ИСПЫТАНИЕ И ДОВОДКА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ЗИЛ-130

  Главная      Автомобили - ЗИЛ     Шасси автомобиля ЗИЛ-130 (Кригер А.М.) - 1973 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

 

ИСПЫТАНИЕ И ДОВОДКА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ЗИЛ-130

В то время, когда завод начинал работу по созданию автомобиля ЗИЛ-130, не было массового производства грузовых автомобилей с гидроусилителем, объединенным с рулевым механизмом. Вследствие этого, а также учитывая, что узлы рулевого управления имеют большое значение для безопасности движения, особое внимание было обращено на их испытание и доводку. Часть исследовательских работ проводилась заводом совместно с НАМИ.

Основные испытания предусматривали: проверку работоспособности и необходимую доводку в стационарной лаборатории; лабораторно-дорожные испытания на автомобилях ЗИЛ-130; проверку работы узлов рулевого управления в разнообразных эксплуатационных условиях в автохозяйствах на автомобилях
ЗИЛ-130, ЗИЛ-164, ЗИЛ-157 с получением отзывов водителей и технического персонала автохозяйств; стендовые износные испытания узлов рулевого управления; проверку нагруженности узлов и деталей рулевого управления и стендовые испытания их на прочность.



Лабораторно-дорожные испытания рулевого управления на автомобилях



После установки рулевых механизмов с гидроусилителем на автомобили был выявлен ряд дефектов. В частности, было обнаружено виляние передних колес при движении автомобиля с большой скоростью по прямой и недостаточно четкая стабилизация колес. НАМИ совместно с заводом провел исследования причин этих дефектов, определил силы, действующие в рулевом управлении автомобиля ЗИЛ-130, и дал рекомендации по устранению дефектов. Результаты испытаний показали следующее: при правильной установке шкворней передних колес виляние последних не превышает нормы; гидроусилитель обеспечивает требуемое усилие для управления автомобилем, и устойчивость его при движении в заданном направлении одинакова как с усилителем, так и без него; при наличии гидроусилителя толчки от дороги не передаются на рулевое колесо.

Для улучшения стабилизации передних колес была увеличена жесткость центрирующих пружин рулевого механизма.

В дальнейшем было выявлено, что в некоторых случаях автомобиль недостаточно хорошо держит дорогу. Этот дефект был устранен увеличением момента затяжки регулировочной гайки упорных шарикоподшипников рулевого механизма. При этом была устранена возможность незначительного осевого перемещения золотника клапана управления относительно винта.



Проверка рулевого управления в эксплуатации



Подготовленные рулевые механизмы и насосы рулевого управления ЗИЛ-130 были установлены на автомобили ЗИЛ-164 и самосвалы ЗИЛ-ММЗ-585 в автохозяйствах Крыма, Таджикистана, Якутии, Рязанской области, а также Москвы. Привод от рулевого механизма к поворотному кулаку осуществлялся двумя продольными рулевыми тягами через маятниковый рычаг.

Автомобили были переданы автохозяйствам, где их эксплуатация и техническое обслуживание производились водителями этой организации. Значительная часть автомобилей имела пробеги около 100 тыс. км.

В отзывах водителей и технических руководителей автохозяйств были отмечены: значительно меньшая утомляемость водителей, лучшая маневренность автомобиля, повышение средней технической скорости, особенно на горных дорогах, отсутствие

 

затруднений при управлении автомобилем и его обслуживании, а также более легкое преодоление труднопроходимых мест и повышение производительности труда. Автомобиль хорошо держал дорогу, имел удовлетворительный возврат управляемых колес после поворота в положение, соответствующее прямолинейному движению; поворот автомобиля происходил плавно. Отзывы подтверждали целесообразность применения гидроусилителя рулевого управления.

В данном случае на оценку рулевого управления было исключено влияние улучшенной подвески, удобства посадки водителя, уменьшенного числа переключений коробки передач и других мероприятий, реализованных в конструкции автомобиля ЗИЛ-130, поэтому целесообразность установки гидроусилителя на грузовых автомобилях средней грузоподъемности была очевидна.

 

Стендовые испытания рулевого управления

Испытания рулевого механизма производились на стенде, который имитировал условия работы на автомобиле. С этой целью сила прикладывалась к шаровому пальцу сошки и величину ее можно было регулировать. Первоначально нагрузка на валу сошки была равна 70 кгс-м (в среднем положении сошки), что соответствовало нагрузке, принятой при испытаниях рулевого управления без усилителя автомобиля ЗИЛ-164 по методике Кутаисского автомобильного завода. Давление в системе гидроусилителя при этом составляло около 25 кгс/см2. Эта нагрузка соответствовала средним условиям работы механизма, но даже при длительных испытаниях существенных износов деталей получить не удалось. В дальнейшем испытания проводились при нагрузке 100 и 130 кгс-м.

В результате стендовых испытаний на износ, проводившихся в объеме до 160 000 циклов, было выявлено, что износостойкость деталей рулевого управления ЗИЛ-130 значительно превышает износостойкость рулевого управления без усилителя автомобиля ЗИЛ-164.

Как показало сравнение величины и характера износа деталей при крутящем моменте 100 кгс-м на сошке, каждые 100 тыс. циклов работы рулевого механизма на стенде соответствовали 100 тыс. км пробега автомобиля ЗИЛ-130 в средних дорожных условиях.

При испытаниях на стенде было установлено следующее:

1. Необходимость замены материала втулок картера рулевого механизма на бронзу Бр. ОЦС 4-4-2,5 вместо томпака Л О 90-1 для повышения срока службы втулок и сальника вала сошки.

2. Возможность укорочения шариковой гайки. Износ винтовой пары как с 2,5 витками, так и с 1,5 витками был практически одинаков. Уменьшение числа рабочих витков гайки значи-

 

тельно упростило шлифование канавки детали и уменьшило массу рулевого механизма.

3. Необходимость повышения износостойкости узла регулировочный винт — вал сошки. В результате увеличения твердости и введения фосфатирования регулировочных шайб были устранены задиры на них и на регулировочном винте и износостойкость узла была доведена до требуемой величины.

В начальной стадии стендовых испытаний насоса гидроусилителя на износ было установлено, что при постоянном давлении износа деталей практически не наблюдается. В связи с этим в дальнейшем испытания велись при пульсирующем давлении.

Обычные испытания на износ производились при частоте вращения вала насоса 3000 об/мин и температуре масла в бачке насоса 115—125° С. Давление резко менялось с 20 до 70 кгс/см2 и, наоборот, с частотой 125 циклов в минуту. Как показало сравнение величин и характера износа деталей насоса на этом режиме, каждые 100 ч работы на стенде соответствовали 100 тыс. км пробега автомобиля ЗИЛ-130 в средних дорожных условиях.

При форсированных испытаниях частота пульсаций давления уменьшалась до одного цикла в минуту с сохранением остальных параметров режима, который соответствовал повороту автомобиля при движении по глубокой колее на понижающей передаче и приводил к резкому повышению температуры трущихся деталей.

Испытания подшипников на долговечность, кроме износного режима, велись также при максимальной частоте вращения вала насоса (4500 об/мин) и пульсирующем давлении от 10 до 30 кгс/см2.

При доводочных работах, обеспечивших необходимую надежность насоса, было сделано следующее.

1. Подобраны оптимальные осевые зазоры между торцами деталей насоса и подтверждена целесообразность противозадирного химического сульфидирования ротора. Выявлено влияние притупления кромок лопастей радиусом 0,07—0,12 мм на устранение задиров. В производстве притупление кромок осуществляется с помощью виброгалтовки. Подтверждена правильность выбора ряда допусков и посадок и, в частности, свободной посадки ротора на шлицы, а также возможность некоторого расширения допуска на перпендикулярность образующей статора, что позволило ввести хонингование и устранить задиры вследствие прижогов при шлифовании.

2. Отработана конструкция разгрузочной канавки на торце корпуса насоса. В результате внедрения ее долговочность насоса возросла в среднем с 40 до 150 тыс. км и более. Установлена недопустимость работы насоса при температуре масла выше 120° С, которая может возникать на автомобилях при большой частоте вращения коленчатого вала и одновременно высоком

давлении в системе (например, в случае движения автомобиля на первой или второй передаче по тяжелой грунтовой дороге с большим количеством поворотов).

3. Уменьшена кавитация путем подбора соответствующих сечений каналов коллектора. При этом производился замер давлений в различных точках всасывающего тракта. Разрежение в нем было снижено со 105 до 32 мм рт. ст., что уменьшило шум насоса при работе и устранило некоторый кавитационный износ.

4. Подобрано всесезонное масло Р(ТУ38-101179—71), пригодное для работы во всех климатических зонах Советского Союза и имеющее повышенную стабильность. При этом было установлено большое влияние термообработки поковки на износостойкость статора насоса, устраняющей появление карбидной сетки в окончательно изготовленной детали, а также режима шлифования, при котором возможны недопустимые прижоги. Подтверждена возможность значительного повышения износостойкости рабочей поверхности статора при изготовлении его из специального закаленного чугуна.

5. Проверена долговечность различных типов и размеров шариковых и игольчатых подшипников вала насоса и произведен окончательный выбор их. Установлено, что игольчатый подшипник со штампованным наружным кольцом не обеспечивает необходимого ресурса; был применен игольчатый подшипник с массивным наружным кольцом. Кроме того, были также увеличены размеры шарикоподшипника.

Стендовые испытания сальников вала сошки проводились на многопозиционном стенде, на котором они устанавливались так же, как в рулевом механизме. Вал проворачивался на 100° с частотой восемь циклов в минуту и имел биение 0,25 мм. Сальники нагружались резко пульсирующим давлением масла от 0 до 100 кгс/см2 при температуре 70—80° С с частотой 125 циклов в минуту.

На этом стенде было выявлено, что решающее значение для устранения течей, вызываемых разрывом сальников, имеет наличие прочной связи резины с кольцом жесткости сальника. Затем была отработана конфигурация упорного кольца 34 сальника (см. рис. 76) и проверена и подтверждена целесообразность запрессовки сальника 33 вместе с упорным и стопорным кольцами до захода последнего в канавку. Вследствие этого был устранен зазор между торцами сальника и упорного кольца, что уменьшило возможность разрыва сальника. Одновременно завод— изготовитель сальников повысил прочность связи резины с кольцом жесткости.

В результате проведенных мероприятий долговечность сальников вала сошки на стенде была повышена с 20 до 500 ч и более.

Стендовые испытания сальников вала насоса гидроусилителя велись по принятой на заводе методике, аналогичной методикам

 

SAE и Фиат, но при более высокой температуре, равной 130° С. При этих испытаниях сальник смещался относительно оси вала на 0,25 мм, а сам вал имел биение 0,25 мм. Частота вращения равна 4000 об/мин.

Наряду с проверкой долговечности серийных сальников была проверена долговечность сальников из фторкаучука и подтверждена целесообразность их применения, несмотря на более высокую стоимость. Эти сальники были внедрены в производство.

Стендовые испытания шлангов высокого и низкого давления проводились на многопозиционном стенде, на котором их устанавливали в том же положении, что и на автомобиле *. Через шланги протекало масло под давлением, пульсирующим от 0 до 65 кгс/см2 для шлангов высокого и от 0 до 10 кгс/см2 для шлангов низкого давления. Частота пульсации составляла 41 цикл в минуту, температура масла 115—125° С, а воздуха под кожухом стенда 80—100° С.

Конструкция стенда предусматривала также возможность определенного перемещения шлангов относительно друг друга. Однако в процессе испытаний было выявлено, что использовать это перемещение нецелесообразно, так как деформация шлангов вследствие пульсации давления значительно больше.

Во время испытания шлангов была подтверждена эффективность изменения параметров и материала оплетки, предложенных заводом-изготовителем, проверены различные марки резины. В частности, была установлена невозможность использования шлангов с простой лавсановой оплеткой и подтверждена целесообразность шлангов с комбинированной оплеткой, состоящей из лавсановых или капроновых нитей, оплетенных хлопчатобумажными нитями. Шланги с этой оплеткой, имеющие большую долговечность, внедрены в производство.

На стенде были проведены работы по определению оптимальной величины обжатия наконечников и доводке их конструкции. В частности было выявлено, что для долговечности шлангов решающее значение имеет тщательное затупление всех острых кромок арматуры.

Цикл испытаний шлангов из фторкаучука показал, что внедрение шлангов высокого давления в сочетании с серийными наконечниками невозможно из-за недостаточной прочности резины.

 

 

Испытание рулевого управления на прочность

Исследования нагруженности узлов и деталей рулевого управления были проведены в различных дорожных условиях. Эти исследования включали определение спектров сил на продоль-

ной рулевой тяге, давлений в системе гидроусилителя и частоты вращения вала насоса. Испытания велись при различных скоростях движения автомобиля вплоть до максимально возможных по условиям плавности хода и устойчивости автомобиля для дороги данного типа.

В результате испытаний было выявлено, что наибольшая статическая нагрузка на рулевое управление создается при повороте на сухом асфальте. Наибольшие циклические нагрузки, определяющие усталостную прочность деталей, возникают при движении автомобиля по булыжному шоссе. При испытании на шоссе хорошего качества и на разбитом были получены величины одного порядка. Это объясняется тем, что в первом случае возможная скорость движения автомобиля значительно выше, чем во втором.

Эти спектры, дающие частотное распределение указанных выше величин, позволили уточнить режимы испытаний узлов рулевого управления и определить нагрузки, при которых следует вести усталостные стендовые испытания деталей. В дальнейшем сопоставление спектров сил с кривыми усталости отдельных испытуемых деталей дало возможность рассчитать их долговечность.

Заводом проводились усталостные испытания шаровых пальцев, сошки, рычагов рулевого управления, вала сошки, зубьев поршня-рейки, регулировочного винта, винта рулевого управления и шариковой винтовой пары в целом. В результате испытаний была установлена целесообразность увеличения диаметра цапфы шарового пальца сошки и сечения сошки, введения дробеструйной обработки последней, а также усиления буртика регулировочного винта. Была также подтверждена удовлетворительная прочность остальных деталей в обычном исполнении.

Расчетная долговечность нижнего поворотного рычага, полученная путем сопоставления его кривой усталости со спектром нагруження, определенном при движении автомобиля по булыжному шоссе со средней скоростью 40 км/ч, составляет 90 тыс. км. Указанную величину можно считать удовлетворительной и принять ее за единицу. Тогда относительная долговечность деталей рулевого управления выразится следующими величинами:

 

Нижний поворотный рычаг ........1

Вал сошки.......8,1......12


Шаровой палец сошки . .8,6

 

 

 

Несмотря на высокую усталостную прочность вала сошки, были случаи его поломок в эксплуатации после короткого пробега, главным образом зимой. Поломки происходили в сечении у сошки и не носили усталостного характера. Не было обнаружено также нарушений технических условий или технологического процесса.

 

Обследование показало, что поломки связаны с наездами на препятствие, обычно в аварийной ситуации и, как правило, сопровождаются другими повреждениями автомобиля. Для выявления условий, в которых могут происходить подобные поломки, завод провел соответствующее исследование. Было установлено, что поломка вала сошки, аналогичная имевшим место в эксплуатации, происходит только при наезде левым передним колесом, повернутым влево приблизительно на 15°, на препятствие высотой 350 мм со скоростью 15—20 км/ч. При этом направление движения автомобиля было перпендикулярным к препятствию; это обеспечивалось тем, что движение происходило по ледяной дорожке. При испытаниях тензометрами фиксировалось время нарастания нагрузки на сошку. Одновременно с разрушением вала сошки наблюдались серьезные повреждения других деталей автомобиля.

Таким образом, было подтверждено, что поломки валов сошек происходят в аварийной ситуации.

Для максимально возможного увеличения ударной прочности вала сошки его стали изготовлять из стали 20Х2Н4А вместо стали 25ХГТ.

Шаровой палец сошки из-за ограниченного места запрессовывался в сошку и приваривался к ней. Замена изношенного пальца была возможна только в больших автохозяйствах, в которых можно было осуществлять приварку нового пальца в среде углекислого газа. Чтобы облегчить замену шарового пальца, была разработана и внедрена конструкция сошки с разрезной нижней головкой и клеммовым креплением шарового пальца, при которых полностью устранена возможность контакта деталей с покрышкой.

Заводом был спроектирован и изготовлен стенд, позволяющий исследовать работу узлов рулевого управления на переменных режимах.

В результате проведенных мероприятий долговечность рулевого механизма превышает 350 тыс. км, а долговечность насоса гидроусилителя соответствует долговечности двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..