книги из ГПНТБ / Бухарин Н.А. Автомобили. Конструкции, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля учеб. пособие

надлежащей герметичности полости силового цилиндра (в экс­ плуатации наблюдаются частые случаи течи жидкости через саль­ ники вала сошки). Усилители с такой компоновкой приемлемы для автомобилей с нагрузкой на управляемую ось не более 25— 30 кН (2,5—-3,0. тс).

Остальные варианты компоновки допускают значительную свободу в размещении отдельных элементов усилителя и являются более универсальными. Важными преимуществами, их являются возможность установки усилителей на серийные автомобили без серьезной реконструкции стандартного рулевого управления и менее интенсивная силовая напряженность работы привода.

Гидравлические усилители могут быть, как указывалось ранее (см. табл. XVI. 1), с открытым или закрытым центром. В отличие от усилителей с открытым центром у усилителей с закрытым цен­ тром при нейтральном положении управляемых колес входная магистраль в РУ заперта (иначе разрядится источник энергии). Усилители с .закрытым центром промышленного применения еще не получили и отрабатываются пока в виде опытных конструкций. Их преимущества: повышенное быстродействие, меньший расход мощности двигателя на привод насоса (насос включается в работу эпизодически). Недостатки: усложнение и удорожание конструк­ ции (за счет необходимости содержания пневмоаккумуляторов и электрических узлов); более высокие требования к герметизации.

Конструкции и расчет гидравлических усилителей. Типы распределительных устройств

Гидравлические усилители по сравнению с другими (например, пневматическими) обладают более высокой (в 8— 10 раз) эффектив­ ностью действия и отличным слежением, меньшими габаритами и весом, дают высокую скорость срабатывания (время срабатыва­ ния не превышает 0,02—0,04 с), лучше гасят толчки и удары, предохраняя от вредных воздействий со стороны дороги рулевое колесо.

Наряду с различием в компоновке узлов гидравлических уси­ лителей они различаются также конструкцией РУ:

1)распределительное устройство типа А — с реактивными плунжерами в сочетании с предварительно поджатыми центри­ рующими пружинами (автомобили ЗИЛ, УралАЗ);

2)распределительное устройство типа Б — с реактивными пло­ щадями и самоустанавливагощимся золотником (автомобили ГАЗ, МАЗ, КрАЗ);

3)распределительное устройство типа В — с предварительно поджатой центрирующей пружиной (автомобили БелАЗ).

Распределительные устройства типа А и Б считаются более совершенными: они обеспечивают не только кинематическое сле­ жение, как у РУ типа В, но и силовое слежение, обеспечивая «чувство дороги». Распределительные устройства типа Б, обладая

450

t

теми же свойствами, что и распределительные устройства типа А, по сравнению с последними более просты. Их недостаток: склон­ ность к самовключению усилителя при движении по ухабистым дорогам, что может привести к вилянию управляемых колес. Поэтому усилители с такими РУ требуют более значительных уг­ лов наклона шкворней (угол наклона шкворня в бок выбирается до 7— 10°).

Отраслевой нормалью Н8025—61 закреплены освоенные авто­

Рассмотрим типовые конструкции усилителей.

Усилители с РУ типа А и компоновкой по второму варианту (см. рис. XVI.3 и XVI.12, а). РУ состоит из золотника 10, зажатого упорными шайбами 13. Корпус золотника, имеющего кольцевые II радиальные каналы, прикреплен болтами 14 іг картеру 12 руле­ вого механизма. В осевых каналах корпуса золотника размещены реактивные плунжеры 7 (по шесть штук с каждой стороны), рас­ пертые предварительно поджатыми пружинами 8. Для уменьше­ ния тангенциального трения служат упорные подшипники 9. Между упорными шайбами и корпусом предусмотрен зазор АSR, допускающий осевой ход золотника в пределах ±0,95— 1,1 мм. В корпусе РУ установлен также шариковый перепускной кла­ пан 11, позволяющий снять гидравлическое сопротивление при управлении автомобилем с неисправным усилителем.

РУ магистральными трубопроводами связано с насосом Н и силовым цилиндром СЦ (см. рис. XVI. 12, а).

При малых сопротивлениях повороту (на льду, при вывешен­ ных колесах) усилитель в работу не включается: осевая сила Qx, возникающая в зацеплении при вращении рулевого колеса, не в состоянии преодолеть предварительное поджатие пружин 8 золотника и его сместить. Управляемые колеса в этом случае поворачиваются только усилием водителя.

Когда к управляемым колесам со стороны дороги приложены

давление от насоса Н подать к той или иной полости рабочего ци­ линдра СЦ и вызвать поворот управляемых колес (осей). Нерабо­ чая полость СЦ в это время через тот же золотник связана с бач­ ком Б, куда осуществляется слив масла. Направление силы Qly а следовательно, и знак смещения золотника, зависят от направле­

Из изложенного нетрудно понять, что усилие, создаваемое во­ дителем на рулевом колесе, каждый раз складывается с тем уси­ лием, которое развивает при повороте управляемых колес уси­ литель.

451

Небезынтересно отметить здесь также и то, что каждый раз при вращающемся рулевом колесе червяк н сектор стремятся двигаться в противоположных направлениях. Это обстоятельство* создает условия для возникновения так называемой обратной связи.

Как уже ранее указывалось, усилитель должен обладать кине­ матическим и силовым следящим действием: каждому углу пово­ рота рулевого колеса должен соответствовать вполне определен­ ный и заранее установленный угол поворота управляемых колес (осей), а с ухудшением дорожных условий усилие на рулевом ко­ лесе должно несколько возрастать («чувство дороги»). Посмотрим, как это происходит.

Кинематическое слежение. Оно осуществляется за счет сраба­ тывания в системе обратной связи: в момент остановки рулевого колеса золотник все еще сдвинут относительно корпуса (гильзы) на величину ±А 5Д и, следовательно, усилитель продолжает еще некоторое время действовать. Но, действуя так, сектор сдвинет червяк, а вместе с ним и золотник практически в нейтральное положение, не достигая; однако, полностью этого положения. Управляемые колеса, достигнув нужного угла поворота, оста­ новятся. Давление в силовом цилиндре упадет. Частично задросселированный золотник позволяет поддерживать в рабочей. по­ лости СЦ некоторое избыточное давление, способное противостоять действию стабилизирующего момента.

Для возобновления поворота колес в сторону и увеличения углов поворота необходимо вновь сдвинуть золотник на величину ±А5д. Что касается возврата управляемых колес в нейтральное (исходное) положение, то для этого водителю достаточно отпустить рулевое колесо: стабилизирующий момент окажется неуравнове­ шенным и это окажет свое влияние на положение управляемых колес.

Силовое слежение. Чем больше момент сопротивления повороту, тем большее усилие должен развивать усилитель, тем большее давление рабочей жидкости должно быть в напорной магистрали усилителя. Но это давление, действуя в напорной магистрали, пере­ дается в полость между плунжерами 7 (рис. XVI.3). Для того чтобы поддерживать золотник в сдвинутом положении,' силе Qi не только необходимо преодолевать сопротивление поджатых пружин <5, но и противостоять суммарному гидравлическому давлению на плун­ жеры со стороны рабочей жидкости. Но осевая сила Qa является производной от силы Рш (см. табл. XVI.2), поэтому возрастание давления рабочей жидкости «утяжеляет» руль, вызывая у водителя ощущение «чувства дороги».

Безопасность движения, обеспечиваемая усилителем. При по­ вреждении одной из шин управляемых колес (осей) опасный увод автомобиля в сторону исключается, если водитель не ослабит удер­ жание рулевого колеса. Это обеспечивается тем, что через сме­ щенный первоначальным уводом колес (в пределах ± А 5Д) золот-

452

иик будет подключаться к работе на ту полость СЦ, гидравличе­ ский напор которой на поршень противоположен направлению развивающегося увода.

Выход усилителя из строя (неисправен насос, обрыв трубо­ проводов, износ РУ и пр.). Поворот автомобиля осуществляется обычным способом: после выбора зазора АSÄ червяк, получив опору на корпус РУ и картер рулевого механизма, в состоянии,

лЛріІр. тйц

В выражениях (XVI. 16) и (XVI. 17) усилие Рш и Рш.тах на рулевом колесе не является величиной произвольной, а зависит от величины давления р в рабочей полости силового цилиндра. Най­ дем связь между Рши р («чувство дороги»). Из рис. XVI.3 и XVI.4,- пренебрегая трением в винте и упорных подшипниках 9, имеем

•Осевое усилие червяка уравновешивается давлением жидкости

Тогда, совместив выражения (XVI. 18) и (XVI. 19), получим

jtrf"

' Р ~г с ( A S + ^ 5 д )

(XVI.20)

R m Щ ß i

В этом выражении переменным параметром является только давле­ ние рабочей жидкости р, зависящее от величины суммарного мо­ мента 2хМц сопротивления повороту управляемых колес (осей). Таким образом, выражение (XVI.20) математически описывает одно из важных требований к рулевому управлению с усилите­ лями — требование «чувства дороги».

Определение силы предварительного поджатия пружин реактив­ ных плунжеров — Рп0. Началом включения усилителя в работу считается начало' перемещения золотника в РУ. Это происходит тогда, когда осевая сила червяка рулевого механизма станет больше силы предварительного поджатия пружин. В момент на­

где /?ш и ßX— параметры рулевого механизма, которые являются известными и нормированными, а Рш0 определено требованиями (см. стр. 448). В частности, величина Rm выбирается в соответг

ОН 025

ствии с рекомендациями отраслевой нормали 2 5 7 —65 в зав11СИ'

мости от типа и веса автомобиля.

Определение диаметра реактивных плунжеров dn. Этот диа­ метр находится по максимально допустимой силе на рулевом ко­ лесе Р шшах ^ 0,10-^0,15 кН (10— 15 кгс) при наибольшем рабочем давлении в СЦ.

Из выражения (XVI.20) имеем

Число плунжеров z выбирается по опыту выполненных кон­ струкций (z = 4-е6). Найдя dn по известным рекомендациям, уста­ навливают геометрические размеры разжимных пружин. Раз­ меры пружины связаны между собой отношением:

454

Выполнение поверочных расчетов. При выполнении таких расчетов все параметры усилителя (а также рулевого управления и автомобиля в целом) считаются известными. Основной задачей таких расчетов является установление связей между суммарным моментом 2%Мц сопротивления повороту и давлением рабочей жидкости р, между усилием на рулевом колесе Рши р, построение рабочей характеристики усилителя и установление эффективности его действия. Для решения перечисленных задач используются выражения (XVI.20) и (XVI. 16), решенные относительно АД =

(XVI.24)

Задаваясь значениями р рабочего Давления, по выражению (XVI.20) находят усилие на рулевом колесе Рш, а затем по выра­ жению (XVI.24) A4S, которое может быть преодолено при данном значении р. На основании полученных данных строится рабочая характеристика усилителя: Ршсу = f (ЛД), Ршбу — f (Му) и Э = f ( М у). Удобнее всего строить указанную характеристику для среднего (нейтрального) положения управляемых колес (осей). Используя данные заводских чертежей, установили, что для авто­ мобиля УРАЛ-375 справедливы следующие зависимости:

Ршсу = 0,0145 -ІО-6 р + 0,035, кН;

Р ш бу = 0,205MS, кН;

A4S = 0,935 -IO“ «р + 0,173, кН-м,

где р — удельное давление рабочей жидкости в напорной полости силового цилиндра, Па.

По этим данным была построена рабочая характеристика уси­ лителя указанного автомобиля (рис. XVI. 13). Усилитель вклю­

предварительной оценке Му < 4 кН м (400 кгс м) и, следова­ тельно, усилитель автомобиля УРАЛ-375 выполнен со значитель­ ными резервами и возможности его недоиспользуются. Кривая I— III характеризует изменение усилия Ршбу на рулевом колесе без усилителя. -Показатель эффективности представлен кривой Э =

__^шбу. он ИзМенЯеТСя в пределах от 1 до 10. Штриховая линия

г шсу

показывает изменение удельного давления р рабочей жидкости.

455

Идентичную характеристику имеют усилители автомобилей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-131, различие только в некоторых количествен­ ных показателях.

На основании графиков, приведенных на рис. XVI. 13, показа­ тель эффективности Э можно представить в более конкретном виде

456

Рабочий процесс и основные соотношения усилителей с РУ

рулевой тяги, соединяющимся с сошкой. СД закреплен на балке управляемых колес и воздействует на поперечную тягу. Конструк­ ция РУ приведена на рис. XVI. 14. Палец 2 сошки через стакан, гайку м соединительный болт связан с золотником 3. Золотник размещен в корпусе 4\ корпус и золотник имеет ряд кольцевых, продольных и поперечных каналов. Корпус 4 золотника жестко соединен с продольной тягой 1, закрепленной на рычаге поворот­ ной цапфы левого колеса (см. рис. XVI. 12, б).

Между фланцем гайки и корпуса предусмотрен зазор АSA, допускающий осевой ход золотника. Когда золотник сдвинут из нейтрального положения в одно из крайних, общий зазор ста­ новится равным 2А5Д. Полости Г и Е являются реактивными: давление рабочей жидкости в этих полостях (одна из них в зави­ симости от направления поворота всегда связана с напорной ма­ гистралью, другая — со сливом) позволяет создать на рулевом колесе ощущение «дороги».

Рассмотрим работу усилителя, например, при повороте на­ право. К пальцу сошки приложена сила Рж, которая сдвигает золотник вправо на величину АS„. Жидкость от насоса поступает через золотник под напором в СД, обеспечивая поворот управляе­ мых колес. Другая полость СД через тот же золотник оказывается под сливом: рабочая жидкость из этой полости вытесняется в бак.

Если в какое-то мгновение остановить рулевое колесо (т. е. золотник), то за счет запаздывающего действия усилителя (обрат­ ная связь) продольная тяга, продолжая движение, поставит кор­ пус в нейтральное положение, Дальнейший поворот колес прекра­ тится. В рабочей полости цилиндра поддерживается лишь такое давление, чтобы противостоять дейстаию стабилизирующего мо­ мента: золотник частично не дошел до своего нейтрального (сред­ него) положения. Следовательно, кинематическое слежение в уси­ лителе налицо.

Через РУ осуществляется и силовое слежение («чувство до­ роги») в усилителе. При смещенном из среднего положения золот­ нике на последний действуют силы: 1) от сошки со стороны руле­

вого механизма: PQ = РшРшт]р. мгр.м -j-; 2) упор жидкости в реактив­

Из последнего выражения видно, что усилие на рулевом колесе зависит от давления рабочей жидкости, но давление жидкости

457

458

И з с и л о в о г о ц и л и н д р а н а с л и В

Рис. X V I . 14. Распределительное устройство грузовых автомобилей Г А З

задается дорожными условиями — моментом M s суммарного со­ противления управляемых колес (осей) повороту.

Нетрудно убедиться также, что усилитель способствует удер­ жанию управляемых колес в желаемом положении при внезапном проколе шин. При неисправностях усилителя поворот автомобиля осуществляется обычным путем: за счет затрат мускульной энер­ гии водителя.

Поскольку при максимальном давлении рабочей жидкости усилие на рулевом колесе не должно превосходить рекомендуе­ мого предела Ршшах, то из выражения (XVI.25) могут быть най­ дены потребные размеры реактивных камер (dMи сів):

max м*р. м

»у краг (1 — а2)

где а = -р- выбирается из конструктивных соображений. “Н

Необходимый диаметр D силового'цилиндра находится из вы­ ражения (см. рис. XVI. 12, б)

РиіКщІр. мТ)р. мЧп.

Реактивные площади золотника в полостях Г и Е разные. Их отношение равно отношению рабочих площадей поршня силового цилиндра

в сторону реактивной полости с меньшей площадью. Это обеспе­ чивает определенность его положения и, кроме того, несколько повышенное давление в полости СЦ, в которой размещен шток, и, следовательно, равновесное положение управляемых колес.

Конструктивное оформление самоустанавливающихся золот­ ников более простое, чем золотников с центрирующими пружи­ нами. Однако самоустанавливающиеся золотники требуют более точного изготовления и высокой обратимости рулевых механиз­ мов [XV 1.2).

Рабочая характеристика усилителя автомобиля ГАЗ-66 пред­ ставлена на рис. XVI. 15. Из характеристики видно, что для уси­ лителя данного типа коэффициент эффективности Э постоянен и"

459