Разработка потребительских требований автобуса ПАЗ 3205

Реечный рулевой механизм

Принципиальным  отличием рулевого механизма реечного типа является то, что вместо червячной  пары в нем используется пара шестерня ― рейка. Когда водитель поворачивает руль в ту или иную сторону, вращается  шестерня, которая соответствующим  образом поворачивает находящуюся  с ней в зацеплении рейку. Рейка  передает это усилие на рулевой привод и затем на передние колеса.

Реечный рулевой механизм (рис.1. б) располагается в алюминиевом кратере, где на подшипниках установлен вал-шестерня, находящаяся в зацеплении с рейкой. Рейка прижимается к шестерне металлокерамическим упором, который поджат размещенной в пробке пружиной. Таким образом, обеспечивается без зазорное зацепление шестерни с рейкой по всему ее ходу. Ход рейки в одну сторону ограничивается напрессованным на нее кольцом, в другую сторону втулкой резинометаллического шарнира тяги. Полость картера защищена от грязи резиновым гофрированным чехлом. Вал рулевого управления соединен с валом шестерней упругой муфтой. На верхней части вала, которая вращается в подшипнике качения, на шлицах крепится рулевое колесо через демпфер, служащий для повышения безопасности.

Передаточное  отношение механизма определяется отношением числа оборотов шестерни, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки. За счет соответствующе нарезки зубьев на рейке имеется возможность  получения переменного передаточного  числа при перемещении этой рейки. Это дает возможность уменьшить  действующей в приводе силы или  перемещение рейки для коррекций  в работе привода.

Прямая  передача, высокая жесткость и  КПД являются положительными сторонами  данного механического рулевого управления, которое стало практически стандартом в мировом автомобилестроении, начиная с малого класса до среднего.

Соединение  рулевого механизма с управляемыми колесами автомобиля требует всего несколько деталей. С зубчатой рейкой, в центре рулевого управления, соединено по одной поперечной рулевой тяге слева и справа, которые воздействуют на поворотные рычаги передней подвески.

Реечный рулевой механизм прост по конструкции, компактен, имеет наименьшую стоимость по сравнению с рулевыми механизмами других типов. КПД механизма очень высок (0,9…0,95), приблизительно одинаков в обоих направлениях.

Из-за большого значения обратного КПД реечные рулевые механизмы без усилителя устанавливались лишь на легковых автомобилях особо малого и малого классов, так как только на этих автомобилях они способны поглощать толчки и удары, которые передаются от дорожных неровностей на рулевое колесо.

На разрабатываемом  автомобиле мы применили  реечный рулевой механизм. Простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами, прямая передача усилия, высокая жесткость и наибольшее значение КПД, а равномерное собственное демпфирование повышают точность рулевого управления и обеспечивают грузовику лучшую маневренность, а водителю — более легкое руление и, следовательно, дополнительный комфорт.

Усилители рулевого управления

Рулевым усилителем называется механизм, создающий  под давлением жидкости или сжатого  воздуха дополнительное усилие на рулевой  привод, необходимое для поворота управляемых колес автомобиля.

Усилитель служит для облегчения управления автомобилем, повышения его маневренности  и безопасности движения. Он также  смягчает толчки и удары дорожных неровностей, передаваемых от управляемых  колес на рулевое колесо. Усилитель  значительно облегчает работу водителя. При его наличии водитель прикладывает к рулевому колесу усилие в 2 — 3 раза меньшее, чем без усилителя, а  для поворота грузовых автомобилей  средней и большой грузоподъемности и автобусов требуется усилие до 400 Н и более. Это весьма существенно, так как из всей затрачиваемой  водителем энергии на управление автомобилем до 50 % приходится на рулевое  управление.

Маневренность автомобиля с рулевым усилителем повышается вследствие быстроты и точности его действия. Безопасность движения повышается потому, что в случае резкого понижения давления воздуха  в шине переднего управляемого колеса при проколе или разрыве шины при наличии усилителя водитель в состоянии удержать рулевое  колесо в руках и сохранить  направление движения автомобиля. Однако наличие усилителя приводит к  усложнению конструкции рулевого управления и повышению стоимости, к увеличению износа шин, более сильному нагружению деталей рулевого привода и ухудшению стабилизации управляемых колес автомобиля. Кроме того, наличие усилителя на автомобиле требует адаптации водителя.

Рулевые усилители применяют на легковых автомобилях, грузовых автомобилях  средней и большой грузоподъемности и на автобусах. Наибольшее распространение получили гидравлические, пневматические и электрические усилители рулевого управления. Принцип действия гидравлических и пневматических усилителей аналогичен, но в них используется различные рабочие вещества: в гидравлических — масло (турбинное, веретенное), а в пневматических — сжатый воздух пневматической тормозной системы автомобиля.

Гидравлический  усилитель рулевого управления

Из всех автомобилей с усилителями 90 % оборудованы гидравлическими усилителями. Они очень компактны, имеют малое время срабатывания (0,2... 2,4 с) и работают при давлении 6... 10 МПа. Однако требуют тщательного ухода и особо надежных уплотнений, так как течь жидкости приводит к выходу их из строя. Гидроусилитель имеет основные элементы — гидронасос с бачком, гидрораспределитель и гидроцилиндр (рис.2).

Гидронасос  является источником питания, гидрораспределитель — распределительным устройством, а гидроцилиндр — исполнительным устройством. Гидронасос, приводимый в действие от двигателя автомобиля, соединен нагнетательным и сливным маслопроводами с гидрораспределителем, который установлен на продольной рулевой тяге, прикрепленной к поворотному рычагу управляемого колеса. Внутри корпуса гидрораспределителя находится золотник, связанный с рулевым механизмом.

Водитель  поворачивает руль, колеса сопротивляются – торсион закручивается  тем  сильнее, чем больше усилие на руле. Золотник открывает каналы и направляет масло в исполнительное устройство. В механизме типа «винт - шариковая  гайка» большее давление подается или  за поршень, или до него, помогая  тому перемещаться вдоль рулевого вала.

А в реечном  механизме масло подается в корпус рейки – в ту ил иную сторону  от поршня, связанного с рейкой и  подталкивает ее вправо или влево.

Когда рулевое  колесо повернуто до упора, срабатывают  предохранительные клапаны, сбрасывая  давление масла и сохраняя детали механизма от повреждения.

Рис. 2. Гидроусилитель руля:

1 – реактивный плунжер; 2 – пружина; 3 – плунжер; 4 – поршень-рейка;

5 – винт; 6 – золотник

Гидроусилитель представляет собой закрытую систему циркуляции жидкости (гидронасос, бак с жидкостью и соединительные шланги) в комплексе с блоком распределения давления и гидроцилиндром. Вышедшее из гидроцилиндра масло рециркулирует вновь и вновь. Выделяют шланги высокого и низкого давления. По первым масло движется от насоса к гидроцилиндру, а по вторым — вновь возвращается из гидроцилиндра в масляный бак и оттуда снова поступает в насос.

Особенности функционирования ГУР:

При отсутствии усилия на рулевом колесе (руль неподвижен) диаметр выпускных отверстий  распределителя находится в промежуточном  положении. Масло беспрепятственно циркулирует от насоса к гидроцилиндру  и обратно по системе соединительных шлангов. Таким образом, энергия двигателя тратится исключительно на перегонку масла по замкнутому кругу. Никакую функцию ГУР в это время не выполняет, так как колеса не поворачиваются.

Обязательным  условием нормальной работы ГУР является герметичность системы, наличие  достаточного объема масла и фильтра.

Поэтому владельцы автомобилей с гидроусилителями должны время от времени контролировать уровень масла в системе, натяжение приводного ремня насоса и своевременно заменять масла и фильтры (используя рекомендованные производителем марки масел).

На сегодняшний день гидроусилитель представляет собой сложную и довольно капризную конструкцию, которая имеет определенные недостатки:

● Требует ухода и обслуживания.

● Колебания температуры изменяют физические свойства масла и влияют на эффективность устройства в целом.

● Потребляет мощность двигателя, даже когда фактически не используется.

● Невозможность сочетать высокий усиливающий момент с хорошей информативностью руля.

Под давлением ГУР представляет собой герметичный картер, внутри которого находится управляющий клапан и поршень-рейка. Этот поршень соединен винтовой передачей с рулевым валом и своей зубчатой рейкой с шестерней на валу, передающем усилие на рулевую рейку или сошку. С картером ГУР через патрубки соединен насос с расширительным бачком. В традиционных простых системах привод насоса осуществляется через ремень от двигателя. В более современных насос ГУР приводится отдельным электромотором – такие усилители называют электрогидравлическими усилителями (ЭГУР). Работает система так. Пока руль находится в положении «прямо», управляющий клапан также пребывает в среднем положении, и рабочая жидкость перекачивается через него. При повороте же руля в ту или иную сторону клапан перемещается, и жидкость начинает давить на поршень, создавая усилие на валу. В обычных ГУР это усилие постоянно и не зависит от скорости движения автомобиля. Отсюда удобный на парковочных маневрах руль с ГУР оказывается “жидким“ и нечетким на скорости. Поэтому современные системы ЭГУР, кроме электромотора, имеют управляющий электронный блок, который, исходя из данных скорости автомобиля, рассчитывает нужную величину создаваемого усилия.

Основная  “потребительская жалоба“ на рулевое с ГУР – “ руль стал вращаться с большим трудом“. Причин тому может быть несколько. Чаще всего – это подтекание рабочей жидкости, которое возникает, как правило, по валу насоса, задней крышке насоса, сальникам и уплотнителям рулевой рейки или рулевого механизма. Также это может вызываться и слабым натяжением или износом приводного ремня насоса. Если машина уже имеет значительный пробег, то причиной “утяжеления“ руля может быть и механический износ насоса – признаком этого является характерный шум, появляющийся при вращении рулевого колеса. От износа страдает и прочая механика, отчего появляются такие типичные проблемы, как, прежде всего, специфическое скрипение ГУР, люфты и стуки, неодинаковое усилие при вращении руля в разные стороны, заедание (закусывание) руля при вращении, стуки и повышенные люфты в рулевой рейке или механизме.

Однако  тут стоит отметить, что вибрации, угловые колебания руля, как правило, не говорят о неисправностях ГУР, и их причину стоит искать первым делом в подвеске и углах “развала-схождения“, а также в дефектах колесных дисков и резины.

У электрогидравлических  усилителей могут случаться и  проблемы с электроникой. Основные признаки ее неисправности – “несогласованность“  усилия со скоростью, когда руль оказывается  слишком “легким“ при движении на больших скоростях либо, наоборот, не становится “легче“ на парковке.

В целом, оценивая ГУР по стойкости, можно  назвать его вполне надежным и  живучим агрегатом. В старых машинах  это устройство, конечно, может сильно потрепать владельцу нервы своими постоянными скрипами и тугим  ходом, но все же внезапные и полные отказы ГУР – большая редкость. Если же это произошло, то причину  первым делом надо искать в обрыве ремня (особенно в случае, если до того агрегат работал вполне исправно). Кстати, и ехать с отказавшим ГУР  тоже можно, правда, только в аварийном  режиме, поскольку усилие на руле оказывается весьма значительным – оно намного больше, чем на такой же машине без ГУР.

На станцию для первичной диагностики неисправностей ГУР на оснащенных сервисах используют специальный стенд – люфт-детектор. Он позволяет выяснить, что причиной шума, скрипа, тугого хода, люфта и т.п., на которые жалуется владелец, является ГУР. Ведь если при подтекании жидкости все сразу понятно, то с посторонними шумами и люфтами сложнее. Они могут относиться к другим частям рулевого, и проблема тогда будет заключаться в износе рулевых втулок, плохой затяжке рулевых тяг, люфте наконечников рулевых тяг, люфте реактивной тяги, а также износе ШРУС. Дополнительно для ЭГУР подвергают тестированию и электронику – подключив компьютерный стенд через специальный разъем, считывают коды ошибок.

После того как установлено, что причина  неисправности в ГУР, производится его снятие и полная разборка для  точного выявления и последующего устранения неисправностей. Здесь основными  видами работ при ремонте оказываются  замена сальника, уплотнителей, подшипника, турбины и лопаток насоса, управляющего клапана, а также восстановление валов.

Электроусилитель рулевого управления

Электроусилитель (Рис.3.) отличается тем, что непосредственно на рулевом вале установлен электродвигатель с блоком управления и датчиком крутящего момента. Когда водитель поворачивает руль, датчик воспринимает крутящий момент и подает сигнал электродвигателю, который и вращает рулевой вал в заданную сторону. Современные технологии уже сделали ЭУР мощными и компактными, так что их установка не требует дополнительного пространства — они компактнее традиционных ГУР.