РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛИВАНЬ КЕРОВАНИХ КОЛІС, ВИКЛИКАНИХ ГІДРАВЛІЧНИМ ПІДСИЛЮВАЧЕМ
2.1. Загальні передумови до досліджень
Кермове керування з керованим мостом і колесами об'єднані функціональними вимогами до них у цілісну систему автомобіля. До таких вимог до системи відносяться: легкість керування, стабілізація та стійкість керованих коліс проти коливань, довговічність шин, маневреність автомобіля, кінематична чутливість кермового керування. Відповідно до робіт [68-69] цю систему автомобіля будемо називати надалі колісним керуючим модулем, а функціональні властивості будуть формуватися процесами, що протікають у ній. Принципову схему колісного керуючого модуля зображено на рис. 2.1.
З аналізу рис. 2.1 видно, що система кермового керування автомобіля може бути представлена в загальному випадку у вигляді сукупності двох складових: механічної та гідравлічної. Для забезпечення безпеки руху гідравлічна складова підключається паралельно механічній, а тому при виході з ладу гідравлічної складової автомобіль не втрачає керованості. Силовий зв'язок цих двох складових здійснюється в силовому циліндрі. При цьому шток будемо відносити до механічної складової, а порожнини силового циліндра, обмежені штоком і циліндром, - до гідравлічної. Керуючий зв'язок двох складових здійснюється розподільником. Центруючий торсион і пов'язаний з ним золотник будемо відносити до механічної складової, а порожнини розподільника - до гідравлічної.
Слід зазначити, що основною складовою кермового керування є механічна, яка визначає кінематику повороту керованих коліс і може функціонувати самостійно при відключенні гідравлічної.
Рис. 2.1. Принципова схема колісного керуючого модуля:
1-кермове колесо; 2-бачок з маслом; 3-насос; 4-розподільник; 5-кермовий механізм; 6-кермовий привод; 7-гнучкі трубопроводи; 8-силовий циліндр; 9-керовані колеса; 10-керований міст
Стосовно гідравлічної складової, то її основною задачею для вантажних автомобілів є зменшення зусилля на кермовому колесі як при повороті нерухомого автомобіля, так і під час руху. Для легкового автомобіля ця складова забезпечує утримання автомобіля на дорозі при екстреній втраті тиску повітря в шині керованого колеса, а також зручність управління.
Виходячи з указаного вище, на рис. 2.2 зображено схему механічної складової колісного керуючого модуля. У даній конструкції зусилля, що прикладається водієм до кермового колеса 1, передається на торсион 2 і через гвинтову передачу - на золотник 3. При цьому обертальний рух кермового колеса через гвинтову передачу забезпечує осьове переміщення золотника. Хід золотника від нейтрального положення для більшості автомобілів, як правило, знаходиться в межах 1+0,5 мм. Кут закручування торсиону складає 10±0,5 о і забезпечується радіальним зазором у шліцьовому з'єднанні кермового валу з гвинтом кермового механізму.
Рис. 2.2. Принципова схема колісного керуючого модуля з механічною складовою системи кермового керування:
1-кермове колесо; 2-торсион; 3-золотник; 4-кермовий механізм; 5-кермовий привод; 6-керовані колеса; 7-шток силового циліндра; 8-керований міст
При куті повороту кермового колеса більшому за 10±0,5 о вільний хід у шліцьовому з'єднанні вибирається, і зусилля водія передається, минувши торсион, через кермовий механізм і кермовий привод до керованих коліс.
Принципову схему гідравлічної складової системи кермового керування зображено на рис. 2.3. З його аналізу випливає, що гідравлічна складова включає джерело енергії, яким є масляний насос 3 з розширювальним бачком 2, порожнини розподільника 1, порожнини силового циліндра 5 і трубопроводи. Масло, що нагнітається насосом при роботі двигуна, підводиться до розподільника. При переміщенні золотника відносно корпусу розподільника масло залежно від напряму його зміщення буде підводитися до однієї з порожнин силового циліндра 5. Друга порожнина силового циліндра при цьому через розподільник з'єднується із зливним бачком 2.
Рис. 2.3. Принципова схема гідравлічної складової системи кермового керування:
1-порожнини розподільника; 2-бачок з маслом; 3-насос; 4-реактивні плунжери; 5-порожнини силового циліндра; 6-трубопроводи; Fкер - керуючий сигнал; Fшт - зусилля на штоці, створюване тиском масла.
Зміщення золотника відносно корпусу розподільника може здійснюватися або водієм через кермове колесо, або поворотом сошки кермового механізму. У другому випадку передача керуючого сигналу Fкер від керованих коліс на золотник відбувається через кермовий привод, сошку та кермовий механізм. Якщо жорсткість торсиону не буде узгодженою з моментом опору повороту кермового валу, то при виході автомобіля з криволінійної траєкторії та знятому зусиллі із кермового колеса золотник буде зміщуватися з нейтрального положення і тим самим створювати опір перетіканню рідини через розподільник. Це негативно позначиться на стабілізації керованих коліс такої машини.
З аналізу літературних джерел [9, 14 - 17, 39, 50, 60, 63] випливає, що на стійкість колісного керуючого модуля проти коливань у загальному випадку впливають пружність рідини за наявності в ній нерозчиненого повітря, демпфувальні та пружні властивості трубопроводів, жорсткість кермового керування, тертя в підшипниках шворневих вузлів і шарнірах кермового керування, момент інерції керованого колеса, а також шина з її пружними та демпфувальними властивостями, кермовий привод та інші параметри. Враховуючи різноманіття чинників, що формують стійкість керованих коліс проти коливань, викликаних гідравлічним підсилювачем, проведемо дослідження, прийнявши такі припущення:
- дослідження коливань керованих коліс, викликаних гідравлічним підсилювачем кермового управління, проводяться при нерухомому автомобілі. Справедливість такого допущення підтверджується результатами аналізу літературних джерел [17, 50]. Відповідно до цих досліджень встановлено, що відсутність коливань коліс нерухомо