Раздел шестой
МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Глaва 17
УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ
Для направления движения подвижного состава применяют две группы устройств (см. § 1.2):
- управляемые водителем; к ним относятся рулевое управление безрельсового подвижного состава и механизмы управления колесами или колесными парами шарнирно сочлененного подвижного состава;
- управляемые специальными путевыми конструкциями; сюда относятся устройства направления движения транспорта на специальных путевых устройствах (рельсового, монорельсового, бирельсового и пр.).
Рулевое управление, применяемое на безрельсовом подвижном составе, представляет собой совокупность механизмов и устройств, которыми водитель поворачивает управляемые колеса экипажа, изменяя его направление движения.
Изменение направления движения безрельсового сочлененного подвижного состава и его маневренные качества обеспечиваются совместной работой рулевого управления и специальных устройств, поворачивающих управляемые колеса полуприцепа при взаимном перемещении секций сочлененного кузова в горизонтальной плоскости.
Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода. Поворот рулевого механизма осуществляется органом управления, который обычно представляет собой рулевое колесо, установленное на рулевой колонке. Рулевое колесо, в зависимости от компоновки кабины водителя, может связываться с рулевым механизмом валом, карданной передачей, yпругой муфтой, гидравлической или электрической передачей и т. д. По существующим нормативам на подвижном составе, работающем со скоростями выше 13,9 м/сек (50 км/ч), по условиям надежности и безопасности может применяться только механическая связь рулевого колеса и рулевого механизма. На подвижном составе городского электрического транспорта для этой цели используется обычно рулевой вал.
Для облегчения управления в привод включают усилитель рулевого привода (сервомеханизм). Принцип действия рулевого управления иллюстрирует схема, приведенная на рис. 17.1.
Рулевой механизм представляет собой зубчатую пару 4, заключенную в карьер 5. Входной вал рулевого механизма связан с рулевым колесом 1, установленным на рулевой колонке 2, валом 3. С выходным валом рулевого механизма соединяется рулевой привод управляемых колес, установленный на балке моста 7.
Рулевой привод состоит из трапеции, образованной поперечной тягой 12 и рычагами 10 и 14, и системы рычагов и тяг, связывающих ее с входным валом рулевого механизма*. Рулевая трапеция поворачивает управляемые колеса экипажа на разные углы, необходимые для качения колес без проскальзывания при повороте. Такой поворот управляемых колес достигается определенным выбором длин и углов установки рычагов 10 и 14.
Рис. 17.1. Схема рулевого управления
При повороте рулевого колеса передача 4 перемещает сошку 6, связанную шарнирно с продольной рулевой тягой 8, которая через рычаг 9 поворачивает цапфу 11 с установленным на ней колесом на угол α1.
Одновременно поворачивается рычаг 10, который через тягу 12 и рычаг 14 поворачивает цапфу 13 второго колеса на угол α2.
На отечественном подвижном составе применяют левое рулевое управление, т. е. управление с установкой рулевого колеса слева по ходу машины.
В качестве примера конструктивного исполнения на рис. 17.2 показано рулевое управление троллейбуса Тр-9. Его органом управления — рулевым колесом 1 — водитель поворачивает рулевой механизм 2.
Рис. 17.2. Рулевое управление троллейбуса ТР-9
* Эта связь може быть не только механической, но и гидравлической, электрической и пр.
На выходном валу рулевого механизма установлена сошка 3, которая через продольную рулевую тягу 4, рычаг 5 и поперечные тяги 6 рулевой трапеции поворачивают рычаги 7, связанные с поворотными цапфами 8 управляемых колес.
Для облегчения поворота рулевого колеса водителем рулевое управление имеет пневматический усилитель 9.
Рулевое управление обычно оценивается по легкости и удобству управления, передаточным числам, величине углов поворота управляемых колес, влиянию на стабилизацию управляемых колес.
Легкость управления характеризуется моментом М, на рулевом колесе при повороте машины и его углом поворота φ.
В рулевом управлении различают следующие передаточные числа:
- угловое передаточное число рулевого механизма;
- передаточное число рулевого привода;
- угловое передаточное число рулевого управления;
- силовое передаточное число рулевого управления.
Под угловым передаточным числом рулевого механизма понимают отношение
В зависимости от конструкции рулевого механизма его передаточное число может быть постоянным или переменным.
Желательным для рулевых механизмов является такой закон изменения передаточного числа iм в функции угла поворота рулевого колеса φ, при котором в области углов φ, близких к нулю, передаточное число имеет максимальные значения и резко снижается с увеличением угла φ.
Области углов φ, близких к нулю, соответствуют прямолинейному движению экипажа с высокими скоростями. В этом случае увеличение передаточного числа уменьшает чувствительность рулевого управления к небольшим изменениям углов поворота рулевого колеса, что облегчает управление, обеспечивает его высокую точность и снижает чувствительность к толчкам и ударам, передаваемым на рулевое колесо от управляемых колес. При увеличении углов поворота, т. е. при движении экипажа на кривых, которому соответствуют небольшие скорости, передаточное число должно уменьшаться, так как это ускоряет установку управляемых колес в нужное положение и улучшает маневренные качества подвижного состава. Характеристика рулевого механизма с переменным передаточным числом показана на рис. 17.3.
Передаточное число рулевого привода іп определяется длиной и взаимным расположением рычагов и тяг привода, которое в процессе поворота изменяется и приводит к изменению передаточного числа. В существующих конструкциях iп изменяется в пределах iп=0,85-1,1.
Угловое передаточное число рулевого управления представляет собой отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес и равно произведению передаточных чисел рулевого механизма и рулевого привода:
(17.2)
Обычно максимальный угол поворота управляемых колес экипажа не превышает 30—37°, а рулевого колеса— 1,5—2,5 оборота в каждую сторону. При этом угловое передаточное число 4=12,5-24.
(17.3)
где Мс — суммарный момент сопротивления повороту управляемых колес (Мс — момент сопротивления повороту i-го управляемого колеса).
Рис. 17.3. Зависимость передаточного числа рулевого механизма троллейбуса МТБ-82 от угла поворота рулевого колеса (рулевая пара «червяк-кривошип»)
Силовое передаточное число i выражает зависимость между моментами на рулевом колесе и управляемых колесах с учетом всех потерь на трение в рулевом управлении. Угловое же передаточное число может быть представлено отношением момента на рулевом колесе к теоретическому моменту сопротивления на управляемых колесах без учета потерь на трение в элементах рулевого управления. Поэтому между передаточными числами ic и существует соотношение:
(17.4)
где ηp— к. п. д. рулевого управления.
Основными задачами проектирования рулевого управления является обеспечение:
- минимальных усилий водителя, необходимых для управления экипажем при ограниченном угле поворота рулевого колеса;
- минимального люфта (свободного хода) рулевого колеса, необходимого для устойчивого движения экипажа на прямых участках пути с высокими скоростями;
- минимального влияния на стабилизацию управляемых колес;
- минимальной передачи на рулевое колесо ударов, испытываемых управляемыми колесами при движении по неровностям пути;
- правильной кинематики поворота, обеспечивающей качение колес при повороте без проскальзывания с минимальной потерей мощности и минимальным износом шин.
Кроме того, конструкция рулевого управлення должна отвечать общим требованиям надежности в работе, работоспособности, удобства обслуживания, минимального веса и т. п.