Повышение надежности рулевого управления грузового автомобиля с разработкой стенда развал-схождения

Состав чертежей

1. Анализ производственной деятельности агрохозяйства А1
2. Общий вид стенда для проверки развал-схождения колес грузовых автомобилей А1
3. Сборочный чертеж диагностирующего устройства для установки углов управляемых колес А1
4. Сборочный чертеж подъемного устройства стенда А1
5. Цилиндр пневматический в сборе А1
6. Сборочные узлы А1
7. Рабочие чертежи деталей 2хА1
8. Технологическая карта А1
9. Показатели экономической эффективности А1

Описание

В дипломной работе проводится расчет рулевого управления, его основных параметров, рассчитываются конструктивные элементы.
В дипломе разработан подробный технологический процесс диагностирования и ремонта механизма рулевого управления.
В проекте выполнено исследование существующих конструкций оборудования для замера углов установки колес машин. Составлены схемы классификации статических и динамических стендов. В результате выполненной исследовательской части в проекте предложена простая по своему исполнению, надежная и современная конструкция стенда для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес грузовых автомобилей.
Стенд состоит из - экрана с излучателем, который закреплен на подставке, и подъемного устройства для вывешивания колес грузового автомобиля. Расстояние от левого и правого экрана до отражателей может быть разным, что учитывается при вычислениях. Чем больше расстояние, тем крупнее будут измеряемые величины на экране, а следовательно, точность.

В качестве источников излучения предлагается использовать оптические указки, имеющиеся в розничной торговле, почти в каждом магазине. Второе приспособление устанавливаем на колесо - это зеркало, отражающее на экран луч указки. Еще одно приспособление - центрирующие экраны.
Подъемник канавный, предназначен для вывешивания одной или спаренных осей грузовых автомобилей, а также может быть использован для подъема агрегатов расположенных в нем.
В проекте выполнены расчеты теоретического определения взаимосвязи углов развала и схождения на примере прототипа диагностируемого автомобиля марки DAF.

Оптический стенд для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес автомобиля позволяет увеличить скорость проведения операции, повысить качество выполняемых работ и снизить трудоемкость. Подвижный краб с нанесенной разметкой предназначен для выполнения операции диагностирования на грузовых автомобилях.

В пояснительной записке приведены необходимые технологические и прочностные расчеты для изготовления данного стенда, а также разработана подробная методика изготовления диагностирующего устройства.
Разработана технологическая карта проверки развал-схождения на спроектированном стенде.
Исходя из всего вышесказанного в результате применения разработки возможно получение информации о техническом состоянии автомобиля, которая позволяет своевременно обнаружить и предотвратить отказы рулевого управления, поддерживать оптимальные регулировки, сократить простои из-за технических неисправностей, квалифицированно оценить техническое состояние составных частей рулевого управления машины и разработать рекомендации по выполнению предупредительных операций.

В экономическом разделе рассчитан экономический эффект от внедрения нового оборудования. Предлагаемый инженерный проект окупится предприятию за 0,8 года и общая эффективность составит 30%, а годовой экономический эффект 125000 рублей при единовременных капитальных вложениях в размере 97590 руб.
Таким образом, обеспечивая оптимальные регулировки геометрии колес автомобиля экономится топливо, увеличивается ресурс шин и безопасность движения, уменьшается загрязнение окружающей среды.

Обзор диплома:

 2.2 Анализ известных конструкций рулевого управления 

Рулевое колесо через свой вал передает на рулевой механизм вращающий момент, развиваемый водителем, и преобразует его в силы растяжения с одной стороны, и силы сжатия с другой, которые через боковые тяги воздействует на поворотные рычаги рулевой трапеции. Последние закреплены на поворотных цапфах и поворачивают их на требуемый угол. Поворот происходит вокруг шкворневых осей. Рулевые механизмы делятся на механизмы с вращательным и возвратно-поступательным движением на выходе [1, 2].

На легковые автомобили устанавливаются рулевые механизмы трех видов:

червячного типа, типа “винт-гайка-шарнир”, реечного типа.

В зависимости от того, какие колеса являются управляемыми, рулевое управление бывает передних, задних колес и всех четырех сразу.

Некоторые системы рулевого управления оснащены усилителем, которым может быть электрическим, гидравлическим, пневматическим.

2.2.1 Рулевой механизм червячного типа

Рулевой механизм червячного типа состоит из [2]:

• - рулевого колеса с валом,
• - картера червячной пары,
• - пары «червяк-ролик»,
• - рулевой сошки.

В картере рулевого механизма в постоянном зацеплении находится пара «червяк-ролик». Червяк есть не что иное, как нижний конец рулевого вала, а ролик, в свою очередь, находится на валу рулевой сошки. При вращении рулевого колеса ролик начинает перемещаться по винтовой нарезке червяка, что приводит к повороту вала рулевой сошки. Червячная пара, как и любое другое зубчатое соединение, требует смазки, и поэтому в картер рулевого механизма заливается масло, марка которого указана в инструкции к автомобилю. Результатом взаимодействия пары «червяк-ролик» является преобразование вращения рулевого колеса в поворот рулевой сошки в ту или другую сторону. А далее усилие передается на рулевой привод и от него уже на управляемые (передние) колеса.

Рисунок 2.2 - Рулевой механизм червячного типа

Рулевой привод, применяемый с механизмом червячного типа, включает [2]:

• - правую и левую боковые тяги,
• - среднюю тягу,
• - маятниковый рычаг,
• - правый и левый поворотные рычаги колес.

Каждая рулевая тяга на своих концах имеет шарниры, для того чтобы подвижные детали рулевого привода могли свободно поворачиваться относительно друг друга и кузова в разных плоскостях.

К достоинствам механизма «червяк-ролик» относятся:

• низкая склонность к передаче ударов от дорожных неровностей,
• большие углы поворота колес,
• возможность передачи больших усилий.

Недостатками являются:

• - большое количество тяг и шарнирных сочленений с вечно накапливающимися люфтами,
• - «тяжелый» и малоинформативный руль,
• - сложности в технологии изготовления.

2.2.2 Рулевой механизм типа “винт-гайка-сектор” 

1 — распределитель; 2 — винт; 3 — шарики с трубкой рециркуляции; 4 — поршень-рейка; 5 — зубчатый сектор; 6 — вал сошки; 7 — ограничительный клапан

Рисунок 2.3 - Рулевой механизм типа "винт — шариковая гайка — рейка — сектор"

Полное название - "винт-шариковая гайка-рейка-сектор". Винт 2, которым оканчивается рулевой вал, через циркулирующие по резьбе шарики 3 толкает вдоль своей оси поршень-рейку 4. А тот в свою очередь поворачивает зубчатый сектор 5 рулевой сошки. Из-за возможности передавать большие моменты, устанавливается на грузовиках, пикапах и больших внедорожниках, работающих в экстремальных условиях [2].

Преимущества рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

Возможность конструкции с высоким передаточным числом

Недостатки рулевого механизма “винт-шариковая гайка-рейка-сектор”:

• нетехнологичен
• дорогой
• большие габариты
• тяжелый

2.2.3 Рулевой механизм реечного типа

В рулевом механизме «шестерня-рейка» усилие к колесам передается с помощью прямозубой или косозубой шестерни, установленной в подшипниках, и зубчатой рейки, перемещающейся в направляющих втулках [2].

Рисунок 2.4 - Рулевой механизм реечного типа

Для обеспечения беззазорного зацепления рейка прижимается к шестерне пружинами. Шестерня рулевого механизма соединяется валом с рулевым колесом, а рейка — с двумя поперечными тягами, которые могут крепиться в середине или по концам рейки. Полный поворот управляемых колес из одного крайнего положения в другое осуществляется за 1,75...2,5 оборота рулевого колеса. Передаточные отношения механизма определяются отношением числа оборотов зубчатого колеса, равное числу оборотов рулевого колеса, к расстоянию перемещения рейки [2].

Реечный механизм рулевого управления состоит из картера, отлитого из алюминиевого сплава. В полости картера на шариковом и роликовом подшипниках установлено приводное зубчатое колесо. На картере и на пыльнике выполнены метки для правильной сборки механизма рулевого управления. Зубчатое колесо находится в зацеплении с зубчатой рейкой, которая поджимается к зубчатому колесу пружиной через металлокерамический упор [2].

Пружина поджимается гайкой со стопорным кольцом, создавая сопротивление отворачиванию гайки. Подпружиненным упором облегчается беззазорное зацепление зубчатого колеса с зубчатой рейкой по всей величине хода. Рейка одним концом опирается на упор, а другим — на разрезную пластмассовую втулку. Ход рейки ограничивается в одну сторону кольцом, напрессованным на рейку, а в другую сторону — втулкой резино-металлического шарнира левой рулевой тяги. Полость картера механизма рулевого управления защищена от загрязнения гофрированным чехлом.

Вал рулевого управления соединяется с приводным зубчатым колесом эластичной муфтой. Верхняя часть вала опирается на шариковый радиальный подшипник, запрессованный в трубу кронштейна. На верхнем конце вала на шлицах через демпфирующий элемент крепится гайкой рулевое колесо.

Рулевой механизм с переменным отношением.

Около нулевого положения рулевого колеса, когда едешь по прямой на высокой скорости, излишняя острота рулевого управления нежелательна, заставляет водителя напрягаться. А при парковке или развороте, наоборот, хотелось бы иметь передаточное отношение поменьше — чтобы поворачивать руль на как можно меньший угол. Для этого существует несколько схем реечных рулевых механизмов.

Фирма ZF использует зубья рейки с переменным профилем: в околонулевой зоне зубья треугольные, а ближе к краям — трапецеидальной формы. Шестерня входит с ними в зацепление с разным плечом, что и помогает немного изменить передаточное отношение. А другой, более сложный, вариант использовала Honda на своем суперкаре NSX. Здесь зубья рейки и шестерни сделаны с переменными шагом, профилем и кривизной. Правда, шестерню приходится двигать вверх-вниз, но зато варьировать передаточное отношение можно в гораздо более широких пределах [2].

Рулевой привод состоит из двух горизонтальных тяг и поворотных рычагов телескопических стоек передней подвески. Тяги соединяются с поворотными рычагами при помощи шаровых шарниров. Поворотные рычаги приварены к стойкам передней подвески. Тяги передают усилие на поворотные рычаги телескопических стоек подвески колес и соответственно поворачивают их вправо или влево [2].

К преимуществам реечного рулевого механизма относится:

• малая масса
• компактность
• невысокая цена
• минимальное количество тяг и шарниров
• простота соединения рулевого механизма с управляемыми колесами
• прямая передача усилия
• высокая жесткость и КПД
• легкость в оснащении гидроусилителем

Недостатки:

• из-за простоты конструкции любой толчок от колес передается на руль
• трудности в изготовлении механизма с высоким передаточным числом, поэтому для тяжелых машин такой механизм не подходит.

Вал-шестерня вращается на двух подшипниках: передний (на торце вала) — игольчатый, задний (ближе к валу рулевой колонки) — шариковый. Так как в косозубом зацеплении осевые нагрузки могут быть высоки, на валу ведущей шестерни дополнительно установлен упорный роликовый подшипник, состоящий из пластмассового сепаратора с роликами, нижнего (внутреннего) и верхнего (наружного) колец. Нижнее кольцо подшипника напрессовано на вал ведущей шестерни до упора во внутреннее кольцо шарикового подшипника, а верхнее — установлено в крышке картера. Кроме того, крышка картера прижимает наружное кольцо шарикового подшипника к торцу гнезда подшипника.

1 — правая рулевая тяга в сборе; 2 — опора рулевого механизма; 3 — скоба опоры рулевого механизма; 4 — промежуточный карданный вал; 5 — электроусилитель; 6 — рулевое колесо; 7 — рулевая колонка; 8 — рулевой механизм; 9 — левая рулевая тяга в сборе

Рисунок 2.5 - Рулевая колонка с рулевым механизмом в сборе [2]:            

1 — наружный наконечник рулевой тяги; 2 — резьбовая втулка; 3 — внутренний наконечник рулевой тяги; 4— правый защитный колпак; 5 — чехол рулевого механизма; б — вал-шестерня; 7 — картер рулевого механизма; 8 — левый защитный колпак; 9 — стопорная пластина болтов крепления рулевых тяг; 10 — соединительная пластина; 11 —труба картера

Рисунок 2.6 - Рулевой механизм в сборе [2]:

В крышке установлен сальник ведущей шестерни, а между крышкой и картером рулевого механизма — уплотнительное кольцо. Крышка закрыта защитным чехлом (пыльником), насаженным на вал ведущей шестерни.                                                

Рейка поджимается к зубьям шестерни пружиной через упор, уплотненный в картере резиновым кольцом. Для уменьшения трения между упором и рейкой установлен пластмассовый вкладыш. Пружина, в свою очередь, поджимается регулировочной гайкой.

На заводе-изготовителе при сборке рулевого механизма выставляют зазор 0,1 мм в зацеплении рейки с шестерней, после чего кернят (обминают) в двух точках резьбу картера (не повреждая гайку). Другой конец рейки опирается на пластмассовую втулку, которая вставлена в трубу за продольным пазом.

1 — рычаг регулировки наклона рулевой колонки; 2 — вал рулевого управления; 3 — электроусилитель; 4 — электронный блок управления электроусилителем.                                                               

Рисунок 2.7 - Рулевая колонка с электроусилителем рулевого управления:

Кронштейн рулевой колонки и его труба соединены между собой шарнирно двумя пластинами через пластмассовые и металлические втулки, стянутые четырьмя болтами. Таким образом, труба может перемещаться в вертикальной плоскости, относительно кронштейна, позволяя регулировать положение рулевого колеса по высоте. Перемещение ограничено длиной прорезей в пластинах. Для фиксации трубы относительно кронштейна служит рычаг регулировки положения рулевой колонки. Шлицевой ступицей он соединен с регулировочной втулкой и зафиксирован на ней стопорным кольцом. Втулка навернута на стяжной болт, проходящий через прорези направляющих пластин трубы и кронштейна. На болте установлена распорная втулка. Головка болта зафиксирована от проворачивания специальным выступом. При повороте рычага вниз втулка отворачивается, и усилие затяжки пластин ослабевает, что позволяет вручную изменить положение рулевой колонки.

Между пластинами и кронштейном установлены пружины, подтягивающие трубу кронштейна в верхнее положение при ослаблении соединения. После установки рулевой колонки в требуемое положение рычаг поднимают вверх, и соединение затягивается, фиксируя колонку [2].                                                                                                                                                              

Рулевой привод включает в себя две составные рулевые тяги и поворотные рычаги, приваренные к амортизаторным стойкам передней подвески. Каждая тяга, в свою очередь, состоит из трех частей — внутреннего наконечника, наружного наконечника и регулировочной резьбовой втулки. Регулировочная втулка представляет собой трубку с шестигранником на конце, с наружной и внутренней резьбами разного направления. Длина рулевой тяги меняется при вращении регулировочной втулки. После завершения регулировки наружные наконечники рулевых тяг стягиваются болтами. Рулевая тяга соединена с поворотным рычагом через наружный наконечник с шаровым шарниром. Для защиты от грязи шарнир закрыт резиновым защитным чехлом.                                                                                                                              

Электроусилитель позволяет снизить усилие на рулевом колесе, облегчая управление автомобилем. Основу электроусилителя составляет безщеточный электродвигатель с редуктором, расположенный под кожухом рулевого управления. На валу двигателя установлен червяк, который входит в зацепление с пластмассовой шестерней, закрепленной на вале рулевого управления. Координирует работу электроусилителя электронный блок управления изменением подаваемого напряжения на электродвигатель по информации, получаемой от датчиков скорости автомобиля, частоты вращения коленчатого вала и величины крутящего момента на вале рулевого управления. Электродвигатель через редуктор поворачивает с определенным моментом вал рулевой колонки.

Блок управления обеспечивает достаточную информативность руля во всех режимах движения автомобиля. Когда автомобиль стоит на месте, создаваемый электроусилителем момент на вале — максимальный, с ростом скорости автомобиля «помощь» усилителя — снижается и рулевое колесо становится «тяжелее».

В случае выхода из строя электроусилителя автомобиль полностью сохраняет управляемость, при этом рулевое колесо становится несколько «тяжелее», чем на автомобиле без электроусилителя, поскольку появляется дополнительная нагрузка в виде свободно вращающегося ротора электродвигателя.

2.3 Электромеханический усилитель рулевого управления (ЭМУРУ)

Сегодня основное внимание при производстве автомобилей уделяется вопросам безопасности движения и управления автомобилем. Бурная электронизация современного автомобиля позволила внедрить новые узлы и системы для реализации вышеуказанной задачи. Ярким примером тому служит электроусилитель руля [2].              

Рисунок 2.8 – Электромеханический усилитель руля

Учитывая возрастающие требования потребителей и конъюнктуру рынка, электромеханический усилитель рулевого управления представляет собой принципиально новую конструкцию без использования механического редуктора.
Это возможно благодаря применению аксиального высокомоментного двигателя, разработанного на кафедре электромеханики НГТУ. Такой двигатель в габаритах современных ЭМУРУ способен создать вращающий момент такой же величины, что и быстроходный двигатель с механическим редуктором.

Электромеханический усилитель рулевого управления работает следующим образом. При повороте рулевого колеса водителем возникает момент на входном валу, происходит рассогласование между входным и выходным валами. Расположенный между ними упругий элемент торсион скручивается на угол, пропорциональный величине момента. Величина этого угла определяется датчиком момента. Этот угол является заданием на систему управления двигателем. При превышении момента на входном валу заданного минимального момента блок управления электродвигателем вырабатывает силовой управляющий сигнал, приложенный к обмоткам электродвигателя, для создания на рулевом механизме требуемого компенсирующего момента. При этом величина сигнала на обмотке формируется с учетом сигналов датчика положения ротора и датчика момента на руле. В блок управления поступают сигналы от датчика скорости и датчика числа оборотов коленчатого вала. При увеличении скорости компенсирующий момент падает [2]. 

Можно выделить следующие преимущества электромеханического усилителя:

• Снижение затрат энергии, экономия топлива (по сравнению с гидравлическим усилителем);
• Технологичность установки в единый узел, встраиваемый в рулевую колонку;
• Надежное и комфортабельное управление автомобилем в экстремальных условиях и хорошая обратная связь (чувство дороги у водителя);
• Экологичность;
• Простота конструкции и повышенная надежность.

 2.4 Виды рулевых реек

Наиболее распространенными являются три вида конструкций рулевых реек:

I и II виды конструкций рулевых реек с гидроусилителем руля бывает двух типов [4]: без серватроника и ссерватроником.

III вид конструкций - механические рулевые рейки - бывают двух типов.......................................................

 2.5.1 Кинематический расчет рулевого трехзвенника

 2.5.1.1 Определение максимального угла поворота передних колес по условию обеспечению радиуса поворота

 Максимальные углы поворота  колес наружный δ_{a max} и внутренний δ_{i max} от заданного максимального радиуса поворота по следу переднего наружного колеса [3]:

где    b=2,45м – колесная база автомобиля,

r_н = 6,026м– минимальный радиус поворота по следу переднего наружного колеса,

p=1,379м – расстояние между точками пересечения осей поворотных шкворней с поверхностью дороги,

е =0,0354м– плечо обкатки.

 2.5.1.2 Выбор длины поворотного рычага 

Для предварительного выбора геометрических параметров рулевой трапеции удобно задаться положением точки пересечения осей рычагов рулевой  трапеции в положении, соответствующем прямолинейному движению [3].

При переднем расположении рулевой трапеции следует точку пересечения продолжения осей рычагов расположить на оси задних колес (рис. 2.15) [3, 7].

а – при заднем расположении рулевой трапеции

б – при переднем расположении рулевой трапеции

Рисунок 2.15 -  К выбору углов наклона рычагов рулевой трапеции

Угол наклона рычагов трапеции будет отрицательным, т.к. трапеция располагается сзади, и составит [3, 7]:

где S – расстояние между точками пересечения осей поворотных шкворней с горизонтальной плоскостью, проходящей через центры шарниров тяги рулевой трапеции:

b – колесная база автомобиля.

Длину рычага r’ принимаем: r’=104мм

2.5.1.3 Длина и положение боковых тяг 

Учитывая конструкцию подвески автомобиля найдем положение внутреннего шарнира Т боковой тяги в зависимости от положения внешнего шарнира U (рис. 2.16) [3, 7].

Рисунок 2.16 -  Пространственное положение боковой тяги UT при независимой подвеске ( U₀- длинна рулевой тяги, U₁- проекция тяги на вертикальную плоскость, U₂- проекция тяги на горизонтальную плоскость)

u’=302,16мм,

c=24,16мм _;

Общая длина боковой тяги рассчитывается по формуле:

2.5.1.4 Расчет рулевого трехзвенника 

Для расчета рулевого трехзвенника необходимы только схемы расположения трапеции на виде сзади  и сверху [3, 7].

Рисунок 2.17 -  Схемы расположения трапеции сзади рулевого управления

Рисунок 2.18 - Левая половина рулевой трапеции на виде сзади

При боковом перемещении зубчатой рейки на ход S внутреннее колесо поворачивается на угол δ_i, наружное – на δ_a. Эти углы отличаются друг от друга при определенном значении их разности   , которая зависит от угла поворота рычага рулевой трапеции λ и расстояния k между внешним шарниром U боковой тяги и оси шкворня (рис. 2.4). Точка O, в которой вертикаль из внешнего шарнира пересекла бы ось шкворня колеса, является осью поворота колеса. Расстояние между точкой О, в которой вертикаль из внешнего шарнира пересекла бы ось шкворня колеса, и осью внешнего шарнира на виде сверху является длинной поворотного рычага r=123мм.  Тогда расстояние k находим по формуле [3, 7]:

 k=r sinλ                                                              (2.4)

k=123 sin 34,8=70,2мм

Расстояние между осью O поворота колеса и внутренним шарниром Т по горизонтали, а=251,3 мм;

Расстояние между рулевым механизмом и осью в направлении движения, b=104мм;

Угол поперечного наклона шкворневой оси, σ₀=11º30'=11,5 º

Расчет проецированного угла поворота  рулевой трапеции λ'

Угол поворота рулевой трапеции, спроецированный на горизонтальную плоскость можно рассчитать по формуле:

λ'=34º

Расчет максимальных углов поворота колес.

После графического моделирования по методике из [3] поведения рулевой трапеции при повороте внутреннего колеса на максимальный угол - δ_imax= =30,94º (рис. 2.19) можно определить получившийся максимальный угол поворота внешнего колеса – δ_{a max}=23º57'=23,95º.

Рисунок 2.19 - Положение рулевой трапеции при максимальном угле поворота внутреннего колеса

Рассчитывается угол δ_a и разность поворота колес  на всем диапазоне изменения угла δ_i от 0 до максимального с шагом измерения 5º. Результаты заносятся в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Угол δ_a и разность поворота колес  на всем диапазоне изменения угла δ_i

δi	δa
5º	4 º47’	13’
10 º	9 º10’	50’
15 º	13 º19’	1 º41’
20 º	16 º53’	3 º07’
25 º	20 º17’	4 º43’
30 º56'	23º57'	6 º59'

По полученным данным строится график зависимости Δδ от δ_i (рис. 2.20)

Рисунок 2.20 - Изменение разности поворота колеса Δδ автомобиля в зависимости от угла поворота внутреннего колеса δ_{i...............................................}

 Таблица 3.1 - Карта проверки механизма рулевого управления [1]

Операция	Эскиз
1	2
Разборка
Выверните два болта и гайки и снимите кронштейн маслопровода, затем отделите четыре маслопровода от рулевой передачи.
Перед отворачиванием наконечника рулевой тяги отметьте взаимное расположение рулевой тяги, контргайки и наконечника рулевой тяги.
Ослабьте контргайку и отверните наконечник рулевой тяги с рулевой тяги.
Тонкой выколоткой и молотком выбейте пружинный штифт.
Отверните контргайку фиксации пробки.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Выверните пробку.
Снимите пружину и скользящий упор.
Выверните контргайку.
Закрепите картер рулевой передачи в тисках и снимите вал шестерни.
Снимите втулку рулевой передачи.
Специальным инструментом выдвиньте зубчатую рейку из картера со стороны вала шестерни.
Установите специальный инструмент к резьбовой части передачи со стороны кожуха шестерни.
Снимите уплотнение при выдвигании зубчатой рейки.
Вставьте специальный инструмент со стороны вала шестерни так, чтобы он вошел в контакт с распорной втулкой.
Установите второй специальный инструмент со стороны противоположной уже установленному ранее подходящему инструменту.
Закрепите картер рулевой передачи в тисках.
Выбейте подшипник и уплотнение рейки из картера.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Специальным инструментом выбейте нижний подшипник из картера.
Проверка
Проверьте детали рулевой передачи на отсутствие трещин или повреждений, а также на неравномерность износа зубьев рейки. При необходимости, замените изношенные детали.
Проверьте уплотнительные кольца на отсутствие неравномерного износа и повреждений. При необходимости, замените изношенные детали.
Установите зубчатую рейку на V-образных блоках и индикатором часового типа измерьте прогиб рейки. Если прогиб превышает допустимое значение, замените рейку. Прогиб: 0,15 мм
Установите резиновые опоры на картер рулевой передачи.
Пластиковым молотком установите кронштейны.
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на уплотнительное кольцо круглого сечения и уплотнительное кольцо.
Установите уплотнительное кольцо круглого сечения в канавку зубчатой рейки.
Установите уплотнительное кольцо в канавку зубчатой рейки.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Вручную установите уплотнительное кольцо так, чтобы оно вошло в канавку.
Нанесите тонкий слой смазки на плоскую поверхность вставки кожуха.
Соедините уплотнение рейки со смазанной плоской поверхностью вставки кожуха.
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на внутреннюю и внешнюю части вставки кожуха и уплотнение рейки.
Установите вставку кожуха и уплотнение рейки на специальный инструмент.
Вставьте специальный инструмент в гнездо вала шестерни.
Наверните и затяните гайки специального инструмента.
Возвратите вал специального инструмента насколько возможно и вдавите уплотнительное кольцо и вставку кожуха.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Снимите специальный инструмент.
Нанесите смазку на литиевой основе (NLGI №2) на поверхность трения и зубья зубчатой рейки.
Специальным инструментом вдвиньте зубчатую рейку в картер рулевой передачи со стороны шестерни привода.
Снимите специальный инструмент.
Нанесите сбой герметика на резьбовую часть втулки.
Установите втулку в картер рулевой передачи.
Затяните втулку, при этом уплотнение рейки должно войте в трубу. Момент затяжки: 88–98 Н*м
Соедините специальный инструмент с кожухом цилиндра.
Соедините вакуумный насос со специальным инструментом.
Создайте разрежение 400 мм. рт. ст.
Проверьте, что вакуум поддерживается в течение как минимум 30 секунд. В противном случае проверьте уплотнение и сборку.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Закрепите кожух шестерни в тисках так, чтобы более низкое отверстие для подшипника было направлено вверх.
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на нижний подшипник и установите его в картер.
Вдавите подшипник в картер шестерни крышкой шестерни. Затяните пробку до момента резкого увеличения прилагаемого крутящего момента.
Нанесите смазку на литиевой основе (NLGI №2) на зубья шестерни.
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на уплотнительное кольцо и поверхность трения регулирующего клапана.
Установите вал шестерни в картер.
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на подшипник вала и установите его
Нанесите тонкий слой трансмиссионной жидкости на масляное уплотнительное кольцо и смажьте выступ смазочным материалом на литиевой основе (NLGI №2).
Установите специальный инструмент (втулку) на шлицы вала шестерни.
Надвигая по специальному инструменту (втулке) установите масляное уплотнительное кольцо в картер рулевой передачи.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Втулкой соответствующего диаметра и молотком установите масляное уплотнительное кольцо так, чтобы видно было углубление для установки пружинного кольца.
Временно установите соединитель со стороны трубы картера рулевой передачи.
Наверните контргайку на вал шестерни до контакта соединительной тяги трубой картера рулевой передачи.
Затяните контргайку. Момент затяжки: 39–49 Н*м
Нанесите тонкий слой герметика на резьбу крышки картера.
Установите крышку картера. Момент затяжки: 44–54 Н*м
Керном, в двух местах, зачеканьте крышку в картере.
Закрепите картер рулевой передачи в тисках так, чтобы скользящий упор находился сверху.
Смажьте скользящий упор смазочным материалом на литиевой основе (NLGI №2).

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Установите скользящий упор в картер.
Установите зубчатую рейку в центральном положении.
Затяните пробку скользящего упора моментом затяжки 9,8 Н*м и ослабьте ее.
Затяните пробку скользящего упора моментом затяжки 4,9±0,5 Н*м затем ослабьте ее на 45°.
Нанесите тонкий слой герметика на резьбу пробки скользящего упора.
Установите, и затяните контргайку. Момент затяжки: 49–59 Н*м
Закрепите картер рулевой передачи в тисках.
Установите рулевую тягу на рулевую передачу. Момент затяжки: 108–128 Н*м
Установите новый цилиндрический штифт.

Продолжение таблицы 3.1

1	2
Заполните новый защитный чехол рулевой передачи требуемым количеством смазочного материала.
Нанесите тонкий слой герметика на поверхность защитного чехла, устанавливаемую на картер рулевой передачи.
Нанесите тонкий слой смазочного материала на внутреннюю поверхность защитного чехла, устанавливаемую на рулевую тягу.
Надвигая по рулевой тяге, установите защитный чехол рулевой передачи. Закрепите большую сторону чехла проволокой обернув ее на два оборота и закрутите концы проволоки 4–4,5 раза.
Закрепите чехол с меньшей стороны хомутом.
Наверните контргайку рулевой тяги, и совместите метки, нанесенные перед выворачиванием гайки. Наверните наконечник рулевой тяги, и совместите метки, нанесенные перед выворачиванием наконечника. Затяните контргайку наконечника рулевой тяги.
Закрепите картер рулевой передачи в тисках так, чтобы отверстия для маслопроводов располагались сверху.
Установите кронштейн маслопровода к маслопроводам и картеру рулевой передачи и закрепите двумя болтами и гайками. Момент затяжки: 39–49 Н*м

 4.1 Обоснование работы

Геометрия управляющих колес  сложна и имеет много параметров.  В пределах объема выпускной квалификационной работы  рассмотрим: угол развала и угол схождения колес, как  имеющих решающее значение, как на износ шин, так и на расход топлива. Упрощено назначение этих углов можно объяснить следующим образом. Угол развала - это предварительный натяг, он необходим для того, чтобы  обеспечить перпендикулярность колес к поверхности дороги при деформации пружин, рычагов, резинометаллических шарниров, шаровых опор поворотных кулаков и при выборке зазоров в ступице переднего колеса под действием веса передней части автомобиля [4].  Но при наличии развала колеса стремятся катится по расходящимся дугам, очевидно, в этом случае  при движении прямо  появилось бы боковое скольжение колес, увеличивая сопротивление движению и износ шин . Для устранения этого явления колеса устанавливают со схождением. Каждому развалу соответствует только один  определенный угол схождения, при котором сопротивление движению, расход топлива и износ шин будет минимальным.

В процессе эксплуатации угол развала колес изменяется из-за износа  шаровых опор, обмятия резинометаллических шарниров, усадки пружин, износа подшипников ступиц колес и т.д. По этим же причинам изменяются и углы схождения колес. Кроме того, на углы схождения влияет износ рулевых шарниров.  Как следует из вышесказанного при изменении параметров или износе хотя бы одного из элементов подвески изменяются оптимальные углы установки колес. Поэтому требуется их систематический контроль. Отличие схождения от нормы на 1° снижает ресурс шины на 60% и увеличивает расход бензина на 1,5%, влияние развала на эти показатели хотя и менее значительны но также существенны. Влияние отличий углов установки колес от их оптимальных значений на износ шин показаны на рисунке 4.1 [4].

Рисунок 4.1 - Ресурс шин при нарушении геометрии  установки колес

Естественно, что снижение ресурса шин и увеличения расхода топлива увеличивают эксплуатационные расходы, увеличивая стоимость перевозок. Боковое скольжение шин  при неверной регулировке резко снижает сцепление автомобиля с дорогой поэтому снижает безопасность движения т.к. может спровоцировать срыв автомобиля в неуправляемый занос и создать аварийную ситуацию.

Увеличивается  и загрязнение окружающей среды, так как дополнительно сожженное топливо пропорционально увеличивает и  количество выбросов в атмосферу  в виде выхлопных газов. Загрязняют окружающую среду и  продукты износа автомобильных шин. Шина автомобиля за время эксплуатации уменьшает свою массу до 20%. Продуктами износа является резиновая пыль, которая может разноситься ветром на значительные расстояния. Для производства шин используют всё новые и новые полимерные соединения,  воздействие которых на окружающую среду и здоровье людей до конца не изучено.

 Таким образом,  обеспечивая оптимальные регулировки геометрии колес автомобиля экономится топливо, увеличивается ресурс шин и безопасность движения уменьшается загрязнение окружающей  среды.  Учитывая важность контроля  регулировки геометрии  колес можно  рекомендовать производить его по возможности  часто, но отсутствие специального оборудования  для  оперативной диагностики  геометрии колес делает в настоящее время такой контроль дорогим  и не достаточно достоверным.

В конструкторской части выпускной квалификационной работы предлагается разработка стенда для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес грузовых автомобилей, в качестве прототипа диагностируемого автомобиля взята марка автомобиля DAF.

Оптический стенд для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес автомобиля позволяет увеличить скорость проведения операции, повысить качество выполняемых работ и снизить трудоемкость. Подвижный краб с нанесенной разметкой предназначен для выполнения операции диагностирования на грузовых автомобилях.

4.2 Анализ существующих конструкций

Оборудование для замера углов установки колес автомобиля разделяется на две группы: стационарное - стенды и переносное – приборы [5].

Наиболее простым прибором для замера схождения передних колес является телескопическая линейка, раздвигающаяся под действием пружины. При замере схождения линейку устанавливают спереди колес так, чтобы наконечники упирались в борт шины около закраины обода, а концы цепочек касались пола. После этого передвигают шкалу линейки до совмещения рулевого деления с неподвижным указателем и фиксируют ее положение винтом затем автомобиль перекатывают вперед, пока линейка не займет симметричное положение за передней осью. Перемещение шкалы относительно указателя определяет линейную величину схождения колес.

Схождение колес регулируют изменением длины поперечной рулевой тяги. На автомобилях с разрезной передней осью (с независимой передней подвеской) схождение колес регулируют, изменяя длину правой и левой рулевых тяг на одну и ту же величину одновременно, поскольку несимметричная трапеция вызывает интенсивный износ протектора шин даже при правильной величине схождения.

Недостатком замера схождения с помощью линейки является его малая точность из-за небольшой величины разности при перекатывании автомобиля, составляющая 1-3 мм. Схождение замеряют с точностью цены деления шкалы линейки. Более точные результаты дает линейка, снабженная электрическим датчиком, показания которого фиксируются на шкале гальванометра.

Для определения всех углов установки управляемых колес (кроме угла схождения) применяют переносной жидкостный прибор. Автомобиль устанавливают на горизонтальной площадке, а прибор закрепляют на ступице колеса посредством зажима.

При определении угла развала прибор поворачивают на шарнирной головке зажима обратной стороной вверх и, пользуясь расположенными на этой стороне установочными бесшкальными уровнями, устанавливают его в горизонтальной плоскости. Затем перекатывают автомобиль на пол-оборота колеса и по шкале уровня, перпендикулярного к плоскости колеса, определяют величину угла развала [5].

Углы продольного и поперечного наклона указанным прибором определяют: одновременно по двум взаимно- перпендикулярным уровням следующим образом. Колеса, установленные на поворотные диски, находятся в нейтральном положении. Ящик со шкалой (измеритель углов поворота) придвигают к колесу так, чтобы стержни измерителя легли на шину колеса ниже ступицы, а стрелка измерителя установилась против нулевого деления. Затем колеса поворачивают влево на 20° по указателю углов поворота и устанавливают прибор так, чтобы пузырьки продольного и поперечного уровней находились на нулевом делении, а сам поперечный уровень был параллелен плоскости колеса.

Затормозив колеса (чтобы не было перекатывания), поворачивают их в другую сторону на 40° (то есть на 20° от нейтрального положения) и по шкалам уровней определяют углы наклона шкворня колеса.

Для измерения углов установки большое распространение получили стенды. В зависимости от основно­го принципа работы стенды подразделяются на две группы  — ста­тические и динамические. К статическим относятся стенды для проверки углов установки колес, находящихся в состоянии покоя, к динамическим — стенды, фиксирующие параметры установки на вращающихся колесах автомобиля.

Статические стенды. Такие стенды предназначены для проверки параметров:

схождение обоих колес или сход каждого из них в миллиметрах или градусах;

развал каждого колеса (в граду­сах);

разность поворота передних колес (в градусах); продольный наклон шкворня (в градусах);

поперечный наклон шкворня (в гра­дусах).

Стенды, как правило, состоят из следующих элементов и обо­рудования [5]:

1) основания, служащего для установки передних колес или всего автомобиля;

2) элементов, определяющих плоскость вра­щения проверяемых колес;

3) измерительных устройств; опорных, поворотных площадок для облегчения поворота передних колес автомобиля (в некоторых стендах они снабжены шкалами и слу­жат также для определения разности углов поворота левого и пра­вого колес);

4) подъемного устройства для вывешивания колес;

5) котировочных устройств для проверки правильности настройки стенда, осуществляемой в процессе его эксплуатации;

6) прочего оборудования — распорной штанги, фиксатора тормозной педали автомобиля, тележки для корректировки установки автомобиля на стенде, системы освещения и т. п.

По виду измерительных устройств статические стенды подраз­деляются (рисунок 4.2) на оптические, электронные и механические. К оптическим относятся стенды: с микроскопами и зеркальными отражателями; с проекторами и экранами; с передвижными свето-излучателями и зеркальными отражателями.

Электронные — это стенды с передвижными стойками и головками с контактными штифтами и электроприборами и металлическими установочными дисками. Механические — это стенды с выдвижными вилками и ин­дикаторами или иными контрольными приборами.

Наиболее распространен оптический стенд модели ЦКБ-1119М. Он предназначен для измерения развала, схождения, соотношения углов поворота колес, продольного и поперечного наклона шкворня  ав­томобилей.

На стенде модели ЦКБ - 1119М углы развала, схождения, продольного наклона шкворня и соотношение углов поворота колес измеряются оптическим методом, а угол поперечного наклона шкворня по уровню.

Принцип действия оптической системы стенда в следующем. Изображение крестообразной измерительной шкалы, нанесенной на площадке кронштейна, направляется зеркальным отражателем, установленным параллельно плоскости вращения колеса с помощью захвата, на наклонное зеркало и затем в окуляр микроскопа на котором нанесено перекрестье.

По смещению изображения шкалы относительно перекрестья определяют величину контролируемых углов. Колеса автомобиля установлены на поворотных дисках.

Широкое применение нашли оптико-электрические стенды. В комплект такого стенда обычно входят два проекционных фонаря, которые крепятся с помощью специальных штативов на дисках колес автомобиля, и два экрана. Каждый проектор устанавливают так, чтобы его луч был строго параллелен плоскости вращения колеса.

Это достигается вращением трех регулировочных винтов на штативе. Перед автомобилем устанавливают экраны для правого и левого колеса. На экранах нанесены шкалы, по которым определяют углы развала, наклона шкворней и соотношение углов поворота колес [5].

Рисунок  4.2  -    Классификация статических стендов для проверки углов установки колес автомобилей

Применяя те же приемы, что и на оптических стендах, то есть, поворачивая установленные на поворотных площадках колеса вправо и влево на 20°, определяют величину контролируемых углов по перемещению луча проектора по шкалам экранов. Схождение колес определяют по отражению луча на шкале проектора. Луч проектора пройдя через отверстие в экране, отражается от зеркала и попадает на шкалу экрана.

Такой стенд требует меньшей затраты времени на кон­троль углов, но обладает меньшей точностью замеров по сравнению с оптическим стендом. Платформенный стенд проверки ходовых качеств - предназначен для быстрой: оценки схождения управляемых колес автомобиля по величине перемещения платформ под действием боковой силы, возникающей при переезде через них управляемых колес автомобиля.

Несмотря на то, что стенды с микроскопами относятся к наиболее точному оборудованию для проверки углов установки колес автомобиля, они все же не являются перспективными конструк­циями главным образом в связи с большими неудобствами их ис­пользования и особенно в процессе регулировки углов.

В течение всего комплекса проверки автомобиля приходится многократно
проверять и корректировать расстояние от зеркальных отражателей до микроскопов; фонарь зрительной трубки не обеспечивает хорошей видимости перекрестия на шкалах микроскопа; при регулировке схождения шкалы микроскопа оказываются закрытыми передними колесами, и оператору приходится выходить из под
автомобиля несколько раз.

Динамические стенды [5]. На динамических стендах для проверки правильности установки колес автомобилей измеряют комплекс­ные параметры, непредусмотренные инструкциями автозаводов, либо силы, возникающие в контакте шин с опорной поверхностью при вращении колес неподвижного автомобиля или при проезде автомобиля через стенд, либо боковое перемещение опорного или измерительного элемента стенда, возникающего под действием этих сил при проезде колес автомобиля.

Эти параметры относятся к комплексным потому, что их величины зависят одновременно как от схождения, так и от развала колес. 

Динамические стенды в сравнении со статиче­скими обеспечивают про­верку колес во время их вращения, являются бо­лее производительными и удобными в использова­нии, но менее точными. Поэтому большинство из них служит для прибли­женной оценки правиль­ности установки колес.

Динамические стенды состоят из следующих эле­ментов [5]:

1) основания;

2) опорно-воспринимающего устройства, служащего для установки или проез­да колес и восприятия их воздействия;

3) электро­привода спорно-воспри­нимающего устройства для вращения установ­ленных на нем колес автомобиля (в проездных стендах электро­привод отсутствует, так как они приводятся в действие от движения автомобиля);

4) передаточного механизма, предназначенного для передачи импульса воздействия колес автомобиля от спорно-воспри­нимающего устройства к измерительным приборам или регистриру­ющим устройствам;

5) измерительных приборов, сигнальных или регистрирующих устройств; прочих устройств — устройств включе­ния и выключения стенда, котировочных приспособлений, направ­ляющих движение колес автомобиля, освещение, электропитание и др.

Принцип действия динамических стендов и проверка с их по­мощью установки колес автомобиля сводится к следующему. Ко­леса автомобиля при проезде стенда или вращении на нем создают в контакте шин боковую силу, воздействующую на спорно-воспри­нимающее устройство, которое под действием этой силы сдвига­ется в направлении, перпендикулярном движению.

Спорно-воспри­нимающее устройство стенда передает воздействие колеса через передаточный механизм к измерительному прибору или регистри­рующему устройству. По показаниям прибора или результатам, за­фиксированным устройством, определяют параметры установки колес автомобиля.

Стенды (рисунок 4.3) по измеряемым параметрам делятся на си­ловые (динамометрические), измеряющие боковую силу, возникаю­щую в контакте шины колес от их схождения и развала, и не сило­вые (не динамометрические), предназначенные для фиксации боко­вых перемещений опорно-воспринимающего устройства.

По типу опорно-воспринимающих устройств стенды подразделяются на ро­ликовые (барабанные) и площадочные, а по приводу — электроприводные и бесприводные.

Роликовые стенды состоят из двух одинаковых секций; каждая имеет один или два ролика. Воздействие от колеса в каждой сек­ции воспринимает только один ролик или специальный, промежу­точный, меньшего диаметра, прижимающийся в процессе контроля к колесу автомобиля с постоянным заданным усилием.

Площадочные стенды состоят из двух секций (площадок) или одной секции, как правило, предназначенной только для левого колеса автомобиля.

В последнее время все большее распростране­ние получают одноплощадочные более простые и дешевые стенды.

Стенды снабжены приборами, шкалы которых либо градуиро­ваны в заданных единицах или разбиты на зоны, окрашенные в зе­леный, желтый и красный цвета, соответствующие удовлетвори­тельному, предотказному и неудовлетворительному состоянию установки колес автомобиля.

Иногда вместо приборов применяют­ся регистрирующие устройства, фиксирующие на карточке резуль­таты контроля в виде отметок: «годен», «негоден» [5].

Рисунок  4.3 —   Классификация динамических стендов для проверки управляемых колес

4.3 Техническое описание разрабатываемой конструкции

Стенд состоит из - экрана с излучателем, который закреплен  на подставке, и подъемного устройства для вывешивания колес грузового автомобиля. Расстояние от левого и правого экрана до отражателей может быть разным, что учитывается при вычислениях. Чем больше расстояние, тем крупнее будут измеряемые величины на экране, а следовательно, точность.

В качестве источников излучения предлагается использовать оптические указки, имеющиеся в розничной торговле, почти в каждом магазине. Штатные элементы питания указки  постоянного тока напряжением 4,5 В. Второе приспособление устанавливаем на колесо - это зеркало, отражающее на экран луч указки. Еще одно приспособление - центрирующие экраны.

Подъемник канавный, предназначен для вывешивания одной или спаренных осей грузовых автомобилей, а также может быть использован для подъема агрегатов расположенных в нем. Подъемник позволяет поднимать ось или агрегат на высоту не более 420 мм. Подъемник является стационарным, но имеет возможность перемещаться по оси канавы с одного края в другой. Подъемник представляет собой тележку, на которой размещаются два пневмоцилиндра. Тележка перемещается по полозьям, которые представляют собой сотые уголки, установленные внутри канавы на ее стенках.

4.4 Методика изготовления диагностического устройства конструкции

Экран с излучателем изготавливается следующим образом. Из листового металла вырезаем две пластины размерами 200*200 (толщина металла 5 мм). В полученных пластинах необходимо рассверлить отверстия диаметром 16 мм. Края пластин и отверстия необходимо обработать абразивным кругом для удаления неровностей.

Из металлического прутка диаметром 20 необходимо изготовить держатели для оптических указок путем обтачивания на токарном станке одной стороны прутка до диаметра 16 мм на длину 5 мм. Общая длина держателя светоизлучателей 40 мм.

Далее необходимо просверлить в заготовках отверстия диаметром 13 мм. После этого необходимо вставить полученный держатель в отверстие, в пластине. Затем при помощи газовой сварки обварить держатель по стыку с пластиной в круговую.

Из швеллера изготавливается кронштейн размерами 60*60*60 мм и в боковых его поверхностях сверлятся отверстия диаметром 8 мм. Приваривается полученный кронштейн к пластине по центру (по ширине) и на 20 мм выше нижнего края при помощи газосварки.

Из листа зеркала необходимо вырезать кусок размерами 350*400 мм, соответственно высота и ширина, в количестве 2-х штук. Необходимо рассверлить отверстие для прохождения светового пучка диаметром 5 мм на расстоянии 200 мм от правого или левого краев и 230 мм от верхнего края. После этого приклеиваем полученные пластины к зеркалам по ширине зеркала  на расстоянии 100 мм от края и 20 мм от нижнего края зеркала по высоте.

Склеивание производится при помощи эпоксидного состава, после полного склеивания необходимо прочистить отверстие в зеркале при помощи подручных средств. Необходимо из трубы диаметром 50 мм  отрезать кусок длинной 700 мм.

Изготавливаем из швеллера кронштейн размерами 60*70*60 мм и привариваем его при помощи газосварки к одному концу трубы. Рассверлить в кронштейне отверстия диаметром 8 мм, следя за тем, чтобы центра отверстий совпали с центрами отверстий на кронштейне пластины зеркала. По аналогу изготовить вторую стойку. Для изготовления опоры необходимо отрезать от трубы диаметром 60 мм заготовку длинной 500 мм, количество 2 штуки. Из швеллера размерностью 50*50*50 мм изготавливаем три ноги длинной 300 мм, а из листа металла толщиной 3 мм  изготавливаются пластины размерностью 70*70 мм.

Ноги привариваются к трубе с равным промежутком при помощи газосварки, а с других концов к ножкам привариваются опорные пластины.  В верхней части трубы на расстоянии 10 мм от верхней кромки сверлится отверстие диаметром 8 мм. К месту сверления приваривается гайка М8 при помощи газосварки. После изготовления металлические поверхности окрашиваются краской.

Для стопорения подвижной стойки в приваренную гайку М8 вворачивается откидной болт. Для регулирования плоскости зеркала предусмотрены вышеупомянутые кронштейны. Между собой кронштейны скрепляются при помощи болта, шайбы и гайки М6 барашкового типа. Завершающим этапом изготовления данного элемента стенда является нанесение на зеркало горизонтальной и вертикальной шкал измерения. Вертикальная наноситься на расстоянии 200 мм от  правого или левого края. Горизонтальная на расстоянии 230 мм от верхнего края зеркала.

Кронштейн на колесо изготовлен в виде треноги. Для этого необходимо три отрезка трубы длинной 400 мм, заготовка в виде круга диаметром  100 мм, толщиной 10мм. Необходимо приварить лапы, одну по центру круга а две остальные на угол 135 º от первой лапы по часовой стрелке и против. На каждой из лап делаются сверления с промежутком в 1 дюйм от 13´´ до 16´´. В эти отверстия устанавливаются упорные болты, которые закрепляются при помощи шайб и гаек М 12 в виде барашков. В центральной части краба сверлятся три отверстия и в них нарезается резьба М 6 для крепления опорной пластины.

Опорная пластина изготавливается в форме треугольника из листового металла толщиной 6 мм, высота треугольника 78 мм, длинна основания 140 мм. В углах треугольника сверлятся отверстия диаметром 11мм и в них нарезается резьба М 12. В угловые отверстия вворачиваются шпильки при помощи нанесения на резьбовую часть эпоксидного состава. Ближе к центру сверлятся три отверстия диаметром 6 мм, центра отверстий должны совпасть с центрами отверстий сделанных к пластине краба. После сборки детали обрабатываются абразивным кругом и окрашиваются. На три шпильки одеваются упорные пружины которые поджимают регулируемую пластину. Поверх пружин ставиться пластина и затягивается гайками М 12 в виде барашков.      

Регулируемая пластина в форме треугольника из листового металла толщиной 6 мм, высота треугольника 78 мм, длинна основания 140 мм. В углах треугольника сверлятся отверстия диаметром 12мм. В центре треугольника на расстоянии 15 мм от основания сверлится отверстие диаметром 9 мм и нарезается резьба М 10. В эту резьбу вворачивается шпилька и обваривается по стыку вкруговую газосваркой. После изготовления деталь обрабатывается абразивным кругом и окрашивается.

Из листового металла толщиной 5 мм вырезается заготовка в форме окружности диаметром 100 мм. В центре заготовки сверлится отверстие диаметром 14 мм. Из прутка диаметром 16 мм изготавливается специальная гайка длинной резьбовой части 8,5 мм резьба М10. Гайка обтачивается, со стороны где нет резьбы, обтачивается до диаметра14 мм. Изготовленная гайка запрессовывается в отверстие в заготовке и обваривается по стыку газосваркой. Из листа зеркала вырезается окружность диаметром 100 мм. Зеркальная заготовка приклеивается к металлической опоре при помощи эпоксидного клея. После полного склеивания деталь окрасить.

Так же необходимо изготовить установочные пластины. Для их изготовления необходимо из листа металла пластины размерностью 400*400 мм в количестве 2-х штук. Из трубы диаметром 30 мм сделать стойки длинной 1500 мм и приварить их к опорным площадкам при помощи электросварки. Вырезать из листового металла пластины размерностью 80*80 мм и центре просверлить отверстия диаметром 6 мм. Регулировочная пластина крепится к стойке при помощи хомутов и имеет подвижность. После изготовления детали обрабатываются и окрашиваются.

4.5 Описание и принцип работы канавного пневматического подъемника для вывешивания колес автомобиля

Пневмоцилиндры абсолютно одинаковы и работают как сообщающиеся сосуды, общее усилие, создаваемое силовыми агрегатами 5000 кг. Пневмоцилиндр имеет диаметр поршня 240 мм, и работает при давлении 6 кг/см², допускается кратковременное повышение давления на 25% от номинального.

Так как пневмоцилиндры работают только на толкание то их поршневые полости сообщены с атмосферой через фильтр, но возможно и использование их, тогда когда необходимо использовать подъемник как пресс. Для этого вместо сотых уголков необходимо установить швеллер номера 10 для, предотвращения поднимания самой тележки.

В случае использования его по первому случаю, подъемник после использования можно извлекать из канавы для удобства дальнейшего обслуживания автомобиля.

Ниже приведена пневматическая схема подъемника по второму варианту.

- пневмоцилинтр, 2 - распределитель

Рисунок 4.4 - Схема пневмопривода по второму варианту

Далее приведена схема привода по первому варианту.

Типовой пневмопривод изображен на обоих схемах. Поршень перемещается в рабочем цилиндре 1 под воздействием сжатого воздуха, поступающего попеременно в обе полости цилиндра из магистрали через распределитель 2.

Пневмоприводы служат для получения поступательного движения. Пневматическим устройством называют устройство в котором в качестве рабочего тела используется осушенный, отфильтрованный воздух или газ. Физические свойства газа проявляются в виде давления на поверхность твердых звеньев устройства или в виде аэродинамических эффектов. В первом случае пневмоустройство представляет собой цилиндр с подвижным твердым звеном (поршнем), взаимодействующим со сжатым воздухом. Во втором случае подвижное твердое звено отсутствует.

1 - пневмоцилиндр, 2 - распределитель, 3 – фильтр

Рисунок 4.5 - Схема пневмопривода по первому варианту

В зависимости от характера взаимодействия подвижного твердого звена с воздухом различают три вида устройств: приводные, компрессионные и комбинированные. Приводным называют пневмоустройство, в котором энергия потока сжатого воздуха преобразуется в энергию движения твердого тела. Компрессионным называют пневмоуствойство, в котором механическая энергия перемещения твердого тела преобразуется в энергию сжатого воздуха. Комбинированным называют устройство, в котором осуществляется двойное преобразование энергии.

Пневмопривод представляет собой систему взаимодействия пневмоустройств, предназначенных для приведения в движения рабочих органов машин или рабочих звеньев механизмов.

Пневмоустройства в приводах могут быть связаны между собой пневматическими линиями и механизмами.

Исполнительные устройства предназначены для преобразования энергии сжатого воздуха в энергию движения рабочих органов.

Распределительные устройства предназначены для изменения направления потоков сжатого воздуха в линиях, соединяющих устройства в приводе.

Пневмоустройства поступательного движения бывают двухстороннего действия, в котором твердое звено перемещается попеременно в обе стороны, взаимодействуя со сжатым воздухом, и одностороннего действия, в которых под действием сжатого воздуха твердое звено перемещается только в одну сторону. В односторонних устройствах твердое звено возвращается в исходное положение под действием пружины или силы тяжести.

Рабочим телом в пневмоустройствах является сжатый газ или воздух. Обычно воздух или газ рассматривают как идеальный газ.

Под идеальным газом понимают такой газ, у которого отсутствуют силы сцепления между молекулами, а молекулы являются материальными точками, не имеющие объема. Эти допущения позволяют в значительной степени упростить расчеты, сохранив точность достаточной для решения задач в машиностроении.

4.6 Порядок работы

Устанавливаем экраны на выбранном расстоянии от опорных площадок. Поверхности экранов должны быть параллельны продольно-вертикальной плоскости автомобиля, горизонтальная средняя линия на экране - параллельна горизонтальной плоскости.

В противном случае в измеренных величинах углов появятся ошибки (особенно угла продольного на­клона оси поворота, так как его показа­ния снимаются на краях экрана).

Ставим центрирующие экраны на центры опорных площадок. Включаем излучатели-указки и поочередно регулируем лучи так, чтобы каждый из них проходил через отверстия в центрирующих экранах и падал на противоположный экран с излучателем.

Устанавливаем автомобиль передними колесами на опорные площадки и закрепляем отражатели при помощи крабов в зависимости от диаметра колес автомобиля.

Измеряем расстояние  от поверхностей зеркал отражателей до центров экрана. Поднимаем колеса с помощью подъемного устройства и включаем излучатель.

Прокручиваем колесо: на экране отраженный луч описывает окружность. Устанавливаем луч в верхней точке окружности. Затягиваем гайки, тем самым притягиваем пластину. Повторяем эту операцию до тех пор, пока луч при вращении колеса не "замрет" в точке. Значит, поверхность зеркала параллельна плоскости вращения колес.

Опускаем колесо с отрегулирован­ным отражателем.

Прожимаем подвеску, нажав не­сколько раз на переднюю часть автомо­биля, прокатываем его немного впе­ред-назад и вновь устанавливаем на опорные площадки.

Измеряем угол развала,  для чего поворачиваем колесо рулем так, чтобы луч падал на вертикальную среднюю линию или рядом. Отклонение луча от этой линии соответствует углу развала колес. Развал положительный, если луч отразился ниже горизонтальной средней линии, и отрицательный, если выше. Величину угла вычисляем по формуле [6]:

sin β = а/2L,                                                     (4.1)

где а - отклонение луча от горизонтальной средней линии,

L - расстояние от поверхности отражателя до экрана,

коэффициент 2 - два угла - падения и отражения.

Для контроля схождения колес (Сх) устанавливаем их так, чтобы на одном из экранов луч падал на вертикальную среднюю линию, а на втором экране измеряем отклонение (b) от нее. Поскольку величину схождения в руководствах по эксплуатации указывается как разность расстояний между передними и задними краями дисков передних колес, выявляем отклонение по формуле [6]:

b=2СхL/D                                                        (4.2)

где Cx – схождение

L – расстояние от отражателя до экрана

D – диаметр диска

2 – коэффициент – два угла (падения и отражения)

Схождение регулируем изменением длинны обеих рулевых тяг, стараясь сохранить их примерное равенство.

Определяем угол продольного наклона оси поворота (α) – кастер. Поворачиваем колесо так, чтобы луч оказался на левой или правой границе экрана. Измеряем отклонение луча от горизонтальной средней линии. То же проделываем, повернув колесо в противоположную сторону (луч на другой границе экрана). Если отклонения оказались по одну сторону от средней линии, из большего нужно вычесть меньшее, если по разные стороны, их нужно сложить. Угол вычисляется по формуле [7]:

tgα = c/s,                                                        (4.3)

где C – сумма или разность отклонений,    

S – ширина экрана (400 мм)

  При регулировке необходимо учитывать, что углы продольного наклона оси поворота у обоих колес должно быть равными.

4.7 Характер нагружения пневмопривода

Характер нагружения пневмопривода  в конкретных условиях может быть самым разнообразным: линейным, периодическим, скачкообразным и произвольным. В некоторых условиях можно считать что нагрузка на привод постоянная.

Переменной нагрузкой может служить сила сопротивления пружины, которая изменяется пропорционально перемещению. В некоторых случаях при выполнении технологических операций, при прессовании, транспортировки и подъема, силу сопротивления считают линейно изменяющиюся в зависимости от перемещения поршня. Силу трения также иногда считают как линейную функцию.

Выбор параметров пневмопривода, несмотря на простоту конструкции устройства, является достаточно сложной проблемой, которая полностью не решена. Практика показывает, что ошибки в оценке возможностей пневмопривода и определении его параметров встречаются весьма часто. Во многих случаях отказываются от использования пневмaтических средств в качестве привода и в системах управления, хотя объективные условия вполне допускают использование пневматики, или останавливаются на варианте, далеком от оптимального. Поскольку конструктор может полагаться только на свою интуицию, опыт и, как правило, немногочисленные экспериментальные проверки.

Отсутствие простых и надежных методов расчета пневмопривода сказывается, например, при выборе размеров исполнительного устройства, аппаратуры управления и трубопроводов. Так как с уменьшением диаметра цилиндра или проходных сечений элементов линии увеличивается опасность того что реализовать требуемое быстродействие привода не удастся, то конструктор предпочитает выбирать размеры пневмоустройств с большим запасом определяемым также интуитивно. В большинстве случаев диаметр пневмоцилиндра выбирают с запасом 150-200%, в следствии этого диаметр проходного сечения распределителя возрастает на 10-200%, а если учесть, что распределитель подбирают без анализа конкретных требований к быстродействию привода то нередко он оказывается по габаритам в 3-6 раз больше необходимого. На входной и выходной линиях приходится устанавливать переменные дроссели для настройки привода на заданную скорость путем значительного перекрытия проходных сечений, выбранных с большим запасом. В результате увеличиваются габариты исполнительного устройства, аппаратуры управления и трубопроводов, повышается их стоимость, затраты сжатого воздуха на выполнения каждого цикла, ухудшается внешний вид.

Проблема определения параметров становится наиболее острой при проектировании пневмопривода, работающего в экстремальных условиях – при необходимости обеспечить максимальную скорость поршня и минимальное время цикла, плавно перемещать большие массы и т.п. В подобных случаях задача выбора параметра пневмопривода решается одновременно с задачей о возможности применения его для поставленной цели.

Сложность исходных зависимостей, описывающих движения поршня пневмопривода, является основной причиной того, что до сих пор не разработано методика расчета его параметров, хотя первые попытки были сделаны в начале 60-х годов. К этому следует добавить большое многообразие задач синтеза, которые выдвинуты практикой и которые трудно охватить единой методикой расчета.

Исходными данными при проектировании пневмопривода могут быть время движения поршня (на полную величину или часть хода), время цикла пневмопривода с учетом подготовительного и заключительного привода; силы сопротивления (нагрузки), приложенные к поршню, в общем случае изменяющиеся в функции хода, времени и других факторов; требования обеспечить определенный закон движения поршня – с приблизительно постоянной скоростью с нарастанием скорости до конца хода и получением удара максимальной силы, плавный разгон и плавное торможение при безударной остановки в конце хода и т.д.; сохранения требуемого режима движения поршня при изменении в широком диапазоне его средней скорости; допустимо отклонение времени цикла и характера движения поршня от заданных условий при колебании нагрузки, давление в магистрали и других параметров; ограничение по габаритам как исполнительного устройства так и аппаратуры управления и трубопроводов.

К искомым параметрам обычно относят только диаметр цилиндра, а также проходные сечения трубопроводов и другой аппаратуры устанавливаемой в линиях, которые связывают полости пневмоцилиндра с магистралью и атмосферой. Однако перед конструктором встает много дополнительных проблем: необходимо выбрать жесткость возвратной пружины ее начальную затяжку; в случае, когда рассчитывается односторонний привод без пружины (пневмоподъемник), нужно выбрать вес грузовой платформы, возвращающий поршень в исходное положение. Получению требуемых режимах движения часто способствует правильный выбор начальных объемов полостей наполнения и опоражнивания и начальных давлений в них. Например, только при соответствующем выборе начальных объемов этих полостей и при условии, что в исходный момент давление в обеих полостях равно атмосферному, можно реализовать режим автоторможения. Если давление в полости наполнения в начальный момент равно атмосферному а в полости выхлопа – магистральному, то это способствует равномерному движению поршня.

К числу исходных параметров следует также отнести соотношение между площадями поршня и штока координаты положения (относительно хода штока) различных устройств управления, в частности, тормозного золотника, устанавливаемого для плавного замедления движения поршня к концу хода и др.

Таким образом, при расчете простейших и широко используемых 1- и двухсторонних пневмоприводах с пружиной и без нее приходится выбирать около 10 параметров. По мере усложнения пневмопривода и предъявляемых к нему требований соответственно усложняется и методика их определения.

Фиксированными параметрами являются давление в магистрали рм, относительный вредный объем полости наполнения ξ0, а в некоторых задачах и полости опоражнивания ξ0Н, соотношение ПF2,1 между эффективными площадями поршня со стороны полости опоражнивания и наполнения. Из числа искомых параметров следует особо выделить fэ и fэв, оба они являются характеристиками пропускной способности коммуникационной линии (связывающей полость цилиндра с магистралью или с атмосферой). Каждая из пневмолиний состоит, как правило, из отдельных элементов – трубопроводов, клапанов, золотников, аппаратуры подготовки воздуха и т.п. Поэтому определением fэ и fэв расчет не заканчивается – далее необходимо перейти от fэ и fэв, характеризующих коммуникационные линии в целом, к геометрическим размерам отдельных входящих в них элементов. Часто возникает потребность оценить, хотя бы приближенно, допустимые пределы изменения fэ или fэв с учетом, например, конструктивных ограничений на размеры отдельных элементов; полученные таким образом граничные размеры fэ и fэв используют далее при выборе остальных параметров привода.

4.8 Расчет силового пневмоцилиндра

Расчетный диаметр поршня равен [8]:

где  Р - усилие на штоке (с учетом запаса прочности), кг;

- механический КПД пневмоцилиндра, =0,85…0,97;

- давление в пневмосистеме, 59 Н/мм².

Диаметр штока равен:

Расчетные значения ; ход поршня L, округляются до ближайшей величины по ГОСТ 6540-68 [8]. При этом должно соблюдаться условие:

Принимаем D_n=240 мм = 0,24 м; d_ш =96мм = 0,096м; L=420 мм = 0,42 м.

Минимально допустимая толщина стенки цилиндра:

где - допускаемое напряжение на растяжение, Па (для стали =1800

      коэффициент Пуассона.  /:

Условие выполняется. Из уравнения видно, что толщина стенки цилиндра в несколько раз больше расчетной и поэтому использованная стенка будет минимально деформироваться при максимальной нагрузки.

4.9 Расчеты на прочность  

4.9.1 Уплотнения

Важным элементом конструкции пневмоцилиндров является уплотнение подвижных частей (поршня, штока.). Для обеспечения высокой степени герме­тизации в машиностроении в основном применяют резиновые кольца и ман­жеты. Резиновые кольца прямоугольного и круглого сечений используют для уплотнения узлов с прямолинейным движением (рисунок 4.6). Наиболее широкое распространение благодаря простоте изготовления, надежности и долговечности получили кольца круглого сечения (ГОСТ 9833—73) [9].

Рисунок 4.6 – Уплотнительное кольцо

Для того чтобы при движении резиновые кольца не выдавливались в зазор и не разрушались, величина зазора  должна быть d=0,25 мм при дав­лении воздуха Рв < 0,6 МПа.

4.9.2 Проверка штока пневмоцилиндра

Расчет производим из условия что на шток действует максимальная нагрузка 26000 Н, длина штока ориентировочно 11700 мм, диаметр  97 мм.

Проверим шток на устойчивость при сжатии. Расчетная схема рисунок 3.7 для наихудшего случая.

Расчет произведем по формуле.9)

где    µ- гибкость стержня (принимаем гибкость максимально возможную для центрально сжатых элементов);

l =1 коэффициент приведения длинны;

r_min - см минимальный радиус инерции.

Рисунок 4.7 -  Расчетная схема

где    J_min – минимальный радиус инерции сечения;

F - площадь сечения.

где    δ = 9,5 мм толщина стенки сечения.

Тогда     = 3,35 см

Полученная длина 5037,8 мм намного превышает необходимую 1100 мм, следовательно условие устойчивости выполняется.

Определим действительный коэффициент гибкости стержня.

Проверим сечение по условию сжатия по формуле:

где    F –площадь поперечного сечения трубы;

j= 0,97 коэффициент центрально сжатых элементов при l= 20,1;

[s_сж]=210 МПа допускаемое напряжение сжатия для стали 20.

  s = 26000 / (4069,4*10^-6 * 0,97) = 16,2*10⁶ Па < [s_сж]=210 МПа

4.9.3 Проверочный расчет крепления задней стенки и корпуса пневмоцилиндра

Определим максимальное усилие, действующее на крышку.

  P_mах = П*D²/4 * Рр                                             (4.14)

где    Рр =0,6 МПа расчетное давление.

P_mах = 3,14*0,280²/4*0,6*10⁶ = 36945 Н

Проверка на растяжение:

где    Fр – площадь сечения по резьбе;

 [σ_р] = 160 МПа допускаемое напряжение растяжения соединения;

  Fр = П*Dр²/4  = П*0,0092²/4   = 6,65*10^-5 м²                     (4.16)

4.10 Теоретическое определение взаимосвязи углов развала и схождения

Сущность явления заключается в том, что при перемещении эластичного колеса по криволинейной траектории на расстояние, равное половине длины контакта под действием сил трения и упругой деформации происходит поворот контакта относительно вертикальной оси на угол θ. То есть эластичное колесо закручивается на этот угол [10]. Предельная величина угла относительного поворота контакта, при котором не происходит скольжения отпечатка по опорной поверхности, определяется радиусом кривизны траектории и длиной контакта [11]:

а - длина контакта, м;где θ – угол относительного поворота контакта (угловая деформация), рад;

R - радиус кривизны траектории, м.

Момент, возникающий в результате закручивания шины относительно вертикальной оси, определяется угловой деформацией и угловой жесткостью шины, которая, как в прочем и длина контакта, в общем случае зависит от конструкции шины, давления воздуха в ней и нагрузки на колесо [12]:

С_θ - угловая жесткость пневматической шины, Н*м/рад.где М_θ - момент сопротивления повороту контакта, Н*м;

Движение колеса, наклоненного к вертикальной плоскости под углом а (угол развала), будет происходить по траектории радиуса R '(рисунок 4.8, 4.9) [10]:

Тогда момент, возникающий в результате закручивания шины относительно вертикальной оси при движении колеса с развалом, будет равен:

где θ_α - угловая деформация шины, вызванная движением колеса с развалом, рад.

Предположим, что угол относительного поворота контакта θ_α есть не что иное как угол увода δ, возникающий при качении колеса с развалом. Если это утверждение справедливо, то [13]:

Боковую силу, возникающую при качении эластичного колеса с развалом, определим по известной зависимости, определяя угол увода по выражению [14]:Рисунок 4.8 – Схема движения колеса по криволинейной траектории

Рисунок 4.9 – Схема движения колеса с разваломгде К_у - коэффициент сопротивления уводу, Н/рад.

Мощность, затрачиваемая на качение колеса с уводом, может быть определена по формуле [15]:

 G_K - нагрузка на колесо, Н;где V- скорость центра колеса, м/с;

 f- коэффициент сопротивления качению;

 η - коэффициент полезного действия подшипников ступицы колеса.

При качении колеса с развалом эластичная шина закручивается на угол θ_а, в результате чего образуется момент М_а , который создает дополнительное сопро­тивление качению колеса. Тогда мощность, затрачиваемая на движение колеса с по­вернутым на угол θ_а контактом, может быть определена следующим образом [16]:

Таблица 4.1 - Зависимость боковой силы, действующей на колесо, от угла развалаРезультаты расчета боковой силы, вызванной качением колеса с развалом, по выражениям представлены в таблице 4.1.

Угол наклона колеса на стенде (угол развала), ×10-2 рад	Расчетное значение угла увода, ×10-2 рад	Коэффициент сопротивления уводу, Н/рад	Боковая сила, вызванная качением колеса с развалом, Н		Относительная погрешность, %
			расчет	эксперимент
1.75	0.24	23213.56	54.45	55.43	1.80
3.49	0.47	23213.56	108.60	106.93	1.54
5.24	0.70	23213.56	162.85	163.04	0.12
6.98	0.94	23213.56	217.49	216.11	0.63
8.73	1.17	23213.56	272.23	268.30	1.44
10.47	1.41	23213.56	327.07	324.42	0.81
12.22	1.65	23213.56	382.10	372.78	2.44

При качении колеса с углом схождения, так же происходит относительный поворот контакта, но уже на величину ε, что приводит к увеличению мощности, необходимой для движения колеса. При этом мощность, затрачиваемая на качение колеса с углом схождения ε, может быть рассчитана по формуле, но вместо угла θ_а следует подставить значение угла ε.

 Вектор момента, обусловленного относительным поворотом контакта на угол ε при качении колеса со схождением M _ε, направлен в сторону противоположную направлению вектора момента, обусловленного относительным поворотом контакта на угол θ_а при качении колеса с развалом.

Следовательно, чтобы колесо катилось без дополнительного сопротивления, создаваемого этими моментами, их необходимо уравнять по величине [17]:

Величина момента, обусловленного относительным поворотом контакта на угол ε при качении колеса со схождением, определяется аналогично:

Таблица 4.2 - Расчетные значения углов установки управляемых колес серийно выпускаемых автомобилей

Марка автомобиля	Длина контакта, м	Углы установки по конструкторской документации, град		Расчетный угол схождения, град
		развал	схождение
DAF CF85-6400	0.363	1.0	0.00. ..0.11	0.162
DAF XF105-3100	0.302	1.0	0.06. ..0.16	0.158
DAF FTT	0.228	1.5	0.11...0.22	0.231
DAF FAX	0.167	0.0 ±0.5	0.10...0.19	0.000...0.060
DAF FAN	0.145	0.5 ±0.3	0.00...0.25	0.016...0.116

При выполнении этого соотношения будет обеспечен мини­мальный износ шин и расход топлива, поскольку будет обеспечено минимальное сопротивление качению колеса, движущегося с развалом и схождением.

Сопоставительный анализ углов развала и схождения управляемых колес, серийно выпускаемых автомобилей и углов, рассчитанных по зависимости свидетельствует об очень хорошей ходимости шин автомобилей, углы установки управляемых колес которых близки к расчетным и наоборот, что подтверждает правомерность полученной зависимости [17].

5 Безопасность жизнедеятельности

 5.1 Функциональность стенда для проверки развал-схождения колес грузовых автомобилей          

Безопасность жизнедеятельности – это система законодательных актов и соответствующих мероприятий, обеспечивающих здоровье и работоспособность человека в процессе труда.

В выпускной квалификационной работе представлена конструкция стенда для проверки развал-схождения колес грузовых автомобилей. Предлагаемая разработка выгодно отличается от конкурентов следующими характеристиками:

1. малые габариты;
2. меньшая металлоемкость;
3. упрощение конструкции;
4. высокая надежность;
5. относительно низкая стоимость изготовления.

5.2 Безопасность работы стенда

Стенд состоит из - экрана с излучателем, который закреплен  на подставке, и подъемного устройства для вывешивания колес грузового автомобиля. В качестве источников излучения предлагается использовать оптические указки.

Электробезопасность.

Штатные элементы питания указки  постоянного тока напряжением 4,5 В. Второе приспособление устанавливается на колесо - это зеркало, отражающее на экран луч указки. Еще одно приспособление - центрирующие экраны.  Подъемник канавный, предназначен для вывешивания одной или спаренных осей грузовых автомобилей, а также может быть использован для подъема агрегатов расположенных в нем.

Технологическая безопасность.

Подъемник позволяет поднимать ось или агрегат на высоту не более 420 мм. Подъемник является стационарным, но имеет возможность перемещаться по оси канавы с одного края в другой. Подъемник представляет собой тележку, на которой размещаются два пневмоцилиндра. Тележка перемещается по полозьям, которые представляют собой сотые уголки, установленные внутри канавы на ее стенках.

5.3 Потоковая функция 

Устанавливаются экраны на выбранном расстоянии от опорных площадок. Поверхности экранов должны быть параллельны продольно-вертикальной плоскости автомобиля, горизонтальная средняя линия на экране - параллельна горизонтальной плоскости.

Пожаробезопасность.

Ставятся центрирующие экраны на центры опорных площадок. Включаем излучатели-указки и поочередно регулируем лучи так, чтобы каждый из них проходил через отверстия в центрирующих экранах и падал на противоположный экран с излучателем. Горюче-смазочные материалы не используются.

Устанавливаем автомобиль передними колесами на опорные площадки и закрепляем отражатели при помощи крабов в зависимости от диаметра колес автомобиля.

Измеряем расстояние  от поверхностей зеркал отражателей до центров экрана. Поднимаем колеса с помощью подъемного устройства и включаем излучатель.

Прокручиваем колесо: на экране отраженный луч описывает окружность. Устанавливаем луч в верхней точке окружности. Затягиваем гайки, тем самым притягиваем пластину. Повторяем эту операцию до тех пор, пока луч при вращении колеса не "замрет" в точке. Значит, поверхность зеркала параллельна плоскости вращения колес.

Опускаем колесо с отрегулирован­ным отражателем.

Прожимаем подвеску, нажав не­сколько раз на переднюю часть автомо­биля, прокатываем его немного впе­ред-назад и вновь устанавливаем на опорные площадки.

Измеряем угол развала,  для чего поворачиваем колесо рулем так, чтобы луч падал на вертикальную среднюю линию или рядом.

Для контроля схождения колес устанавливаем их так, чтобы на одном из экранов луч падал на вертикальную среднюю линию, а на втором экране измеряем отклонение от нее. Схождение регулируем изменением длинны обеих рулевых тяг, стараясь сохранить их примерное равенство.

Определяем угол продольного наклона оси поворота. Поворачиваем колесо так, чтобы луч оказался на левой или правой границе экрана. Измеряем отклонение луча от горизонтальной средней линии. То же проделываем, повернув колесо в противоположную сторону (луч на другой границе экрана). 

5.4 Размерная функция 

Таблица 5.1 – Технические характеристики стенда для проверки развал-схождения колес грузовых автомобилей

№	Показатель	Значение
1	Время проверки, мин.	15
2	Точность измерений, мин.	+/- 7
3	Напряжение питания диагностирующего устройства, В	4,5
4	Тип подъемника	Пневматический, канавный
5	Грузоподъемность, Н	49033
6	Рабочее давление, Н/см2	59
7	Максимальная высота подъема, мм	420
8	Минимальная глубина траншеи, мм	1200

 Устойчивость - способность автомобиля сохранять движение по конкретно этой траектории, противодействуя силам, вызывающих его занос и опрокидывание в различных дорожных условиях при высоких скоростях. Ее нарушение приводит к заносу или опрокидыванию под действием центрᴏбежной силы.

Управляемость - способность автомобиля двигаться в направлении, заданном водителем. Поворачиваемость может быть: недостаточной - автомобиль увеличивает радиус поворота; нейтральной - радиус поворота не изменяется; избыточной - радиус поворота уменьшается....................................... 

 Доклад к дипломной работе:

Уважаемые председатель и члены государственной аттестационной комиссии!

Вашему вниманию предлагается дипломный проект на тему  Повышение эксплуатационной надежности механизма рулевого управления грузового автомобиля с конструктивной разработкой стенда для проверки развал-схождения колес в ЗАО АПК «Белореченский».

ЗАО АПК «Белореченский» одно из самых крупных многопрофильных предприятий Свердловской области по производству зерна, овощей и молока. Ежегодно производится порядка 11000 тонн овощей и 20000 тонн картофеля. Таким образом, по объему производства овощей и отдельно картофеля хозяйство занимает 1-е место в Свердловской области. На представленном Вашему вниманию плакате №1 показаны характеристики   деятельности  рассматриваемого хозяйства.

Решающую роль в долговечности деталей и узлов автомобиля играют стиль вождения, состояние дорог и своевременное обслуживание. Происходит износ всех шарнирных соединений привода и деталей рулевого механизма. Все это влияет и на срок службы деталей рулевого управления.

В дипломном проводится расчет рулевого управления, его основных параметров, рассчитываются конструктивные элементы.

Учитывая большую значимость этого узла автомобиля, необходимо уделять ему должное внимание и постоянно следить за тем, в каком состоянии находится рулевой механизм, а в случае необходимости немедленно производить ремонт рулевого управления.

В дипломном проекте разработан подробный технологический процесс диагностирования и ремонта механизма рулевого управления.

Геометрия управляющих колес сложна и имеет много параметров.  В пределах объема дипломного проекта  рассмотрен угол развала и угол схождения колес, как  имеющих решающее значение, как на износ шин, так и на расход топлива. Естественно, что снижение ресурса шин и увеличения расхода топлива увеличивают эксплуатационные расходы, увеличивая стоимость перевозок.

В проекте выполнено исследование существующих конструкций оборудования для замера углов установки колес машин. Составлены схемы классификации статических и динамических стендов. В результате выполненной исследовательской части в проекте предложена простая по своему исполнению, надежная и современная конструкция стенда для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес грузовых автомобилей (плакат №2 общий вид).

Стенд состоит из - экрана с излучателем, который закреплен  на подставке, и подъемного устройства для вывешивания колес грузового автомобиля. Расстояние от левого и правого экрана до отражателей может быть разным, что учитывается при вычислениях (плакат №3 сборочный чертеж диагностирующего устройства). Чем больше расстояние, тем крупнее будут измеряемые величины на экране, а следовательно, точность.

В качестве источников излучения предлагается использовать оптические указки, имеющиеся в розничной торговле, почти в каждом магазине. Второе приспособление устанавливаем на колесо - это зеркало, отражающее на экран луч указки. Еще одно приспособление - центрирующие экраны.

Подъемник канавный (плакат №4 сборочный чертеж подъемного устройства), предназначен для вывешивания одной или спаренных осей грузовых автомобилей, а также может быть использован для подъема агрегатов расположенных в нем. Подъемник позволяет поднимать ось или агрегат на высоту не более 420 мм. Подъемник является стационарным, но имеет возможность перемещаться по оси канавы с одного края в другой. Подъемник представляет собой тележку, на которой размещаются два пневмоцилиндра (плакат №5 сборочный пневмоцилиндра). Тележка перемещается по полозьям, которые представляют собой сотые уголки, установленные внутри канавы на ее стенках.

Порядок работы на стенде следующий:

Устанавливаем экраны на выбранном расстоянии от опорных площадок. Поверхности экранов должны быть параллельны продольно-вертикальной плоскости автомобиля, горизонтальная средняя линия на экране - параллельна горизонтальной плоскости. В противном случае в измеренных величинах углов появятся ошибки (особенно угла продольного наклона оси поворота, так как его показания снимаются на краях экрана).

Ставим центрирующие экраны на центры опорных площадок. Включаем излучатели-указки и поочередно регулируем лучи так, чтобы каждый из них проходил через отверстия в центрирующих экранах и падал на противоположный экран с излучателем.

Устанавливаем автомобиль передними колесами на опорные площадки и закрепляем отражатели при помощи крабов в зависимости от диаметра колес автомобиля.

Измеряем расстояние  от поверхностей зеркал отражателей до центров экрана. Поднимаем колеса с помощью подъемного устройства и включаем излучатель.

Прокручиваем колесо: на экране отраженный луч описывает окружность. Устанавливаем луч в верхней точке окружности. Затягиваем гайки, тем самым притягиваем пластину. Повторяем эту операцию до тех пор, пока луч при вращении колеса не "замрет" в точке. Значит, поверхность зеркала параллельна плоскости вращения колес.

Опускаем колесо с отрегулированным отражателем.

Прожимаем подвеску, нажав несколько раз на переднюю часть автомобиля, прокатываем его немного вперед-назад и вновь устанавливаем на опорные площадки.

Измеряем угол развала,  для чего поворачиваем колесо рулем так, чтобы луч падал на вертикальную среднюю линию или рядом. Отклонение луча от этой линии соответствует углу развала колес.

В проекте выполнены расчеты теоретического определения взаимосвязи углов развала и схождения на примере прототипа диагностируемого автомобиля марки DAF.

Оптический стенд для проверки и установки углов развала и схождения управляемых колес автомобиля позволяет увеличить скорость проведения операции, повысить качество выполняемых работ и снизить трудоемкость. Подвижный краб с нанесенной разметкой предназначен для выполнения операции диагностирования на грузовых автомобилях.

На следующих листах представлены сборочные чертежи узлов стенда (плакат №6) и рабочие чертежи деталей (плакаты №7 и 8), из которых выполнен стенд. В пояснительной записке приведены необходимые технологические и прочностные расчеты для изготовления данного стенда, а также разработана подробная методика изготовления диагностирующего устройства.

Разработана технологическая карта проверки развал-схождения на спроектированном стенде (плакат №9).

Исходя из всего вышесказанного в  результате применения разработки возможно получение информации о техническом состоянии автомобиля, которая позволяет своевременно обнаружить и предотвратить отказы рулевого управления, поддерживать оптимальные регулировки, сократить простои  из-за технических неисправностей, квалифицированно оценить техническое состояние составных частей рулевого управления машины и разработать рекомендации по выполнению предупредительных операций.

          В экономическом разделе рассчитан экономический эффект от внедрения нового оборудования. Предлагаемый инженерный проект окупится предприятию за 0,8 года и общая эффективность составит 30%, а годовой экономический эффект 125000 рублей при единовременных капитальных вложениях в размере 97590 руб.

Таким образом,  обеспечивая оптимальные регулировки геометрии колес автомобиля экономится топливо, увеличивается ресурс шин и безопасность движения, уменьшается загрязнение окружающей  среды. 

Уважаемые председатель и члены государственной аттестационной комиссии доклад окончен, благодарю за внимание.