Рулевой привод автомобиля.
Рулевой привод
Приводом (силовым приводом) в механике называют совокупность устройств, предназначенных для приведения в действие механизмов и машин. В общем случае силовой привод служит для дистанционного управления исполнительным органом машины, передавая ему усилие, прикладываемое к органам управления.
Рулевой привод обеспечивает кинематическую связь рулевого механизма и управляемых колес. Он должен преобразовывать вращение вала рулевого механизма или поступательное движение рейки во вращение управляемых колес вокруг вертикальной оси для совершения автомобилем маневра.
В рулевой привод входят все детали, передающие усилие от рулевого механизма к управляемым колесам. Иными словами, все, что находится между рулевым механизмом и управляемыми колесами, относится к рулевому приводу.
Обязательным элементом рулевого привода является рулевая трапеция (рис. 2), обеспечивающая поворот управляемых колес на различные углы.
Элементы рулевого управления автомобиля представлены на рис. 3 здесь (страница откроется в отдельном окне браузера). Воздействие на рулевую трапецию осуществляется механическим приводом, состоящим из сошки
***
Требования к рулевому приводу
К рулевому приводу предъявляют следующие требования:
- обеспечение правильного соотношения углов поворота управляемых колес;
- исключение или уменьшение автоколебаний управляемых колес;
- исключение самопроизвольного поворота управляемых колес при колебании автомобиля на подвеске.
Самопроизвольный поворот («рыскание») управляемых колес может иметь место из-за несогласованности кинематики перемещения подвески и продольной рулевой тяги. При расположении рулевого механизма, как показано на рис. 1, б, вертикальное перемещение передней оси неизбежно приведет к продольному перемещению тяги и повороту колес. Значительно лучше кинематическое согласование достигается при компоновке рулевого управления перед передней осью (рис. 1, а).
Одно из требований безопасности – отсутствие зазоров в шарнирах привода. По способу устранения зазора шарниры привода могут быть саморегулируемые, с периодической ручной регулировкой и нерегулируемые.
Саморегулируемые шарниры не требуют регулировок в процессе эксплуатации – появляющийся в результате изнашивания деталей зазор устраняется поджиманием сухарей к головке рулевого пальца с помощью пружины.
Периодически регулируемые шарниры имеют в конструкции специальную резьбовую пробку, затяжка которой устраняет зазоры между деталями.
Нерегулируемые шарниры используют на автомобилях, колеса которых поворачиваются только вокруг вертикальной оси. Эти шарниры проще по конструкции и дешевле в изготовлении, но менее долговечны.
Кроме того, в конструкциях рулевых приводов легковых автомобилей широко применяются нерегулируемые шарниры с вкладышами из синтетических материалов, хорошо противостоящих изнашиванию и обладающих низким коэффициентом трения.
***
Основные параметры рулевого привода
Основным оценочным параметром рулевого привода являются общее угловое передаточное число Uрп рулевого привода и КПД рулевого привода.
Общим угловым передаточным числом (кинематическим передаточным числом рулевого привода) называют отношение углового перемещения сошки к среднему угловому перемещению поворотных цапф управляемых колес.
Под силовым передаточным числом привода понимают отношение суммарного момента на поворотных цапфах всех управляемых колес к моменту на рулевой сошке.
КПД рулевого привода оценивает потери мощности в шарнирах рулевых тяг и шкворневых устройств управляемых колес.
Для автомобилей с передним управляемым мостом – потери в шкворнях составляют 40…50 %, в шарнирах рулевых тяг – 10…15 %. КПД рулевого привода ( 0,92…0,95) определяется как отношение силового передаточного числа к кинематическому.
Общий КПД рулевого управления определяется как произведение КПД рулевого механизма на КПД привода. Для современных автомобилей общий КПД рулевого управления может составлять 0,7…0,85.
***
Классификация рулевых приводов
Рулевые приводы различаются по следующим конструктивным признакам и свойствам:
— по взаимному расположению рулевого колеса и рулевого вала – с раздельным или совмещенным расположением.
При раздельном расположении рулевого вала и рулевого колеса их соединяют карданным валом, резиновой полумуфтой, сильфонным или перфорированным патрубком. При аварии такая конструкция обеспечивает травмобезопасность, так как при прямом ударе вал складывается и не перемещает рулевое колесо.
Кроме того, раздельное расположение вала и руля позволяет решить и некоторые другие технические задачи.
— по расположению рулевой трапеции – с передним или задним расположением относительно оси управляемых колес.
— по конструкции поперечной тяги – с цельной или разрезной тягой.
При применении зависимой подвески и неразрезной балке моста поперечная тяга для увеличения жесткости рулевого управления выполняется сплошной, при этом она может располагаться как перед балкой моста, так и за ней (рис. 2, а, б).
В случае применения неразрезной поперечной тяги при независимой подвеске вертикальное перемещение одного из колес вызвало бы поворот другого колеса. Чтобы избежать этого, поперечную тягу делают разрезной, из нескольких звеньев (рис. 2, в).
На переднеприводных автомобилях с реечным рулевым механизмом рулевая трапеция состоит из двух тяг, непосредственно связанных с рейкой (рис. 2, г).
— по наличию усилителя – простой механический привод или с использованием усилителя.
Конструкция элементов рулевого привода должна быть достаточно жесткой для надежной и правильной передачи усилий и в тоже время позволять изменять их взаимное положение. Для обеспечения такой передачи соединение деталей рулевого привода осуществляется с помощью шаровых шарниров.
Сошка связывает выходной вал рулевого механизма с продольной тягой. Ее изготовляют методом ковки с переменным эллиптическим сечением по длине, что является наиболее рациональным для выполнения условий прочности и жесткости.
Сошку соединяют с валом шлицевым соединением треугольного профиля и фиксируют гайкой. Для беззазорной посадки отверстие в сошке и конец вала выполняют коническими, а для правильной установки сошки на валу предусмотрены соответствующие метки или несимметрично расположенные шлицы.
Продольную тягу 11 рулевого привода (рис. 3 ) делают трубчатой с утолщением по краям для монтажа шарниров. Каждый шарнир состоит из пальца 13, вкладышей 12 и 14, охватывающих сферическими поверхностями шаровую головку пальца, пружины 15 и резьбовой крышки 16.
Пружина постоянно прижимает вкладыши к шаровой головке пальца, устраняя зазоры, возникающие в результате изнашивания.
Поперечная рулевая тяга 10 также имеет трубчатое сечение. Шаровые шарниры размещаются в наконечниках 8, навинченных на концы тяги. Положение наконечников фиксируется стяжными болтами.
Наворачивая или свинчивая наконечники, можно изменять длину поперечной тяги при регулировке схождения колес. Так как резьба, нарезанная на концах тяги имеет разное направление, то изменение длины тяги можно осуществлять вращением самой тяги.
В корпусе наконечника установлен шаровой палец 5, к головке которого пружина 3 прижимает вкладыш 4, а своим вторым концом опирается на крышку 1, которая через прокладку 2 крепится болтами к корпусу наконечника.
Выход пальца из корпуса уплотняется защитной накладкой 9. Зазоры в шарнире при изнашивании устраняются путем постоянного прижатия вкладышей к шаровой головке пальца пружиной.
Такие наконечники не требуют регулировки.
Все шаровые соединения имеют пресс-масленки для периодического смазывания.
Шарнирные соединения механических рулевых приводов являются наиболее ответственными деталями с точки зрения безопасности движения. Они могут иметь пальцы сферической, полусферической или цилиндрической формы и вкладыши, изготовленные из различных материалов.
Наряду с шарнирным соединением, представленным на рис. 3, где постоянная плотность сопряжения головки шарового пальца с вкладышами поддерживается упругим воздействием пружины, действующим вдоль оси пальца, существуют шарниры с усилием вдоль оси тяги (рис. 4,а,б,в). Такие шарниры просты в изготовлении и получили распространение на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности.
Унифицированные шарниры неразборной конструкции (рис. 4,г,д,е) снабжены вкладышами, изготовленными из полиуретана или нейлона, пропитанного специальным составом. Наличие прорези во вкладыше обеспечивает сборку и беззазорное соединение сопряженных поверхностей с помощью пружин. Для исключения выхода пальцев из тяги при значительных деформациях или поломках пружин в шарнирах устанавливают ограничители.
Детали рулевого привода изготавливают из сталей 20, 30, 35; пальцы шарниров – из сталей 12ХН3А, 18ХГТ и 15ХН; наконечники рулевых тяг, рычаги и сошку выковывают из сталей 35, 40, 45, 30Х, 35Х, 40Х, 38ХГМ, 40ХНМА.
Диаметр рулевого колес нормирован. Он составляет для легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности 380…425 мм, а для грузовых автомобилей и автобусов большой вместимости- 440…550 мм.
Максимальный угол поворота рулевого колеса зависит от типа автомобиля и находится в пределах ±540…1080˚ (1,5…3 оборота).
***
Усилители рулевого управления
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Рулевой привод | Рулевое управление
Рулевой привод
Рулевой привод обеспечивает поворот колес на разные углы и тем самым — их качение без проскальзывания по концентрическим окружностям с общим центром, являющимся центром поворота автомобиля.
Движение автомобиля не сопровождается боковым скольжением его колес, если траектории качения всех колес имеют единый центр поворота.
Рулевой привод автомобиля состоит из рулевых рычагов и рулевых тяг, образующих рулевую трапецию, которая и обеспечивает одновременный поворот управляемых колес на неодинаковые углы.
Правильное соотношение углов поворота управляемых колес устанавливается при повороте автомобиля за счет разных длин рычагов, входящих в рулевую трапецию.
Различают цельную (единую) трапецию, применяемую при наличии зависимой подвески управляемых колес, и расчлененную, используемую в сочетании независимой подвеской. В первом случае левое и правое управляемые колеса 3 связаны жесткой балкой 7 управляемого моста. Сошка 11 шарнирно соединена с продольной тягой 10, жестко связанной с левым поворотным кулаком, рычаг 9 которого, в свою очередь, шарнирно соединен с поперечной тягой 8. Во втором случае сошка 5 шарнирно связана с левым концом средней поперечной тяги б. Правый конец тяги также шарнирно соединен с маятниковым рычагом 7, имеющим опору на раме (кузове) автомобиля и в точности имитирующим перемещение сошки в процессе поворота. Тяга 6 шарнирно связана с боковыми тягами 4, соединенными посредством поворотных рычагов 1 трапеции с поворотными кулаками, на оси которых установлены управляемые колеса.
Рис. Рулевой привод с цельной трапецией:
1 — рулевая колонка; 2 — рулевой вал; 3 — управляемые колеса; 4,9 — рычаги левого поворотного кулака; 5 — правый поворотный кулак; 6 — рычаг правого поворотного кулака; 7 — балка управляемого моста; 8 — поперечная рулевая тяга; 10 — продольная тяга; 11 — сошка; 12 — червячный механизм; 13 — рулевое колесо; стрелками показано направление движения элементов рулевого управления
Рис. Расчлененная трапеция:
1 — поворотные рычага; 2 — наконечник; 3 — регулировочные втулки; 4 — боковые тяги; 5 — сошка; 6 — средняя поперечная тяга; 7 — маятниковый рычаг; 8 — стяжные болты; 9 — хомутик втулки; 10 — шаровой палец; 11 — вкладыш; 12 — пресс-масленка; 13 — заглушка; 14 — пружина; 15 — опорная пята; 16 — уплотнитель
В процессе эксплуатации автомобиля на детали рулевой трапеции (сошка, тяги) действуют значительные нагрузки, вызывающие износ этих деталей. Поэтому шарнирные соединения деталей трапеции обычно выполняют шаровыми и саморегулирующимися. Саморегулирование заключается в автоматическом устранении зазоров, возникающих по мере изнашивания деталей. Излишние зазоры в приводе вызывают увеличение свободного хода рулевого колеса.
Шаровой наконечник сошки зажат между двумя полусферическими вкладышами и регулировочной пробкой для устранения зазора в соединении по мере изнашивания деталей.
Шаровые пальцы защищены от попадания грязи специальным резиновым уплотнителем 16. Поверхность вкладыша (сухарей) 11 прижимается к шаровой поверхности пальца пружиной 14. При сборке шарнира поджатие пружины к опорной пяте 15 обеспечивается установкой заглушки 13. В некоторых случаях применяют винтовые пробки, которые после регулирования зазоров в шарнире шплинтуются в наконечнике. Трущиеся поверхности шарниров обычно смазываются консистентной смазкой с помощью специальных пресс-масленок 12.
Виды рулевых приводов — Студопедия
Основной и запасный рулевые приводы должно иметь каждое судно. В качестве основного применяют секторный привод со штуртросовой проводкой, румпельно-секторный привод с валиковой передачей и привод непосредственно от рулевой машины.
Секторный привод со штуртросовой проводкой (рис. 46, а) используют как основной рулевой привод на небольших судах и как запасной на крупных судах. Штуртрос выполнен из калиброванной цепи, его пропускают через звездочку рулевой машины и по бортам подводят в кормовую часть судна к сектору. Цепь штуртроса, кроме участка, пропускаемого через звездочку, может быть заменена стальным канатом.
Для обеспечения постоянного натяжения штуртроса в его ветви монтируют талрепы. Направление движения штуртроса изменяют поворотными, направляющими и поддерживающими блоками. Для смягчения рывков при ударе волн о перо руля устанавливают пружинные амортизаторы.
При вращении штурвала рулевой машины штуртрос перепускается с одного борта на другой и осуществляет поворот сектора. С этой целью ветвь штуртроса правого борта крепят к сектору со стороны левого борта и наоборот.
|
| Рисунок 46 – Рулевые приводы 1 – штурвал; 2 – редуктор ручной рулевой машины; 3 – звездочка; 4 – цепной штуртрос; 5 – поворотный блок; 6 – поддерживающий ролик; 7 –талреп; 8 – пружинный амортизатор; 9 – сектор; 10 – редуктор; 11 – карданный шарнир; 12 – коническая зубчатая передача; 13 – румпель-тали. |
Румпельно-секторный привод с валиковой передачей (рис. 46, б) компактен, безопасен и бесшумен в работе; его применяют как в качестве основного, так и запасного приводов. Ведущий вал рулевой машины приводит во вращение всю систему валиков, соединенных между собой коническими зубчатыми шестернями. Концевой валик передает вращение через червячный редуктор зубчатой рейке сектора. Движение сектора через буферные пружины, служащие амортизаторами, передается на румпель, который вращает баллер. Во избежание заклинивания на изгибах валики привода соединяют между собой карданными шарнирами. Для безопасности валиковый привод закрывают съемными кожухами.
Привод непосредственно от рулевой машины (рис. 47) отличается большой надежностью и находит широкое применение на речном флоте в качестве основного рулевого привода. При этом рулевую машину устанавливают в румпельном отделении и соединяют непосредственно с сектором.
| 1 – перо руля; 2 – нижний опорный подшипник; 3 – баллер; 4 – верхний опорно-упорный подшипник; 5 – румпель; 6 – зубчатый сектор; 7 – валиковый ручной привод; 8 – пружинные амортизаторы; 9 – редуктор рулевой машины; 10 – электродвигатель. |
| Рисунок 47 – Рулевое устройство |
На судах смешанного река – море плавания в качестве запасного рулевого привода дополнительно устанавливают румпель-тали (рис. 46, в).
Электрический привод допускает раздельное управление поворотными насадками в целях улучшения маневренных качеств судна. При этом устанавливают две рулевые машины (рис. 48), электродвигатели которых соединены валом с разобщительной электромагнитной муфтой 6. Муфта позволяет управлять каждой из насадок 1 независимо одна от другой. Передача вращения от каждого из электродвигателей 7 через дифференциал Федорицкого 4 зубчатому сектору 3, баллеру 2 насадки выполнена по описанной схеме. Вместо запасного ручного привода в данном случае используется также электрический от вспомогательных электродвигателей 5. При установке рукояток на пульте управления в положение совместной работы рулевых машин электромагнитная муфта автоматически включается и насадки поворачиваются синхронно. Такой привод к поворотным насадкам позволяет им обеспечивать управляемость судна как при движении с большой скоростью, так и при маневрировании.
|
| Рисунок 48 – Электрический привод раздельно-управляемых насадок |
Органы управления рулевой машиной размещают в рулевой рубке судна. При ручном приводе это штурвал с ободом, а при электрическом и электрогидравлическом – кнопки или рукоятки.
Основной привод должен обеспечивать при полной скорости переднего хода перекладку рулей на угол от 35° одного борта до 35° другого борта у водоизмещающих судов не более чем за 30сек, а у скоростных судов – за 15сек. Рулевые приводы имеют обычно ограничители поворота пера руля на борт до 35°. Такой угол перекладки является наивыгоднейшим с точки зрения момента, осуществляющего поворот судна.
Конструкция рулевых приводов должна обеспечивать переход с основного на запасной привод по возможности немедленно, но не более чем за 10сек.
Привод руля авто предназначен для обеспечения поворота колёс в стороны. Этот механизм имеет разные виды в зависимости от строения конструкции. Из статьи вы узнаете о составных элементах и деталях каждого из типов, а также получите необходимые теоретические знания для проведения плановых и внеплановых ремонтных работ на этом участке. Схема системы достаточно сложна, однако каждый автолюбитель должен следить за исправностью её деталей.
Что называют рулевым приводом
Рулевой привод — сложная система организации деталей, представляющая собой целый механизм. Он функционирует с целью переноса определённого усилия от руля к колёсам. Это необходимо для выполнения поворота авто в соответствующем направлении.
Эта сложная конструкция предназначена для обеспечения взаимодействия системы механического управления авто путём преобразования оборотов вала рассматриваемого механизма в движение колёс по вертикальной оси для реализации поворотного манёвра. Также она помогает снизить колебания колёс и предотвращает их самостоятельную смену траектории во время нормального функционирования процесса обеспечения связи колёсной базы и кузова, а также упругости авто.
1 — рулевой механизм; 2—рулевая сошка; 3 и 6—продольная и поперечная рулевые тяги; 4— верхний поворотный рычаг; 5 — поворотная цапфа; 7— нижние рычаги поворотных цапф
Виды рулевого привода и их конструкция
Данная структурированная система имеет разное строение, которое различается по типу установленной подвески и рулевого механизма.
Соответственно, приводы классифицированы на несколько видов:
- Конструкция «шестерня-рейка».
- Рулевая трапеция.
- Рулевой наконечник и шаровый шарнир.
Знаете ли вы? Для настройки звука выхлопной системы Audi RS4 были привлечены специалисты звукозаписывающей студии. Эта машина звучит как глубокий бас внизу, сильный тенор в середине и звонкое сопрано вверху.
Рулевой привод механизма «шестерня-рейка»
Этот вид используется в современных авто наиболее часто. Благодаря ему передние колёса машины совершают поворот под определённым углом. В состав несложной конструкции входят две горизонтальные тяги. Помимо этого, ещё поворотные рычаги стоек передней подвески и наконечники. Рейка соединена шарнирами с тягами. Данная система позволяет передним колёсам выполнять углы разной величины при повороте.
Рулевая трапеция
Такую трапецию чаще используют в винтовом и червячном механизмах. Данная система включает в себя:
- Маятниковый рычаг, а также по одному поворотному для каждой стороны.
- Боковую и среднюю тяги.
- Сошку.
- Шаровые шарниры.
Свободное вращение деталей обеспечивает тяга, на концах которой расположены шарниры, так называемые опоры. Также она способствует совершению поворота управляемых колёс на различные углы. Классификация трапеций подразумевает цельную или разрезную конструкцию. Первая используется в зависимой подвеске, а вторая применяется в независимой. Устанавливается чаще всего на грузовых авто впереди оси или после неё.
Рекомендуем для прочтения:Рулевой наконечник с шаровым шарниром
Данная конструкция представляет собой съёмный наконечник тяги. Он состоит из:
- шарнира, имеющего заглушку, заключённых в корпус;
- шарового пальца, имеющего резьбу;
- вкладышей, благодаря которым происходит ограничение перемещения при вращении шарового пальца;
- защитного кожуха с кольцом, позволяющим фиксировать его на пальце;
- пружины.
Техническая неисправность наконечника неизбежно приведёт к выходу из строя тяги, что влияет на безопасность движения. Обязательно необходимо провести замену детали во избежание повреждений связных элементов узла.
Что касается шарнира, он нужен для перенесения применяемых усилий от механизма управления авто к колёсам и должен обеспечивать подвижность тех деталей, которые соединяют элементы всего привода. Именно шаровые опоры берут на себя роль буфера, т. к. на низ машины приходится основной удар от всех неровностей на дороге.
Электрогидравлический рулевой привод
Основным преимуществом электрогидравлического типа является простая и лаконичная конструкция. Насос приводится в действие электродвигателем, а не двигателем внутреннего сгорания. Таково его назначение. Модуль управления представлен в виде единого механизма с электромотором насоса и гидравлическим механизмом.
Одним из главных плюсов такой системы является автоматическое отключение насоса при утечке масла, что предотвращает выход его из строя. Слабо изучено влияние параметров настройки привода на его характеристики. В связи с этим проблема исследования автономных электрогидравлических приводов с комбинированным регулированием скорости является актуальной и острой для современной автомобильной промышленности.
Знаете ли вы? Спорткар Aston Martin Vantage — мощный и яркий представитель именитого бренда. В режиме форсажа на оборотах двигателя около 7000 об/мин звук его выхлопной трубы слышно на расстоянии 6 км.
Основные детали рулевого привода
Механизм управления машиной представляет собой сложно структурированную конструкцию, которая состоит из нескольких элементов:
- поперечная и продольная тяги;
- нижний и верхний рычаги;
- поворотная цапфа;
- сошка;
- вал;
- рулевая передача;
- руль.
Строение рулевого привода может разниться, зависимо от принципов положения рычагов и тяг. Эти детали образуют собой рулевую трапецию, что может находиться спереди или сзади. Конструкция также отличается, исходя из вида подвески, которая может быть зависимой и независимой.
Основное назначение
Основополагающее предназначение этого привода состоит в обеспечении безопасного движения машины. Конструкция и план управления является достаточно важным механизмом наряду с системой торможения. На авто курс движения меняется путём поворота передних колёс в нужную сторону, что становится возможным благодаря слаженному взаимодействию деталей в конструкции управления. Силовой способ во время совершения поворота лежит в основе работы механизма курсовой устойчивости.
Вспомогательный рулевой привод
Деталь рулевой системы должна обеспечивать кинематическую связь рулевого механизма и колёс. Само название этого элемента даёт понять для чего он предназначен. Каждый совестливый производитель какого-либо механизма всегда позаботиться о безопасности людей, поэтому и дополняет его полезными элементами. Вспомогательный привод — это система для управления авто, которая понадобится при выходе из строя главного рулевого управления.
Как выглядит рулевой привод при независимой подвеске колес
Если рассматривать механизм с независимой подвеской, то важно отметить, что он имеет некоторые особенности. Можно наблюдать другое строение поперечной тяги, что соединяется с рычагами и тягой шарнирами, благодаря которым и создаётся независимое движение колёс. Ниже рассмотрен управляющий привод, имеющий независимую подвеску и червячный механизм.
1 – стойка;2 – поворотные цапфы;3 – рычаг поворотной цапфы;4 и 9 – боковые тяги;5 – маятниковый рычаг;6 – сошка;7 – рулевой механизм;8 – средняя тяга.
Итак, он состоит из:
- сошки;
- маятникового рычага;
- средней тяги, соединённой первыми двумя элементами, 2-х боковых тяг, что в комплексе представляет собой механизм составной поперечной тяги;
- поворотных рычагов (правого и левого).
Чаще всего такой тип привод используется на легковых авто.
Нужно ли обслуживание и замена деталей
От исправности деталей и точности конструкции зависит не только отменная работоспособность автомобиля, но и жизнь водителя, и других участников дорожного движения. Устройства машин имеют свойство изнашиваться, независимо от того, как вы к ним относитесь, хотя и это немаловажно. Техническое обслуживание может предотвратить беду. Пренебрегая этим, можно обеспечить себе большие убытки и проблемы.
Важно! Любое вмешательство в ходовую систему должно сопровождаться регулировкой развала схождения. Если пренебречь этим правилом, наблюдается неравномерное изнашивание шин, некорректная работа ходовой и сложность в управлении авто.
При проведении ремонтных работ рекомендуется обратить внимание на все элементы механизма, даже те, что исправно работают, и проверить их техническое состояние. Каждая деталь имеет граничный срок эксплуатации или рекомендуемый пробег, по истечении которого стоит побеспокоится о замене узла.
Привод является важной составляющей рулевого управления. Необходимо постоянно следить за исправностью всех его элементов и своевременно производить замену на запасные, т. к. от их технического состояния зависит безопасность движения. Теперь вы знаете о видах рулевых приводов, их составляющих компонентах и о том, каков алгоритм работы системы.
Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.
Назначение и требования к рулевым устройствам
Рулевое устройство предназначено для изменения поворота судна и удержания его на курсе путем поворота руля на определенный угол или удержания его в диаметральной плоскости судна.
В состав рулевого устройства входят четыре основных узла:
- руль — для восприятия давления воды и поворота судна;
- рулевой привод — для связи с рулевой машиной и передачи вращающего момента на баллер;
- рулевая машина (двигатель)—для обеспечения работы рулевого привода;
- телединамическая передача (телемотор) —для связи рулевой машины с постами управления судном.
Все суда морского флота оборудуются основной механической и запасной ручной или механической рулевой машиной. По требованию Регистра мощность основной рулевой машины и привода должна быть достаточной для перекладки руля с, борта на борт (2X35°) за время не более 30 сек на полном переднем ходу судна. Ручной привод должен перекладывать руль за время не более 100 сек при этих же условиях. Мощность запасного механического привода должна быть достаточной для перекладки руля с 20° одного до 20° другого борта за время не более 60 сек при скорости переднего хода, равной половине полной, но не менее 6 узлов. Переход с основного привода на запасной не должен занимать более двух минут.
Рулевое устройство должно быть экономичным, надежным и безопасным в работе независимо от навигационных условий, в которые может попасть судно. На судне должно быть предусмотрено не менее двух разных постов управления рулевых устройств.
Рули
По конструктивному исполнению рули подразделяются на простые, полубалансирные, балансирные, обтекаемые и т. д., а по принципу действия — на пассивные и активные.
Пассивным называется руль, который воспринимает и передает только силу давления воды на перо. Активный руль, помимо этой силы, передает еще и силу упора собственного движителя, размещаемого в грушевидной насадке пера руля. Привод движителя монтируется совместно с ним или выносится в судовое помещение.
Активный руль повышает маневренность судна, позволяя перекладывать руль до 70—90° на борт, и может давать приращение скорости судна на 1,5 узла, имея мощность привода движителя от 8 до 11% от мощности главных двигателей.
Схема активного руля приведена на рис. 67. Гребной винт руля соединен с валом электродвигателя эластично. Питание к электродвигателю подводится по кабелю, проходящему через гельмпортовую трубу вдоль баллера. Двигатель охлаждается водой и внутренние поверхности его покрыты антикоррозионным лаком, являющимся одновременно и электроизоляцией. Управляется активный руль непосредственно с мостика.
Рулевые приводы
По конструктивному исполнению и принципу действия рулевые приводы подразделяются на:
- румпельные и секторные со штуртросной передачей;
- винтовые механические;
- ледокольного типа;
- секторные с зубчатой передачей;
- гидравлические;
Первый тип привода применяется при значительном удалении рулевой машины от руля и в настоящее время встречается лишь на малых судах.
Винтовые механические приводы применяются исключительно редко, да и то в качестве запасных.
Ледокольный привод представляет собой мощный румпель с расположенной на нем паровой рулевой машиной.
Этот привод применялся на паровых ледоколах старой постройки.
Некоторое распространение имеет секторный зубчатый привод на судах.
Одна из конструкций привода показана на рис. 68. Сектор насажен на баллер свобод¬но и находится в зацеплении с зубчатой шестерней, приводимой во вращение от вала рулевой машины. Посредством амортизационных пружин сектор соединяется с румпелем, плотно насаженным на баллер на шпонке.
Амортизационные пружины предназначены для передачи движения на румпель и для гашения динамических нагрузок руля, могущих привести к поломкам зубьев сектора и шестерни.
Современные недавно построенные и вновь строящиеся суда оборудуются в подавляющем большинстве гидравлическими рулевыми приводами, которые подразделяются на плунжерные (скальчатые), винтовые, плунжерные секторно-кольцевые и лопастные.
Плунжерные (скальчатые) приводы изготовляются двух- и четырех-скальчатыми. Двух- скальчатый рулевой гидропривод приведен на рис. 69. Цилиндровые скалки соединены между собой скользящей муфтой или подшипником румпеля.
Румпель скользит в подшипнике и одновременно, испытывая давление со стороны скалок, поворачивается. Направление движения скалок зависит от направления подачи рабочего масла в цилиндры привода. Цилиндры соединяются между собой трубопроводами с перепускными клапанами, которые срабатывают при резком возрастании нагрузки в одном из цилиндров.
Винтовой гидравлический привод приведен на рис. 70, а. Корпус и цилиндр привода жестко закреплены на фундаменте. К корпусу крепится верхняя крышка, изготовленная заодно с резьбовой втулкой, внутри которой проходит свободно баллер.
На баллере в нижней части сидит неподвижно на шпонке стакан с внешними шлицами. Шлицами соединяется со стаканом кольцевой поршень, имеющий также резьбовое зацепление с верхней крышкой привода. Соответствующие места уплотнены внутри привода кольцами из маслостойкой резины.
При подаче рабочего масла в верхнюю полость 8 поршень будет опускаться вниз и одновременно поворачиваться в резьбе крышки. Вращение передается баллеру и руль поворачивается. Из нижней полости масло отводится к насосу. Для обратного поворота руля рабочее масло подается в нижнюю полость и отводится из верхней полости привода. Поршень будет двигаться вверх, а руль — поворачиваться в противоположном направлении.
На квадратную головку баллера может надеваться румпель запасного привода. Конструкция винтового гидравлического привода компактна, но сложна, и сам привод имеет сравнительно низкий механический к.п.д.
Плунжерный секторно-кольцевой гидравлический рулевой привод показан на рис. 70, б. Этот привод получил некоторое распространение на современных морских судах иностранного флота.
Кольцевой цилиндр привода разделен перемычкой на две рабочие полости, в которых помещены пустотелые плунжеры, перемещающиеся по кольцевым рабочим полостям цилиндра. Разделительная перемычка имеет два отверстия, через которые производится подвод и отвод рабочего масла из полостей цилиндра. Рабочее масло давит на торец плунжера и заставляет его перемещаться. Торец плунжера оборудован уплотнением из маслостойкой резины для предотвращения протечек масла из полости цилиндра наружу.
Румпель насажен на баллере на штоке и входит своим приводным концом в специальную втулочную перемычку плунжеров. Секторно-кольцевой привод прост по устройству, но имеет серьезный эксплуатационный недостаток — трудность обеспечения внутреннего уплотнения.
Очень большое распространение в настоящее время получил лопастной гидравлический рулевой привод. Основными узлами его являются цилиндр с крышкой и ротор. Ротор представляет собой ступицу с закрепленными на ней или изготовленными совместно рабочими лопастями и насаживается на конический конец баллера или промежуточный вал на шпонке. Встречаются цельнолитые конструкции ротора, присоединяемого к баллеру фланцевым соединением. Изготовляются лопастные рулевые приводы и в нашей стране и за рубежом.
Рулевые машины
В некоторых литературных источниках и в производственной практике понятие о рулевой машине, часто отождествляют с понятием всего рулевого устройства или рулевого привода. Это неправильно, так как рулевая машина — лишь составная часть рулевого устройства.
На судах морского флота применяются паровые, электрические, гидравлические и ручные рулевые машины. Ручная машина и ручной привод играют только вспомогательную роль. Мощность рулевых машин составляет от 0,60 до 0,65% от мощности главного двигателя в 3000 л. с. и 0,18—0,19% при мощности главного двигателя 60 000 л. с.
Замена парусного флота паровым привела к быстрому росту скорости и водоизмещения судов. Условия ручного штурвального управления рулем затруднились и возникла необходимость применения механических рулевых машин. Основной энергией на паровых судах была энергия пара и поэтому прежде всего стали применяться паровые рулевые машины.
Рулевое устройство судна оборудуется одной паровой маши¬ной. Машина двухцилиндровая в вертикальном или горизонтальном исполнении. Через цилиндрическую зубчатую или червячную передачу рулевая машина передает мощность зубчатому сектору или грузовому барабану при штуртросном рулевом приводе.
Рулевая машина должна сразу же пускаться из любого положения, и реверс должен осуществляться без задержки. Поэтому машина работает без расширения пара и мотыли расположены под углом 90° друг к другу. Паровые золотники машины не имеют перекрышей, каждый цилиндр снабжен своим золотником и устанавливается третий пусковой золотник. Схема парораспределения рулевой паровой машины приведена на рис. 71. На двух частях рисунка пусковой золотник показан в своих крайних положениях. Движение пара и поршней машины показано стрелками. При среднем положении пускового золотника доступ пара к цилиндрам прекращается и машина останавливается. Скорость вращения вала рулевой машины и перекладки руля при работе рулевого устройства зависит от величины открытия паровых окон пусковым золотником, т. е. от количества подаваемого в цилиндры пара.
Цилиндровые золотники приводятся в движение от вала рулевой машины, а пусковой золотник — с мостика. Пусковой золотник связан с валом рулевой машины сервомотором, т. е. устройством для согласования действий штурвала и рулевой машины, которое служит для возврата пускового золотника в среднее положение после прекращения воздействий с мостика или другого поста управления.
Паровые рулевые машины оборудуются клапанами экономии, устанавливаемыми между пусковым золотником и стопорным паровым клапаном. Назначение клапана экономии — прекратить доступ пара к пусковому золотнику несколько раньше, чем он придет в среднее положение. В среднее положение золотник возвращается сервомотором, но не сразу, а в течение некоторого времени. Доступ пара в цилиндры машины постепенно прекращается и вращение ее замедляется. Наконец, наступает такой момент, когда паровая машина не может преодолеть силы сопротивления в рулевом устройстве из-за малого количества поступающего в нее пара и останавливается раньше, чем пусковой золотник станет в среднее положение. Паровые окна не будут закрыты полностью и через них свежий пар будет постоянно перетекать в магистраль отработавшего пара. Для предотвращения этих бесполезных утечек свежего пара устанавливается клапан экономии. Клапан может приводиться в действие автоматически от давления пара или механически от общего привода с пусковым золотником.
Электрическая рулевая машина представляет собой обычный электродвигатель постоянного или переменного тока, на валу которого закрепляется червяк, работающий в паре с червячным колесом. На одном валу с червячным колесом укрепляется прямозубая шестерня, входящая в зацепление с зубчатым сектором рулевого привода.
Во многих случаях рулевое устройство оборудуется двумя электродвигателями: рабочим и резервным. Установка их выполняется с учетом возможности осевого перемещения и вывода из зацепления с червячным колесом при переходе с одного электродвигателя на другой или на запасной привод. Для предотвращения чрезмерного поворота зубчатого сектора устанавливаются конечные выключатели, прерывающие питание электродвигателя током.
Электрогидравлическая рулевая машина представляет собой электроприводной насос, перемещающий рабочее масло в системе гидропривода. Применяются ротационные насосы (поршневые, винтовые, пластинчатые) и шестеренные с переменной и постоянной производительностью. Устанавливаются также две рулевые машины—рабочая и резервная.
Ротационный радиально-поршневой насос рулевой машины приведен на рис. 72.
Насос состоит из корпуса, регулировочного кольца и ротора. Основу ротора составляет звезда цилиндров, вращающаяся вместе с поршнями. Поршни имеют башмаки, а в некоторых конструкциях ролики, которые скользят по внутренней поверхности регулировочного кольца. Регулировочное кольцо выполняет роль пускового золотника, связано своими цапфами с телемотором и сервомотором и имеет возможность поперечного перемещения. Центральная полость звезды цилиндров разделена на две части неподвижной горизонтальной перегородкой. Каждая часть полости сообщается через отверстия с трубопроводами рулевого привода.
Средний рисунок насоса показывает нахождение регулировочного кольца в нейтральном или среднем положении. При вращении ротора поршни не имеют возвратно-поступательного движения и насос не производит перемещение рабочего масла. Этот момент соответствует удержанию руля в заданном положении.
Крайние рисунки показывают расположение регулировочного кольца в своих крайних положениях, что соответствует максимальной производительности насоса и максимальной скорости перекладки руля. При вращении ротора в направлении, указанном стрелкой, отвод регулировочного кольца вправо обеспечивает всасывание масла в центральную полость насоса через верхнее отверстие, а нагнетание — через нижнее. С отводом кольца влево всасывание будет производиться через нижнее отверстие, а нагнетание — через верхнее. Таким образом изменяется направление движения масла в трубопроводах и направление поворота привода и перекладки руля.
Ротор насоса вращается с постоянным числом оборотов. Напор насоса постоянный, а производительность переменная и зависит от степени отвода регулировочного кольца от среднего положения. Такой насос называется насосом с регулируемой производительностью.
Отечественное рулевое устройство РЭГ-ОВИМУ-7 с лопастным рулевым приводом, разработанное под руководством В. В. Завиша, приведено на рис. 73.
Рулевой привод двухлопастной и состоит из цилиндра и ротора. Ротор цельнолитой и имеет фланец, при помощи которого присоединяется к баллеру. Рулевая машина электрогидравлическая, насос ротационный пластинчатый марки Г-12-14 (ЛЗФ-70) постоянной производительности 73 л/мин при 1000 об/мин и мощности 5,6 квт. Рабочая жидкость — турбинное масло 22. Допускается применение и другого, более вязкого, масла. Давление масла в системе 35 кГ/см2.
На рисунке руль стоит в заданном положении, насос разгружен и работает вхолостую, перемещая масло в направлении, указанном сплошными стрелками через отверстия г, е и б.
Для перекладки руля на правый борт каретка приемника телемотора отводится вправо воздействием на нее давления жидкости, перемещаемой в системе телемотора вращением рулевого штурвала. Золотники распределительного устройства переместятся вправо и отверстия д и в откроются, а отверстие е закроется. Масло будет перемещаться в системе в направлении, указанном пунктирными стрелками, и поступать в цилиндр привода через отверстия г и в. Ротор привода и руль будут поворачиваться против часовой стрелки.
Чтобы удержать руль в нужном положении, рулевой перестает вращать штурвальное колесо и сервомотор возвращает золотники распределительного устройства в среднее положение. Насос начинает работать опять вхолостую.
Для перекладки руля на левый борт рулевой вращает штурвальное колесо в обратном направлении. Каретка телемотора отводится влево и в этом же направлении переместится распределительный золотник (нижний), а разгрузочный золотник опять передвинется вправо. Масло теперь будет идти к приводу через отверстия г и д, а от привода — через в и б. Ротор привода и руль будут поворачиваться по часовой стрелке.
Распределительный и разгрузочный золотники связаны с ротором привода системой рычагов, представляющих собой сервомотор. Ротор всегда оказывает на золотники действие, обратное действию телемотора. Поэтому с прекращением вращения штурвального колеса действие телемотора прекращается и ротор рулевого привода своим движением приведет золотники в среднее положение через систему сервомотора.
Чтобы показания аксиометра совпадали с действительным положением руля, предусмотрен возврат разгрузочного золотника в среднее положение лишь после того, как распределительный золотник станет в среднее положение. Для этого к разгрузочному золотнику придан фиксатор в верхней части. При отводе золотника из среднего положения поршень фиксатора опускается вниз под действием давления пружины и застопоривает разгрузочный золотник. Когда распределительный золотник станет в среднее положение и закроет окна див, перераспределением гидравлического давления на поршень фиксатора последний поднимется вверх и даст возможность пружине разгрузочного золотника вернуть его в среднее положение.
В системе рулевого устройства предусмотрены предохранительный клапан для перепуска масла в случае заклинивания разгрузочного золотника в правом положении и перепускные клапаны для сброса масла из одной полости привода в другую при сильных ударах волн о перо руля.
Сервомоторы и телемоторы
Сервомотор — обязательный элемент каждой рулевой машины. Принцип действия всех сервомоторов одинаков, а конструктивное исполнение разное и зависит от типа рулевой машины и рулевого привода.
Одна из конструкций сервомотора паровой рулевой машины приведена на рис. 74.
Рабочий вал лежит в подшипниках и имеет опорные диски, препятствующие осевому перемещению вала. Рулевой штурвал выполнен совместно со ступицей, имеющей резьбовую нарезку. Ступица навинчена на вал и имеет кольцевой паз, куда входят выступы углового вильчатого рычага. Рычаг связан со штоком пускового золотника.
Для перекладки руля рулевой вращает штурвал, который навинчивается или вывинчивается с вала и перемещается по оси. Перемещение ступицы штурвала приводит к повороту углового рычага, который выводит пусковой золотник из среднего положения, и рулевая машина начинает работать. Через шестеренную передачу вращение вала рулевой машины передается рабочему валу, который оказывает на ступицу штурвального колеса действие, обратное действию рулевого, и будет стремиться вернуть штурвальное колесо и пусковой золотник в среднее положение.
Если скорость вращения штурвального колеса будет равна скорости вращения рабочего вала, пусковой золотник будет находиться в заданном положении и рулевая машина будет работать с постоянной скоростью. Для увеличения скорости вращения рулевой машины и перекладки руля рулевой должен вращать штурвальное колесо с возрастающей скоростью.
После перекладки руля на за¬данный угол рулевой отпускает штурвальное колесо. Рулевая машина еще будет работать некоторый малый промежуток времени, рабочий вал вернет штурвальное колесо и пусковой золотник в среднее положение, и машина остановится.
У гидравлических рулевых машин роль сервомотора выполняют рычажные передачи.
Почти на всех морских судах рулевая машина удалена от поста управления ею и, поэтому применяются специальные телединамические передачи или телемоторы для связи поста управления с пусковым устройством рулевой машины.
Существуют валиковый, стержневой, тросовый, электрический и гидравлический телемоторы. Последние два имеют преимущественное применение.
Гидравлический телемотор приведен на рис. 75. Основу телемотора составляют датчик (рулевая тумба) и приемник. Датчик устанавливается на мостике, а приемник — в румпельном отделении и соединяются между собой трубопроводами. Предварительное заполнение системы телемотора маслом производится при помощи ручного насоса. Воздух при заполнении системы отводится через воздушную пробку крышки цилиндра датчика, а заполнение контролируется по переливу масла в бачок через сливной трубопровод.
Внутри датчика находится зубчатая рейка с закрепленным на ней поршнем. Рейка приводится в движение от рулевого штурвала через зубчатую цилиндрическую передачу. К цилиндру датчика прикреплен резервуар, связанный с рабочей полостью датчика при посредстве двух клапанов. Один клапан служит для перепуска масла из цилиндра датчика в резервуар в случае чрезмерного повышения давления в системе, другой — для перепуска масла из резервуара в цилиндр датчика при значительном понижении давления в системе.
Приемник состоит из двух неподвижных пустотелых скалок и подвижного цилиндра, разделенного перегородкой на две части. К цапфам цилиндра присоединены две тяги, связанные со штоком пускового золотника рулевой машины.
При вращении штурвала против часовой стрелки зубчатая рейка и поршень датчика будут двигаться вверх. Масло будет выдавливаться из верхней полости цилиндра датчика и поступать в нижнюю полость цилиндра приемника. Цилиндр будет двигаться вверх, сжимая пружину и выталкивая масло из верхней полости в нижнюю полость цилиндра датчика. Тяги выведут золотник из среднего положения, и рулевая машина начнет работать.
Если рулевой перестанет вращать штурвал и отпустит его, пружина начнет расширяться и заставит цилиндр приемника опускаться вниз. Ход масла в системе будет обратный, и цилиндр приемника и зубчатая рейка с поршнем датчика будут возвращены в среднее положение. Сервомотор остановит рулевую машину.
Вращением штурвала по часовой стрелке обеспечится перекладка руля на другой борт.
Для управления рулевой машиной широко применяются авторулевые, заменяющие рулевого и повышающие экономичность рулевого устройства за счет более точного управления рулевой машиной и уменьшения расхода энергии. Вдобавок, судно идет более устойчиво, меньше рыскает, что снижает расход топлива главным двигателем и сокращает время перехода судна.
Обслуживание рулевых устройств
При обслуживании рулевых устройств необходимо руководствоваться общими указаниями по обслуживанию палубных механизмов, а также указаниями ССХ и заводов-изготовителей.
Рулевое устройство должно быть в полной готовности к моменту выхода судна в рейс. Приготовление рулевой машины к действию производится по указанию вахтенного помощника капитана.
В процессе приготовления к действию паровой рулевой ма¬шины производится ее внешний осмотр, прогревается паропровод и машина, проверяется действие пускового золотника, серво¬мотора и клапана экономии. Все необходимые части смазы¬ваются. Телемотор заполняется рабочей жидкостью, если необхо¬димо, и проверяется плотность гидравлической системы по удер¬жанию давления масла.
У секторного или механического винтового привода обращается особое внимание на состояние шестерен, червяков и червячных колес. При сломанных или треснутых зубьях работа рулевого привода запрещается.
В электрогидравлической рулевой машине проверяется уровень масла в расширительном бачке, действие и переход с одного насоса на другой и с основного привода на запасной и обратно, плотность соединений и отсутствие пропусков рабочего масла из системы.
Действие рулевого устройства проверяется пробными пусками с контролированием согласованности действия всех узлов. Замеченные ненормальности в работе устраняются.
Вахтенный моторист или машинист обязан не менее двух раз за вахту проверять работу рулевой машины и смазывать трущиеся части на ходу судна. При этом также проверяется нагрев трущихся деталей на ощупь или по показаниям термометров и наличие шумов и стуков в рабочих частях рулевого устройства.
В гидравлических системах проверяется уровень масла в бачках, не допускается снижение уровня ниже метки на указательной шкале или колонке. При длительной работе рулевого устройства необходимо работать поочередно рулевыми машинами, если их две.
О всех замеченных ненормальностях в работе рулевого устройства необходимо немедленно докладывать вахтенному механику. В случае нагрева трущихся частей машины выше нормы выделяется самостоятельный вахтенный для наблюдения за рулевым устройством.
При кратковременной остановке рулевой машины закрывается стопорный клапан свежего пара и открываются краны продувания паровых цилиндров. При остановке машины на длительное время все паровые клапаны, за исключением кранов продувания, закрываются. Руль должен быть установленным в среднее положение.
Вывод электрической и электрогидравлической рулевой машины из действия производится отключением питания электродвигателя. Гидравлическая система должна быть проверена на плотность и на отсутствие течи рабочей жидкости из системы.
Рулевые приводы
Рулевой привод служит для передачи усилия с рулевой машины на баллер руля.
Простейший привод — секторный с штуртросом (рис) который штуртросом связан с рулевой машиной. В качестве штуртроса используется стальной трос или цепь. Для выбирания слабины штуртроса в него включаются талрепы, а для смягчения ударов — буферные пружины. Проложенный по открытой палубе штуртрос неудобен в эксплуатации и его трудно ремонтировать в штормовых условиях. Поэтому этот привод сохранился лишь на некоторых
старых небольших судах.
Идея зубчатого секторного привода (рис.) очень проста Зубья, расположенные по дуге сектора, входят
в зацепление с зубчатой шестерней, которая через редуктор приводится во вращение от рулевой машины. Для смягчения ударов между сектором и баллером устанавливают упругую связь. Конструктивно это достигается тем, что привод, кроме сектора, свободно насаженного на баллер, имеет также и румпель, который с баллером соединен жестко, а свободный конец румпеля соединяется с сектором буферными пружинами, через которые передаются усилия от сектора на румпель.
В настоящее время наибольшее распространение находят гидравлические приводы плунжерного, лопастного или винтового типов.
В гидравлическом приводе плунжерного типа (рис) поворот баллера производится румпелем, который
соединен с поршнями (плунжерами) двух цилиндров. При перекачке жидкости из одного цилиндра в другой поршни перемещаются и поворачивают румпель Амортизатором в гидравлическом приводе является перепускной клапан, установленный на дополнительном трубопроводе, который соединяет оба цилиндра. При ударе волны в перо руля давление в одном из цилиндров повышается, клапан автоматически приоткрывается и некоторое количество жидкости переходит из одного цилиндра в другой.
Лопастной гидравлический привод (рис) вместо цилиндров с поршнями имеет вращающийся поршень, насаженный на баллер. Поршень помещен в цилиндрический корпус, который имеет секторовидные
камеры При перекачке жидкости из одной полости камеры в другую создается разность давлений, в результате чего поршень, а вместе с ним и баллер поворачиваются Секторовидные камеры соединены между собой каналами с перепускными клапанами, выполняющими роль амортизаторов.
Винтовой гидравлический привод (рис.) средняя часть которого выполняет роль цилиндра. В цилиндр
помещен кольцевой поршень, его внутренняя поверхность имеет в верхней части винтовые, а в нижней
— продольные канавки Другой стакан с винтовыми канавками закреплен неподвижно к крышке корпуса. При подаче жидкости в рабочую полость цилиндра поршень получает поступательное движение и, перемещаясь по винтовым канавкам неподвижного стакана, поворачивается. Поворот поршня через стакан с продольными канавками передается на баллер руля.
Согласно требованиям Регистра все морские суда имеют два рулевых привода — главный и вспомогательный. На судах, где оба эти привода расположены ниже грузовой ватерлинии, должен быть еще один привод — аварийный. Все приводы должны действовать на баллер руля независимо друг от друга и только в виде исключения допускается, чтобы они имели некоторые общие детали. Главный рулевой привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля при максимальной
скорости переднего хода судна с 35° одного борта до 30° другого борта не более чем за 28 с. При действии вспомогательного привода время перекладки руля с 15 до 15° другого борта не должно превышать 60 с. Скорость судна при этом не должна быть менее половины максимальной или 7 уз (в зависимости от того, какое из этих значений больше). Для аварийного привода время перекладки руля не регламентируется, но требуется, чтобы он обеспечивал перекладку руля с борта на борт при скорости переднего хода не менее 4 уз. Главный привод должен работать от источника энергии и лишь на небольших судах его иногда делают ручным. То же относится и к вспомогательному приводу. Управление главным рулевым приводом должно быть предусмотрено с ходового мостика и из румпельного отделения, а вспомогательным — только из румпельного отделения. Для удержания руля на месте, что необходимо при аварийном ремонте и при переходе с одного привода на другой, рулевое устройство имеет стопор (тормоз). Наиболее часто применяют ленточный стопор, который
зажимает непосредственно баллер руля. В гидравлических приводах роль стопора выполняют клапаны, с помощью которых перекрывают трубопроводы. Для ограничения угла перекладки
рулевое устройство имеет ограничители, допускающие перекладку руля на угол не более 35°. Они выполняются в виде выступов на пере руля и ахтерштевне, которые упираются друг р друга при максимальном угле перекладки. Секторные приводы имеют палубные ограничители, в которые
упирается сектор. Все механические рулевые приводы имеют конечные выключатели, которые отключают механизм, прежде чем руль дойдет до упора в ограничители.
Около поста управления главным и вспомогательным приводами устанавливают рулевые указатели — аксиометры, которые показывают угол перекладки руля. На секторе привода или на других деталях также наносят шкалу для определения действительного положения руля.
Рулевые приводы и передачи на морских судах
Рулевые приводы. Для передачи усилия рулевого двигателя баллеру или обеспечения поворота руля вручную применяются рулевые приводы, типы и конструкции которых определяются в основном размерами судна и расположением рулевого двигателя.
Секторный рулевой привод со штуртросом (рис. 62) встречается только на небольших судах.Перекладка руля осуществляется вручную штурвалом или рулевым двигателем при помощи штуртросовой передачи и сектора. На барабан 1 штурвала или двигателя намотано несколько шлагов короткозвенной цепи 2.
Ее концы, проведенные через направляющие блоки — роульсы 3, присоединены к стальным штангам 4, проложенным по палубе на роликах или деревянных вкладышах. Концы штанг присоединены к корпусам жестких стальных пружин — амортизаторов 5. На головке баллера 10 жестко закреплена ступица сектора 9, имеющего на ободе два желоба для штуртросной цепи.
Цепи 6 и 11 одними концами присоединены к шайбам, сжимающим пружины, а другими — проведены через направляющие роульсы по желобам сектора и присоединены соответственно к талрепам 8, закрепленным на ступице. Талрепы служат для обтягивания штуртроса.
Перекладка руля на угол более 35° ограничивается приваренными к палубе кницами 7. В местах прохода по грузовой палубе штуртрос защищен металлическим кожухом. При повороте барабана штурвалом или рулевым двигателем одна ветвь штуртроса ослабляется, а другая выбивается, сектор разворачивается и поворачивает баллер.
Секторный привод со штуртросом имеет существенные недостатки: сложная и громоздкая проводка штуртроса, быстрый износ цепи и других трущихся частей, неудобство ухода за ним при перевозке палубного груза и др.
рис. 63 Секторно-румпельный привод
Поэтому более широкое применение получили секторно- румпельные приводы (рис. 63) с рулевым двигателем, установленным вблизи от сектора руля. Сектор, свободно насаженный на баллер, имеет зубчатый обод 1, входящий в зацепление с зубчатой шестерней 2 рулевого двигателя. Через буферные пружины — амортизаторы 3 сектор связан с румпелем 4, жестко насаженным на головку баллера.
Перекладка руля осуществляется рулевым электродвигателем, который поворачивает сектор, а он через пружины поворачивает румпель и баллер руля. Электрогидравлические рулевые приводы получили широкое применение на судах любого тоннажа.
Такой привод в комплексе с электродвигателем представляет собой электрогидравлическую рулевую машину. На судах обычно устанавливаются плунжерные двух- или четырехцилиндровые электрогидравлические машины.
рис. 64 Схема двухцилиндровой рулевой машины
Схема устройства двухцилиндровой рулевой машины довольно проста (рис. 64). На головку баллера руля 1 жестко насажен румпель 2, на котором установлен ползун 3, имеющий с боков сферические углубления. В них входят и свободно упираются штоки 4 от плунжеров 5 двух гидроцилиндров 6. Цилиндры соединены трубопроводами 7 с насосом 9, который приводится в действие электромотором 10 Вся система заполняется маслом.
При работе электромотора насос отсасывает масло из одного цилиндра и нагнетает в другой, в результате чего плунжер цилиндра, находящегося под давлением, своим штоком давит на ползун и через него поворачивает румпель и баллер руля. Оба цилиндра соединяются между собой дополнительным трубопроводом с перепускным клапаном 8, который является амортизатором.
При ударах волн о перо руля давление в одном из цилиндров повышается, перепускной клапан открывается и перепускает часть масла в другой цилиндр. Кроме электрогидравлического привода плунжерного типа, нашли применение лопастные и винтовые гидравлические приводы.
Для удержания пера руля в фиксированном положении на случай ремонта или перехода с одного привода на другой рулевое устройство имеет стопоры. В гидравлических приводах стопорение руля обеспечивается перекрытием масляных трубопроводов при помощи специальных клапанов.
Ручные рулевые приводы (гидравлические, секторные с валиковой передачей и винтовые) применяются как, запасные или аварийные. Широкое применение на судах получил ручной поперечно-румпельный с винтовым механизмом перекладки руля привод Дэвиса.
рис. 65 Винтовой рулевой привод Дэвиса
Привод Дэвиса (рис. 65) устанавливается в румпельном отделении в непосредственной близости от румпеля. Винтовой шпиндель 4, приводимый во вращение штурвалом 6, имеет на одной половине винта правую нарезку, на другой левую. На шпиндель навинчены два ползуна 5 и 7, имеющих в приливах отверстия, через которые проходят гладкие направляющие стержни 3 и 8, укрепленные в станине. Стержни обеспечивают перемещение ползунов вдоль шпинделя без перекосов.
Стальными тягами 2 и 9 ползуны соединены с поперечным румпелем 1, жестко насаженным на головку баллера. При вращении штурвала ползуны перемещаются по шпинделю в разные стороны и через тяги поворачивают румпель. Винтовой привод повышает усилие, передаваемое от штурвала на баллер, в 25 — 30 раз.
Рулевые передачи. Существуют механические1 (валиковые, штуртросовые, стержневые и др.), гидравлические и электрические рулевые передачи.
Гидравлическая передача применяется для управления пусковым устройством электрогидравлического рулевого привода. Она представляет собой систему из поршневого насоса, приемника гидравлической передачи — цилиндра и тонких медных трубок, соединяющих между собой соответствующие полости цилиндров насоса, и приемника.
Поршень насоса получает движение от штурвала, с которым он связан непосредственно, а поршень цилиндра приемника связан через тяги с пусковым устройством гидравлического рулевого привода. Вся система цилиндров и трубопроводов заполнена незамерзающей смесью воды с глицерином или минеральным маслом.
Поворот штурвала приводит в движение поршень насоса, который сжимает рабочую жидкость в одной из полостей, в результате чего поршень приемника перемещается и через тяги вводит в действие электрогидравлический рулевой привод.
Электрическая передача, как наиболее совершенная, получила широкое применение в судовых рулевых устройствах. Она предназначена для дистанционного управления рулевым электродвигателем. В зависимости от устройства последнего на судах применяются различные схемы электрической передачи. Подробное описание схем и инструкция по обслуживанию передачи приводится в технической документации рулевого устройства.
Типы Рулевых Коробок | Он по-прежнему работает
от апреля. Изображение рулевого колеса Kohl
. Автор Jeff Clarke от Fotolia.com. Коробка рулевого управления — это метод управления автомобилями на высоких скоростях, где точность имеет первостепенное значение. Это метод предотвращения прямого поворота рулевого колеса в направлении колес, позволяющий получить более щедрый опыт вождения, чем прямой доступ. Зубчатая передача расположена между валом рулевого колеса и осью колеса, улучшая управление и делая вождение более безопасным.
Червячный и секторный
Червячный и секторный рулевой механизм был одной из первых конструкций рулевого механизма. Он содержит вал рулевого колеса с «червячным» винтом на конце и секционную шестерню, которая перемещается вверх и вниз при повороте рулевого колеса. Движение зубчатого колеса приводит к тому, что рычаг шатуна (металлический стержень, прикрепленный к направляющему шатуну) перемещается вверх и вниз, поворачивая колеса.
Червячный и роликовый
Червячный и роликовый рулевой механизм был представлен в 1926 году для борьбы с трением и используется до сих пор.Он работает по принципу, аналогичному принципу червячной и секторной коробки, с заменой секционной передачи роликом, прикрепленным к поперечному валу. Когда рулевое колесо поворачивается, червяк вращается и заставляет ролик вращаться. Это приводит к перекручиванию поперечного вала, что приводит к движению рычага и заставляет колеса менять направление. Согласно carbibles.com, червячный механизм, как правило, имеет форму песочных часов, предназначенных для расширения на концах.
Кулачок и рычаг
Представленный в 1923 году как средство уменьшения износа и трения, конструкция кулачка и рычага очень похожа на червяк и ролик.Когда червяк поворачивается на рулевом валу, кулачок перемещается вверх и вниз по червяку, заставляя рычаг стрелка двигаться вместе с ним вверх и вниз, заставляя колеса менять направление. В этой конструкции, как сообщает carbibles.com, поперечный вал поворачивается на 90 градусов к нормальному, что приводит к его выходу через боковую часть рулевого механизма вместо днища.
Еще статьи
.Power Steering — Как работает автомобильный руль
Существует несколько ключевых компонентов в гидроусилителя руля в дополнение к реечному или рециркулирующему шариковому механизму.
Насос
Гидравлический привод рулевого управления обеспечивается лопастным насосом (см. Схему ниже). Этот насос приводится в движение двигателем автомобиля через ремень и шкив. Он содержит набор выдвижных лопастей, которые вращаются внутри овальной камеры.
Когда лопасти вращаются, они вытягивают гидравлическую жидкость из обратной линии под низким давлением и нагнетают ее в выпускное отверстие под высоким давлением. Количество потока, обеспечиваемого насосом, зависит от скорости двигателя автомобиля. Насос должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивать достаточный поток при работе двигателя на холостом ходу. В результате насос движется гораздо больше жидкости, чем необходимо, когда двигатель работает на более высоких скоростях.
Насос оснащен предохранительным клапаном, который предотвращает слишком высокое давление, особенно при высоких оборотах двигателя, когда перекачивается так много жидкости.
Поворотный клапан
Система гидроусилителя рулевого управления должна помогать водителю только тогда, когда он прилагает усилие к рулю (например, при запуске поворота). Когда водитель не прилагает усилий (например, при движении по прямой линии), система не должна оказывать никакой помощи. Устройство, которое воспринимает усилие на руле, называется поворотным клапаном .
Ключ к поворотному клапану — торсион .Торсионный стержень представляет собой тонкий металлический стержень, который крутится при приложении к нему крутящего момента. Верхняя часть планки соединена с рулевым колесом, а нижняя часть планки соединена с шестерней или червячной передачей (которая вращает колеса), поэтому величина крутящего момента в торсионной планке равна величине крутящего момента. Водитель использует для поворота колеса. Чем больше крутящего момента водитель использует для поворота колес, тем больше перекручивается планка.
Входной сигнал от рулевого вала образует внутреннюю часть узла золотникового клапана .Он также подключается к верхнему концу торсионного стержня . Нижняя часть торсионного стержня соединяется с внешней частью золотникового клапана. Торсион также поворачивает выход рулевого механизма, соединяясь с шестерней или с червячной передачей, в зависимости от типа рулевого управления автомобиля.
Этот контент не совместим с этим устройством.
Анимация, показывающая, что происходит внутри поворотного клапана, когда вы впервые начинаете поворачивать руль
По мере того, как стержень закручивается, он вращает внутреннюю часть золотникового клапана относительно внешней стороны.Поскольку внутренняя часть золотникового клапана также соединена с рулевым валом (и, следовательно, с рулевым колесом), величина вращения между внутренней и внешней частями золотникового клапана зависит от того, какой крутящий момент водитель прикладывает к рулевому колесу. ,
Когда рулевое колесо не поворачивается, обе гидравлические линии обеспечивают одинаковое давление на рулевой механизм. Но если золотниковый клапан повернут в ту или иную сторону, порты открываются для подачи жидкости под высоким давлением в соответствующую линию.
Оказывается, этот тип системы гидроусилителя руля довольно неэффективен. Давайте посмотрим на некоторые достижения, которые мы увидим в ближайшие годы, которые помогут повысить эффективность.
,Ручное управление Vs. Усилитель руля
от Richard Rowe
Хотя системы ручного управления просты, надежны и любимы энтузиастами, системы гидроусилителя в равной степени ценятся за простоту использования и универсальность. Хотя старые валяющиеся коробки для валяния все еще используются во многих экономичных автомобилях, современные технологии улучшили эти стойки с гидравлическим приводом, так что некоторые из них предлагают почти такой же отклик и производительность ручной стойки без каких-либо проблем.
Определение
В рулевой рейке с ручным управлением используется зубчатая рейка, чтобы повернуть вращательное движение рулевого колеса в движение вперед-назад, необходимое для вращения колес. Шестерня — круглая передача, связанная с рулевой колонкой; шестерня входит в зацепление со стойкой, которая представляет собой плоскую планку с зубьями шестерни, врезанными в верх. Гидравлическая система рулевого управления с гидроусилителем использует насос, установленный на двигателе, для создания давления в двустороннем цилиндре, который помогает толкать или тянуть стойку в одном или другом направлении.
Типы рулевого управления
Существует два основных типа стойки: линейная и с переменной скоростью. Линейная рейка имеет одинаковое количество зубьев на всем протяжении, поэтому колеса одинаково реагируют на вход рулевого управления независимо от угла. Стойка с переменной скоростью использует очень близко расположенные зубцы в центре для точной регулировки, в то время как колесо направлено относительно прямо. Широко расставленные зубы на обоих концах ускоряют соотношение, облегчая парковку. Стойки с регулируемой скоростью лучше подходят для рулевого управления с усилителем, потому что более быстрое передаточное число затрудняет поворот колеса.
Скорость и точность
Вообще говоря, системы гидроусилителя руля быстрее реагируют на вход рулевого управления, чем коробки с ручным управлением. Отсутствие помощи в механической коробке означает, что передаточное число должно быть ниже, чтобы водитель мог повернуть колесо. Это более низкое передаточное число равняется большему числу поворотов от замка к замку, поэтому отклик рулевого управления от коробки передач, как правило, намного ниже. Однако ручное рулевое управление по своей природе более точное, поскольку для перемещения колес требуется больше рулевого управления.
Обратная связь
Обратная связь — это часто упускаемый из виду, но важный аспект эффективности рулевого управления.Обратная связь — это сопротивление движению колеса, которое диктуется тягой переднего колеса. Например, рулевое колесо намного легче поворачивается на льду, чем на сухом асфальте. Обратная связь в форме сопротивления движению посылает вашему мозгу почти подсознательный сигнал, давая ему важную информацию о том, насколько хорошо передние колеса захватывают тротуар. Это особенно важно в автомобилях с передним приводом, которые полагаются только на две шины, чтобы сделать все управление и ускорение, и большую часть торможения.Конструкция рулевого управления с усилителем снижает сопротивление рулевого управления и, следовательно, обратную связь. По этой причине большинство гоночных автомобилей имеют ручную рулевую рейку.
Усовершенствования
Стойки рулевого управления за последние годы изменились очень мало, но усилитель руля получил массу улучшений. Большинство из них были направлены на то, чтобы придать силовой стойке всю точность и обратную связь с ручной стойкой при сохранении простоты использования энергосистемы. Эти усовершенствования включают усилитель мощности с переменной скоростью (который предлагает больше помощи на низкой скорости), как в Honda S2000, усилитель руля с электроусилителем (который варьируется в зависимости от потребности и угла поворота) и гибридные электрические / гидравлические системы, которые используют управляемый компьютером электродвигатель для питания насоса.
Еще статьи
.Типы проблем гидроусилителя руля
Несмотря на то, что проблемы с гидроусилителем руля никогда не оставляют вас в затруднительном положении, они могут быть крайне раздражающими, а в худшем — просто опасными. Если у вас когда-либо была защелка ремня привода двигателя во время вождения, и вы внезапно потеряли усилитель руля, то вы точно знаете, насколько это может быть ужасно. Кроме того, если вы когда-либо испытывали полную потерю гидроусилителя руля и пытались вернуться из труднопроходимой парковки, вы знаете, как практически невозможно повернуть колесо без помощи гидравлики вашей системы гидроусилителя руля.
Проблемы с гидроусилителем руля могут возникнуть по разным причинам, поэтому мы поговорим о наиболее распространенных из них, чтобы помочь вам диагностировать вашу проблему и снова легко повернуть автомобиль.
Проблемы ГУР
- Потеря жидкости
- Изношенный насос
- Воздух в системе
- Засорение в системе
Потеря жидкости
Одной из наиболее распространенных проблем систем гидроусилителя рулевого управления является утечка. Высокое давление системы в сочетании с мягкими шлангами, несущими жидкость, делает ее относительно чувствительной к утечкам.Низкий уровень жидкости может вызвать нытье насоса гидроусилителя руля и даже потерю давления жидкости и потерю помощи рулевого управления. Если вы обнаружите утечку в шланге высокого или низкого давления, лучший способ остановить утечку — это просто заменить шланг. Если вы обнаружили утечку в рулевом механизме, рейке или насосе гидроусилителя руля, воспользуйтесь утечкой для гидроусилителя руля BlueDevil, чтобы устранить утечку. Затем добавьте в систему жидкость BlueDevil Synthetic Power Steering Fluid, чтобы ваша система снова заработала как обычно. Синтетическая жидкость для гидроусилителя рулевого управления BlueDevil может смешиваться с любой жидкостью для гидроусилителя руля, которая может быть установлена в вашей системе, и будет продолжать кондиционировать уплотнения в вашей системе для предотвращения будущих утечек.
Изношенный насос
Как и любая другая механическая система, насосы гидроусилителя руля будут изнашиваться. Изношенный насос гидроусилителя руля может гудеть или скулить или вообще не издавать никаких шумов. В любом случае у него будет низкое давление жидкости, которое не окажет такой же помощи, как вы пытаетесь повернуть рулевое колесо. Диагностика насосов низкого давления чрезвычайно трудна, поскольку в системе обычно нет портов высокого давления. В этом случае единственным вариантом является замена насоса.
Воздух в системе
Воздух в вашей системе гидроусилителя руля также снизит давление и способность вашей системы оказывать помощь в рулевом управлении.Если в системе содержится правильное количество жидкости, воздух обычно попадает из-за утечек в линии низкого давления или в линии от резервуара к насосу в системах удаленного резервуара. Замена этих линий и проверка соединений на наличие ослабленных фитингов или поврежденных уплотнительных колец могут помочь в герметизации системы, удалении воздуха и успокоении системы.
Засорение в системе
Засорения являются наиболее трудными для диагностики проблем гидроусилителя руля. Подобно проверке производительности насоса низкого давления, отсутствие портов давления в вашей системе гидроусилителя руля затрудняет поиск засорений, если они существуют в вашей системе.Засорение обычно происходит из-за изношенных компонентов или грязной жидкости в гидроусилителе руля и иногда может быть удалено промывкой системы.
После того, как вы отремонтировали свою систему гидроусилителя руля, рассмотрите возможность заправки ее жидкостью гидроусилителя рулевого управления BlueDevil, чтобы все работало плавно и тихо, независимо от того, на каком автомобиле вы ездите.
BlueDevil Synthetic Power Steering Fluid можно найти в любом из наших партнерских местных магазинов автозапчастей, таких как:
- AutoZone
- Advance Автозапчасти
- Bennett Auto Supply
- CarQuest Автозапчасти
- NAPA Автозапчасти
- O’Reilly Автозапчасти
- Pep Boys
- Fast Track
- Специалист по запасным частям бампера
- S & E Quick Lube Distributor
- DYK Automotive
- Fisher Auto Parts магазины
- Auto Plus Магазины автозапчастей
- Hovis Auto & Truck Магазины снабжения
- Salvo Автозапчасти Автосалоны
- Advantage
- Магазины оригинальных автозапчастей
- Бонд Автозапчасти магазины
- Поставка приливного флота
- Бампер для Автозапчастей Бампера
- Любые запчасти Автозапчасти
- Автозапчасти для потребителей
изображений предоставлено:
power_steering_problems.JPG — Forrest9 — Лицензия Getty Images — Оригинальная ссылка