Способы поворота колесных машин

Под управляемостью понимается свойство автомобиля двигаться в заданном водителем направлении. Автомобиль может практически мгновенно реагировать на малейший поворот руля и устойчиво двигаться как в прямом направлении так и на поворотах или заметны его "рыскания" по дороге, когда заданное направление нарушается, происходит смещение автомобиля из стороны в сторо

ну. Такой автомобиль обладает плохой ''курсовой устойчивостью".

    Оценка этих свойств производится с помощью специальных испытаний по разработанным и утвержденным методикам.

  Наиболее часто управление колесных машин выполняется поворотом передних колес. Но известны и другие способы: за счет поворота соединенных шарнирно частей рамы, за счет поворота переднего моста, притормаживанием колес одной стороны машины.

На рис. 85 приведены схемы поворота автомобиля поворотом правляемых колес. 

  Для исключения бокового скольжения на повроте управляемые колеса должны быть повернуты таким образом, чтобы их оси пересекались на оси задних колес двухосного автомобиля – (рис. 91а). Точка эта называется центром поворота автомобиля.

 

Рис. 91. Схемы поворота управляемых колес автомобилей

 

   Для трех- и четырехосных автомобилей центры поворота располагаются на прямой, проходящей по середине между неуправляемыми мостами, в том числе на автомобиле с задними управляемыми колесами (рис. 91 г). Признаком правильного выбора конструкции системы поворота является отсутствие повышенного износа шин.

 На двухосных автомобилях более высокий износ протектора часто имеют шины передних управляемых колес,  на трех- и четырехосных автомобилях сильнее могут изнашиваться шины колес среднего и заднего мостов, т.к. на поворотах они катятся с боковым скольжением.

   Схема поворота четырехколесного экипажа была разработана в Германии в 1821 году Лангенспергером. На автомобиле эта схема впервые была применена французом Жанто в 1878 г. Основным элементом её является рулевая трапеция, состоящая из поперечной рулевой тяги, поворотных рычагов колес и балки моста. На автомобилях с независимой подвеской колес, чтобы не происходил поворот колес при качании автомобиля, когда сжимаются пружины подвески, поперечная тяга состоит из трех частей: центральной и двух боковых. Соединяющие эти тяги шарниры расплагаются напротив шарниров подвески.

 На автомобилях с червячным рулевым механизмом центральнгая тяга рулевой трапеции закрепляется на сошке руля и маятниковом рычаге, а на автомобилях с реечным рулевым механизмом центральная тяга заключена в корпус и выполнена в виде зубчатой рейки, с которой входит в зацепление шестерня, соединенная с рулевым валом.

   Способность автомобиля поворачиваться на площадке минимального размера называется маневренностью. Чтобы автомобиль имел минимальный радиус поворота, т.е. обладал хорошей маневренностью, угол поворота колесдолжен быть больше. На длинных грузовиках угол поворота колес доходит до 45⁰,

но чаще угол поворота бывает 35-37⁰. 

    Боковые поворотные рычаги рулевой трапеции устанавливаются наклонно к продольной оси автомобиля с таким расчетом, чтобы их оси пересекались по данным акад. Е.А. Чудакова в центре заднего моста, или на 0,7 колесной базы автомобиля от оси переднего моста – по данным Бюссиена. Угол наклона рычагов отрабатывается в процессе доводки автомобиля.

  Так как оси поворотных рычагов рулевой трапеции располагаются в разных фазах окружностей, по дугам которых перемещаются наружные концы поворотных рычагов, при перемещении соединенной с ними поперечной тяги поворотные рычаги повернуться на различные углы. Соответственно на разные углы повернуться и соединенные с рычагами управляемые колеса.

   Для удобства пользования автомобилем радиус его поворота должен быть минимально возможный. Управляемыми поэтому иногда делаются не только передние, но и задние колеса (рис. 91 г). Поворачиваются задние колеса  обычно в сторону, противоположную повороту передних колес.

     Недостатками такой системы кроме её сложности, является выезд задней части автомобиля в сторону, противоположную повороту передних колес, из-за чего трудно отъехать от стены, тротуара и т.п. Такой автомобиль, кроме того, склонен к опрокидыванию вследствие необычно крутых его поворотов. Чтобы устранить этот недостаток, поворот задних колес может откючаться, либо используются системы, позволяющие поворачивать задние колеса только тогда, когда угол поворота передних колес превышает 6...7 градусов, например, при маневрировании.

    Известны также конструкции легковых и грузовых автомобилей со всеми управляемыми колесами, в которых поворот задних колес может производиться в ту или иную сторону независимо от направления поворота передних. Такая система обеспечивает значительные преимущества перед поворотом только передних колес, позволяя пегковому автомобилю двигаться боком, например, при отъезде с места парковки, а также тягачу при транспортировании  длинных грузов по узким дорогам, когда он не вписывается в поворот и т.п.

   На большегрузных самосвалах и колесных тракторах типа “Кировец”, где  колеса из-за их большого диаметра не могут быть повернуты на сколь-нибудь значительный угол, т.к. упираются в раму, для поворота машины  рама делается из двух частей, соединенных шарниром  (рис. 92).  Одна часть рамы относительно другой может поворачиваться на угол 30 -35⁰.

Рис. 92. Колесная машина с шарнирной рамой

    Получили также распространение "одноосные тягачи", состоящие из одной ведущей оси, к которой на раме крепится двигатель, трансмиссия, кабина и сцепное устройство для крепления к полуприцепу (рис. 93).

 

Рис. 93. Одноосный тягач, повернутый относительно полуприцепа:

1 - одноосный тягач; 2 - полуприцеп

    Поворачивается одноосный тягач относительно полуприцепа двумя гидроцилиндрами Угол поворота – до 90⁰. Преимуществом такого способа поворота является возможность двигаться по кривой с радиусом, равным базе машины. Без полуприцепа одноосный тягач двигаться не может. Для транспортировки использует подставка в виде управляемого колеса, установливаемая под передним бампером.  

   В 60-х годах одноосные тягачи МАЗ-529 изготавливались на КЗКТ. Используются одноосные тягачи для скреперов.  Колеса соединенного с одноосным тягачем скрепера не являются ведущими, при наборе грунта скрепер сзади толкается трактором.

  Известен также поворот колесных машин т о р м о ж е н и е м  колес одной стороны. В основном это короткобазные  строительные машины и другая специальная   техника. Преимуществом такого  способа является очень малый радиус поворота, который при использовании дифференциального привода может равняться половине колеи машины, что удобно на небольших строительных площадках. Недостатком этого способа является скольжение колес на повороте и, как результат, повышенный износ шин и высокая мощность, расходуемая на поворот. До 5...7 градусов поворот происходит обычно за счет деформации шин, а далее имеет место их интенсивное скольжение.

Рассмотрим упраляемость автомобиля наиболее часто используемым способом – поворомом передних колес. Как следуеит из рис.89, управлякмые колеса поворачиваются на разные углы, причем угол поворота внутреннего колеса больше чем наружного. Разница в углах поворота управляемых колес непостоянна, на тем больше, чем больше углы поворота колес.

На рис. 94 показана теоретическая 1 и действительная 2 зависимости между углами поворота нагруженного θ_н и внутреннего θ_вн колес автомобиля.

Но реальный угол поворота внутреннего колеса делается несколько меньше теоретически необходимого. Объясняется это тем, что при движении на повороте происходит перераспределение веса автомобиля: наружные колеса загружаются  больше, боковая деформация их также больше. Окончательное решение, касающееся величины углов поворота, принимается по результатам износа шин при испытаниях автомобиля.

Рис. 94. Зависимости между углами

поворота  наружного и внутреннего

управляемых колес автомобиля:

 1 – без учета увода; 2 – с учетом увода

    При повороте внутреннего колеса на 20⁰, наружное поворачивается на угол:

ВАЗ-2105, -2107       – 16⁰ 30'  Г А З - 53   – 17⁰ 30'

"Москвич" -2140       –  17⁰ 25'     З И Л - 130     – 18⁰

Г А З - 3110               – 18⁰ 30'     М А З - 5335 – 17⁰ 50'

   Средний угол поворота колес θ_срможет быть найден пз выражения  

tq θ_ср = L / R.

    Максимальный угол поворота наружного управляемого колеса бывает до 45⁰ (например, на грузовике ЗИЛ-4331). На автомобилях с ведущими управляемыми колесами УАЗ-469, ЗИЛ-131 максимальный угол поворота наружного колеса 29⁰. При бóльшем угле выходит из строя шарнир привода колеса.

    Теоретическая зависимость между углами поворота наружного θ_н и внутреннего θ_вн управляемых колес, базой автомобиля L, расстоянием между осями поворота колес l_о может быть выражена  (рис. 95):

(R + l₀ /2)/L = ctg θ_н      и  (R – l₀ /2) /L = ctg θ_вн.

  Решая эти уравнения, получим

           ctq θ_н – ctq θ_вн = l₀ /L.        (69)

   

  Зависимость (69) называется условием поворачиваемости автомобиля без скoльжения колёс. 

 

       

Рис. 95. Схема поворота двухосного

автомобиля

 

Увод колес автообиля

Под действием нагрузок шина колеса автомобиля деформируется в зоне контакта с дорогой не только в вертикальном (радиальном), но также окружном и боковом направлениях. Боковая деформация ведет к изменению направления качения колеса. Явление это называется уводом колеса. Чем больше боковая сила, тем больше угол увода.

Сопротивление уводу шины характеризуется коэффициентом сопротивления уводу. Зависимость между действующей на колесо боковой силой, коэффициентом сопротивления уводу и углом увода можно выразить:

                                             Р _п = К_d ×  d,                                                   (70)

где Р_п – боковая сила; К_d – коэффициент сопротивления уводу; d – угол увода.

  Практически линейная зависимость между Р_п и d вначале (рис. 96) изменяется при больших боковых силах из-за появляющегося после 6⁰...8⁰ увода проскальзывания шины на дороге, а потом и полного её скольжения. Если скольжение не превышает 15%, управляемость считается удовлетворительной.  

    Угол увода зависит от боковой жесткости шины: чем больше боковая жесткость (выше давление, толще боковина), тем меньше увод.  С увеличением числа слоев нитей корда в каркасе шины коэффициент сопротивления уводу возрастает. Зависит он и от расположения нитей корда в шине: (шины с радиальным расположением нитей корда – шины типа "Р") имеют коэффициент сопротивления уводу на 10-15% меньше, чем шины, нити корда  которых распложены под углом 40-42⁰ к средней плоскости колеса  (диагональные шины). Увод колес с радиальными шинами будет настолько же больше.

    Низкопрофильные шины (ГОСТ 20993-75) имеют более высокую боковую жесткость, чем тороидальные шины и, следовательно, меньший увод. Этим, а также лучшей плавностью хода автомобилей на таких шинах объясняется их широкое  распространение на легковых автомобилях.

   В реальных условиях колеса автомобиля почти все гда катятся с уводом. Из-за центробежной силы даже при небольших поворотах колеса имеют увод 2...3⁰. При уводе 5-6⁰ коэффициент сопротивления качению колеса возрастает в 1,6...2 раза.

 

Рис. 96. Зависимость между

 действующей боковой силой

и углом увода колеса           

       

   Увод колес существенно влияет на управляемость автомобиля. Радиус поворота автомобиля с учетом увода передних и задних колес может быть больше или меньше, чем в случае, когда увод отсутствует. Значения коэффициентов сопротивления уводу диагональных и некоторыхрадиальных шин приводятся в табл. 13 и 13а.

Таблица 13