – базовая модель нового семейства ЗИЛ. На нем установлен дизель модели ЗИЛ-645, разработанный конструкторами завода. Это V-образный, 4-х тактный, восьмици- линдровый двигатель с рабочим объемом 8,74 л, мощностью 136 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2800 об/мин. 50 Рулевое управление автомобиля ЗИЛ-4331 имеет гидравли- ческий усилитель. Механизм рулевого управления максимально унифицирован аналогичным механизмам автомобиля ЗИЛ-130. Поскольку нагрузки на передние оси автомобиля ЗИЛ-4331 увели- чилась до 40 кН, то для уменьшения усилия на рулевом колесе в системе гидроусилителя руля рабочее давление жидкости увели- чено до 11,0 МПа (у автомобиля ЗИЛ-130 – 7,5 МПа). Насос гидроусилителя также в значительной степени унифи- цирован с насосом ЗИЛ-130. Насос, предохранительный клапан, клапан расхода объединены в один агрегат с питающим бачком и бумажным фильтром. Стартер насоса покрыт нитридом титана, что обеспечивает необходимый ресурс. В конструкции рулевых тяг ЗИЛ-4331 применены унифицированные шарниры с постоянным запасом смазки. Рулевая колонка регулируется по углу наклона (25°) и по высоте (45 мм). 4.2. Автомобиль МАЗ-5335 На автомобилях МАЗ применяются гидравлические усилите- ли с самостоятельным силовым цилиндром, т.е. не встроенным в рулевой механизм. Рулевой механизм (рис. 11, 12) выполнен в виде винта 4 с гайкой 5 и циркулирующими шариками между ними и рейки с зуб- чатым сектором 3. Из-за наличия циркулирующих в спиральных каналах шариков трение скольжение между винтами и гайкой за- менено трением качения, что обеспечивает легкое и плавное вра- щение винта и перемещение по нему гайки. С валом винта 4 че- рез карданные сочленения соединен рулевой вал, что дает воз- можность откидывать кабину, не нарушая его соединений. Гидроусилитель состоит из распределителя 20, регулирую- щего поток жидкости, силового цилиндра 18 и соединяющих их трубопроводов. Силовой цилиндр вместе с распределителем ус- тановлен на левом кронштейне рамы 15. К силовому цилиндру крепят распределитель, внутри которого имеются три кольцевые канавки: две крайние соединены между собой каналом и с нагне- тательной линией; средняя сообщает сливную линию с бачком 9 51 насоса. Крайние кольцевые канавки соединяются одна с левой В, а другая с правой Г реактивными камерами. 52 Рисунок 11 – Принципиальная схема рулевого управления автомобиля МАЗ-5335: 1 – золотник; 2 – рулевая сошка; 3 – зубчатый сектор; 4 – винт; 5 – гайка–рейка; 6 – масляный радиатор; 7, 8 – фильтры; 9 – масляный бачок; 10 – насос; 11, 14 – дроссельные каналы; 12 – перепускной клапан; 13 – предохрани- тельный клапан; 15 – кронштейн рамы автомобиля; 16 – шток; 17 – продольная тяга; 18 – гидроцилиндр; 19 – обратный клапан; 20 – распределитель; А, Б – полости гидроцилиндра; В, Г – реактивные камеры 53 Рисунок 12 – Условная схема рулевого управления автомобиля МАЗ-5335 (обозначения см. рис. 11) Масло, подаваемое насосом 10 в распределитель 20, запол- няет две крайние кольцевые полости В и Г и при прямолинейном движении автомобиля проходит между кромками золотника 1, и возвращается в бак 9. При повороте рулевого колеса шаровой палец сошки 2 пере- мещает золотник 1 в сторону от нейтрального положения. В след- ствии этого крайние и центральные кольцевые полости разъеди- няются буртиком золотника и масло подается в одну из полостей цилиндра, из другой сливается в бак. Под давлением масла гид- роцилиндр 18 перемещает шаровой палец продольной рулевой 54 тяги 17 и весь золотниковый механизм. Через каналы давление масла всегда передается в реактивные камеры В и Г, поэтому зо- лотник стремится вернуться в нейтральное положение. Как только прекратится поворот рулевого колеса, золотник 1 остановится, а корпус распределителя, продолжая двигаться под действием гидроцилиндра 18, установит золотник в нейтральное положение. Поворот управляемых колес автомобиля прекратится, так как масло начнет сливаться в бак 9. При увеличении сопротивления повороту колес автомобиля возрастет давление масла как в рабочей полости цилиндра, так и в реактивных камерах. При повышении давления золотник стре- мится вернуться в нейтральное положение. Поэтому водитель должен приложить к рулевому колесу большее усилие, что помо- гает ему «чуствовать дорогу», так же как и при управлении ав- томобилем без гидроусилителя с непосредственной передачей силы от сошки к управляемым колесам. В корпусе распределителя установлен обратный клапан 19, перепускающий масло из одной полости цилиндра 18 в другую при неработающем гидроусилителе, что позволяет управлять ав- томобилем. Следует отметить, что допускается лишь кратковре- менное управление автомобилем при неработающем усилителе, т.к. при этом на рулевое колесо, а следовательно, и во всех дета- лях рулевого механизма нагрузки могут достигнуть значительной величины. Действие остальных механизмов рулевого управления авто- мобиля МАЗ аналогично ранее рассмотренному. 4.3. Автомобиль КамАЗ-5320 Рулевое управление автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 13) снаб- жено гидроусилителем, объединенным в одном агрегате с руле- вым механизмом, клапаном управления гидроусилителем и угло- вым редуктором. Гидроусилитель рулевого управления уменьша- ет усилие, которое необходимо приложить к рулевому колесу для поворота передних колес, смягчает удары, передающиеся от не- ровностей дороги, а также повышает безопасность движения, по- 55 зволяя сохранить контроль за направлением движения автомоби- ля в случае разрыва шины передних колес. 56 Рисунок 13 – Схема рулевого управления автомобиля КамАЗ-5320: а) принципиальная; б) условная; 1 – поршень–рейка; 2 – шариковая гайка; 3 – винт; 4, 10 – реактивные плунжеры; 5 – обратный клапан; 6 – предо- хранительный клапан рулевого механизма; 7 – распределитель гидроусилителя; 8 – золотник; 9 – радиатор; 11 – цен- трирующая пружина; 12, 13 – шестерни углового редуктора; 14 – вал сошки с зубчатым сектором; 15 – насос; 16 – пре- дохранительный клапан; 17, 18 – фильтры; 19 – масляный бак; 20 – перепускной клапан; 21 – предохранительный кла- пан; 22, 23 – дроссели; А, Б – полости цилиндра 57 Угловой редуктор с двумя коническими шестернями 12 и 13 передают вращение от карданного вала на винт 3 рулевого меха- низма. Вал 14 через сошку соединен с продольной рулевой тягой и далее - с рулевой трапецией. Рулевой механизм комбинированного типа: винт 3 с гайкой 2 на циркулирующих шариках и поршень-рейка 1 с зубчатым секто- ром 14. Передаточное отношение рулевого механизма 20. Глуби- на винтовой канавки на винте 3 от середины к концам несколько увеличивается. Поэтому в сопряжении винт-гайка в средней части образуется небольшой натяг, а в крайних положениях - неболь- шой зазор. Регулируют зазор перемещением вала сошки в осевом направлении с помощью регулировочного винта. Такая конструк- ция обеспечивает большую долговечность пары винт-гайка и улучшает стабилизацию движения автомобиля. На одном конце винта 3 установлен распределитель 7, в кор- пусе которого имеются центральное отверстие и шесть (три сквоз- ных и три глухих), расположенных вокруг него, меньших отвер- стий. Золотник 8 распределителя размещен в центральном от- верстии и зажат гайкой между упорными подшипниками. Золотник длиннее корпуса, вследствие чего винт 3 рулевого механизма и жестко связанный с ним золотник могут перемещаться в каждую сторону от среднего положения на 1,0...1,2 мм. В каждое из трех сквозных отверстий корпуса распределите- ля вставлены по два реактивных плунжера 10 с центрирующими пружинами 11 между ними. Чтобы обеспечить одинаковое реак- тивное усилие на рулевом колесе от давления масла и необходи- мые для этого равные активные площади плунжеров при поворо- тах, как направо, так и налево, в каждое их трех глухих отверстий, обращенных в сторону редуктора установлено по плунжеру 4. Общая площадь этих реактивных плунжеров равняется площади сечения винта по месту его уплотнения в крышке углового редук- тора. 58 В одном плунжере, находящегося в глухом отверстии, встро- ен шариковый обратный клапан 5, соединяющий при отказе гид- росистемы рулевого управления линии высокого и низкого давлений и обеспечивающий, таким образом, возможность более легкого управления автомобилем. В этом случае рулевое управление работает без усиления. В корпусе распределителя установлен также предохрани- тельный клапан 6, соединяющий линии нагнетания и слива при давлении в системе, превышающем 7,5...8,0 МПа, и предохра- няющий насос от перегрева, а детали механизма от чрезмерных нагрузок. Гидроусилитель рулевого управления работает следующим образом. При прямолинейном движении винт 3 и золотник 8 нахо- дятся в среднем положении под действием шести пружин 11, воз- действующих на девять реактивных плунжеров. Линии нагнетания и слива, а также полости А и Б соединены между собой. Масло свободно проходит от насоса 15 через распределитель 7 и воз- вращается в масляный бак 19 гидросистемы. При вращении рулевого колеса, а следовательно, и винта 3, возникает сила, стремящаяся сдвинуть винт в осевом направле- нии в соответствующую сторону. Когда эта сила превысит усилия предварительного сжатия центрирующих пружин 11, винт пере- местится вместе с жестко связанным с ним золотником. При этом одна полость цилиндра гидроусилителя сообщается с линией на- гнетания и отключается от линии слива, другая, наоборот, остава- ясь соединенной с линией слива отключается от линии нагнета- ния. Жидкость, поступающая от насоса в соответствующую плость цилиндра, оказывает давление на поршень-рейку 1 и, создавая дополнительное усилие на секторе вала 14 сошки рулевого управ- ления, способствует повороту управляемых колес. Давление в рабочей полости цилиндра увеличивается про- порционально повышению сопротивления повороту колес. Одно- временно возрастает давление в полостях под реактивными плун- 59 жерами 10 и 4. Чем больше сопротивление повороту колес, а сле- довательно тем больше усилие, с которым золотник стремится вернуться в среднее положение и вернуть в это положение руле- вое колесо. Таким образом у водителя создается «чувство доро- ги». При прекращении поворота рулевого колеса, если оно удер- живается водителем в повернутом положении, золотник, находя- щийся под действием центрирующих пружин и нарастающего дав- ления в реактивных полостях, сдвигается к среднему положению. При этом золотник не доходит до среднего положения. Размер щели для прохода масла в сливную магистраль становится таким, что в полости цилиндра, находящейся под напором, поддержива- ется давление, необходимое для удержания управляемых колес в повернутом положении. При наезде переднего колеса на какое либо препятствие бу- дет поворачиваться вал сошки и перемещать поршень-рейку. По- скольку винт не может вращаться (удерживается рулевым коле- сом), то он тоже переместится в осевом направлении вместе с зо- лотником. При этом полость цилиндра, внутрь которой движется поршень-рейка, будет соединена с линией нагнетания насоса и отделена от сливной магистрали. Давление в этой полости ци- линдра начнет возрастать, и удар будет уравновешен (смягчен) возрастающим давлением. Насос 15 гидроусилителя установлен в развале блока ци- линдров и приводится в действие шестеренчатой передачей. На нем установлен бачок для масла. В крышку бачка ввернут предохранительный клапан 16 для ограничения давления внутри бачка. Все масло, возвращающееся из гидроусилителя в насос, проходит через сетчатый фильтр 17, расположенный внутри бачка. Насос снабжен комбинированным клапаном, включающим в себя предохранительный 21 и перепускной 20. Предохранитель- ный клапан регулируется на давление 8,5...9,0 МПа, перепускной ограничивает количество масла, поступающего в систему. С уве- 60 личением частоты вращения вала двигателя за счет сопротивле- ния в дросселях 22 и 23 возникает перепад давлений, который тем больше, чем больше масла проходит в единицу времени че- рез эти дроссели. При определенной разности давлений усилие, стремящееся сдвинуть клапан, становится больше усилия пружи- ны. Перепускной клапан открывается и сбрасывает часть масла в бачок, обеспечивая постоянство потока масла в системе незави- симо от частоты вращения вала двигателя. Работа перепускного клапана 20 при срабатывании, встроен- ного в него, предохранительного клапана 21 осуществляется ана- логичным образом. Открываясь, клапан 21 пропускает небольшой поток масла. При этом возникает перепад давлений в перепуск- ном клапане 20, он открывается и перепускает основной поток масла в бак. Поэтому предохранительный клапан управляет рабо- той перепускного. Радиатор 9 предназначен для охлаждения масла в системе гидроусилителя рулевого управления и представляет алюминие- вую оребрённую трубу, установленную перед радиатором охлаж- дения двигателя. |