Рулевое управление трактора: Рулевое управление колесных тракторов – Рулевое управление колесных тракторов

Рулевой механизм тракторов

Тип рулевого механизма зависит от общего принципа действия рулевого управления. Поэтому их также можно классифицировать как: механический; механический с усилителем и гидрообъемный.

Рулевой механизм механического типа преобразует вращение рулевого колеса в угловое движение рулевой сошки, шарнирно соединенной с продольной тягой рулевой трапеции или непосредственно с ее поворотным рычагом.

Рулевой механизм, как правило, представляет собой понижающий редуктор с достаточно большим передаточным числом.

По типу выполнения различают шестеренные, червячные, винтовые и смешанные рулевые механизмы.

Эти механизмы оценивают, в первую очередь, по степени обратимости, зависящей от прямого и обратного КПД. Прямым КПД рулевого механизма оценивается передача усилия от рулевого колеса к валу рулевой сошки, а обратным — передача на рулевое колесо возмущающих воздействий управляемых колес, приведенных к валу рулевой сошки. Оба КПД взаимосвязаны: при увеличении одного КПД — другое уменьшается. Увеличивающиеся потери на трение внутри рулевого механизма при уменьшающемся обратном КПД ухудшают возможность самовозврата рулевого колеса в положение прямолинейного движения управляемых колес под действием стабилизирующих моментов.

Поэтому рулевые механизмы обычно выполняются на пределе обратимости с относительно высоким прямым КПД (0,75…0,85) и пониженным обратным (0,5…0,65).

В шестеренном двойном рулевом м е х а н и з м е (рис 8.5,а) передача усилия от рулевого колеса 8 к рулевой сошке / с поперечной рулевой тягой 9 осуществляется двумя парами конических шестерен: первая пара шестерен 6 обычная, а вторая состоит из ведущей шестерни 4 и ведомой 3, выполненной в виде сектора. Соединяют элементы передачи внешний рулевой вал 7 и внутренние валы 5 и 2. Однако вследствие повышенных габаритов редуктора, относительно малого передаточного числа и полной обратимости передачи (прямой и обратный КПД равны), шестеренные рулевые механизмы имеют очень ограниченное применение.

Рис. 8.5. Кинематическая схема рулевых механизмов

В червячном рулевом механизме (рис. 8.5,6), где рулевое колесо 6 и его вал 5 соединены с обычным цилиндрическим червяком 4, находящимся в зацеплении с сектором 3 червячного колеса. Рулевая сошка 2 с продольной тягой / соединены с сектором 3 посредством соединительного вала 7.

При наличии одного или двух спаренных управляемых колес сектор 3 устанавливается непосредственно на хвостовике вертикального поворотного вала 7.

Встречаются рулевые механизмы (рис. 8.5,в), в которых червяк 3 имеет зацепление с боковым червячным сектором 2, что обеспечивает большую площадь их контакта, а следовательно, меньшее давление в зубьях, способствующее уменьшению их износа. Как правило, сошка / непосредственно крепится на хвостовике вала сектора 2.

В двух рассмотренных рулевых механизмах (см. рис. 8.5,6 и в) предусмотрено обязательное регулирование зазора в червячной паре.

В рулевом механизме с глобоидным червяком и радиальным двух- или трехгребневым роликом (рис. 8.5,г) при повороте рулевого вала 1 глобоидный червяк 2 заставляет поворачиваться ролик 3 (в этой схеме двухгребневой), перемещая его по дуге вместе с поворотной головкой 4 вала 7 сошки 6. Ролик 3 устанавливается на оси 8 обычно посредством игольчатых или шариковых подшипников 9, что снижает потери на трение в рулевом механизме. Поэтому подобные рулевые механизмы имеют более высокие значения прямого и обратного КПД.

Однако эти механизмы требуют двух регулировок: осевого зазора (посредством осевого перемещения червяка 2) и зацепления червячной пары (перемещением вала 7 рулевой сошки для изменения расстояния между центрами осей червяка 2 и ролика 3). Последнее обычно осуществляется установкой вала 7 на промежуточной эксцентриковой втулке 5 или предварительным боковым смещением на 6…6,5 мм оси вала 7 сошки вместе с роликом 3 относительно проекции оси червяка 2.

Следует отметить, что рулевые механизмы с глобоидным червяком и роликом имеют переменное передаточное число, определяемое отношением числа зубьев червячного колеса (ролик как его сектор) к числу заходов червяка. Обычно применяется однозаходный червяк. Наибольшее передаточное число рулевой механизм имеет при прямолинейном движении трактора. При повороте ролика 3 на большие углы он сопрягается с крайними витками червяка 2 и передаточное число рулевого механизма несколько уменьшается, что увеличивает усилие на рулевом колесе. В данном случае это способствует повышению безопасности движения, как сигнал трактористу об опасности крутых поворотов трактора, особенно при повышенных скоростях движения.

Механический рулевой механизм с усилителем применяют на колесных тракторах, начиная с тягового класса 0,9 и выше, с целью облегчения управления. Так, при его отсутствии для поворота трактора на мягкой почве или его выезде из борозды к рулевому колесу приходится иногда прикладывать усилие до 400…500 Н, что значительно превышает допустимую норму. Без усилителя затруднен поворот с малым радиусом, так как необходимо увеличение скорости поворота рулевого колеса при ограниценном времени движения трактора (до 2,5 с). Это необходимо для уменьшения ширины поворотной полосы МТА при проведении различных сельскохозяйственных и других работ.

Гидравлические усилители с золотниковыми распределителями получили наиболее широкое применение в отечественном тракторостроении. В них в качестве рабочей жидкости применяют обычно минеральное масло.

Положительными качествами гидравлических усилителей являются:

— малое время срабатывания;

— малые габаритные размеры;

— поглощение ударов при наезде управляемых колес на препятствие, предотвращающее их передачу на рулевое колесо;

Определенными их недостатками являются:

— некоторое ухудшение стабилизации управляемых колес из-за противодавления масла действию на них стабилизирующих моментов;

— необходимость применения высококачественных уплотнений в гидросистеме усилителя, исключающих возможность подтекания масла, приводящее к отказу в работе.

Питание гидроусилителя производится от отдельного гидронасоса с автономной гидросистемой или от насоса гидронавесной системы трактора через распределительный клапан гидропотока.

Исполнительными механизмами гидроусилителя обычно являются гидроцилиндры с высокими рабочими давлениями порядка 6… 10 МПа и выше, делающими их достаточно компактными.

В рулевом управлении с гидроусилителем (рис. 8.6,а) рулевой привод условно представлен двухплечим рычагом 2, устанавливающим положение управляемого колеса 1 и рулевой трапеции (отсутствующей на схеме).

Рулевой механизм представлен рулевым колесом 7 и рулевой сошкой 6, управляющей золотником 14 распределителя 15 гидросистемы усилителя. Корпус гидроцилиндра 3 двойного действия шарнирно прикреплен к балке переднего моста трактора, а его шток поршня шарнирно соединен с рычагом 2 рулевого привода. Гидравлическая система состоит из бака 8 для масла, нагнетательного гидронасоса 9 с перепускным клапаном 10, гидроаккумулятора 11, нагнетательного 12 и сливных 13 трубопроводов, гидрораспределителя 15, а также трубопроводов 4, соединяющих последний с соответствующими полостями гидроцилиндра 3.

Гидроаккумулятор 11 служит для поддержания постоянства давления в нагнетательном трубопроводе 12 гидросистемы вне зависимости от режима работы насоса 9, получающего энергию от двигателя трактора.

Центрирующие пружины 5 в распределителе 15 улучшают процесс управления трактором, ограничивая усилие на рулевом колесе 7, при котором включается гидроусилитель. Кроме этого, они удерживают золотник 14 в нейтральном положении при наезде одного из управляемых колес на неровности пути, а также при разгоне и торможении трактора, что способствует стабилизации его движения.

Рис. 8.6. Схема рулевого управления трактора с гидроусилителем

В рассматриваемой схеме применен распределитель с замкнутой системой циркуляции масла — распределитель с закрытым центром. По этой системе, при нейтральном (запирающем) положении золотника 14, его средний поясок перекрывает центральный вход нагнетательного трубопровода 12 в корпус распределителя 15.

В этом положении золотника полости гидроцилиндра 5 и их присоединительные трубопроводы 4 отсоединены от нагнетательного трубопровода 12, что соответствует выключенному состоянию гидроусилителя. Постоянно работающий насос 9 в это время работает на перепуск масла через разгрузочный клапан 10 и подпитку гидроаккумулятора 11.

Большим преимуществом подобной схемы гидроусилителя является его постоянная готовность к действию, обеспечивающая минимальное время срабатывания.

При повороте рулевого колеса 7 сошка б-смещает золотник 14 в корпусе распределителя 15 из нейтрального положения вперед или назад (в зависимости от требуемого направления поворота трактора). При этом одновременно нагнетательный трубопровод 12 соединится с одним из трубопроводов 4, подающим масло под давлением в необходимую нагнетательную полость гидроцилиндра 3, а другой трубопровод 4 соединится для слива масла из другой полости цилиндра 3 в один из сливных трубопроводов 13. Под действием давления масла поршень гидроцилиндра 3 через шток передает усилие на рычаг 2 в направлении, необходимом для поворота управляемого колеса 1.

Корпус распределителя 15 подвижный, так как посредством жесткой тяги 16 обратной связи соединен с рычагом 2. При этом направление движения корпуса распределителя 15 совпадает с направлением движения золотника 14. Поэтому, если повернуть рулевое колесо 7 в какую-либо сторону и прекратить вращение, то подача масла в нагнетательную полость гидроцилиндра 3 прекратится, а трактор будет поворачиваться с постоянным радиусом. Для совершения более крутого поворота трактора необходимо продолжать вращение рулевого колеса 7.

Таким образом, в данной схеме гидроусилителя следящее действие осуществляется по перемещению (вращению) рулевого колеса, отличительной чертой которого является чисто механическая обратная связь посредством тяги 16.

При отказе в работе гидронасоса 9 гидроусилитель некоторое время будет работать за счет давления жидкости в гидроаккумуляторе 11, а затем поворот трактора возможен только за счет мускульной силы тракториста с помощью рулевого механизма с продольной тягой для перемещения золотника 14. При этом повышение усилия для управления трактором обусловлено и меньшим передаточным числом рулевого механизма по сравнению с обычным. Одновременно возрастает свободный ход рулевого колеса 7, так как требуется дополнительное перемещение золотника 14 до его упора в дно или крышку корпуса распределителя 15, чтобы затем через тягу 16 воздействовать на рычаг 2.

В распределителе, работающем по открытой системе циркуляции масла (распределителе “с открытым центром”), при нейтральном положении золотника центральный канал корпуса распределителя открыт и масло под действием насоса циркулирует по замкнутому кругу: насос — распределитель — бак — насос. При этом, масло, попадая в бак, несколько охлаждается. Иногда для этой цели предусматривают специальные радиаторы. Отсутствие гидроаккумулятора в таком гидроусилителе упрощает его конструкцию. Все это является причинами достаточно широкого применения в гидроусилителях распределителей с открытым центром.

Следящее действие усилителя в значительной степени зависит от конструкции его распределителя. Следящее действие по перемещению рулевого колеса было рассмотрено выше (см. рис. 8.6,а). Наряду с положительными качествами этого распределителя (пропорциональное кинематическое соответствие между поворотом рулевого колеса и поворотом управляемых колес) он имеет следующие недостатки: из-за быстродействия системы тракторист не ощущает момент включения усилителя, а резкие удары управляемых колес, передающиеся через тягу 16 на корпус 15 распределителя, несмотря на наличие пружин 5, могут производить самопроизвольное включение усилителя, что ухудшает стабильность движения трактора.

В усилителе, обеспечивающем следящее действие по усилию на рулевом колесе при повороте управляемых колес, обратная связь обеспечивается изменением давления масла в системе его распределителя.

На рис. 8.6,6 представлена принципиальная схема распределителя с открытым центром, в корпусе 1 которого установлены реактивные шайбы (иногда плунжеры) 6 и 9, поджатые центрирующими пружинами 7 и 10. Золотник 2 распределителя показан в нейтральном положении, когда вся система усилителя заполнена маслом. Масло, поступающее из центрального нагнетательного трубопровода 8, проходит по каналам в корпусе 1 и сливается через выходной трубопровод 4 обратно в бак гидросистемы.

В обоих полостях гидроцилиндра (не показан), соединенных с распределителем трубопроводами 3 и 5, устанавливается одинаковое давление слива.

При повороте рулевого колеса вначале преодолевается сопротивление пружины 7 или 10 (в зависимости от направления поворота), оказываемое перемещению золотника 2 и соответствующей шайбе 6 или 9, после чего происходит включение усилителя. По одному из каналов 3 или 5 масло под давлением поступает в необходимую полость гидроцилиндра, а по другому — на слив из полости цилиндра по каналу 4 в бак гидросистемы.

При увеличении сопротивления повороту управляемых колес увеличивается и давление масла во всей системе усилителя и в корпусе 1 распределителя. Таким образом, тракторист реально ощущает процесс поворота управляемых колес, т.е. “чувствует дорогу”.

При прекращении поворота рулевого колеса прекратится рост давления в корпусе 1 распределителя, произойдет его выравнивание в обеих полостях с реактивными шайбами б и 9, и золотник 2 вернется в нейтральное положение. Объемы масла в полостях цилиндра обеспечат постоянство положения управляемых колес для движения трактора с постоянным радиусом поворота.

Комбинированный распределитель осуществляет следящее действие как по перемещению, так и по силе сопротивления повороту рулевого колеса. При установке распределителя, представленного на схеме рис. 8.6,6, в схему на рис. 8.6,а получим схему рулевого управления трактора с гидроусилителем комбинированного следящего действия.

По типу компоновки основных элементов гидроусилителя (распределителя и силового (силовых) гидроцилиндров) с рулевым механизмом различают две принципиальные конструктивные схемы: моноблочную и раздельную. При этом необходимо отметить, что элементы гидравлической схемы усилителя (гидронасос с перепускным клапаном, гидроаккумулятор, масляный радиатор и масляный бак с фильтром), как правило, устанавливаются отдельно от рулевого управления.

При моноблочной компоновке элементов гидроусилителя распределитель, гидроцилиндр и рулевой механизм скомпонованы в одном общем картере, что уменьшает число и длину трубопроводов гидросистемы, а также число промежуточных механических передач. Иногда картер служит даже полостью масляного бака.

Помимо этого, установка распределителя непосредственно 7 на валу рулевого колеса значительно повышает чувствительность системы, так как между ними практически нет промежуточных деталей, снижающих скорость прохождения исполнительного сигнала.

Недостатками моноблочной схемы являются повышенная нагрузка всех деталей рулевого механизма от усилия гидроцилиндра, а также сложности в модернизации и унификации агрегатов и ремонте гидроусилителя.

При раздельной компоновке элементов гидроусилителя гидроцилиндр всегда устанавливается отдельно от рулевого механизма, а распределитель может устанавливаться на картере рулевого механизма, на гидроцилиндре или непосредственно в тяге к рулевому приводу.

Достоинствами раздельных схем компоновок являются большая свобода выбора конструкций отдельных агрегатов рулевого механизма и гидроусилителя (использования стандартных гидроцилиндров), а недостатками — повышенная длина трубопроводов, которая в ряде случаев может привести к пульсации давления в гидросистеме, а следовательно, к колебаниям управляемых колес, что нежелательно (особенно при повышенных транспортных скоростях движения трактора).

Раздельная компоновка элементов гидроусилителя применяется обычно для поворота трактора 4К46 с шарнирно сочлененными полурамами их остовов и неповоротными колесами относительно них. На рис. 8.7 показано действие гидроусилителя при повороте полурам 7 и 9 для движения трактора вправо.

Распределитель 17 установлен на корпусе рулевого механизма, а его золотник 18 закреплен на хвостовике червяка 4. Сектор 5 червячного колеса установлен на валу рулевой сошки, которая посредством тяги 6 обратной связи соединена с задней полурамой 7, что обеспечивает следящее действие гидроусилителя по перемещению рулевого колеса 3. Гидроцилиндры 11 двойного действия — образуют гидравлический рулевой привод для поворота полурам тракторов 4К46.

Отличительной особенностью системы подачи масла в гидроцилиндры У 1 и его отвода из них является установка на них клапанных коробок 14 с двумя запорными клапанами 12, поджатых пружинами 15 и не позволяющих поршню 10 произвольно перемещаться под действием внешних сил. Между торцами клапанов 12 помещен поршень-толкатель 13, задачей которого является открытие запорного клапана 12 сливной полости гидроцилиндра 11 при совершении поворота трактора. Полости гидроцилиндров 11 от высокого давления предохраняют клапаны 16, соединяющие их со сливными трубопроводами.

Рис. 8.7. Схема рулевого управления трактора с гидроусилителем раздельного типа

При прямолинейном движении трактора золотник 18 находится в нейтральном положении и гидронасос / перекачивает масло из бака 2 через распределитель 17 обратно в бак 2. Предохранительный клапан 19 ограничивает давление масла до 10 МПа. Полости гидроцилиндров 11 закрыты клапанами 12, что удерживает полурамы 7 и 9 от поворота вокруг оси 8.

При повороте рулевого колеса 3 червяк 4, поворачиваясь относительно неподвижного сектора 5, перемещает золотник 18, соответствую щие нагнетательная и сливная полости распределителя 17 соединяются с клапанными коробками 14 гидроцилиндров 11.

Например, при повороте рулевого колеса 3 вправо золотник 18 (как показано на схеме) направляет поток масла под давлением по трубопроводу, указанному стрелкой, от распределителя 17 к клапанным коробкам 14 обоих гидроцилиндров 11. При этом в правой клапанной коробке 14 (верхней по схеме) давлением масла открыт клапан 12 для пропуска его в подпоршневую полость Б гидроцилиндра 11 и одновременно это же давление масла, действуя на поршень-толкатель 13, открывает противоположный клапан 12 для слива масла из надпоршневой полости А в cj/ивной трубопровод и обратно в бак. Аналогично левая клапанная коробка 14 обеспечивает подачу масла в полость А гидроцилиндра 11 и его слив из полости Б в тот же сливной трубопровод. Поршни гидроцилиндров 11 перемещаются в противоположные стороны, чем и обеспечивается взаимный разворот полурам 7 и 9 для поворота трактора вправо.

При повороте рулевого колеса 3 влево золотник 18 переместится влево, все процессы будут происходить в обратной последовательности и трактор повернется влево.

Тяга 6 обратной связи, воздействуя на рулевую сошку сектора 5, стремится вернуть золотник 18 распределителя 77 в нейтральное положение. Поэтому при прекращении вращения рулевого колеса 3 золотник 18 возвратится в нейтральное положение, давление масла на поршень-толкатель 13 и клапаны 12 уравняются. Последние закроют полости гидроцилиндров 11, фиксируя тем самым полурамы 7 и 9 в положении соответствующего поворота трактора с постоянным радиусом. Для дальнейшего поворота трактора необходимо вновь повернуть рулевое колесо 3.

Так как в данной схеме гидроусилителя применен распределитель 17 с центрирующими плунжерами, принцип действия которых- рассмотрен выше, то при увеличении момента сопротивления развороту полурам 7 и 9 возрастает усилие для поворота рулевого колеса 3. Следовательно, гидроусилитель имеет следящее действие и по усилию на рулевом колесе, а у тракториста при повороте трактора создается «чувство дороги».

Как видно из рассмотренной конструктивной схемы гидроусилителя, в этом случае используется комбинированное следящее действие — по перемещению и по усилию, что характерно для большинства отечественных тракторных гидроусилителей.

Повышение технического уровня трактора неразрывно связано с совершенствование системы его управления.

В рассмотренных механических и гидромеханических рулевых управлениях рулевой привод и рулевой механизм соединены между собой механической связью, которая в ряде случаев осложняет комплектацию МТА навесными машинами-орудиями.

Рулевой привод тракторов

Рулевой привод, в зависимости от рассмотренных способов поворота трактора и принципов действия рулевого управления, может быть механическим или гидравлическим.

Механический рулевой привод служит для поворота двух управляемых колес тракторов 4К2 и 4К4а на разные углы а и р (см. рис. 8.1 ,б) с целью их “чистого качения”.

Такой поворот трактора можно осуществить с помощью рулевой трапеции или двух приводных продольных тяг.

Рулевой привод с наиболее распрортраненной рулевой трапецией заднего расположения приведен на рис. 8.2. Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехзвенный механизм, состоящий из основания — неподвижной балки передней оси /, двух одинаковых рычагов 4 и 8, поворотных цапф управляемых колес 3 и задней неразрезной поперечной тяги 7.

Для обеспечения поворота управляемых колес трактора на разные углы а и р необходимо, чтобы рычаги 4 и 8 при прямолинейном движении были наклонены под одинаковым углом к продольной оси трактора. Этот угол обычно определяется точкой F пересечения их продолжения на вышеуказанной оси и зависит от продольной базы L трактора и расстояния М между осями шкворней поворотных цапф.

Рис. 8.2. Схема поворота трактора с рулевой трапецией заднего расположения

Рычаг 4 выполнен как одно целое с поворотным рычагом 2 трапеции, 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 непосредственно поворачивает правое (внутреннее) колесо на угол а и через элементы трапеции — левое (внешнее) на угол Д Этим обеспечивается пересечение продолжения осей колес в одной точке О на продолжении оси 6 задних ведущих колес при повороте трактора с радиусом R.

Тяга 5 в большинстве сельскохозяйственных тракторов располагается с правой стороны трактора. При перемещении тяги 5 назад колеса 3 трактора поворачиваются влево.

В зависимости от назначения трактора, компоновки его передней части, применяются и другие виды рулевых трапеций и их приводов.

Следует обратить внимание, что на пропашных колесных тракторах с переменной колеей при ее изменении необходимо и изменение длины поперечной тяги, что ведет к ухудшению кинематики поворота управляемых колес. Поэтому оптимальные параметры рулевой трапеции устанавливаются для наиболее часто применяемой ширины колеи подобных тракторов, чтобы ее изменение меньше сказывалось на увеличении бокового скольжения управляемых колес.

Шаровые шарниры рулевых тяг показаны на рис. 8.3. Основными деталями шарнира являются шаровая головка (палец) с конусной шейкой 2, закрепленной в аналогичной расточке рычага 3 посредством гайки, и стяжные сухари 5 и 8, устанавливаемые в корпусе / шарнира. В зависимости от типа сухарей шарниры бывают с осевыми сухарями 5 и 8 (рис. 8.3,а) и с поперечными. Последние подразделяются на цилиндрические (рис. 8.3,5), клиновые (рис. 8.3,в) и с регулируемым шарниром (рис.8.3, г). В первых трех типах шарниров для устранения зазоров сухари 5 и 8 поджаты к шаровой головке пружинами 6, которые удерживаются или простой пробкой 9 со стопорным шплинтом (рис. 8.3,а), или резьбовой пробкой 9 (рис. 8.3,5), или крышкой 9, фиксируемой стопорным разрезным кольцом (рис. 8.3,в).

Шарниры с металлическими сухарями обычно смазываются через масленки 7 (рис. 8.3,а и 5). Шарниры с сухарями из антифрикционных полимерных материалов имеют одноразовое смазывание при сборке, что упрощает их эксплуатацию (рис. 8.3,б и г). Иногда нижний сухарь 5 (рис.8.3, г) делают из упругого эластомера для устранения зазоров в шарнире. Здесь вместо пружин сухари 5 и 8 сжимаются регулировочной пробкой 9, фиксируемой проволочной стяжкой 10.

Для защиты внутренней полости шарниров обычно применяются различные уплотнения 4.

Г идравлический рулевой привод обычно применяется для взаимного поворота полурам остова трактора 4К46 с неповоротными ведущими колесами посредством силовых гидроцилиндров двойного действия (рис. 8.4), управляемых от рулевого колеса через рулевой механизм с усилителем рулевого управления.

На рис. 8.4,а приведена схема гидравлического рулевого привода с одним гидроцилиндром 3 двойного действия, применяемая обычно на малогабаритных тракторах 4К46. Корпус гидроцилиндра 3 шарнирно закреплен на кронштейне 5 задней полурамы б, а его шток с поршнем шарнирно закреплен на аналогичном плече кронштейна 2 передней полурамы 1.

Рис.8.4. Схемы гидравлического рулевого привода тракторов с поворотными полурамами

Полурамы 1 и б соединены между собой вертикальным шарниром 7. По трубопроводам 8 и 9 жидкость под давлением подается соответственно в надпоршневую А или в подпоршневую Б полости гидроцилиндра 3, что обеспечивает поворот трактора в разные стороны.

Рулевой механизм с распределителем гидроусилителя (не показан), как правило, располагается на передней полураме / и тягой 4 обратной связи соединен шарнирно с кронштейном 5 задней полурамы 6.

Необходимо отметить, что при постоянной скорости подачи жидкости в неравные по объему полости гидроцилиндра время поворота трактора вправо несколько меньше времени его поворота влево. Для выравнивания времени поворота в обе стороны на мощных тракторах 4К46 ставят два гидроцилиндра (рис. 8.4,6). К двум одинаковым кронштейнам / передней полурамы шарнирно прикреплены корпуса гидроцилиндров 2 и 6, а к двум аналогичным кронштейнам 3 задней полурамы — их штоки с поршнями. Трубопроводы 4 и 5 соединяют соответственно полость А цилиндра 2 с полостью Б цилиндра б и полость Б цилиндра 2 с полостью А цилиндра 6. Соединенные объемы полостей цилиндров трубопроводами 8 и 7 соединены с распределительным устройством гидроусилителя (не показано).

Механизм управления колесного трактора | Рулевое управление

К механизму управления относятся рулевое управление и тормоза. Рулевое управление — один из самых ответственных механизмов трактора. От его конструкции и состояния зависит степень утомляемости тракториста, качество работы агрегата, безопасность работы, степень износа ходовой системы и в особенности шин. Рулевое управление должно обеспечить поворот направляющих колес без больших усилий и вращение их при повороте без проскальзывания. Первое условие достигается благодаря большому передаточному числу при передаче движения от рулевого колеса к цапфам направляющих колес, второе — путем поворота всех колес вокруг одной точки — центра поворота. При этом угол поворота внутреннего колеса всегда больше угла   поворота наружного.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм передает движение от рулевого колеса на сошку рулевого привода. У тракторов «Беларусь», ДТ-24 и ДТ-14 рулевой механизм червячный, а у самоходного шасси ДСШ-14— шестеренчатый.

Червячная передача, состоящая из цилиндрического червяка и червячной шестерни, или сектора, позволяет получить большое передаточное число. Однако нагрузка от червяка передается шестерне только через один зуб, а при этом трение и износ пары значительны. Чтобы увеличить площадь касания, червяк делают вогнутым по радиусу, равному радиусу шестерни. Такой червяк называется глобоидальным. При глобоидальном червяке одновременно в зацеплении с его витками находится не один, а два-три зуба шестерни. Чтобы уменьшить трение в зацеплении, вместо шестерни или сектора ставят ролик.

Когда трактор движется по прямой, ролик находится в средней части червяка. Движение трактора будет устойчивым и прямолинейным лишь в том случае, когда между роликом и червяком нет зазора. Такое зацепление нужно для получения достаточной чувствительности колес повороту. Но во время работы трактор большей частью движется по прямой, поэтому средняя часть червяка изнашивается особенно сильно. Установка беззазорного зацепления ролика с таким червяком приведет к заклиниванию ролика в крайних точках червяка. Чтобы избежать этого, глобоидальному червяку придана такая форма, при которой в средней части между ним и роликом зазора нет, а в остальных частях зазор имеется. Во время поворота усилия, действующие на колесо, передаются рулевому механизму, зазор выбирается и ролик прижимается к червяку.

Рулевой привод служит для передачи движения от рулевого механизма к цапфам направляющих колес. Он состоит из рулевой сошки, продольной тяги и рулевой трапеции. Рулевая трапеция обеспечивает поворот цапф направляющих колес на различные углы и представляет собой шарнирный четырехзвенник. Основаниями его служат средняя часть передней оси и поперечная тяга, а боковыми сторонами — поворотные рычаги.

Разделы:

Способы поворота и принцип работы рулевого управления тракторов и автомобилей

Управляемость машины это способность ее двигаться точно по задаваемой траектории при условии минимальных физических и психологических нагрузок на водителя. Понятие управляемости включает в себя свойства курсовой устойчивости (способность изменять направление движения по заданной траектории при соответствующем воздействии на орган управления).

Существуют следующие способы поворота колесных тракторов и автомобилей:

• поворот всех колес или только передних управляемых
• излом шарнирно-сочлененной рамы машины
• создание разности вращающих моментов на ведущих колесах
• бортовой способ поворота по принципу гусеничных машин
• комбинированный способ, сочетающий первый и третий способы поворота

Автомобили и большинство тракторов поворачивают, изменяя направление движения передних колес, а тракторы Т-150К, К-701 — в результате поворота одной части рамы относительно другой вокруг соединяющего их вертикального шарнира.

Рулевое управление классифицируют по следующим признакам:

• по расположению на машине — с левым или правым расположением
• по конструкции рулевого механизма — червячные, реечные, кривошипно-винтовые, комбинированные и др.
• по конструктивным особенностям рулевого привода — привод к управляемым колесам и управляемым осям или к складывающимся полурамам

Рулевое управление должно быть легким и удобным, для чего усилие на рулевом колесе и угол его поворота должны быть ограниченными. Кроме того, необходимо, чтобы рулевое управление обеспечивало правильную кинематику поворота и безопасность движения, а поворот колес происходил так, чтобы их качение не вызывало проскальзывания. Это обеспечивается соединением рулевого управления в форме трапеции.

К рулевому управлению предъявляют следующие требования:

1. Обеспечение высокой маневренности, при которой возможны крутые и быстрые повороты на сравнительно ограниченных площадях.
2. Легкость управления, оцениваемая усилием, прилагаемым к рулевому колесу.
3. Высокая степень надежности действия, поскольку выход рулевого управления из строя в большинстве случаев заканчивается аварией или катастрофой.
4. Правильная кинематика поворота, при которой колеса всех осей автомобиля катятся по концентрическим окружностям (невыполнение этого требования приводит к скольжению шин по дороге, интенсивному их изнашиванию, излишним расходам мощности двигателя и топлива).
5. Умеренное ощущение толчков на рулевом колесе при езде по плохим дорогам, что снижает безопасность движения.
6. Точность следящего действия, в первую очередь кинематического, при котором любому заданному положению рулевого колеса будет соответствовать вполне определенная заранее рассчитанная крутизна поворота.
7. Отсутствие в рулевом управлении больших зазоров, приводящих к плохому держанию автомобилем дороги, к его вилянию.

Рулевое управление машины с передними управляемыми колесами состоит из переднего моста, трапеции управления, рулевого привода и рулевого механизма (рисунок а). Передние колеса устанавливают на цапфах 13, соединенных с передней осью шкворнями. Все это образует передний мост.

Рисунок. Схемы рулевого управления и установки передних колес: а — схема рулевого управления: 1 — гидроусилитель; 2 — рулевое колесо; 3 — рулевая колонка; 4 — вал рулевого механизма; 5 — карданная передача; 6 — винт гидроусилителя; 7 — поршень-рейка; 8 — зубчатый сектор; 9 — стойки; 10- вал сошки; 11 — поворотный рычаг; 12 — поперечная тяга; 13 — поворотная цапфа; 14 — передняя ось; 15 — рулевая сошка; б — развал колес и поперечный наклон шкворня; в — продольный наклон шкворня; г — схождение колес

На цапфах закреплены рычаги 11, связанные шарнирно с поперечными тягами 12, Рычаги 11 и поперечные тяги 12 с передней осью 14 составляют трапецию управления, предназначенную для поворота колес.

Тяги 22 соединены с рулевой сошкой 15, сидящей на валу 10 с закрепленным на нем зубчатым сектором 8. Рулевая сошка и вал 10 образуют рулевой привод, передающий усилие от сошки к поворотным цапфам.

Зубчатый сектор 8 находится в зацеплении с поршнем-рейкой 7, укрепленной на винте 6 гидроусилителя, и образует рулевой механизм. Действие рулевого механизма облегчается гидравлическим усилителем. Усилие к рулевому механизму передается от рулевого колеса 2, сидящего на валу 4, через карданную передачу 5 на винт 6.

В рулевых механизмах применяют передачи типа червяк ролик, червяк — сектор, червяк — червячная шестерня и др. Передачи первого типа наиболее распространены в рулевых механизмах тракторов и грузовых автомобилей.

На отечественных автомобилях принято левое (по ходу) рулевое управление, обеспечивающее лучший обзор. У тракторов рулевое управление расположено справа, благодаря чему создаются условия для лучшего наблюдения за работой агрегата и более точного его вождения при выполнении ряда технологических операций (пахота, косьба и т. д.).

С целью облегчения управления трактором или автомобилем применяют усилители рулевого управления преимущественно гидравлического типа (в тракторах К-701, Т-150К, МТЗ-80, ЛТЗ-55, в автомобиле ЗИЛ-130).

Управляемые (направляющие) колеса трактора (автомобиля) должны быть установлены правильно, чтобы износы шин и затраты мощности на качение были наименьшими, устойчивость — хорошей, а управление — легким. Установка управляемых (передних) колес характеризуется их развалом в вертикальной плоскости и схождением в горизонтальной, а также наклоном шкворней поворотных цапф в продольной и поперечной плоскостях.

Развал колес (рисунок б) определяется установкой цапф колес с наклоном их шипов вниз. Это позволяет уменьшить нагрузки на внешний подшипник и улучшить управляемость. Угол развала колес различных машин а < 2°.

Схождение колес (рисунок г) находят по разнице размеров А и Б между серединами колес впереди и сзади, если смотреть на них сверху. Схождение колес обеспечивает правильное параллельное качение их при наличии развала и зазоров в шкворнях, рулевых тягах и подшипниках колес. В руководстве по каждой машине указывают требуемые размеры А и Б, которые проверяют специальными приспособлениями и регулируют, изменяя длину поперечной тяги рулевого управления. Схождение колес находится в пределах 2…12 мм.

Поперечный в (рисунок б) и продольный у (рисунок в) наклоны шкворня способствуют повышению устойчивости колеса в среднем положении. Угол у, характеризующий поперечный наклон шкворня, составляет у автомобилей 6…8° и определяется соответствующей формой передней оси. Угол у, характеризующий продольный наклон шкворня, изменяется в пределах 0…40 и определяется установкой цапфы передней оси в наклонном положении. Углы наклона шкворней в процессе эксплуатации машин регулировкам не подлежат.

что выбрать, ГУР или ГОРУ?

Рулевое управление – это объединенные в систему узлы, механизмы и устройства, обеспечивающие изменение направления движения трактора.

Схема привода руля трактора МТЗ-80

В колесных моделях тракторов изменение направления перемещения машины производится поворотом на различные углы передних управляемых колес. При повороте передние и задние колесные пары описывают дугу вокруг общего центра, расположенного на продолжении задней колесной оси.

Состав системы

Работа системы рулевого управления базируется на взаимодействии рулевого механизма, выполняющего функцию передачи управляющего воздействие от руля оператора с рулевым механизмом, преобразующим переданное ему усилие в поворот колес.

В систему управления направлением движения колесной тракторной техники входят:

• Установленная на переднем мосту рулевая трапеция, образованная двумя соединенными друг с другом сошкой поперечными тягами, концы которых контактируют с поворотными рычагами;
• Соединенные карданными шарнирами последовательно расположенные рулевой, промежуточный, средний и передний валы, передающее вращение рулевого колеса гидравлическому усилителю;
• Закрепленное на размещенном в трубе рулевой колонки переднем валу рулевое колесо с изменяемой высотой и наклоном;
• Рулевая колонка с механизмами, обеспечивающими наклон и изменение высоты рулевого колеса;
• Смонтированные в одном корпусе, расположенном впереди радиатора, рулевой механизм и гидроусилитель, осуществляющий промежуточную гидравлическую и механическую связь руля оператора с колесами трактора;
• Обеспечивающий работу гидроусилителя гидравлический контур, в который входят насос шестеренчатого типа, распределитель рабочей жидкости, силовой цилиндр и датчик, выдающий команду на блокировку дифференциала заднего моста;
• Рулевой механизм, состоящий из червяка, размещенного в опирающейся на два радиальных подшипника эксцентричной втулке; двухвенцового сектора, находящегося в постоянном контакте с червяком и рейкой, соединенной со штоком силового цилиндра; и укрепленного в хвостовой части червяка, золотника;
• Передающие перемещение сектора к узлам рулевой трапеции поворотный вал и сошка.

Гидравлический усилитель руля

Гидравлический усилитель руля (ГУР) – это гидромеханическое устройство, предназначенное для:

• снижения уровня необходимых для поворота трактора физических усилий оператора;
• улучшения управления изменением направления движения трактора;
• уменьшения возникающих во время движения передних колес по неровностям ударов и вибраций на рулевое колесо.

Особенную актуальность устройство приобретает при увеличенных нагрузках на передние колеса – во время движения на высокой скорости и при работе с тяжелым навесным оборудованием.

Конструкция гидроусилителя

Основные конструктивные элементы гидроусилительного устройства:

• Выполняющий функцию емкости для рабочей жидкости и основы для крепления деталей корпус;
• Обеспечивающий циркуляцию масла в гидравлическом контуре устройства насос шестеренчатого типа;
• Постоянно контактирующий с червяком рулевого механизма сектор, укрепленный на поворотном валу;
• Имеющий три опорных точки поворотный вал, передающий поворотное движение сектора закрепленной на его конце сошке, соединенной с поперечными тягами передних колес;
• Контактирующая с сектором рейка, передающая ему поступательное движение поршня цилиндра через связывающий их шток;
• Зафиксированный тремя парами ползунов, подпертыми пружинами, золотник, укрепленный на конце червяка рулевого механизма;
• Фильтр очистки циркулирующего в гидравлическом контуре масла;
• Ограничивающий уровень давления рабочей жидкости в гидроусилителе предохранительный клапан;
• Гидравлическая система автоматики блокирующей дифференциал заднего моста (АБД), в состав которой входят датчик, золотник, маховик, щуп и кран.

Схема работы рулевого гидроусилителя

Основной принцип работы гидравлического усилителя руля – увеличение гидравлического усилия при росте сопротивления повороту машины.

ГУР трактора МТЗ

Возникающее во время поворота машины сопротивление вызывает осевое смещение червяка рулевого механизма, под действием которого сжимаются пружины ползунов, удерживающих золотник гидрораспределителя.

Когда сопротивление маневру превышает усилие предварительного сжатия всех трех пружин, золотник изменяет свое положение и открывает доступ рабочей жидкости в одну из полостей силового цилиндра.

Поданное в цилиндр масло перемещает поршень, усилие которого передается через соединенную с ним рейку на зубчатый сектор, который вращает поворотный вал.

После прекращения действия возникающего при повороте сопротивления пружины распрямляются и золотник устанавливается в нейтральное положение, перекрывая поступление рабочей жидкости в цилиндр.

Если возникающее при маневре сопротивление не превышает усилие предварительного сжатия пружин, поворот производится рулевым механизмом без подключения гидроусилительного устройства.

Управление режимами блокировки дифференциала заднего моста производится с использованием расположенной на рабочем месте оператора рукоятки, соединенной тросом с краном датчика АБД.

При автоматическом режиме работы АБД работает по следующему алгоритму:

1. При прямолинейном движении трактора задний дифференциал заблокирован гидравлическим цилиндром, в который через золотник датчика поступает масло из корпуса гидроусилителя.
2. При повороте передних колес на угол, превышающий 13 градусов, связанная с золотником рейка изменяет его положение, перекрывая доступ масла в блокирующий дифференциал цилиндр. Прекращение подачи масла сопровождается сливом находящегося в полости цилиндра масла. В результате дифференциал освобождается от блокировки.

Регулировка гидроусилителя

Основные настройки ГУР:

• Настройка механического контакта червяка с зубчатым сектором. Регулировка производится при приподнятых над поверхностью грунта передних колесах. Введенным в паз втулки ключом ее проворачивают по часовой стрелке или против ее движения, добиваясь соответствия зазора сцепления секторно-червячного зацепления боковым зазорам червяка при находящейся в среднем положении сошке.
• Регулировка реечно-секторного зацепления. Зацепление выставляют с использованием устанавливаемых под фланец упора рейки прокладками, добиваясь зазора между рейкой и упором 0,1-0,3 мм.
• Регулировка затяжки гайки червяка рулевого механизма. Суть этой настройки состоит в надежной фиксации в правильном положении подшипников, поджимающих торцы золотника.
• Настройка осевого перемещения поворотного вала. Регулировку производят с помощью регулировочного винта, установленного на торцевой поверхности вала, при ослабленных контргайках. Предварительно ослабив блокирующую откручивание винта контргайку, винт закручивают до упора, а затем отпускают, проворачивая на 1/10 или 1/8 оборота.
• Настройка предохранительного клапана производится при работающем двигателе с использованием манометра, установленного вместо расположенной на клапанной крышке пробки. Давление нагретого до температуры 50 градусов масла при предельной скорости вращения коленчатого вала двигателя машины должно составлять 8,8 МПа. Настройку давления масла производят специальным подстрочным винтом, который после окончания регулировки законтривают и закрывают специальным колпаком.
• Проверка свободного хода руля. Контролируется при работающем двигателе и настраивается путем проверки и выставления зазоров соединений рулевой системы, а также креплений поворотных рычагов, сошки и других деталей рулевого управления. Нормальным считается свободное перемещение руля, не превышающее 20 градусов.

Гидрообъемное рулевое управление (ГОРУ)

Гидрообъемная система рулевого управления – это совокупность узлов и агрегатов, обеспечивающих снижение уровня физических усилий оператора при изменении направлении движения трактора.

Основное отличие гидрообъемного управления от управления направлением движения трактора с использованием гидроусилителя – отсутствие механической связи привода и механизма руля.

В ГОРУ поворот колес осуществляется силовым цилиндром (цилиндрами), работу которого обеспечивает управляемый рулем насос-дозатор.

ГОРУ обеспечивает надежное управление машинами, передвигающимися со скоростью до 50 км в час.

Устройство гидрообъемной системы рулевого управления

Основными элементами конструкции гидрообъемного управления движением являются:

• Соединенное маслопроводами с силовыми цилиндрами рулевой колонки и поворотными гидравлическими механизмами дозаторное насосное устройство с модулем клапанов аксиально-поршневого типа;
• Установленные на переднем мосту силовые цилиндры, осуществляющие поворот колес;
• Поддерживающий давление рабочей жидкости в системе шестеренчатый насос;
• Гидроаккумулятор;
• Автономная емкость для хранения рабочей жидкости;
• Трубопроводные магистрали, уплотнительные элементы и соединители.

Схема работы гидрообъемной системы управления направлением движения

При движении трактора по прямой золотник насосно-дозаторного устройства перекрывает доступ рабочей жидкости в полости поворотного цилиндра (цилиндров).

Поворот рулевого колеса сопровождается смещением золотника, который открывает подачу в соответствующие полости силового цилиндра или силовые поворотные цилиндры масла в объеме, пропорциональном угловому перемещению руля.

При нерабочем питающем насосном устройстве насос-дозатор функционирует как насос, приводом которого служит рулевое колесо.

Достоинства и недостатки гидроусилительных и гидрообъемных систем рулевого управления

Достоинствами оснащенных гидроусилителями систем рулевого управления перед механическими являются:

1. Меньшее время отклика на управляющее воздействие руля;
2. Амортизация возникающих во время движения машины ударов и вибраций;
3. Высокий коэффициент полезного действия при преобразовании вращения рулевого колеса в поворотное движение колес.

К преимуществам гидрообъемной системы рулевого управления перед гидроусилителями руля относятся:

1. Меньший в сравнении с гидроусилителем уровень физических усилий оператора, необходимый для поворота трактора;
2. Отсутствие люфтов при управлении направлением движения машины;
3. Небольшой вес дозаторного насосного устройства;
4. Возможность установки элементов гидрообъемной системы в различных частях трактора.

Общий недостаток таких гидравлических систем – необходимость использования в них исключающих утечки рабочей жидкости высококачественных материалов и соединителей.

Материал по теме: Как выбрать масло для гидравлики

Переоборудование гидроусилительного управления на гидрообъемное

В последние годы отмечается устойчивый рост оснащения тракторной техники гидрообъемными системами рулевого управления и переоборудования моделей с ГУР на ГОРУ.

Тенденция объясняется преимуществами гидрообъемного управления и относительной несложностью модернизации.

Переоборудовать гидроусилительную систему управления в гидрообъемную можно, используя один из вариантов предлагаемых поставщиками комплектов деталей для такого переоборудования.

Обычно в состав комплекта деталей входят:

• поворотный гидроцилиндр;
• правый и левый поворотные рычаги;
• насос дозаторного типа;
• штуцеры;
• шланги, рассчитанные на транспортировку рабочих жидкостей под высоким давлением;
• рулевая тяга;
• соединительные и крепежные элементы.

Многие собственники тракторной техники, переоборудуя гидроусилительную систему управления в гидрообъемную, используют в качестве емкости для рабочей жидкости корпус гидроусилителя.

Использование такого подхода позволяет:

1. Упростить пользование блокировкой дифференциала задних колес.
2. Сохранить весовой баланс трактора.
3. Отказаться от дополнительных балластов, необходимость в которых возникает при демонтаже гидроусилителя.
4. Исключить попадание масла при утечке из насоса-дозатора в грунт. При использовании корпуса ГУР в качестве емкости для рабочей жидкости протекающее из насосно-дозаторного устройства масло попадает в нее.

Установка насоса-дозатора вместо гидроусилителя

Одно из преимуществ гидрообъемного управления – возможность установки соединяемого с рулевой колонкой и силовым цилиндром гибкими трубопроводами насоса-дозатора в различных частях машины.

Чаще всего насосно-дозаторное устройство устанавливают на корпус гидроусилителя или на крышку клапанов головки цилиндров, используя для фиксации насоса их элементы крепления.

Упрощенная последовательность переоборудования оснащенного ГУР трактора на гидрообъемное управление (вариант с использованием гидроусилителя в качестве емкости для рабочей жидкости гидроруля):

1. Демонтируется червяк рулевого механизма и гидрораспределитель ГУР.
2. Устанавливается насос дозатор. Основное условие правильного монтажа насоса – отсутствие действия на устройство осевых и радиальных нагрузок, для исключения которых может использоваться подшипниковый переходник, центрирующий рулевой вал.
3. Рулевой вал соединяется с валиком насоса-дозатора, при необходимости вал укорачивается.
4. Силовой цилиндр укрепляется на переднем мосту с использованием специального кронштейна.
5. Штоки цилиндра соединяются с поворотными рычагами колес.
6. Насосно-дозаторное устройство коммутируется с гидроцилиндром двумя трубопроводами, обеспечивающими в зависимости от направления поворота подачу масла под давлением в левое или правое пространство цилиндра.
7. Забор и слив дозатора соединяется с соответствующими выходами используемого в качестве емкости для масла гидроусилителя.

Восстановление гидроусилительного рулевого управления

При необходимости восстановления гидроусилителя:

1. Демонтируется насос дозатор.
2. В гидроусилитель устанавливаются демонтированные червяк и гидрораспределитель.
3. Поворотные рычаги отсоединяются от штоков силового цилиндра и подсоединяются к наконечникам рулевых тяг.

Неисправности гидроусилительных и гидрообъемных рулевых систем и их устранение

Основные неисправности гидроусилительной рулевой системы и варианты их устранения
Неисправность и ее признаки	Причина неполадки	Варианты устранения
Поворот рулевого колеса затруднен и требует значительных физических усилий.	Повреждение подшипников червячного винта, деформация тяг.	Произвести замену имеющих повреждения деталей.
	Повышенный уровень сцепления зубчатого сектора и червячной передачи рулевого механизма.	Отрегулировать зацепление деталей.
	Недостаточно затянута гайка червяка.	Подтянуть гайку.
	Недостаточный уровень рабочей жидкости в гидравлическом контуре или ее утечка.	Проверить уровень масла и довести его уровень до предусмотренного техническими требованиями.
	Проникновение воздуха в систему.	Проверить высасывающие трубопроводы и устранить их негерметичность.
Свободное перемещение руля, значительно превышающее обычное.	Скопление воздуха в трубопроводной сети поворотных цилиндров, вспенивание масла во время работы гидравлики.	Проверить герметичность трубопроводных магистралей и уплотнительных и соединительных элементов системы. Провести герметизацию мест подсоса воздуха, регулировку или замену уплотнителей и соединений. Произвести прокачку системы рулевого управления.

Основные неисправности гидрообъемной рулевой системы и варианты их устранения
Неисправность и ее признаки	Причина неполадки	Варианты устранения
Затрудненный поворот рулевого колеса.	Питающий насос не создает необходимого для нормальной работы системы давления.	Отремонтировать насос или произвести его замену на новый.
	Низкий уровень масла в емкости для его хранения.	Долить масло в бак.
	Заклинивание карданного соединения рулевого вала с приводным валом насоса-дозатора.	Устранить заклинивание.
При вращении руля отсутствует упор.	Низкий уровень масла в системе.	Долить масло в бак.
Вращение рулевого колеса при отсутствии прилагаемого к нему усилия оператора.	Золотник насосно-дозаторного устройства не занимает нейтрального положения, из-за заклинивания карданного соединения приводного вала насоса с рулевым валом.	Устранить заклинивание.
Несовпадение направления поворота рулевого колеса и изменения направления движения трактора.	Неправильная коммутация выводов насоса с полостями силового цилиндра.	Перекоммутировать выводы насоса и силового цилиндра.

Рулевое управление колесных тракторов

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ “МАМИ”

Е. С. Наумов В. М. Шарипов И. М. Эглит

РУЛЕВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ (конструкция)

Рекомендовано УМО по автотракторному и дорожному образованию в качестве учебного пособия для студентов специальности 150100 “Автомобиле – и тракторостроение”

Под редакцией д.т.н., проф. В. М. Шарипова

2

УДК 629.114.2.001.2 (075.8)

Наумов Е. С., Шарипов В. М., Эглит И. М.

“Рулевое управление колесных тракторов (конструкция)”.

Учебное пособие для студентов специальности 150100 “Автомобиле — и тракторостроение”. Стр. 1 — 42, рис. 16, МАМИ, 1999 г.

Вучебном пособии изложены назначение, предъявляемые требования

иклассификация рулевого управления колесных тракторов, описание его типовых конструкций, элементы ухода за ним в эксплуатации и перспективы развития конструкций.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплину “Конструкции автомобилей и тракторов” и может быть полезно для инже- нерно-технических работников автотракторной отрасли машиностроения.

С Московский государственный технический университет “МАМИ”, 1999 г.

3

Содержание

1. Общие сведения ………………………………………………………….… 4

2.Рулевой привод ……………….………………………………………….….. 7

3.Рулевой механизм ……………………..………………………….……….. 13

4.Привод рулевого механизма …….……………………………..……….… 39

5.Уход за рулевым управлением и тенденции его развития …..….….…… 41 Литература …………………………………………………………….….…… 42

4

1. Общие сведения

Рулевое управление предназначено для поддержания и изменения направления движения колесного трактора в соответствие с действиями тракториста. Оно представляет собой часть комплекса механизмов и агрегатов системы управления движением трактора.

Существуют два принципиально разных способа поворота трактора при его движении: первый — поворотом в плане передних колес относительно задних и второй — изменением скоростей поступательного прямолинейного движения правого и левого колесных движителей со всеми ведущими ко-

лесами 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 поступательных скоростей гусениц.

Совмещенный способ поворота иногда применяют и для пропашных тракторов с целью получить небольшой радиус поворота, когда вдобавок к повороту передних управляемых колес притормаживают одно из задних ведущих колес, порой даже до полной его остановки.

В первом способе поворота на поворачиваемые колеса действуют боковые реакции грунта, которые и заставляют менять направление движения остова трактора.

Во втором способе — на ведущих колесах противоположных бортов трактора принудительно создаются разные угловые скорости их вращения, что вызывает появление на его остове поворачивающегося момента.

Основным недостатком второго способа поворота является обязательное 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. Поэтому данный способ поворота не имеет применения на сельскохозяйственных и большинстве промышленных тракторах. Его применяют иногда на мощных относительно тихоходных колесных промышленных тракторах специального назначения с короткой базой и широкой колеей или на небольших малогабаритных колесных тракторах, в основном, коммунального назначения.

Так как управление вторым видом поворота колесного трактора аналогично управлению гусеничного трактора, в данном разделе оно рассматриваться не будет.

Принципиальные схемы поворота колесных тракторов по основному их способу представлены на рис. 1.1. Следует отметить, что для обеспечения качения всех колес трактора при его повороте без их бокового скольжения необходимо, чтобы условное продолжение их осей пересекалось в одной общей точке, называемой центром поворота.

На рис. 1.1,а представлена схема поворота трактора 3К2 с поворотной передней осью 1, на которой установлено одно управляемое колесо или два

5

спаренных, установленных под углом друг к другу так, что в контакте с почвой они представляются как одно целое. При полностью заторможенном ведущем колесе 2 радиус поворота R становится равным 0,5В, где В – поперечная база трактора.

Рис. 1.1. Схемы поворота колесных тракторов

На рис. 1.1,б представлена схема поворота трактора 4К2 с неповоротной передней осью 1, на которой установлены поворотные цапфы 2 управляемых колес 3. Для выполнения вышеуказанного условия качения управляемых колес они поворачиваются на разные углы (α >β ). По аналогичной схеме производится поворот и тракторов 4К4а.

Для тракторов 4К4б наиболее характерна схема поворота (рис. 1.1,в) путем взаимного углового смещения двух шарнирно сочлененных полурам 1 их остова, относительно которых ведущие колеса 2 неповоротны. Минимальный радиус поворота R ограничен возможностью контакта колес 2 одного борта трактора, как показано на схеме.

Некоторые конструкции тракторов 4К4б выполняются с передними 1 и задними 2 поворотными ведущими колесами относительно остова 3, схема поворота которых показана на рис. 1.1,г. При этом, как правило, пологие повороты осуществляются посредством только передних ведущих колес 1, а более крутые — продолжением поворота передних колес и одновременным поворотом задних ведущих колес 2 в противоположную сторону.

В некоторых конструкциях тракторов колеса поворачиваются не только

6

по предыдущей схеме (см. рис. 1.1,г), но могут одновременно все поворачивать на один и тот же угол α (рис. 1.1,д). При этом происходит так называемое «крабовое движение», позволяющее остову 1 одновременно двигаться вперед и в сторону без его поворота в плане. Это необходимо для некоторых специальных тракторов при выполнении ими соответствующих технологических операций.

Рассмотренные повороты тракторов осуществляются механизмами и агрегатами рулевого управления, к которым, помимо общих требований, предъявляют ряд специальных требований:

1) они должны обеспечивать устойчивость прямолинейного движения

ихорошую маневренность трактора в любых условиях его эксплуатации;

2)не создавать условия для проскальзывания управляемых колес;

3)должны быть легкими в управлении, надежными в работе и удобными в обслуживании.

Рулевое управление состоит из двух основных групп механизмов: руле-

вого привода и рулевого механизма (в большинстве случаев — с усилителем). Рулевой привод служит для установки управляемых поворотных колес или полурам остова с неповоротными колесами в положения для их качения

без бокового скольжения при повороте и прямолинейном движении трактора.

Рулевой механизм преобразует повороты рулевого колеса в необходимые перемещения элементов рулевого привода для выполнения заданного направления движения трактора.

По принципу действия рулевые управления применяемые на тракторах можно классифицировать в основном на: механические, механические с усилителями и гидрообъемные.

Вмеханических рулевых управлениях, применяемых в настоящее время на легких колесных тракторах класса 0,6 и ниже, рулевой привод кинематически связан с рулевым механизмом и поворот управляемых колес осуществляется только мускульной силой тракториста, приложенной к рулевому колесу.

Для рулевого управления различают два передаточных числа: угловое

(кинематическое) и силовое.

Угловое (кинематическое) передаточное число «u» представляет собой отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемого колеса трактора (для 3К2) или среднему углу поворота управляемых колес (для 4К2 и 4К4а). Его можно представить, как произведение двух передаточных чисел — рулевого механизма uМ и рулевого привода uП.

u = uМ uП .

При этом следует отметить, что при повороте управляемых колес передаточное число рулевого привода всегда является величиной переменной, так как меняется положение рычагов механизма поворота. Передаточное число рулевого механизма также может быть величиной переменной, но в большинстве случаев оно постоянное. Так что угловое передаточное число

7

всегда является величиной переменной.

В существующих конструкциях uМ = 18…40.

Передаточное число рулевого привода uП зависит от соотношения плеч привода. В процессе поворота колес плечи рычагов изменяют свою величину. В выполненных конструкциях uП изменяется незначительно.

Величина uП лежит в пределах uП = 0,85…2,0.

Максимальный угол поворота управляемых колес обычно не превышает 40…55о. Максимальный поворот рулевого колеса в каждую сторону в существующих конструкциях тракторов составляет 1,5…3,0 оборота.

В существующих конструкциях тракторов угловое (кинематическое) передаточное число рулевого управления u = 12…30.

Силовое передаточное число “ u ‘ ” представляет собой отношение момента МС сопротивления повороту управляемых колес со стороны грунта к моменту МР, приложенному к рулевому колесу для его поворота.

u ‘ = М С / М Р .

Механическим рулевым управлением с усилителем будем называть та-

кое устройство, в котором рулевой привод также кинематически связан с рулевым механизмом, но поворот управляемых колес или полурам остова тракторов 4К4б производится, в основном, не мускульной силой человека, а специальным усилителем, управляемым трактористом. При отказе от работы усилителя поворот трактора в большинстве случаев совершается механической частью рулевого управления, но при больших затратах времени и усилия на вращение рулевого колеса. Подобные рулевые управления установлены на большинстве отечественных колесных тракторов от класса 0,9 и выше.

При проектировании рулевого управления ограничивается как минимальное (30 Н), так и максимальное (120 Н) усилие на рулевом колесе.

Ограничение минимального усилия необходимо, чтобы тракторист не терял “чувство дороги”. При выходе из строя усилителя для поворота управляемых колес трактора на месте на бетонной дороге усилие на рулевом колесе не должно превышать 400 Н.

В гидрообъемном рулевом управлении нет механической связи рулевого привода с рулевым механизмом. Исполнительным элементом рулевого привода является гидроцилиндр двойного действия, соединенный трубопроводами с управляющим элементом рулевого управления — насосом-дозатором. Последний совместно с рулевым колесом представляет собой рулевой механизм, который может быть установлен в любом месте, наиболее удобном для тракториста.

Гидрообъемные рулевые управления получили широкое распространение на колесных тракторах.

2. Рулевой привод

Рулевой привод, в зависимости от рассмотренных способов поворота трактора и принципов действия рулевого управления, может быть механиче-

8

ским или гидравлическим.

Механический рулевой привод служит для поворота двух управляемых колес тракторов 4К2 и 4К4а на разные углы α и β , показанные на схеме рис. 1.1,б с целью их «чистого качения», как отмечалось ранее.

Соотношение между углами поворота колес должно удовлетворять зависимости (см. рис. 2.1):

Ctgβ − Ctgα = ML ,

где β и α — углы поворота собственно внешнего и внутреннего колес; М — расстояние между осями шкворней поворотных цапф; L — продольная база трактора.

Указанные углы поворота можно осуществить с помощью рулевой трапеции или при помощи двух приводных продольных тяг.

Рулевой привод с наиболее распространенной трапецией заднего расположения приведен на рис. 2.1. Рулевая трапеция представляет собой шар-

Рис. 2.1. Схема поворота трактора с рулевой трапецией заднего расположения

нирный четырехзвенный механизм, состоящий из основания — неподвижной балки передней оси 1, двух одинаковых рычагов 4 и 8, поворотных цапф управляемых колес 3 и задней неразрезной поперечной тяги 7.

Для обеспечения поворота управляемых колес трактора на разные углы α и β необходимо, чтобы рычаги 4 и 8 при прямолинейном движении были наклонены под одинаковым углом к продольной оси трактора. Этот угол обычно определяется точкой F пересечения их продолжения на вышеуказанной оси и зависит от продольной базы L трактора и расстояния М между осями шкворней поворотных цапф.

Рычаг 4 выполнен заодно целое с поворотным рычагом 2 трапеции, к которому шарнирно прикреплена продольная рулевая тяга 5, соединяющая его с сошкой рулевого механизма (не показанной на схеме). При приложении усилия к тяге 5, как показано стрелкой на схеме, рычаг 2 непосредственно поворачивает правое (внутреннее) колесо на угол α и через элементы трапеции — левое (внешнее) колесо на угол β . Этим как раз и обеспечивается пере-

9

сечение продолжения осей колес в одной точке «О» на продолжении оси 6 задних ведущих колес при повороте трактора с радиусом R.

Тяга 5 в большинстве сельскохозяйственных тракторов располагается с правой стороны трактора, на которой находится и рабочее место тракториста.

При перемещении тяги 5 назад колеса 3 трактора повернутся влево.

В зависимости от назначения трактора, компоновки его передней части, применяются и другие виды рулевых трапеций и их приводов, показанные основными схемами на рис. 2.2.

Переднее расположение типовой рулевой трапеции показано на рис. 2.2,а. Передняя поперечная тяга 1 выполнена цельной и по длине большей чем у ранее рассмотренной трапеции заднего расположения. Рычаги 2 и 7 поворотных цапф ступиц 3 управляемых колес по длине и направлению такие же, как в предыдущей схеме. Балка передней оси 6 на данной и последующих схемах (см. рис. 2.2) показана пунктиром. Двухплечий поворотный рычаг 4 трапеции привод имеет от продольной рулевой тяги 5.

На рис. 2.2,б приведена схема рулевой трапеции заднего расположения с разрезной симметричной поперечной тягой. Она состоит из двух одинаковых тяг 1, одним концом шарнирно закрепленных к рычагам 2 поворотных цапф, а другим — к шарниру рулевой сошки 3 с вертикальным приводным валом.

Рулевая трапеция переднего расположения с асимметричными поперечными тягами показана на рис. 2.2,в. В данном случае рычаги 1 и 5 поворотных цапф и тяги 2 и 4 имеют разную длину, а поворотный двухплечий рычаг 3 тяг значительно смещен к правой стороне трактора. Поворот рычага

Рис. 2.2. Схемы рулевых трапеций

3 производится продольной рулевой тягой 6. Встречаются аналогичные асимметрические трапеции, где рычаг 3 является рулевой сошкой с вертикальным приводным валом, как на предыдущей схеме.

Следует обратить внимание, что на пропашных колесных тракторах с переменной колеей при ее изменении необходимо и изменение длины или длин поперечных тяг, что ведет к ухудшению кинематики поворота управ-

10

ляемых колес. Поэтому оптимальные параметры рулевой трапеции устанавливаются для наиболее часто применяемой ширины колеи подобных тракторов, чтобы ее изменение менее сказывалось на увеличении бокового скольжения управляемых колес.

Определенными недостатками привода рулевых трапеций с использованием продольной тяги от сошки рулевого механизма являются: сложность бокового навешивания машин-орудий и возможность нарушения прямолинейного движения трактора. Последнее связано с тем, что при наезде одного из управляемых колес на препятствие происходит поперечный поворот передней оси и шарнира крепления продольной тяги, вызывающий кинематическое несоответствие с положением другого ее шарнира на сошке рулевого механизма, приводящее к непроизвольному повороту управляемого колеса.

Вследствие указанных недостатков преимущественное применение на тракторах имеют приводы рулевых трапеций без продольных тяг.

Рулевые приводы с продольными тягами, схемы которых показаны на рис. 2.3, выполняются двумя способами.

При первом способе (рис. 2.3,а) — продольные тяги 2 располагаются параллельно сторонам СD и ЕD равнобедренного треугольника СDЕ. Они шарнирно соединяют концы рычагов 1 поворотных цапф управляемых колес с реечно-шестеренным приводом 3 рулевого механизма. При движении тяг 2 по направлению пунктирных стрелок трактор поворачивается в правую сторону, по направлению сплошных стрелок — влево. При этом одинаковые элементарные перемещения тяг 2 в противоположные стороны на величину ∆ S вызывают появление разных углов поворота рычагов 1, обеспечивающих не обходимую кинематику поворота управляемых колес.

Во втором способе (рис. 2.3,б) — тяги 2 располагаются параллельно продольной оси трактора. Они шарнирно соединяют рычаги 1 поворотных цапф управляемых колес с двумя сошками 3 и 5 рулевого механизма 4. Для прямолинейного движения трактора сошки 3 и 5 располагаются параллельно установленными вниз с некоторым одинаковым их отклонением назад. Для поворота трактора сошки 3 и 5 поворачиваются в противоположные стороны, но на равные углы. Однако при этом, из-за предварительного отклонения сошек 3 и 5 назад, перемещения тяг 2 также в разные стороны происходят с разными значениями элементарных перемещений ∆ S, чем и обеспечивается получение разных углов поворота управляемых колес.

Для обоих способов поворота при изменении ширины колеи трактора необходимо корректировать длину продольных тяг.

Несмотря на достаточно удовлетворительную кинематику поворота управляемых колес рулевые приводы с двумя продольными тягами не находят широкого применения вследствие ряда существенных недостатков. Помимо самих тяг, один из недостатков которых отмечался ранее, они уменьшают дорожный просвет трактора, а их взаимно противоположное движение при его повороте требует более сложного рулевого механизма.

Рулевое управление — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Рулевое управление — система управления направлением движения транспортных средств с помощью рулевого колеса. Состоит из механизмов, преобразующих положение (угол поворота) руля в пропорциональное изменение положения колёс или аналогичных управляющих направлением движения элементов (поворот движителя, поворот направляющей лыжи, конька).

Пример работы системы подруливания на скоростях менее и более 40км/ч

4WS (4 Wheel Steering, от англ. 4 управляемых колеса) — система подруливания задних колес у автомобиля. При высокой скорости задние колеса поворачиваются в сторону поворота (так же как и передние колеса), что позволяет увеличить стабильность при резких маневрах (например обгоне). При низкой скорости задние колеса поворачивают в противоположную от поворота сторону (обратно передним колесам), что позволяет увеличить маневренность и уменьшить радиус разворота.

На автомобилях рулевое управление состоит из механического редуктора и системы тяг, преобразующих поворот руля в поворот управляемых (передних) колёс. Отношение углов поворота руля и колёс известно как «Передаточное отношение рулевого управления» и обычно составляет 15:1 … 25:1. Колесо, находящееся с той стороны, куда происходит поворот, поворачивается на больший угол, так, чтобы точка пересечения осей передних колёс находилась на оси задних колёс (в этом случае все колёса вращаются вокруг одной точки и не происходит бокового скольжения шин). Система тяг, обеспечивающая поворот колёс на разный угол, называется рулевая трапеция.

Как и компоновка трактора, рулевое управление бывает двух основных видов — поворот передних колёс (аналогично автомобилям), и относительный поворот полурам (тракторы К-700, Т-150К). В компоновке (и рулевом управлении) из двух полурам имеются следующие достоинства:

• Унификация, простота и надёжность ведущих мостов — они не содержат узлов поворота колёс.
• Две колеи при любом повороте полурам (задний мост идёт точно по следам переднего), что значительно улучшает проходимость.
• Поворот полурам позволяет плавно перемещать влево-вправо переднее или заднее навесное орудие, что повышает удобство работы.

Рулевое управление комбайнов и вилочных погрузчиков[править | править код]

Из-за большого веса жатки, и особенностей компоновки, на переднюю часть самоходного зерноуборочного комбайна приходится основная часть веса, поэтому передние колёса выполняют ведущими и большого размера. Ввиду технических сложностей поворота этих колёс, рулевое управление зерноуборочных комбайнов осуществляется задними колёсами небольшого размера. Они также поворачиваются на разные углы (рулевой трапецией), чтобы избежать бокового скольжения, аналогично управлению автомобилей.

Аналогичная ситуация присутствует и у вилочных погрузчиков, так как на передние колеса приходится вес поднимаемого груза. По этой причине большинство таких машин также имеют управляемые колеса сзади.

Рулевое управление катков (дорожная техника)[править | править код]

Ввиду большой массы переднего цилиндра катка поворачивает он с помощью гидроруля. Руль просто переключает клапаны подачи жидкости в цилиндры поворота катка

Рулевой механизм — часть рулевого управления, преобразующая вращательное движение рулевого колеса в поступательное движение рулевых тяг. Как правило, это один из видов механического редуктора, хотя, например, в комбайнах применяется система «гидромотор-шланги-гидроцилиндр». Наиболее распространены следующие виды рулевых механизмов

• Шестерня-рейка — руль соединён с неподвижной (вращающейся) шестернёй, концы подвижной рейки через тяги поворачивают колёса. В настоящее время применяется на большинстве легковых автомобилей (переднеприводных).
• Червячная передача — рулевое колесо вращает червяк, по которому ходит вырожденный сектор зубчатого колеса — ролик (трение скольжения заменено на трение качения). Перекатываясь по сектору червяка, ролик вращает ось, с другой стороны которой закреплён рычаг, который своим движением перемещает рулевую трапецию. Эта достаточно сложная система, с большим числом деталей, широко применялась на заднеприводных автомобилях, с передней двухрычажной подвеской.
• Винт-шариковая гайка — рулевое колесо вращает винтовой вал, поступательно перемещая «гайку» — соответствующую винтовую втулку, через тяги перемещающую рулевую трапецию. Между витками вала и втулки расположены шарики, переводящие трение скольжения в трение качения. Механизм применяется в основном на грузовых автомобилях, совместно с гидроусилителем (втулка-гайка является также поршнем гидроцилиндра).

Производители элементов рулевого управления[править | править код]

Кроме производителей оригинальных деталей рулевого управления существует несколько международных производителей, специализирующихся на рынке автозапчастей, например: