Рулевое управление троллейбуса.

Схемы, конструкции и расчеты

Общие сведения

Рулевое управление служит для изменения или поддержания выбранного направления движения троллейбуса и осуществления маневрирования им. Рулевое управление состоит из рулевого механизма с рулевым валом и колесом, рулевого привода и усилителя. Рулевой механизм предназначен для передачи усилия от рулевого механизма к рулевому приводу. Рулевой привод служит для передачи усилия от рулевого механизма к управляемым колесам троллейбуса и для обеспечения необходимого соотношения между углами их поворота. Для обеспечения поворота управляемых колес в рулевой привод троллейбуса встраивается гидроусилитель.

По конструктивным признакам рулевая трапеция разделяется на два типа: цельную (см. рис. 45) и расчлененную (см. рис. 46).

Рисунок 45. Схема рулевого управления с зависимой подвеской:

1 – рулевое колесо; 2 – поворотные рычаги; 3 – поперечная тяга; 4 – поворотная цапфа; 5 – рычаг поворотной цапфы; 6 – продольная тяга; 7 – сошка; 8 – редуктор; 9 – вал

Рисунок 46. Рулевое управление с независимой подвеской:

1 – поворотные рычаги; 2 – боковые тяги; 3 – сошка; 4 – средняя поперечная тяга; 5 – маятниковый рычаг

Схема рулевого управления с усилителем показана на рис.47. При повороте рулевого колеса 13, например, вправо, сошка 12 рулевого механизма 14 повернется по часовой стрелке и сместит золотник 9 распределителя 8 назад по отношению к принятому направлению движения автомобиля. В результате жидкость от насоса 2 подается через распределитель в полость А и силовой цилиндр 7 начинает поворачивать управляемые колеса 4 вправо. Полость Б в это время соединяется также через распределитель со сливной магистралью 1. После прекращения поворота рулевого колеса управляемые колеса вследствие давления рабочей жидкости на поршень цилиндра продолжают поворачиваться вправо. При этом с помощью рычага 5 и тяги 3 корпус распределителя смещается назад и перекрывает поступление жидкости в полость А цилиндра распределителя, в результате чего прекращается поворот управляемых колес. Т.о. управляемые колеса поворачиваются в соответствии с поворотом рулевого колеса (кинематическое слежение).

Рисунок 47. Схема рулевого управления с усилителем

Рулевое управление должно удовлетворять следующим требованиям: поддерживать такое соотношение между углами поворота колес, при котором качение всех колес троллейбуса не сопровождается их боковым скольжением;

- обеспечивать согласованность в кинематическом и силовом отношении между поворотом рулевого и управляемых колес;

- создавать условия для обеспечения легкости управления, высокой маневренности троллейбуса;

- предотвращать передачу ударов на рулевое колесо при наезде управляемых колес на препятствие;

- обеспечивать стабилизацию повернутых управляемых колес и их возвращение в положение, соответствующее прямолинейному, при отпущенном рулевом колесе;

- иметь высокую степень надежности действия и минимальные зазоры в соединениях.

Для грузовых автомобилей, а, следовательно, и для троллейбусов, усилие на рулевом колесе регламентируется ГОСТ 21398-89 и при движении не должно превышать;

- 118 Н (12 кГс) для рулевого управления с усилителем;

- 588 Н (60 кГс) для рулевого управления с усилителем в случае прекращения действия усилителя.

Суммарный (кинематический) люфт рулевого колеса для автомобиля (троллейбуса) с усилителем рулевого управления, стоящего на дороге с сухим, твердым и равным покрытием не должен превышать 10°. При выходе из строя усилителя рулевого управления должна быть сохранена возможность управления троллейбусом.

Оценочными параметрами рулевого управления являются кинематическое и силовое передаточные числа, а также КПД рулевого привода и рулевого механизма.

Рулевой механизм

Рулевой механизм, являющийся редуктором, обеспечивает увеличение крутящего момента, создаваемого водителем на рулевом колесе. Увеличение крутящего момента пропорционально угловому передаточному числу рулевого механизма, в общем случае равного:

,

где , – элементарные углы поворота рулевого колеса и вала сошки.

Максимальная величина углового передаточного числа для машин разных типов и классов находится в пределах = 15...25, в некоторых случаях доходит до 40. При выборе его исходят из того, что за один-два полных оборота рулевого колеса управляемые колеса машины должны успевать поворачиваться из нейтрального положения на максимальные углы (35-40^o). С увеличением уменьшается затрачиваемое для осуществления маневрирования усилие на рулевом колесе, однако одновременно возрастет количество оборотов рулевого колеса, которое требуется выполнить, чтобы повернуть управляемые колеса на необходимые углы.

Передаточное число может быть постоянным или переменным. Рекомендуемый закон изменения показан на рис. 4. Для рулевых управлений с усилителем особых требований к характеру изменения передаточного число не предъявляется и оно обычно постоянно. Рулевой механизм в таких рулевых управлениях служит в основном лишь для включения золотников усилителя в работу и для обеспечения кинематического и силового действия этой системы. Однако, передаточное число и здесь должно быть все-таки достаточно большим, чтобы при выходе из строя усилителя водитель мог бы некоторое время управлять машиной без излишнего напряжения.

Рисунок 48. Рекомендуемое изменение передаточного числа рулевого механизма.

Рулевой механизм должен быть обратимым, чтобы не препятствовать стабилизации управляемых колес и иметь высокий КПД в прямом направлении (от рулевого вала к валу сошки) не ниже 70% при моменте на валу сошки, составляющем 20% от максимального и несколько меньший КПД в обратном направлении.

Во всех кинематических звеньях рулевого управления – от рулевого колеса до управляемых колес – зазоры (люфты) сводятся до минимума. Люфты обуславливаются ослаблением крепления рулевого колеса и сошки, износом деталей рулевого механизма, шарниров рулевого вала, тяг рулевого привода. Люфты при нейтральном положении управляемых колес, соответствующем прямолинейному движению троллейбуса, должны быть минимальны. В этом положении рабочие поверхности деталей рулевого механизма подвержены наиболее интенсивному изнашиванию, т.е. люфт рулевого колеса в среднем положении увеличивается быстрее, чем в крайних. Чтобы при регулировке зазоров не происходило заклинивание в крайних положениях, зацепление рулевого механизма выполняется с увеличенным зазором в крайних положениях, что достигается конструктивными и технологическими мероприятиями. В процессе эксплуатации разница в зазорах зацепления в среднем и крайних положениях уменьшается. Следует иметь в виду, что при наличии усилителей некоторый люфт рулевого колеса даже при нейтральном положении неизбежен. Это объясняется тем, что для включения усилителя в работу необходим некоторый осевой ход золотника и соответствующий этому ходу люфт рулевого колеса. Отсутствие люфтов в рулевом управлении при нейтральном положении управляемых колес предотвращает «рыскание» троллейбуса и его неустойчивое движение.

По типу передачи различают следующие рулевые механизмы: червяк-ролик, червяк-шестерня, червяк-сектор, винт-кривошип, винт-рейка-шестерня, шестерня-рейка. В рулевом управлении троллейбуса применяется более совершенный в сравнении с другими механизмами рулевой механизм винт-рейка-шестерня. В рулевой паре этих рулевых механизмов имеет место не трение скольжения, а трение качения – между винтами 3 и гайкой 2 размещены 90...120 шариков диаметром 7...9 мм (рис. 5). Входные и выходные концы нарезки гайки замыкаются двумя направляющими трубками 1, заполненными шариками. В результате получается два замкнутых «ручья», в которых циркулируют шарики при вращении винта. Поступательное перемещение гайки преобразуется в угловое перемещение с помощью рейки, конструктивно объединенной с гайкой, и вала сектора 7 с закрепленной на нем сошкой.

Механизм отличается удобством компоновки совместно с распределителем гидроусилителя, а при необходимости и с его силовым цилиндром, имеет высокий прямой КПД, достаточную надежность и долговечность. Передаточное число рассматриваемого комбинированного рулевого механизма определим на основании следующего. В результате поворота рулевого колеса на угол α гайка с рейкой переместится на расстояние

, (1)

где t – шаг винтового канала, образованного канавками винта и гайки.

В следствии этого сектор повернется на угол , которому соответствует длина дуги его начальной окружности:

, (2)

Решая совместно выражения (1) и (2), найдем искомое передаточное число рулевого механизма:

. (3)

Регулировка зацепления рейка-сектор производится приближением сошки к рейке с помощью втулок 4, в которых располагаются подшипники вала (рис. 5). Для этой цели центр окружности, на которой располагаются болты 5 крепления крышек 6 к картеру рулевого механизма, смещен относительно оси вращения вала сошки. Для изменения расстояния между рейкой и сектором достаточно отвернуть болты крепления, повернуть крышки вместе с втулками до очередного совпадения их отверстий с резьбовыми отверстиями в картере и снова завернуть болты.

Рисунок 49. Рулевой механизм винт – рейка - шестерня.