15. Рулевое управление .Назначение устройство, работа системы.
Назначение рулевого управления. Рулевое управление предназначено для обеспечения движения автомобиля по заданному водителем направлению. Оно состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Конструкция рулевого механизма и рулевого привода должна обеспечить точность управления автомобилем, надежность работы всех узлов и деталей* не требовать от водителя затраты больших усилий и не передавать на рулевое колесо толчки, воспринимаемые колесами автомобиля.
Чтобы автомобиль двигался на повороте без бокового скольжения колес, все колеса должны совершать качение по дугам, описанным из одного центра, лежащего на продолжении задней оси автомобиля. При этом передние управляемые колеса автомобиля необходимо поворачивать на разные углы. Внутреннее (по отношению к центру поворота) колесо должно быть повернуто на больший угол, наружное колесо — на меньший угол. Такая схема поворота достигается применением в рулевом приводе трапеции с шарнирными соединениями.
Рулевой механизм. Существует несколько типов рулевого механизма. Наиболее распространенными из них являются червяк — ролик, червяк — сектор и винт — шариковая гайка.
Рулевой механизм типа червяк — ролик применяется на большинстве легковых автомобилей и многих грузовых автомобилях. На рис. 1 показано устройство рулевого механизма этого типа автомобиля ГАЗ-53А. В картере рулевого механизма на двух конических роликовых подшипниках вращается глобоидальный червяк, установленный на конце вала руля.
Рис. 1. Схема поворота управляемых колес автомобиля: а — угол поворота внешнего колеса, Р — угол поворота внутреннего колеса; 1 — поперечная рулевая тяга, 2 — передний мост, 3 — рычаги поворотных цапф
В зацепление с червяком входит трехгребневый ролик, вращающийся на двух игольчатых подшипниках. Между подшипниками установлена распорная втулка. Ось ролика закреплена в головке вала рулевой сошки. Опорами вала рулевой сошки служат с одной стороны роликовый подшипник, а с другой — бронзовая втулка. Рулевая сошка соединена со своим валом мелкими шлицами и закреплена гайкой 15. Конец вала рулевой сошки уплотнен сальником. Для регулировки затяжки подшипников рулевого вала под нижней крышкой картера установлены прокладки.
Зацепление рабочей пары рулевого механизма выполнено таким образом, что при положении, соответствующем прямолинейному движению автомобиля, свободный ход рулевого колеса должен отсутствовать. По мере поворота руля в ту или иную сторону зазор между червяком и роликом и свободный ход I рулевого колеса возрастают. Регулировку зацепления червяка с роликом осуществляют смещением вала рулевой сошки в осевом на- I правлении при помощи регулировочного винта. Винт установлен в боковой крышке ! картера рулевого механизма, снаружи закрыт колпачковой гайкой 8 и фиксируется стопорной шайбой, закрепленной штифтом.
Рулевой механизм типа червяк — ролик обеспечивает наименьшие потери на трение. Благодаря этому требуется меньшее усилие водителя на управление автомобилем и снижается износ деталей.
У автомобилей большой грузоподъемности рулевой механизм имеет большее передаточное число для облегчения управления, при этом не допускается возникновения значительных удельных давлений между поверхностями рабочей пары.
В связи с этим на таких автомобилях применяют рулевой механизм типа червяк — сектор с большой поверхностью зацепления или механизм с двумя рабочими парами типа винт — гайка и рейка — сектор.
Рулевой механизм типа червяк — сектор наиболее прост по конструкции. В зацепление с глобоидальным червяком входит боковой сектор в виде части шестерни со спиральными зубьями, выполненный заодно целое с валом сошки. Зазор в зацеплении червяка с сектором не является постоянным. Наименьшее значение зазора соответствует среднему положению рулевого колеса.
Рис. 2. Рулевой механизм типа червяк—ролик: 1 — картер механизма, 2 — вал сошки, 3 —- трехгребневый ролик, 4 — прокладка. 5 — червяк, б — пробка, 7 — стопорная шайба, 8 — колпачковая гайка, 9 —- ось ролика, 10 — вал руля, 11 — регулировочный винт, 12 — стопорный штифт, 13 — сальник, 14 — рулевая сошка, 15 — гайка, 16 — бронзовая втулка
При повороте рулевого колеса в ту или другую сторону величина зазора увеличивается в зависимости от угла поворота, достигая максимального значения в крайних положениях. Такое распределение зазора облегчает маневрирование с большими углами поворота руля и достигается постепенным понижением высоты зубьев сектора от середины к крайним точкам. При сборке правильность установки механизма проверяют по меткам, имеющимся на червяке и секторе.
Сошка посажена на вал, вращающийся в двух игольчатых подшипниках, между которыми установлена распорная втулка. При этом зазор в зацеплении червяк — сектор легко регулируется изменением толщины упорной шайбы, расположенной между боковой поверхностью сектора и крышкой картера рулевого механизма.
Рис. 3. Рулевой механизм со встроенным гидроусилителем: 1 — шкив привода насоса, 2 — насос гидроусилителя, 3 — бачок насоса, 4 — фильтр, 5 — предохранительный клапан фильтра, б—линия слива, перепускной клапан, 8 предохранительный клапан, 9 – трубопровод высокого давления, 10 — поршень-рейка. 11 — картер рулевого механизма. 12 — винт, 13 — шарик, 14 — шариковая гайка, 15 — упорный шарикоподшипник, 16 — корпус клапана управления, 17 — обратный клапан, 18 —золотник, 19 — регулировочная гайка, 20 – пружинная шайба, 21 — пружина реактивного плунжера, 22 — реактивный плунжер, 23 — зубчатый сектор, 4 — сошка, 25 — статор насоса, 26 — ротор насоса, 27 — полость всасывания, 28 — полость нагнетания, 29 — лопасти
Рулевой механизм типа винт — гайка и рейка — сектор применяется на многих грузовых автомобилях (ЗИЛ-130, КамАЗ всех моделей и др.), устройство его показано на рис. 3.
Вал рулевого механизма, установленный в шариковых подшипниках, имеет на конце винт. На винте закреплена шариковая гайка, входящая в поршень-рейку. При повороте рулевого вала рейка-поршень перемещается вдоль его оси. Осевое перемещение рейки-поршня, имеющей на наружной поверхности зубья, вызывает поворот зубчатого сектора, установленного на валу сошки. Сошка через рулевой привод осуществляет поворот передних колес.
В гайке и винте выполнены полукруглые винтовые канавки. В них свободно перекатываются шарики. Чтобы шарики не выпадали из винтовых канавок, в пазы гаики вставлены штампованные направляющие, представляющие собой замкнутый желоб. Поворот винта вызывает перекатывание шариков по желобу. При этом они выходят с одной стороны гайки и возвращаются в нее с противоположной стороны. Наличие шариков значительно облегчает поворачивание вала рулевого механизма.
Рулевой механизм соединен с валом рулевой колонки при помощи карданного вала с двумя шарнирами. Это вызвано трудностью размещения рулевого управления обычной конструкции на автомобиле, имеющем V-образный двигатель и максимально приближенную к нему кабину.
Травмобезопасная рулевая колонка. При фронтальных ударах автомобиля, в случае аварии, водитель может быть травмирован рулевым колесом. Чтобы максимально уменьшить опасность удара водителя о рулевое колесо, на легковых автомобилях последних моделей устанавливают трав-мобезопасную рулевую колонку. Так, на автомобиле «Москвич-1500» рулевая колонка телескопического типа состоит из трубчатых частей, которые могут входить одна в другую.
При ударе о рулевое колесо нижняя часть рулевого вала получает осевое перемещение в упругой с прорезями шлицевой втулке, а верхняя и нижняя части трубы рулевой колонки входят в среднюю часть трубы. Энергия удара поглощается трением между перемещающимися деталями.
Само рулевое колесо с утопленной ступицей и мягкой накладкой снижает опасность удара о него.
—
Водитель, наблюдая за дорогой, управляет автомобилем при помощи рулевого управления. Назначение рулевого управления — изменять направление движения автомобиля так, чтобы при повороте автомобиля качение его колес по дороге происходило по возможности без проскальзывания. Последнее очень важно, так как боковое скольжение шин вызывает их повышенный износ и ухудшает устойчивость движения автомобиля.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Иногда в рулевое управление включен усилитель.
Рулевым механизмом называют замедляющую передачу, преобразующую вращение вала рулевого колеса во Вращение вала сошки. Этот механизм увеличивает приложенное к рулевому колесу усилие водителя и облегчает его работу.
Рулевым приводом называют систему тяг и рычагов, осуществляющую в совокупности с рулевым механизмом поворот автомобиля. Рулевой привод (или рулевая трапеция) служит для поворота управляемых колес автомобиля на разные углы, что необходимо для качения колес без бокового проскальзывания. Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехугольник, образуемый центральной частью передней оси, поперечной рулевой тягой и поворотными рычагами. Последние соединены с поворотными цапфами, на которых насажены управляемые колеса.
Рис. 4. Схема поворота автомобиля и рулевая трапеция: а — схема поворота; б — схема рулевой трапеции; R — радиусы поворота колес; 1 к 8 — поворотные цапфы; 2 и 6 — поворотные рычаги; 3 — передняя ось; 4 — поперечная рулевая тяга; 5 — рычаг
Рулевой механизм соединен с левой поворотной цапфой, продольной рулевой тягой и рычагом. Сошкой рулевого механизма перемещают продольную рулевую тягу вперед или назад, вызывая этим поворот управляемых колес влево или вправо.
Благодаря наличию рулевой трапеции управляемые колеса повертываются на разные углы: внутреннее (ближайшее к центру поворота) колесо на больший угол, чем внешнее. Разница в углах поворота определяется величиной угла наклона поворотных рычагов трапеции.
Схема рулевого привода передних управляемых колес, показанная на рис. 4, соответствует принятому на отечественных автомобилях расположению рулевого колеса при правостороннем движении.
16. Тормозная система ЗИЛ. Назначение, устройство, принцип работы.
На автомобиле ЗИЛ-130 применены две независимо действующие тормозные системы: ножной тормоз с пневматическим приводом, действующий на все колеса, и ручной центральный тормоз с механическим приводом, действующий на трансмиссию.
Тормозная система с пневматическим приводом работает по рассмотренной выше схеме и включает те же основные устройства.
Воздушный компрессор повышенной производительности, поршневой, двухцилиндровый, с водяным охлаждением, закреплен на двигателе с правой стороны и приводится в действие ременной передачей от шкива водяного насоса двигателя.
Цилиндры компрессора отлиты из чугуна в одном блоке, имеющем водяную рубашку, закрыты сверху общей чугунной головкой на прокладке и укреплены на картере, имеющем снизу отъемную крышку, являющуюся кронштейном для крепления компрессора. В головке под пробками установлены нагнетательные пластинчатые клапаны с пружинами и имеется водяная рубашка. В цилиндрах установлены чугунные поршни. На каждом поршне поставлены два компрессионных и одно маслосъемное кольца. По внутренней поверхности на компрессионных кольцах сделаны проточки, которыми кольца должны быть обращены вверх. Поршень при помощи пальца соединен с верхней головкой шатуна с запрессованной бронзовой втулкой. Пальцы — плавающего типа с заглушками из алюминиевого сплава.
Нижняя разъемная головка шатуна снабжена вкладышами с антифрикционной заливкой и укреплена на шатунной шейке коленчатого вала двумя болтами. В теле шатуна сделан канал для смазки поршневого пальца.
При отпускании педали доступ сжатого воздуха к тормозным камерам прекращается, и они сообщаются с атмосферой.
Рис. 1. Схема тормозной системы с пневматическим приводом автомобиля ЗИЛ-1Э0
Рис. 2. Воздушный компрессор тормозной системы автомобиля ЗИЛ-130
При вращении коленчатого вала поршни в цилиндрах перемещаются вверх и вниз. Когда поршень перемещается в нижнее положение, открывается впускной пластинчатый клапан, установленный в гнезде блока, нагруженный пружинами и сообщающийся с воздушной камерой блока, и в цилиндр вследствие разрежения поступает воздух. При ходе поршня вверх впускной клапан закрывается, и находящийся в цилиндре воздух сжимается, открывая пластинчатый нагнетательный клапан, и воздух поступает в воздушную полость головки, откуда через отверстие по трубке нагнетается в воздушные баллоны. Воздух в воздушную камеру компрессора при его работе поступает по шлангу из воздухоочистителя двигателя.
Смазка деталей компрессора комбинированная. Масло поступает из системы смазки двигателя по трубке, закрепленной в крышке, через уплотняющее устройство в канал коленчатого вала, обеспечивая смазку шатунных подшипников. По каналам в шатунах масло подводится к их верхним головкам. Масло, выдавливаемое из шатунных подшипников, разбрызгивается и смазывает стенки цилиндров и коренные подшипники коленчатого вала. Стекая со стенок цилиндров и других деталей, масло собирается в крышку картера и по сливной трубке поступает обратно в картер двигателя.
Цилиндры и головка компрессора охлаждаются водой, поступающей из системы охлаждения двигателя. Водяная рубашка блока компрессора соединена шлангом с впускным водяным трубопроводом блока двигателя, а водяная рубашка головки компрессора соединена с всасывающей полостью водяного насоса. Для заполнения системы охлаждения компрессора водой после заливки ее в радиатор необходимо дать поработать двигателю, а затем проверить уровень воды и долить ее.
Рис. 3. Регулятор давления тормозной системы автомобиля ЗИЛ-130
В блоке компрессора имеется разгрузочное устройство, обеспечивающее холостой ход компрессора в случае превышения нормального давления воздуха в баллонах.
Под впускными клапанами 16 в каналах блока установлены плунжеры со штоками разгрузочного устройства, нагруженные через коромысло пружиной. Канал, расположенный под плунжерами, сообщается с регулятором давления.
Регулятор давления с шариковыми клапанами закреплен на приливе блока цилиндров компрессора.
В стальную втулку (рис. 425, а), закрепленную в корпусе регулятора, на регулировочных прокладках завернут штуцер, имеющий боковой канал 6. В штуцере установлен шток, нагруженный сверху пружиной с опорными шариками. Пружина закреплена регулировочным колпаком, навернутым на штуцер. В отрегулированном полоя{ении колпак стопорят контргайкой.
Шток надавливает на два шарика, установленных в центральном канале втулки корпуса. Под нижним шариком расположена отжимная пружинка. К нижнему отверстию корпуса, имеющему сетчатый фйльтр, при помощи штуцера присоединяется воздухопровод от баллонов. Полость втулки, где расположены клапаны, через боковое отверстие в корпусе, снабженное фильтром, соединяется с каналом разгрузочного устройства компрессора. Сверху на корпусе закреплен кожух, закрывающий механизм регулятора.
При нормальном давлении воздуха в тормозной системе, не превышающем 5,6—6,0 кГ/см2, шариковые клапаны (рис. 425, б) под действием пружины и штока опущены вниз. При этом отверстие втулки корпуса закрыто нижним шариком, а боковой канал штуцера открыт, сообщая через боковое отверстие корпуса и фильтр канал разгрузочного устройства компрессора с атмосферой; поэтому разгрузочное устройство выключено.
При достижении давления воздуха в системе 7,0—7,4 кГ/см2 шарики поднимаются, сжимая через шток пружину. При этом боковой канал в штуцере закрывается верхним шариком, и канал разгрузочного устройства разобщается с атмосферой, а отверстие во втулке открывается нижним шариком и в канал разгрузочного устройства поступает сжатый воздух из баллонов. Под действием давления воздуха плунжеры разгрузочного устройства поднимаются, надавливая штоками на впускные клапаны компрессора. При этом оба цилиндра компрессора через воздушную камеру сообщаются между собой, и нагнетание воздуха в магистраль прекращается.
При падении давления в магистрали регулятор опять включает компрессор в работу.
Регулирование давления, при котором компрессор выключается из работы, осуществляется изменением количества регулировочных прокладок (рис. 425, а) под штуцером. Давление, при котором компрессор включается в работу, регулируют вращением колпака, изменяя затяяжу пружины.
Предохранительный клапан (рис. 4) служит для предохранения тормозной системы от повышенного давления в случае неисправности регулятора давления. Клапан установлен на правом воздушном баллоне. В корпус предохранительного клапана завернут с одной стороны штуцер 6, являющийся гнездом для шарикового клапана; с другой стороны в корпус завернут регулировочный винт, под которым на контрольном стержне установлена пружина, прижимающая шарик к гнезду. Винт стопорится контргайкой.
В случае возрастания давления в системе выше 9,0—9,5 кГ/см2 под действием силы давления воздуха шариковый клапан приподнимается, сжимая пружину, и воздух из системы выходит через канал в корпусе.
Рис. 4. Предохранительный клапан тормозной системы автомобиля ЗИЛ-130
Давление пружины можно регулировать вращением винта. Когда необходимо проверить работу клапана, его можно открыть, вытягивая контрольный стержень.
Воздушный баллон представляет собой металлический цилиндрический резервуар большой емкости. На автомобиле ЗИЛ-130 установлены два воздушных баллона общей емкостью 40 л. Баллоны закреплены на правом лонжероне рамы. В правом баллоне установлены предохранительный клапан и кран для отбора воздуха. В обоих баллонах имеется кран для выпуска конденсата. Баллоны соединены трубками с компрессором и с тормозным краном.
Рис. 5. Колесные тормоза тормозной системы автомобиля ЗИЛ-130: а — тормозная камера; б — тормоз переднего колеса; е — тормоз заднего колеса
Тормозная камера колесного тормоза состоит из корпуса (рис. 427, а) с крышкой, между которыми зажата гибкая резино-тканевая диафрагма, опирающаяся на шайбу штока, имеющего отжимные пружины. На штоке снаружи навернута и закреплена гайкой соединительная вилка. К крышке при помощи штуцера присоединена трубка от тормозного крана. Тормозная камера прикреплена на кронштейне около тормозного диска болтами. Колесные тормоза передних колес имеют две чугунные колодки с приклепанными к ним накладками. Колодки стянуты пружиной. С одной стороны колодки установлены на опорных эксцентрических пальцах, закрепленных в кронштейнах тормозного щита. С другой стороны между колодками входит тормозной кулак. Вал кулака установлен в кронштейне тормозного щита. С валом при помощи червячного регулировочного механизма связан рычаг, соединенный со штоком тормозной камеры. Поворотом червяка регулировочного механизма можно изменять положение шестерни и вала с кулаком, чем регулируется положение тормозных колодок по отношению к тормозному барабану. Червяк стопорится шариковым фиксатором.
В задних тормозах колодки имеют профилированные накладки. Одним концом колодки свободно опираются на эксцентриковые пальцы, не охватывая их целиком, поэтому колодки стянуты двумя пружинами. Другой конец колодок снабжен роликами, которыми колодки прижаты к разжимному кулаку, имеющему спиральные поверхности.
Текущая регулировка колодочных тормозов вследствие износа их накладок производится вращением головки червяка регулировочного механизма. Необходимость регулировки определяют по величине свободного хода штока тормозной камеры. Свободный ход не должен превышать для передних тормозов 25 мм и для задних 30 мм. Полную регулировку, проводимую после разборки тормозов или переклепки накладок, осуществляют поворотом опорных пальцев колодок и с помощью регулировочных механизмов рычагов.
Тормозной кран комбинированного типа обеспечивает управление тормозами автомобиля и прицепа и устанавливается на автомобили, предназначенные для работы с полуприцепами и прицепами.
В общем корпусе установлены две секции тормозного крана. Нижняя секция управляет тормозами автомобиля, а верхняя — тормозами прицепа.
В нижней секции крана между корпусом и крышкой закреплена гибкая резино-тканевая диафрагма с гнездом выпускного клапана и отжимной пружиной. В крышке расположены впускной и выпускной конусные резиновые клапаны, закрепленные на стержне отжимной пружиной.
К отверстию пробки при помощи штуцера присоединяется воздухопровод от баллонов, а к боковому отверстию — воздухопровод от тормозных камер колесных тормозов.
Полость крана под диафрагмой сообщается с атмосферой через выпускное окно, снабженное клапаном.
В корпусе установлен передвижной стакан с расположенной внутри него уравновешивающей пружиной.
Верхний кран управления тормозами прицепа имеет аналогичное устройство. Уравновешивающая пружина закреплена на штоке, установленном в направляющей втулке корпуса. К отверстию в пробке с помощью штуцера присоединен воздухопровод от баллонов, к боковому отверстию против клапана — магистраль от прицепа.
В передней крышке корпуса на оси, соединенной со штоком крана прицепа установлен качающийся основной рычаг.
Верхний конец рычага соединен при помощи тяги через промежуточный рычаг и тягу с тормозной педалью. Выход тяги из крана закрыт уплотняющим гофрированным резиновым чехлом, закрепленным на верхней крышке.
Нижний конец основного рычага вставленным в него пальцем входит в вырез рычага нижней секции крана. Этот рычаг установлен шарнирно на оси, закрепленной в крышке, и соприкасается с упором стакана. Против конца основного рычага и штока верхней секции в стенки крышки завернуты регулировочные ограничительные болты. В вырез штока входит кулачок валика, наружный рычаг которого тягой соединен с рычагом ручного тормоза.
На крышке тормозного крана закреплен датчик стоп-сигпала.
Действие комбинированного тормозного крана и всей тормозной системы заключается в следующем.
Когда тормозная педаль не нажата, впускной клапан нижней секции закрыт, а выпускной открыт. При этом тормозные камеры тормозов автомобиля разобщены с воздушными баллонами и через выпускное окно сообщены с атмосферой, т. е. тормоза автомобиля выключены.
Рис. 6. Одинарный тормозной кран тормозной системы автомобиля ЗИЛ-130
В верхней секции выпускной клапан закрыт, а впускной открыт, поэтому в магистраль прицепа поступает сжатый воздух. Тормоза прицепа, работающие при падении давления в соединительной магистрали, отпущены.
В случае, если давление в магистрали прицепа превышает 4,8—5,3 кГ1смг, диафрагма 8 переместится вперед, сжимая уравновешивающую пружину, и впускной клапан закроется, прекращая подачу сжатого воздуха.
При нажатии на тормозную педаль основной рычаг поворачивается, перемещая шток 6 верхней секции вперед, а стакан нижней секции при помощи малого рычага назад. При этом в нижней секции диафрагма с гнездом, перемещаясь, закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Тормозные камеры колесных тормозов автомобиля разобщаются от атмосферы и в них поступает сжатый воздух, вследствие чего происходит торможение колес.
Если давление воздуха в тормозной магистрали автомобиля превысит допустимое значение, пропорциональное нажатию на тормозную педаль, давлением воздуха диафрагма сместится вперед, преодолевая сопротивление уравновешивающей пружины, и впускной клапан закроется, прекращая подачу сжатого воздуха.
В верхней секции под действием основного рычага шток сдвинется вперед, сжимая уравновешивающую пружину. При этом впускной клапан закроется, а выпускной откроется, сообщая магистраль прицепа с атмосферой. Вследствие падения давления в магистрали под действием воздухораспределителя, установленного на прицепе, тормоза прицепа будут включены.
При отпускании педали торможение автомобиля и прицепа прекращается.
На модификациях автомобиля ЗИЛ-130, не работающих с прицепами, устанавливают одинарный тормозной кран. Действие одинарного крана аналогично действию нижней секции комбинированного крана.
Ручной центральный тормоз — барабанно-колодочного типа. Чугунный тормозной барабан закреплен на заднем конце вторичного вала коробки передач. Внутри барабана расположены две колодки с фрикционными накладками. Оси колодок закреплены в опорном кронштейне тормоза. Колодки постоянно стягиваются двумя пружинами и раздвигаются при торможении разжимным кулаком. Вал кулака установлен в опорном кронштейне. Рычаг вала кулака тягой соединен с рычагом ручного привода. Ручной рычаг снабжен стопорной защелкой, перемещающейся по сектору и управляемой от рукоятки, что позволяет закреплять рычаг в заторможенном состоянии.
Регулировка ручного тормоза осуществляется перестановкой пальца соединительной тяги в отверстиях рычага вала кулака.
Рис. 7. Ручной центральный тормоз автомобиля ЗИЛ-130