Архив рубрики: Механизмы управления

Механизмы поворота колесных тракторов

Механизмы поворота колесных тракторов служат для поддержания заданного направления движения трактора и изменения его в случае необходимости. Они состоят из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевые механизмы разделяют по передаточному числу на рулевые механизмы, с постоянным и переменным передаточными числами, по конструктивным признакам — на рулевые механизмы с шестерёнчатой передачей (цилиндрическими или коническими шестернями, реечной парой), с кулачковой передачей (кулачком специальной формы, улитками), с винтовой передачей (вильчатым рычагом, качающимся рулевым валом, поворачивающейся гайкой, зубчатой парой, двуплечим рычагом), с кривошипной передачей (одним или двумя скользящими пальцами, одним или двумя поворачивающимися пальцами), с червячной передачей и винтовой нарезкой на цилиндре, на глобоиде, на внутренней поверхности шара.

Рулевой привод состоит из рулевой трапеции (четырехзвенника, включающего балку переднего моста, рычаги поворотных цапф и поперечную тягу, соединенные при помощи шаровых шарниров) и продольной тяги 4

Рулевые трапеции классифицируют по конструктивным признакам (цельная и расчлененная) и по расположению относительно управляемого моста (передняя и задняя).

Шаровые шарниры классифицируют по форме шарового пальца (полносферические и двухсферические), по кинематике его элементов (простые и сложные), по способу устранения зазоров (автоматический, пружинный, клиновой).

Механизмы поворота должны поддерживать такое соотношение между углами поворота колес, при котором обеспечивается качение всех колес трактора без бокового скольжения, обеспечивать согласованность кинематических и силовых параметров рулевого и управляемых колес, легкость управления и высокую маневренность трактора.

Для выполнения первого требования предназначена рулевая трапеция. Легкость управления обеспечивается выбором рациональных значений кинематического и силового передаточных чисел и КПД механизма. Высокая маневренность обеспечивается при выполнении двух условий: во-первых, внутреннее управляемое колесо должно поворачиваться на угол 45…50°, во-вторых, выбором такого углового передаточного числа механизма поворота, при котором число оборотов рулевого колеса от среднего положения до каждого из крайних не должно превышать 2,5,..3.

Оценочными параметрами механизмов поворота являются кинематическое и силовое передаточные числа, зазор в зацеплении и КПД механизма в целом и его составных частей — рулевого механизма и привода. Кинематическое передаточное число механизмов может быть постоянным и переменным. В выполненных конструкциях оно составляет 20…25. КПД в среднем составляет 0,6…0,82 при передаче усилия от рулевого колеса к управляемым колесам (прямой КПД), а при передаче усилия в обратном направлении — 0,58…0,63 (обратный КПД).

Усилие на ободе рулевого колеса, необходимое для поворота управляемых колес, не должно превышать 500 Н. В противном случае следует применять усилитель рулевого управления. Диаметр рулевого колеса, тип соединения рулевого колеса с валом, присоединительные размеры установлены отраслевым стандартом ОСТ 37.001.062—75. На тракторах применяют рулевые колеса автомобилей ГАЗ (диаметр 425 мм) и ЗИЛ (диаметр 480 мм).

Основной задачей расчета рулевой трапеции является определение параметров рулевой трапеции ее параметров, чтобы при повороте трактора движение колес не сопровождалось боковым скольжением.


Рис. 1. Схема для расчета параметров рулевой трапеции

Параметрами рулевой трапеции являются, шкворневая колея В (рис. 1), расстояние и между центрами шаровых шарниров, длина рычагов т и угол Θ наклона рычагов поворотных цапф. По чертежу управляемого моста находят размеры шкворневой колеи В. В существующих конструкциях m=(0,16…0,25)×Вmin, где Вmin — минимальная колея трактора при ее изменении. Предварительно угол Θ можно рассчитать по формуле
tgΘ={2(sin{alpha}_Hmax-sin{alpha}_Bmax)}/{1-(cos{alpha}_Hmax-cos{alpha}_Bmax)}

где αHmax и αBmax — максимальные углы поворота наружного
и внутреннего управляемых колес.

Если усилитель отсутствует, то расчетную нагрузку для различных элементов привода вычисляют, принимая во внимание его расположение и исходя из максимального значения момента сопротивления повороту управляемых колес. При наличии усилителя, когда он совмещен с рулевым механизмом, все элементы привода нагружены моментом на валу сошки, являющимся результатом одновременного действия усилия при максимальном давлении жидкости, и предельной силой 500 Н, приложенной к ободу рулевого колеса.

Тяги рассчитывают на устойчивость по продольному изгибу, принимая коэффициент запаса жесткости 1,5…2,5. Сошку и рычаги рассчитывают на совместный изгиб и кручение. Опасным является сечение у основания рычага. Шаровые пальцы выходят из строя вследствие износа сферической головки или поломки хвостовика.

Тяги выполняют из бесшовных труб (сталь 20, 30 или 35), этим достигается необходимая жесткость при малой массе. Тягам придают формы, отвечающие компоновочным требованиям. Рычаги и сошку изготовляют с переменным по длине эллиптическим сечением, что обеспечивает требуемую прочность и жесткость. Материал — стали 35Х, 40, 40Х и 40ХН. Сошку сопрягают с валом шлицевым соединением. Для беззазорной посадки отверстие в сошке и конец вала выполняют коническими, а для правильной установки сошки на валу предусматривают метки или несимметрично расположенные несколько шлицев. Для изготовления шаровых пальцев и вкладышей применяют стали 12ХНЗА, 18XFT, 20XH.

Рабочие поверхности пальцев и вкладышей цементируют на глубину 1.5…3 мм, твердость после объемной закалки HRC 56…63.

Производство рулевых механизмов для отечественных колесных машин регламентировано отраслевым стандартом ОСТ 37.001.013—76, который определяет типы рулевых механизмов в зависимости от массы машины, приходящейся на управляемый мост, а также ряд параметров этих механизмов. Предусмотрено применение только двух типов механизмов: червячно-роликового (для машин с вертикальной нагрузкой на мост до 25 кН при отсутствии усилителя и до 40 кН с усилителем рулевого управления) и винтореечного (при большей нагрузке).

Рулевой механизм размещают так, чтобы, во-первых, центр шарового пальца сошки при повороте ее вала перемещался в плоскости, параллельной продольной плоскости трактора; во-вторых, чтобы при нейтральном положении сошки центр ее шарового пальца совпал с центром качания колеса на упругом элементе подвески. Этим исключается возможность возникновения нежелательных угловых колебаний колес вокруг шкворней при вертикальных колебаниях трактора.

Глобоидный червяк и ролик обладают достаточными прочностью и жесткостью при изгибе. Поэтому основное внимание уделяется повышению их износостойкости и контактной прочности путем ограничения напряжения сжатия контактирующих поверхностей.

Червяк изготовляют из сталей 35Х или ЗОХН. Ролики выполняют с двумя или тремя гребнями из цементуемых сталей 12ХНЗА или 15ХМ.

Усилитель рулевого управления применяют для облегчения труда оператора и повышения активной безопасности трактора.Он состоит из силового цилиндра, распределителя и насоса, который выполняется в виде отдельного агрегата и устанавливается, на двигателе. Основные параметры этих устройств предусмотрены ОСТ37.001.083-76.

При проектировании усилителя определяют основные параметры силового цилиндра (диаметр, ход штока), необходимую подачу насоса, размеры распределителя и трубопроводов. Размеры усилителя выбирают такими, чтобы обеспечить поворот управляемых колес или складывание сочлененной машины на месте при приложении к рулевому колесу усилия, не превышающего допустимого. Подача насоса гидросистемы определяется объемом гидроцилиндра, числом Zmax оборотов рулевого колеса при повороте управляемых колес из одного крайнего положения в другое и допустимой частотой вращения [n] рулевого колеса оператором.

Для тракторов класса 0,6…2 zmax = 2…3 и [n] = 1,5 с-1. Для тракторов классов 3…8, самоходных комбайнов и шасси zmax = 3…4 и [n] = 0,85… 1,5 c-1.
Диаметр силового цилиндра находят после того, как из компоновочных соображений будет определен ход поршня гидроцилиндра. При отсутствии реактивных элементов усилие предварительного сжатия пружин определяют по допустимому усилию на рулевом, колесе. Продолжительность заполнения силового цилиндра жидкостью должна быть равна времени, которое необходимо оператору для поворота рулевого колеса из одного крайнего положения в другое.

Диаметр золотника распределителя определяют исходя из допустимых потерь давления 0,04…0,08 МПа при нейтральном его положении. Ход золотника (обычно 0,2…0,5 мм) до начала перекрытия должен обеспечивать высокую чувствительность усилителя.

Силовой цилиндр, скомпонованный совместно с рулевым механизмом, имеет корпус, изготовленный как одно целое с картером рулевого механизма, и поршень, изготовленный как одно целое с рейкой. Если силовой цилиндр выполняют в виде отдельного агрегата, его корпус отливают из сталей 35, 40 или выполняют из цельнотянутой трубы. Зеркало цилиндра обрабатывают до чистоты, когда Ra = 0,31…0,63, при твердости НВ 241…285.

Поршень отливают из чугуна СЧ 15. Шток поршня изготовляют из сталей 40 или 45. Для повышения долговечности уплотнительного кольца, установленного в крышке цилиндра, шток хромируют и полируют.
Распределитель представляет собой золотниковое устройство, управляющее потоком рабочей жидкости и состоящее из корпуса, золотника, центрирующего элемента и реактивного устройства.

Для уменьшения частоты вращения рулевого колеса при случайных поворотах управляемых колес рекомендуется встраивать распределитель в рулевой механизм так, чтобы из-за низкого обратного КПД рулевого механизма внешние воздействия на управляемые колеса не действовали на распределитель.

Центрирующие элементы служат для установки золотника в нейтральное положение. Предварительную затяжку пружин выбирают из условия обеспечения силы 25… 100 Н, при которой включается усилитель. Диаметры золотников выбирают таким образом, чтобы сила на рулевом колесе при достижении максимального давления в силовом цилиндре не превышала 100…150 Н. Действие реактивного элемента должно создавать у оператора «чувство дороги».

Широкое распространение получают гидроусилители рулевого управления с гидравлической обратной связью. Обратная связь может осуществляться с помощью дозирующих цилиндра или насоса, следящего цилиндра. Рулевое управление с чисто гидравлической связью рулевого колеса с управляемыми колесами называется объёмным гидравлическим управлением и выполняется по одноконтурной или двухконтурной схеме. [Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет Ксеневич И.П. 1991 г.]

Похожие материалы

Рулевое управление трактора ДТ-20

Передние, направляющие, колеса трактора поворачиваются при помощи рулевого управления.
При вращении горизонтально расположенного колеса верхней головки 8 (рис. 1) рулевого управления перемещение рычага 5 сошки нижнего картера 7 рулевого управления через продольную тягу 1 передается на двухплечий рычаг левой поворотной оси переднего моста.

Рис. 1. Рулевое управление:

1 — продольная рулевая тяга; 2 — тяга к валику выключения муфты; 3 — тяга блокировки; 4 — рычаг управления муфтой; 5 — рычаг сотки; 6 — болт блокировки дополнительной передачи; 7 — нижний картер рулевого управления; 8 — верхняя головка рулевого управления.

В результате этого передние колеса поворачиваются. Направление вращения рулевого колеса совпадает с направлением поворота трактора, как при прямом ходе, так и при обратном движении.

Рулевое управление трактора ДТ-20 состоит из нижнего картера с червячной парой, применяемой на автомобиле ГАЗ-51, и верхней головки, представляющей собой пару цилиндрических шестерен и рулевое колесо.

Рис. 2. Рулевое управление:

1 — картер червячной пары (нижний картер); 2 — двойной ролик; 3 — пробка; 4 — ось двойного ролика; 5 — регулировочные прокладки; 6 — колонка рулевого управления; 7 — клиновидная втулка; 8 — болт стяжной; 9 — труба с фланцем; 10 — втулка; 11 — ведущая шестерня; 12 — штифт; 13 — крышка; 14 — кольцевая шпонка и стяжной болт; 15 — переходник; 16 — рулевое колесо; 17 — защитный колпачок; 18 — ведомая шестерня; 19 — втулка; 20 — картер головки; 21 — замковая шайба; 22 — глухая гайка; 23 — регулировочный винт; 24 — роликовый подшипник; 25 — крышка; 26 — втулки; 27 — резиновый и войлочный сальники; 28 — рычаг сошки; 29 — стяжной болт; 30 — нижний роликовый конический подшипник; 31 — червяк; 32 — верхний роликовый конический подшипник; 33 — вал сошки; войлочный сальник с обоймой; 34 — вал червяка со шлицованной втулкой.

В вертикальных расточках чугунного картера (рис. 2) установлены наружные кольца конических роликовых подшипников 30 и 32, в которых вращается глобоидальный червяк 31.

Наружное кольцо подшипника 32 прижато буртиком рулевой колонки 6. Между фланцами колонки и картером установлены прокладки 5, которыми регулируют осевой зазор в конических подшипниках.

В верхней части колонки есть разрез и ушки под стяжной болт 8 и клиновую втулку 7.

Червяк 31 находится в зацеплении с двойным роликом 2, который является специальным подшипником, насаженным на ось 4. Ось запрессована в отверстия ушек головки вала 33 сошки рулевого управления. Вал поворачивается в двух бронзовых втулках 26 и роликовом цилиндрическом подшипнике 24.

На шлицах вала сошки, выходящих из горловины, закреплен рычаг 28 сошки. В нижнем конце рычага сошки есть бонка с коническим отверстием, в которое входит хвостовик пальца шарового соединения продольной рулевой тяги.

Внутреннее кольцо подшипника 24 напрессовано на цилиндрический хвостовик вала сошки. За кольцом подшипника на конце вала сделана кольцевая канавка, в которую входит специальным пазом регулировочный винт 23, ввинченный в крышку 25 картера 1. Винтом регулируют боковой зазор между двойным роликом и боковыми поверхностями витков червяка. От проворачивания во время работы регулировочный винт удерживает замковая шайба 21.

В картере 20 верхней головки есть прилив и отверстия для установки кнопки звукового сигнала. Сверху картер закрыт крышкой 13.

В крышку запрессованы две чугунные втулки 19, в которых вращаются валики шестерен 11 и 18.

Выходящие из крышки валики оканчиваются одинаковыми коническими хвостовиками со шпоночным пазом.

При работе трактора на прямом ходу рулевое колесо 16 с хвостовиком 15 устанавливают на хвостовик ведущей шестерни 11, а при работе на реверсивном ходу — на хвостовик ведомой шестерни 18. Свободный хвостовик закрывают колпачком 17.

Усилие от рулевого колеса передается на ведомую шестерню 18 и через шлицевое соединение на червяк рулевого управления и дальше на двойной ролик к валу рулевой сошки, который, вращаясь, перемещает нижний конец рычага сошки и, следовательно, продольную рулевую тягу. Оси поворотных кулаков и связанные с ними передние колеса поворачиваются в ту или другую сторону, в зависимости от направления вращения рулевого колеса.

Высоту рулевого колеса над рулевой колонкой можно регулировать от 0 до 60 мм. Для этого необходимо ослабить стяжной болт 8, освободить втулку 7 и, выдвигая из колонки или вдвигая в нее трубу головки рулевого управления, установить рулевое колесо в удобное для тракториста положение и зафиксировать это положение болтом 8.

Шестерни рулевой колонки и чугунные втулки смазывают солидолом через масленку в картере рулевой головки. Для лучшей смазки трущихся поверхностей валов и втулок последние имеют канавки для подвода смазки.

Увеличение холостого хода рулевого колеса нарушает управляемость трактора. Малый свободный ход затрудняет управление им. Свободный ход рулевого колеса не должен превышать 20—25°. Если он больше 25°, нужно уменьшить боковой зазор в зацеплении двойного ролика с червяком, ввинчивая регулировочный винт в боковую крышку вала сошки.

Осевой зазор (0,1—0,3 мм) в конических подшипниках регулируют уменьшением числа регулировочных прокладок между фланцем рулевой колонки и нижним картером.

Регулировка зазора в конических подшипниках не только уменьшает свободный ход рулевого колеса, но и предупреждает преждевременный износ подшипников и их разрушение. [Трактор ДТ-20. Калиновский Н.Ф., Левитанус А.Д., Ходулин Ю.А. 1965 г.]

Похожие материалы

Рулевое управление трактора Т-25

Рулевое управление состоит из наклонной колонки, колеса, винтового механизма и пары конических шестерен для переналадки рулевого колеса при работе на реверсе.

Рис. 1. Рулевое управление:

1 — рулевое колесо: 2 — заглушка рулевого колеса; 3 — войлочный сальник; 4 — масленка; 5 — литая гайка; 6 — шариковый подшипник; 7 — ведомая коническая шестерня; 8 — вал рулевого управления; 9 — самоподжимной сальник; 10 — верхний корпус рулевой колонки; 11 — труба рулевой колонки; 12 — декоративный щиток; 13 — нижний фланец рулевой колонки; 14 — стяжной болт; 15 — верхний лист главной передачи; 16 — стопорный винт; 17 — гайка рулевого механизма; 18 — спаренные рычаги рулевого управления; 19 — вал сошки рулевого управления; 20 — втулка вала сошки; 21 — резиновое уплотнительное кольцо; 22 — войлочный сальник; 23 — стяжной болт рычага сошки; 24 — рычаг сошки; 25 — короткая втулка вала сошки; 26 — сферическая заглушка; 27 — гайка; 28 — ведущая коническая шестерня; 29 — крышка; 30 — стопорное кольцо; 31 — защитный колпак.

Сварная рулевая колонка установлена на верхней плоскости крышки главной передачи. Колонка образуется трубой 11 (рис. 1) с приваренными к ней верхним корпусом 10 и нижним фланцем 13. Фланец, прикреплен болтами к крышке главной передачи. На верхней плоскости фланца выполнено заливное отверстие главной передачи, закрытое конической резьбовой пробкой-сапуном, и два прилива с запрессованными в их расточках капроновыми втулками для валика системы управления двигателя.

Внутри рулевой колонки проходит сварной рулевой вал 8, который вращается в шариковом радиальном подшипнике 6. Наружное кольцо подшипника запрессовано в верхнюю расточку корпуса 10 и зажато литой стальной гайкой 5, ввинченной в корпус. От самоотворачивания гайка застопорена кернением резьбы. Внутреннее кольцо подшипника напрессовано на вал 8 до упора в торец ведомой конической шестерни 7.
Коническая шестерня установлена на сегментной шпонке и вместе с внутренним кольцом подшипника зажата на валу гайкой 27 с замковой шайбой.

На верхний шлицевой конец вала рулевого управления надето и зажато гайкой рулевое колесо 1. Сверху гайка крепления рулевого колеса закрыта заглушкой 2.

Ведущая коническая шестерня 28 выполнена заодно с валиком, который свободно вращается в расточке чугунной крышки 29. От осевого перемещения шестерня зафиксирована пружинным стопорным кольцом 30.

Выходящий из крышки шлицевой хвостовик ведущей шестерни закрыт пластмассовым колпаком 31. Крышка 29 с шестерней 28 прикреплена болтами и штифтами к передней обработанной плоскости верхнего корпуса рулевой колонки и через люк в корпусе входит в зацепление с ведомой шестерней 7. Обычно люк в корпусе закрыт плоской штампованной крышкой. Крышку 29 с шестерней используют только при переналадке трактора для длительной работы на заднем ходу. В этом случае на выступающей из крышки шлицевой хвостовик шестерни устанавливают рулевое колесо.

К задней плоскости верхнего корпуса 10 крепят корпус выключателей системы электрооборудования трактора. К трубе 11 рулевой колонки приварены кронштейны для рычагов управления двигателем и удвоителем главной передачи и прикреплен винтом щиток 12, закрывающий электропроводку к корпусу выключателей.

Верхний корпус рулевой колонки с коническими шестернями и подшипником смазывают солидолом через масленку 4. Резиновый каркасный сальник 9 и войлочный сальник 3 предохраняют от течи масла из корпуса и защищают его от пыли и воды.

Нижний хвостовик вала рулевого управления представляет собой винт с трапецеидальной двухзаходной резьбой и размещен в верхней крышке главной передачи. На резьбу винта навинчена бронзовая гайка 17 рулевого механизма. Цапфы гайки установлены в расточках верхних головок спаренных рычагов 18 рулевого управления, закрепленных стяжными болтами 14 и призматическими шпонками на валу 19 сошки. Рычаги 18 обрабатывают в сборе, поэтому их раскомплектовка при разборке трактора недопустима. Стяжные болты стопорят проволокой.

Вал 19 сошки расположен в стальных цементированных втулках 20 и 25, запрессованных в расточки верхней крышки главной передачи. От осевых перемещений вал сошки и втулку 25 фиксирует стопорный винт 16, цилиндрический хвостовик которого входит в отверстие втулки и кольцевую канавку вала сошки.
На выступающем из крышки шлицевом конце вала закреплен стяжным болтом 23 рычаг 24 сошки рулевого управления.

Детали винтовой пары рулевого управления смазываются маслом, которое разбрызгивают шестерни главной передачи через люк в верхнем листе корпуса. Сферическая заглушка 26, резиновое кольцо 21 и войлочный сальник 22 предохраняют от течи масла через расточки под вал сошки и защищают рулевой механизм и главную передачу от пыли и грязи.

При вращении рулевого колеса бронзовая гайка 17 перемещается по резьбе винта, проворачивая спаренные рычаги, вал и рычаг сошки. Перемещения рычага через продольную рулевую тягу, двуплечий поворотный рычаг и рулевую трапецию вызывают поворот передних направляющих колес. Направление вращения рулевого колеса совпадает с направлением поворота трактора, как на прямом, так и на реверсивном ходу (при установке рулевого колеса на хвостовик ведущей конической шестерни).

Угол поворота спаренных рычагов ограничен снизу упором рычагов в верхний лист 15 главной передачи, а сверху — упором в прилив верхней крышки главной передачи; соответственно ограничено продольное перемещение бронзовой гайки и число оборотов рулевого колеса. Поэтому рычаг сошки рулевого управления должен быть установлен на шлицах так, чтобы число оборотов рулевого колеса от среднего положения в одну и другую сторону было одинаковым.

При повороте спаренных рычагов происходит незначительное смещение гайки вдоль продольной оси трактора, так как цапфы гайки перемещаются по окружности, центром которой является ось вала сошки. Это вызывает качание вала рулевого управления относительно верхнего подшипника на небольшой угол, который находится в пределах допустимого люфта шарикового подшипника 6.

Винтовая пара рулевого управления изготовлена с большой точностью, обладает высокой износостойкостью и не требует регулировки в эксплуатации.

Нормальный люфт рулевого колеса не превышает 15—20°. При увеличении люфта необходимо проверить затяжку стяжных болтов крепления рычага сошки, спаренных рычагов и гаек, зажимающих подшипник рулевого вала. [Трактор Т-25. Устройство и эксплуатация. Герасимов А.Д. и др. 1972 г.]

Похожие материалы