Рулевое управление троллейбуса ЗИУ-9

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В конце 60-х годов на заводе им. Урицкого (ЗИУ) приступили к разработке нового троллейбуса, призванного сменить выпускавшуюся тогда модель ЗИУ-5. Обтекаемые формы крыши, малая высота окон, хромированные бампера - неизменные атрибуты транспорта 50-х - начала 60-х годов - все это уже постепенно выходило из моды. Также требовала модернизации и техническая сторона. В 1970 появился первый прототип новой модели троллейбуса, по заводской нумерации моделей получившей индекс ЗИУ-9, в том же году усовершенствованная его модификация пошла в серию под названием ЗИУ-9А. Внешне эти троллейбусы отличались от последующих угловатыми надколесными арками. Но т.к. в то время еще выпускались ЗИУ-5, то многие города не спешили переходить на новую модель, в результате чего троллейбусы ЗИУ-9А оказались не столь многочисленными, как последующие модификации. В 1972 году были наконец сняты с производства ЗИУ-5, и тогда же запущены в производство новые троллейбусы ЗИУ-9Б. В 1973 г. им был присвоен новый индекс по общесоюзной нумерации моделей - ЗИУ-682Б, хотя неофициальное название ЗИУ-9 остается за троллейбусами этого модельного ряда до сих пор.

Троллейбусы ЗИУ-682 оказались настолько удачными, что производятся вот уже свыше 30 лет (усовершенствованные модификации ЗИУ-682Г-017 и ЗИУ-682Г-018 выпускаются до сих пор). Эти троллейбусы удерживают мировой рекорд по количеству выпущенных экземпляров - с учетом всех модификаций это свыше 30 тысяч машин. Кроме СССР они поставлялись в страны теперь уже бывшего "Социалистического лагеря" - в Польшу, Венгрию, Болгарию, Югославию, а специальные "южные" модификации ЗИУ-682 до сих пор работают в Греции, Латинской Америке, Монголии. В 1982 году было построено несколько опытных троллейбусов ЗИУ-684 - они являли собой ЗИУ-682 с тиристорно-импульсной системой управления (ТИСУ). Но из-за нежелания ремонтников работать с новой электроникой заказы на эти машины так и не поступили, и завод был вынужден продолжать производство технически уже тогда устаревших троллейбусов ЗИУ-682.

ЗиУ-9 является высокопольным троллейбусом большой вместимости для внутригородских пассажирских перевозок. Его стальной сварной корпус монтируется на стальном каркасе, состоящем из трубчатой рамы сложной пространственной формы, поперечных ферм и продольных лонжеронов. Корпус имеет три двери -- одну узкую в носовой оконечности и две широкие -- в середине и кормовой оконечности. Двери ширмовые, открываются и закрываются автоматически из кабины водителя посредством электропривода (с 1990 г. - пневмопривода).

Система управления током через тяговый электродвигатель (ТЭД) реостатная автоматическая косвенная (групповой контроллер). Все коммутации силовых цепей из пускотормозных сопротивлений и ТЭД выполняются служебным низковольтным электромотором. Пускотормозные сопротивления ограничивают ток через ТЭД, таким образом управляется скорость его вращения и развиваемый им крутящий момент. ЗиУ-9 оснащен мотор-генератором для преобразования входного постоянного напряжения 550 В в низковольтное служебное 24 В. Это преобразование является очень простым -- электромотор на 550 В вращает соосный с ним генератор на 24 В. Недостатком такого решения является постоянный шум от работающего мотор-генератора. Однако хорошая смазка и центровка мотор-генератора позволяют понизить шум до терпимого уровня. Помимо этого, мотор-генератор оснащён вентилятором, служащим для более эффективного охлаждения пуско-тормозных реостатов. Низковольтная система включает в себя упоминавшийся выше групповой контроллер, наружное и внутреннее освещение и сигнализацию, приводы дверей и две аккумуляторные батареи. Благодаря разделению уровней напряжений, резко уменьшается опасность поражения пассажиров и водителя электрическим током. Всё электрооборудование внутри пассажирского салона и кабины водителя работает от безопасного напряжения 24 В. Силовые 550-вольтовые цепи и агрегаты изначально расположены под полом. Однако низкая электробезопасность подобного решения привела к тому, что в ходе модернизаций оборудование было перенесено на крышу троллейбуса, а также в шкаф за спиной водителя. В ходе капитально-восстановительного ремонта троллейбусов предыдущих выпусков в условиях депо или ремонтных заводов, высоковольтное оборудование также часто выносится на крышу.

Тормозная система ЗиУ-9 включает в себя электродинамический, механический и пневматический тормоза. Для обеспечения работы последнего машина оснащена пневмокомпрессором.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение и характеристика рулевого управления

Рулевое управление троллейбусов представляет собой совокупность механизмов и устройств, обеспечивающих поворот передних управляемых колес для изменения направления движения троллейбуса.

Маневренность троллейбуса характеризует радиус поворота. Чем он меньше, тем лучшей проходимостью и маневренностью обладает троллейбус. Наименьший радиус поворота троллейбуса ограничивается его базой и углом поворота управляемых колес, который зависит от конструкции переднего моста и у современных троллейбусов составляет 31-49° .

При повороте троллейбуса радиусы поворота отдельных колес должны пересекаться в одной точке - центре поворота. Для обеспечения правильного качения передних колес поворот должен производиться на разные углы: внутреннее колесо на угол б1, внешнее колесо на угол б2. У троллейбуса ЗИУ - 9 (682Б) б1=49, а б2=40°.

Рулевое управление современных троллейбусов состоит из рулевого механизма, рулевого привода и усилителя руля со следящей системой включения усилителя.

Рулевой механизм служит для передачи окружного усилия от рулевого колеса к рулевому приводу и его увеличения. Рулевой привод осуществляет передачу усилия от рулевого механизма к цапфам управляемых колес и их поворот. Усилители увеличивают силу, передаваемую от рулевого механизма к рулевому приводу. Усилители бывают пневматические (ЗИУ-5Д) и гидравлические (ЗИУ-9).

Устройство рулевого управления троллейбуса состоит из рулевого механизма, гидравлического усилителя руля, необходимого для облегчения работы водителя, а также повышения безопасности движения, и системы рычагов и тяг.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Принцип действия рулевого управления троллейбусов

Рулевой механизм представляет собой зубчатую пару или другую передачу, которая преобразует поворот рулевого колеса в угловое перемещение рулевой сошки и увеличивает момент, передаваемый между ними. Передачу рулевого механизма называют рулевой парой. Вид рулевой пары определяет тип рулевого механизма. По этому признаку различают рулевые механизмы с червячной парой, с винтом и кривошипом, с винтом и гайкой, с винтом и зубчатым сектором и др. Рулевой механизм обеспечивает легкость управления, возможность стабилизации управляемых колес и исключает передачу на рулевое колесо толчков и ударов от неровностей пути. Решение первой из этих задач определяется выбором значения и характера изменения в функции угла поворота управляемых колес прямого к.п.д. рулевого механизма змо. При малом обратном к.п.д. точки и удары от колеса не достигают рулевого колеса т.к. за счет сил трения гасятся в рулевом механизме, но вместе с тем большие силы трения в рулевом механизме препятствуют самовозврату управляемых колес в положение движения прямо под действием весового стабилизирующего момента.

Важным требованием к рулевым механизмам являются требования конструктивной простоты, легкости технического обслуживания и регулировки, прочности, износоустойчивости и надежности в работе.

2.2 Конструкция рулевого механизма троллейбуса ЗИУ-9

Рулевой механизм троллейбуса ЗИУ - 9 представляет собой две части: рулевую колонку 11 и картер 21, соединенные между собой карданным шарниром 20 (смотрите графическую часть).

Вилка карданного шарнира 20 имеет шлицевую втулку 19, в которую входит шлицевой наконечник рулевого вала. Рулевой вал вращается на подшипнике в колонке 11. На верхний конусный наконечник рулевого вала закрепляют гайкой рулевое колесо с кнопкой звукового сигнала. Провода к кнопке проходят внутри вала, концы их припаяны к контактным кольцам, по которым скользят угольные щетки. К рулевой колонке приварен кронштейн для установки колонки в кабине водителя.

Рабочая пара рулевого механизма представляет собой винт 2 с шариковой гайкой - рейкой 1, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором, выполненным заодно с валом сошки руля. Полукруглые резьбовые канавки на винте 2 и гайке-рейке образуют спиральный канал, который заполняется при сборке шариками. Гайка-рейка снабжена направляющими, которые образуют замкнутую систему для накачивания шариков.

Винт 2 рабочей пары соединен с нижней вилкой карданного шарнира 20 и вместе с гайкой-рейкой вращается в двух роликовых подшипниках 6 и 9, смонтированных в картере рулевого механизма. Для возможности регулировки зазора в подшипниках предусмотрена регулировочная гайка 5 со стопорной шайбой 3 и штифтом 4. Комплектность деталей (винт, гайка-рейка, шарики), принятую при заводской сборке в эксплуатации, нарушать не разрешается. Шлицевый конец вала сектора 22 на торце имеют метку для правильности установки сошки. Метки сошки и конца вала сектора при сборке совмещают. Правильность установки сектора относительно гайки-рейки проверяется углом поворота сошки, он должен быть равен 38° в каждую сторону от среднего положения, которое определяется совпадением меток на торцах вала сектора картера рулевого механизма. Полный угол поворота сошки соответствует пяти оборотам рулевого колеса.

В рулевом механизме троллейбуса ЗИУ - 9 можно регулировать подшипники винта, зацепление сектора и гайки-рейки, зазор между ступицей рулевого колеса и упорной шайбой.

Регулировку подшипников винта производят в следующем порядке. Ставят колеса в положение для езды в прямом направлении, сливают масло из картера рулевого механизма, отсоединяют вилку карданного шарнира от винта рулевого механизма и сошку от продольной тяги. Покачивая сошку рукой, определяют наличие зазора в подшипниках. При наличии зазора нужно отвернуть болты стопорной шайбы, снять ее со штифта 4 регулировочной гайки и вращать регулировочную гайку по часовой стрелке до полного устранения зазора.

После восстановления натяга подшипников снять с помощью съемника сошку, вынуть сектор, соединить вилку карданного шарнира с винтом руля и проверить усилие, необходимое для поворота рулевого колеса. При правильно отрегулированных подшипниках усилие, необходимое для поворота рулевого колеса, должно быть 3-6 Н.

Затем устанавливают в обратном порядке стопорную шайбу, регулировочную гайку, сектор и сошку.

Зацепление сектора и гайки-рейки регулируют индикатором, покачивая сошку рукой. Если осевое перемещение превышает 0,2 мм, то проводят регулировку зацепления. Отвернув контргайку 23 регулировочного винта 24, вращают регулировочный винт по часовой стрелке до тех пор, пока зазор в зацеплении не станет равным нулю. Измеряя пружинным динамометром усилие на ободе рулевого колеса, доводят его, завинчивая регулировочный винт, соединяющий сошку с рулевой тягой. Свободный ход рулевого колеса при отрегулированном рулевом механизме не должен превышать в среднем положении 0,14 рад. Свободный ход рулевого колеса проверять при работающем гидронасосе, так как иначе предусмотренный зазор шарового пальца в корпусе распределителя не позволит установить действительный свободный ход рулевого колеса.

Для регулирования зазора между ступицей рулевого колеса и упорной шайбой отворачивают стопорный винт 18, и, перемещая шлицевую втулку 19 к ступице рулевого колеса, освобождают регулировочную гайку. Вращают регулировочную гайку 17 против часовой стрелки до упора, а затем в обратном направлении на 1/5 оборота. После этого перемещают шлицевую втулку в первоначальное положение и контрят ее стопорным винтом.

В картер рулевого механизма заливают масло. Игольчатые подшипники карданного шарнира смазывают трансмиссионным автотракторным маслом летним или зимним в зависимости от сезона.

Рулевой привод троллейбуса ЗИУ-9 состоит из рулевой сошки, закрепленной на валу сектора рулевого механизма; передней и задней продольно-рулевых тяг; рычага; гидроусилителя с распределительным устройством и гидронасосом, приводимым в действие электродвигателем; двуплечего рычага; двух поперечных рулевых тяг и рычагов цапф, образующих рулевую трапецию.

Рулевое колесо при вращении в ту или иную сторону сообщает рулевой сошке вращательное движение, и она передает его передней рулевой тяге, второй конец которой соединен с распределительным устройством гидроусилителя. Силовой цилиндр гидроусилителя со встроенным распределительным устройством через шаровой палец соединен с рычагом, который через заднюю рулевую тягу передает усилие на двуплечий рычаг. Двуплечий рычаг встроен в разрезную поперечную тягу, состоящую из двух тяг: правой и левой. Гидравлическая система усилителя включает в себя также трубопроводы и шланги.

Двуплечий рычаг устанавливается на валу в кронштейне. Вал вращается на двух конических подшипниках. Подшипники установлены в кронштейне предварительным натягом. При наличии зазора в них его устраняют, отвернув болты стопорной пластины, сняв ее и вращая регулировочную гайку.

При правильно отрегулированных подшипниках усилие, необходимое для вращения рычага на большом плече, не должно превышать 4,9-7,8 Н.

Поперечные рулевые тяги соединяют двуплечий рычаг с рычагами поворотных цапф.

Правая поперечная тяга состоит из трубы с двумя наконечниками. В наконечнике смонтирован шаровой шарнир, состоящий из шарового пальца, двух сферических вкладышей, пружины, регулировочной пробки со шплинтом и накладки с пружиной. Наконечник тяги кованый, он изогнут для соединения его с левой поперечной тягой. Наконечники разрезные и крепятся на трубе стяжными болтами.

Левая поперечная тяга также состоит из трубы с двумя наконечниками. Левый наконечник аналогичен вышеописанному, а в правом смонтировано два шаровых шарнира. Правый наконечник состоит из двух шаровых пальцев, трех сферических сухарей с проставочным кольцом, сферического сухаря, с хвостовиком для пружины и регулировочной пробки со шплинтом. Шарниры закрываются накладками с пружинами.

Регулировку схождения колес выполняются так, чтобы разница расстояний между торцами тормозных барабанов сзади и спереди была 4-6мм. Для этого левое управляемое колесо устанавливают в положение, соответствующее движению по прямой. Изменяя длину левой поперечной тяги, регулируют положение двуплечего рычага таким образом , чтобы ось симметрии была перпендикулярна оси балки переднего моста. Изменяя длину правой поперечной тяги, устанавливают требуемое схождение колес.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет рулевой сошки

Сила водителя, приложенная к рулевому колесу, создает момент, который скручивает, действует на рулевом валу, который рассчитывается на кручение в небезопасном пересечении по формуле: [2]

(3.1)

где Рв - максимальная сила водителя, которая принимается для рулевых управлений;

r - радиус рулевого колеса, мм.

Wk - момент опоры пересечения рулевого вала на кручение, который рассчитывается по формуле: [2]

(3.2)

где d - диаметр вала, мм.

Рулевая сошка должна быть рассчитана на изгибы и кручения, усилия продольной рулевой тяги будет наличие рассчитанным усилием для сошки и определяется по формуле: [2]

(3.3)

где: i - передаточное число рулевых механизмов;

L3 - плечо рулевой сошки, мм.

Напряжение на изгиб рулевой сошки составляет: [2]

(3.4)

Где: m - расстояние осей точки приложения силы Т небезопасного пересечения, М

Wи - момент опоры на изгиб рассчитывается по формуле: [2]

(3.5)

где: а - большая ось эллипса, мм.

В - малая ось эллипса, мм.

Напряжение на кручение рулевой сошки (на концах меньшей оси эллипса), рассчитывается по формуле: [2]

(3.6)

Где с - плече; Wк1 - момент опоры на кручение.

(3.7)

Результирующую напряжение рассчитываем по формуле: [2]

(3.8)

После расчёта сравниваем расчётное напряжение с предельно допустимым.

181,7кН/мм2? 362,67кН/мм2

3.2 Расчёт продольной рулевой тяги

Продольная рулевая тяга поддается растягиванию или небезопасной деформации - продольному изгибу.

Напряжение на растягивание находят из соотношения: [2]

(3.9)

троллейбус рулевой управление

Где: F1 - площадь пересечения продольной тяги: [2]

(3.10)

Где: rm - радиус рулевой тяги, мм.

Напряжение на продольный изгиб рассчитывается по формуле: [2]

 (3.11)

Где: Е - модуль упругости при растягивании.

I - момент инерции среднего пересечения продольной рулевой тяги: [2]

(3.12)

Где: ll - длинна продольной рулевой тяги, мм.

D - диаметр рулевой тяги, мм.

Отношение напряжения на продольный изгиб к напряжению на растягивание называемое запасом стойкости продольной рулевой тяги должно быть не меньше 1.

3.3 Расчет поперечной рулевой тяги

Усилие, которое действует на поперечную рулевую тягу, рассчитываем по формуле: [2]

 (3.13)

Где: h - расстояние между осью поворотной цапфы и напряжением оси продольной тяги;

h1 - расстояние между осями поворотной цапфы и поперечной рулевой тяги.

Напряжение на сжатие будет рассчитано по формуле: [2]

(3.14)

Где: F2 - площадь поперечного пересечения поперечной тяги. Для упрощения примем:

80384=80384

Напряжение на продольный изгиб: [2]

(3.15)

Где: l2 - длина поперечной рулевой тяги, мм.

Запас стойкости или коэффициент безопасности определяется по формуле: [2]

(3.16)

Должно выполниться условие к?1

При полученных результатах можно сказать, что рулевой механизм готов к эксплуатации и является безопасным. Напряжение, в сравнении с максимально допустимым, в норме. Отношение напряжения на продольный изгиб к напряжению на растягивание - в норме. Запас стойкости превышает 1, и соответствует требованиям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов М.Д. «Механическое оборудование электроподвижного состава городского транспорта» М. Транспорт 1980. 208с

2. Ефремов И.С. Кобозев В.М. «Механическое оборудование троллейбусов» М. Транспорт 1978. 311с

3. Ефремов И.С. Гущо-Малков Б.П. «Теория и расчет механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта» М.Стройиздат 1970. 480с

4. Троллейбус пассажирский 682Б (ЗИУ-9) Инструкция по эксплуатации 1982.

5. Правила технической эксплуатации троллейбуса.

Размещено на Allbest.ru