Раздел IV. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТРАКТОРАМИ И АВТОМОБИЛЯМИ
Глава 10. РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ И АВТОМОБИЛЕЙ
Рулевое управление предназначено для поддержания и измене- ния направления движения колесного трактора и автомобиля в соот- ветствии с действиями тракториста или водителя. Оно представляет собой часть комплекса механизмов и агрегатов системы управления
движением трактора и автомобиля.
Поворот трактора. Существуют два принципиально разных способа поворота трактора при его движении:
1)поворотом в плане передних колес относительно задних (ос- новной способ);
2)изменением скоростей прямолинейного поступательного движения правого и левого колесных движителей со всеми ведущими колесами одинакового диаметра (по способу поворота гусеничного трактора).
Для поворота колесных тракторов с полугусеничным ходом обычно совмещаются оба способа: передние управляемые колеса - поворотом в плане, а полугусеничный ход - изменением поступатель- ных скоростей гусениц. Совмещенный способ поворота иногда при- меняют и для пропашных тракторов с целью получения небольшого радиуса поворота, когда при повороте передних управляемых колес притормаживают одно из задних ведущих колес, порой до полной его остановки.
П р и п е р в о м с п о с о б е п о в о р о т а на поворачиваемые колеса действуют боковые реакции грунта, которые и заставляют из- менять направление движения остова трактора, а п р и в т о р о м - на ведущие колеса противоположных бортов трактора и заставляют их вращаться с разными угловыми скоростями, что вызывает появление на остове поворачивающегося момента.
Основным недостатком второго способа поворота является обя- зательное боковое проскальзывание протектора шины относительно поверхности пути. Это вызывает повышенный износ шин, сильное боковое “ нагребание” на них земли при повороте на рыхлых грунтах и появление заноса остова при повороте на повышенной скорости движения трактора. Этот способ поворота используют на малогаба- ритных колесных тракторах, в основном, коммунального назначения. Управление при втором способе поворота колесного трактора анало- гично управлению гусеничным трактором.
225
Принципиальные схемы поворота колесных тракторов по ос- новному их способу представлены на рис. 10.1. Следует отметить, что для обеспечения качения всех колес трактора при его повороте без их бокового скольжения необходимо, чтобы их оси при условном про- должении пересекались в одной общей точке - центре поворота.
На рис. 10.1,а представлена схема поворота трактора с колесной формулой 3К2 с поворотной передней осью 1, на которой установле- но одно управляемое колесо или два спаренных, установленных под углом друг к другу так, что в контакте с почвой они представляются как одно целое. При полностью заторможенном ведущем колесе 2 ра- диус поворота R = 0,5 B , где B – поперечная база (колея) трактора.
Рис. 10.1. Схемы поворота колесных тракторов и автомобилей
На рис. 10.1,б представлена схема поворота трактора 4К2 с не- поворотной передней осью 1, на которой установлены поворотные цапфы 2 управляемых колес 3. Для выполнения указанного условия качения управляемых колес они поворачиваются на разные углы (α > β ). По аналогичной схеме производится поворот трактора 4К4а.
Для трактора 4К4б наиболее характерна схема поворота (рис. 10.1,в) путем складывания шарнирно сочлененных полурам 1, отно- сительно которых ведущие колеса 2 не поворачиваются. Минималь- ный радиус поворота R ограничен возможным контактом колес 2 од- ного борта трактора, как показано на схеме.
226
Некоторые тракторы 4К4б выполняются с передними 1 (рис. 10.1,г) и задними 2 поворотными ведущими колесами относительно остова 3. При этом, как правило, пологие повороты осуществляются посредством только передних ведущих колес 1, а более крутые - про- должением поворота передних колес и одновременным поворотом задних ведущих колес 2 в противоположную сторону. В некоторых конструкциях тракторов колеса поворачиваются не только по рас- смотренной схеме (см. рис. 10.1,г), но и могут одновременно повора- чиваться все на один и тот же угол α (рис. 10.1,д). При этом возмож- но "крабовое движение" трактора - остов 1 одновременно движется вперед и в сторону без поворота в плане. Такой поворот облегчает движение трактора вверх по склону и полезен при выполнении неко-
торых технологических операций.
Поворот автомобиля. В отличие от колесного трактора поворот автомобиля при его движении осуществляется в подавляющем боль- шинстве случаев поворотом в плане передних колес относительно задних. При этом на поворачиваемые колеса действуют боковые ре- акции твердого покрытия дороги, по которой движется автомобиль.
На рис. 10.1,б представлена схема поворота двухосного автомо- биля, как наиболее распространенного. Для автомобилей специально- го назначения, также применяются схемы поворота, показанные на рис. 10.1,в,г,д.
Не использование на автомобилях в качестве поворотных зад- них колес связано с неудобством начала движения вперед (отъезд от бордюрного камня, выезд с парковочного места) и неудовлетвори- тельной у этой схемы курсовой устойчивостью движения.
Рассмотренные способы поворота тракторов и автомобилей
осуществляются механизмами и агрегатами рулевого управления. Рулевое управление колесного трактора и автомобиля состоит
из рулевого привода и рулевого механизма (в большинстве случаев с усилителем).
Р у л е в о й п р и в о д служит для установки управляемых по- воротных колес или полурам остова (трактор с неповоротными коле- сами) в положения для качения без бокового скольжения при поворо- те и прямолинейном движении трактора и автомобиля.
Р у л е в о й м е х а н и з м преобразует повороты рулевого коле- са в необходимые для обеспечения заданного направления движения трактора и автомобиля перемещения элементов рулевого привода.
По принципу действия рулевые управления можно классифи-
цировать, в основном, на механические и механические с усилителя- ми. На тракторах также применяются и гидрообъемные рулевые управления (ГОРУ).
227
В м е х а н и ч е с к и х р у л е в ы х у п р а в л е н и я х , приме- няемых на легких колесных тракторах класса 0,6 и ниже, легковых автомобилях, микроавтобусах и легких грузовиках рулевой привод кинематически связан с рулевым механизмом и поворот управляемых колес осуществляется исключительно мускульной силой тракториста или водителя, приложенной к рулевому колесу.
М е х а н и ч е с к о е р у л е в о е у п р а в л е н и е с у с и л и - т е л е м - это такое устройство, в котором рулевой привод также ки- нематически связан с рулевым механизмом, но поворот управляемых колес или полурам остова тракторов 4К4б производится, в основном, не мускульной силой человека, а специальным усилителем, управ- ляемым трактористом или водителем. При отказе от работы усилите- ля поворот трактора и автомобиля, в большинстве случаев, соверша- ется механической частью рулевого управления, но при значительно больших затратах времени и усилия на вращение рулевого колеса. Подобные рулевые управления установлены на большинстве отечест- венных колесных тракторах класса 0,9 и выше, автобусах и грузовых автомобилях.
При проектировании рулевого управления трактора или автомо- биля ограничивают минимальное (30 Н) и максимальное (120 Н) уси- лия на рулевом колесе при движении. Ограничение минимального усилия необходимо для “ чувства дороги”. В случае поломки усилите- ля для поворота управляемых колес трактора или автомобиля на мес- те на бетонной дороге усилие на рулевом колесе не должно превы- шать 400 Н.
В г и д р о о б ъ е м н о м р у л е в о м у п р а в л е н и и отсутст- вует механическая связь рулевого привода с рулевым механизмом. Исполнительным элементом рулевого привода является гидроци- линдр двойного действия, соединенный трубопроводами с управ- ляющим элементом рулевого управления - насосом-дозатором, кото- рый вместе с рулевым колесом представляет собой рулевой механизм, устанавливаемый в любом удобном для тракториста месте.
Гидрообъемное рулевое управление получило широкое распро- странение на колесных тракторах средней и высокой мощности.
10.1. Рулевой привод
Рулевой привод, в зависимости от рассмотренных способов по- ворота и принципов действия рулевого управления, может быть ме-
ханическим или гидравлическим.
Механический рулевой привод служит для поворота двух управляемых колес тракторов 4К2 и 4К4а, двух- и трехосных автомо-
228
билей на разные углы α и β (см. рис. 10.1,б) с целью их “ чистого ка- чения”- без бокового проскальзывания. Данное обстоятельство обу- словлено тем, что внутреннее и внешнее колеса движутся в повороте по окружностям разных радиусов и, следовательно, разной кривизны. При этом, как указывалось выше, угол β (внешнее колесо) всегда меньше угла α (внутреннее колесо).
Такой поворот трактора и автомобиля можно осуществить с по- мощью рулевой трапеции или двух приводных продольных тяг. На автомобилях применяют, в основном, рулевую трапецию заднего или переднего расположения.
Р у л е в о й п р и в о д с н а и б о л е е р а с п р о с т р а н е н - н о й р у л е в о й т р а п е ц и е й з а д н е г о р а с п о л о ж е н и я приведен на рис. 10.2. Рулевая трапеция представляет собой шарнир- ный четырехзвенный механизм, состоящий из основания - неподвиж- ной балки передней оси 1, двух одинаковых рычагов 4 и 8, поворот-
ных цапф управляемых колес 3 и задней нераз- резной поперечной тяги 7.
Для обеспечения по- ворота управляемых ко- лес на разные углы α и β необходимо, чтобы рыча- ги 4 и 8 при прямолиней- ном движении были на- клонены под одинаковым углом к продольной оси трактора или автомобиля. Этот угол обычно опреде- ляется точкой F пересече- ния их продолжения на вышеуказанной оси и за- висит от продольной базы L трактора и автомобиля и
расстояния М между осями шкворней поворотных цапф.
Рычаг 4 выполнен как одно целое с поворотным рычагом 2 тра- пеции, к которому шарнирно прикреплена продольная рулевая тяга 5, соединяющая его с сошкой рулевого механизма (не показана). При приложении силы к тяге 5, как показано стрелкой, рычаг 2 непосред- ственно поворачивает правое (внутреннее) колесо на угол α и через элементы трапеции - левое (внешнее) на угол β, обеспечивая пересе- чение продолжения осей колес в одной точке О на продолжении оси 6
229
задних ведущих колес при повороте трактора и автомобиля с радиу- сом R.
Тяга 5 в большинстве сельскохозяйственных тракторов распола- гается с правой стороны. При перемещении тяги 5 назад колеса 3 трактора поворачиваются налево.
На легковых автомобилях из-за особенностей их компоновки тя- га 5 отсутствует, а сошка, как правило, является частью трапеции. На грузовых автомобилях и автобусах тяга 5 располагается со стороны места водителя, которая определяется принятой в той или иной стране стороной движения (правостороннее или левостороннее).
В зависимости от назначения трактора или автомобиля, компо- новки их передней части, применяются и другие виды рулевых трапе- ций и их приводов.
Необходимо заметить, что на пропашных колесных тракторах с переменной колеёй при её изменении необходимо и изменение длины поперечной тяги, что ведет к ухудшению кинематики поворота управляемых колес. Поэтому оптимальные параметры рулевой трапе- ции назначаются для наиболее часто применяемой ширины колеи, чтобы ее изменение меньше сказывалось на боковом скольжении управляемых колес.
Ш а р о в ы е ш а р н и р ы р у л е в ы х т я г показаны на рис. 10.3. Основными деталями шарнира являются шаровая головка (па- лец) с конусной шейкой 2, закрепленной в аналогичной расточке ры- чага 3 посредством гайки, и сухари 5 и 8, устанавливаемые в корпусе 1 шарнира. В зависимости от типа сухарей шарниры бывают с осевы- ми сухарями 5 и 8 (рис. 10.3,а) и поперечными, подразделяемыми на цилиндрические (рис. 10.3,б), клиновые (рис. 10.3,в) и с регулируе- мым шарниром (рис. 10.3,г). В первых трех типах шарниров для уст- ранения зазоров сухари 5 и 8 поджаты к шаровой головке пружинами 6, удерживаемыми или простой пробкой 9 со стопорным шплинтом (рис. 10.3,а), или резьбовой пробкой 9 (рис. 10.3,б), или крышкой 9, фиксируемой стопорным разрезным кольцом (рис. 10.3,в).
Шарниры с металлическими сухарями обычно смазываются че- рез масленки 7 (рис. 10.3,а и б). Шарниры с сухарями из антифрикци- онных полимерных материалов имеют одноразовое смазывание при сборке, что упрощает их эксплуатацию (рис. 18.3,в и г). Иногда ниж- ний сухарь 5 (рис. 10.3,г) делают из упругого эластомера для устране- ния зазоров в шарнире. Здесь вместо пружин сухари 5 и 8 сжимаются регулировочной пробкой 9, фиксируемой проволочной стяжкой 10.
Для защиты внутренней полости шарниров от пыли, влаги и грязи обычно применяются различные уплотнения 4, изготавливае- мые из резины или полимера.
230
На легковых автомобилях распространены неразборные нерегу- лируемые шарниры, в которых палец устанавливается в антифрикци- онном полимерном материале. Такие шарниры не требуют регулиро- вок, а при износе их просто заменяются на новые.
Рис. 10.3. Шаровые шарниры рулевых тяг
Гидравлический рулевой привод обычно применяется для взаимного поворота полурам остова трактора 4К4б с неповоротными ведущими колесами посредством силовых гидроцилиндров двойного действия (рис. 10.4), управляемых рулевым колесом через рулевой механизм с усилителем, а также автомобилей специального назначе- ния.
На рис. 10.4,а приведена схема гидравлического рулевого при- вода с одним гидроцилиндром 3 двойного действия, применяемая обычно на малогабаритных тракторах 4К4б. Корпус гидроцилиндра 3 шарнирно закреплен на кронштейне 5 задней полурамы 6, а его шток с поршнем шарнирно закреплен на аналогичном плече кронштейна 2 передней полурамы 1.
Полурамы 1 и 6 соединены между собой вертикальным шарни- ром 7. По трубопроводам 8 и 9 жидкость под давлением подается в надпоршневую А или в подпоршневую Б полости гидроцилиндра 3, что обеспечивает поворот в разные стороны.
Рулевой механизм с распределителем гидроусилителя (не показан),
231