Типы подвесок грузовых авто
ПОДВЕСКА ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Подвеска современного (грузового) автомобиля состоит из трех основных узлов:
1. Упругие элементы, воспринимающие динамические нагрузки между кузовом или рамой автомобиля и дорожным полотном.
2. Элементы, гасящие колебания подвески.
3. Узел, отвечающий за стабилизацию автомобиля относительно плоскости дороги.
На данный момент на грузовиках используются разнообразные конструкции подвески автомобиля и инженерные решения упругих элементов. В первую очередь, это сами покрышки автомобиля, которые эффективно поглощают мелкие неровности дорожного полотна. Чем больше колесо и меньше давление в нем, тем большее препятствие автомобиль преодолевает без большого воздействия нагрузки на раму. Большегрузные карьерные самосвалы с их огромными колесами вообще обходятся без дополнительных элементов подвески, так как их покрышки эффективно гасят дорожные неровности. Тихоходные колесные тракторы и спецтехника в виде упругого элемента довольствуются только воздухом в покрышках.
Вторыми по возрасту и частоте применения на современной технике упругими элементами являются рессоры. Они бывают разной конструкции, имеют разную технологию изготовления, но именно они наиболее массово применяются на современных грузовиках, и их можно встретить как на магистральных тягачах, так и на строительной технике, развозных городских машинах, военных и гоночных грузовиках. Если раньше на грузовики устанавливали толстые пакеты коротколистовых рессор, то на современных машинах количество рессор значительно уменьшили, вплоть до одной на некоторых моделях, а длину увеличили, что улучшило плавность хода и снизило вес конструкции. Если европейские производители предпочитают длинные рессоры, то их коллеги в США короткие. Поэтому грузовики с Североамериканского континента более жесткие на ходу.
Пневмоподвеска широкое распространение в Европе и США получила лет 30-40 назад. Главное ее преимущество по сравнению с рессорной в меньшем весе, ее расходные материалы дешевле, и грузовик имеет лучшую плавность хода. Заводская цена грузовика с пневмоподвеской выше, чем машины с рессорной, но замена подушки в процессе эксплуатации дешевле, чем целой рессоры. Кроме того, грузовики с пневмоподвеской меньше разбивают асфальт дорог, поэтому магистральные тягачи чаще всего комплектуются пневмобаллонами. Минус такой подвески в том, что она требует дополнительных воздушных кранов и трубок и более мощного воздушного компрессора. Эта система боится влаги и дорожной грязи, поэтому на строительной технике чаше применяют рессорную подвеску. Правда, есть голландские производители тяжелой строительной техники Terberg и Ginaf, которые активно применяют пневмоподвеску собственной конструкции на самосвалах.
Пневмоподушки не имеют жесткой связи с рамой грузовика, и чтобы мост не «гулял», в конструкции подвески автомобиля применяют продольные и поперечные реактивные тяги. Это тоже усложняет и удорожает конструкцию.
В случае применения четырехбаллонной схемы подвески моста кроме двух (как правило) продольных реактивных тяг требуется установка поперечной (чаще V-образной) тяги. Если производитель устанавливает на мосту две пневмоподушки, то в конструкции подвески применяют полурессоры (правильно называть реактивные тяги). Жесткость конструкции увеличивается, тогда поперечная тяга ставится одна или вообще обходятся без нее. Именно сайлент-блоки и втулки реактивных тяг требуют внимания и периодического ремонта и замены. По нормальным европейским дорогам тяги выхаживают 250-350 тыс. км. В наших условиях их навряд ли хватит более чем на 200 тыс. км. Если зевнул момент замены реактивной тяги, то можно «попасть» на ремонт крестовин, если, конечно, раньше момент силы, не совпадающий с осью автопоезда из-за разбитых втулок, не развернет твой грузовик поперек дороги на гололеде.
Следует отметить, что современные производители грузовой техники широко применяют комбинированную подвеску, состоящую из рессор и пневмоэлементов.
На Североамериканском континенте на строительной технике широко применяются резиновые цельнолитые подушки как упругий элемент. Такая подвеска значительно легче рессорной, и у нее нет недостатков, присущих пневмоподвеске. Цена резиновой подвески не сильно отличается от рессорной. Зато она достаточно жесткая, и без пневмоподвески сиденья водителю не обойтись. К сожалению, такой тип подвески почти не распространен в Европе.
Торсионы применяются в основном на военной технике. Правда, на знаменитых грузовиках марки Tatra в некоторых строительных моделях торсионы применяются широко как самостоятельно, так и в комбинации с пневмобаллонами. На легких развозных грузовиках японских и корейских производителей переднюю независимую подвеску иногда выполняют на торсионах.
Пружины применяются в основном на полноприводных машинах повышенной проходимости с независимой подвеской колес. В немецкой армии достаточное количество грузовиков MAN, имеющих колесную формулу 6х6 и независимую пружинную подвеску всех колес.
Для того чтобы гасить раскачку грузовика в конструкции автомобиля применяются амортизаторы. Они могут быть как одностороннего, так и двухстороннего действия. На данный момент амортизаторы, как правило, гидравлические. На европейских автобанах и в европейском климате амортизаторы «живут» 300-400 тыс. км. На наших дорогах нагрузка на подвеску возрастает в несколько раз. Российские ямы и морозы могут «убить» амортизаторы и за 10 тыс. км: они текут, разбиваются резиновые втулки или отрываются «уши».
Спортивные грузовики, машины спецназначения и военная техника комплектуются гидропневматическими стойками. Это не новое изобретение, так как на военной технике они используются давно. Но сравнительно недавно эти стойки стали применять и на гражданской технике.
Гидропневматические стойки являются своего рода активными амортизаторами, эффективно воспринимающие повышенные нагрузки и гасящими колебания большой амплитуды. Они могут менять свою жесткость и другие характеристики в зависимости от условий эксплуатации. Применяются они, как правило, на грузовиках с рессорной подвеской. Такие машины с такой подвеской выдерживают прыжки с трамплина и полеты на несколько десятков метров без последствий для грузовика. Российский КамАЗ-4911 великолепно продемонстрировал возможности такой подвески на всевозможных ралли-рейдах и демонстрациях военной техники.
Последние два года на спецмашины и не только на них стали устанавливать гидропневматические стойки нового поколения. Теперь они выполняют роль не только гасителей колебаний, но и роль упругого элемента. Грузовику с такой стойкой не требуются ни рессоры, ни пружины, ни торсионы. Это здорово облегчает конструкцию. Характеристики таких гидропневматических стоек можно менять из кабины, варьируя клиренс, жесткость, ход подвески и даже наклонять автомобиль влево-вправо или вперед-назад. Такие стойки хорошо вписываются в конструкцию автомобиля с независимой подвеской колес, и такому вездеходу уже не грозит диагональное вывешивание колес в сложных дорожных условиях. Гидропневматические стойки нового поколения начали устанавливать на свою технику такие производители, как Ginaf и Terberg. Пока робко эти стойки предлагают производители прицепной техники на подвеске полуприцепов. Скорее всего, эта конструкция получит дальнейшее распространение и более широкое применение.
Если лет пять назад на мостах с пневмоподвеской стабилизаторы поперечной устойчивости устанавливались в обязательном порядке, то внедрение электроники в современных грузовиках позволило отказаться от железных конструкций стабилизаторов. Теперь электроника следит за этим и, перегоняя воздух в пневмобаллонах, выравнивает крен автомобиля. Те же функции выполняют и гидропневматические стойки нового поколения.
Мир подвески грузовых автомобилей очень разнообразен, и применение тех или иных ее типов зависит от назначения автомобиля, национального менталитета и кошелька клиента. Но мы постарались в этой статье рассмотреть наиболее распространенные варианты, чаще всего встречающиеся на дорогах, и немного рассказали о перспективных разработках, которые, вполне возможно, в скором будущем появятся на коммерческих автомобилях.
Виды подвесок автомобилей.
Двухрычажная подвеска с коротким верхним и длинным нижним рычагами обеспечивает минимальные поперечные перемещения колеса (вредные для боковой устойчивости автомобиля и вызывающие быстрый износ шин), а также незначительные угловые перемещения при ходе вверх и вниз.
Конфигурация поперечного рычага позволяет каждому колесу независимо воспринимать неровности и оставаться более вертикальным на поверхности дороги. А это означает лучшее сцепление с дорогой.
Подвеска МакФерсона, названая по имени инженера Эрла Макферсона, разработавшего её в 1960 году, представляет собой подвеску колеса, состоящую из одного рычага, стабилизатора поперечной устойчивости и блока из пружинного элемента и амортизатора телескопического типа, называемого качающейся свечой, в связи с тем, что он закреплен в верхней части к кузову при помощи упругого шарнира и может качаться при движении колеса вверх-вниз.
Кинематически схема менее совершенна, чем подвеска на двух поперечных или продольных рычагах: что при большом ходе подвески развал (угол наклона колеса к вертикальной плоскости) будет меняться, и тем больше, чем больше ход подвески. Но в связи с технологичностью и дешевизной данный тип подвески получил очень большое распространение в современном автомобилестроении.
Многорычажная подвеска несколько напоминают двухрычажную подвеску и имеют все ее положительные качества.
Эти подвески более сложны и боле дороги, но обеспечивают большую плавность хода и лучшую управляемость автомобиля. Большое количеств элементов — сайлент-блоков и шаровых шарниров хорошо гасят удары при резком наезде на препятствия. Все элементы крепятся на подрамнике через мощные сайлент-блоки, что позволяет увеличить шумоизоляцию автомобиля от колес.
Применение многорычажной независимой подвески, которая главным образом используется на автомобилях представительского класса, придает подвеске стабильный контакт колес с любым покрытием на дороге и четкий контроль автомобиля при изменениях направления движения.
Главные преимущества многорычажной подвески:
-Независимость колес друг от друга,
-Низкая неподрессоренная масса,
-Независимая продольная и поперечная регулировки,
-Хорошая недостаточная поворачиваемость,
-Хороший вариант для использования в схеме 4×4.
Главный недостаток современной схемы — сложность и, соответственно, цена. До недавнего времени ее применяли только на дорогих автомобилях. Теперь же она «удерживает» задние колеса даже некоторых машин гольф-класса.
Установка пневмоэлементов
На всех вышеописанных подвесках пневмоэлемент устанавливается по схожей схеме. Он одевается на шток аммортизатора через сальники, обеспечивающие герметичность системы. Место крепления пневмоэлемента к корпусу стойки также надежно герметизируется.
Задняя зависимая подвеска
Типичным представителем такой конструкции может служить задняя подвеска с цилиндрическими винтовыми пружинами в качестве упругих элементов. Как пример можно привести конструкцию задних подвесок классических «Жигулей». В этом случае балка заднего моста «подвешивается» на двух винтовых пружинах и дополнительно крепится к кузову при помощи четырех продольных рычагов. Кроме этого, для улучшения управляемости, уменьшения крена кузова в поворотах и улучшения плавности хода устанавливается поперечная реактивная штанга.
Основным недостатком этого типа подвески является значительная масса балки заднего моста. Этот показатель особенно возрастает, когда мост выполняется ведущим: приходится «нагружать» балку весом картера главной передачи, редуктора и т.п. А приводит все это к возрастанию так называемых неподрессоренных масс, из-за чего значительно ухудшается плавность хода и появляются вибрации.
Подвеска типа «Де Дион»
Стремясь как можно больше «облегчить» задний мост, инженеры многих автомобильных компаний начали применять подвеску типа «Де Дион», названную по имени своего изобретателя, француза Альберта Де Диона. Главное ее отличие — картер главной передачи теперь отделен от балки моста и прикреплен непосредственно к кузову. Теперь крутящий момент передается от двигателя автомобиля к ведущим колесам через полуоси, качающиеся на шарнирах равных угловых скоростей. Этот тип подвески может быть как зависимым, так и независимым. Нечто похожее применяется на внедорожных автомобилях, в конструкции передней подвески независимого типа.
Но несмотря на совершенствование конструкции, все зависимые подвески обладают одним и весьма существенным минусом: проявляется несбалансированное поведение автомобиля при старте и торможении. Машина начинает «приседать» при интенсивном разгоне и «клевать носом» во время торможения. Для устранения этого эффекта стали применять дополнительные направляющие элементы.
Полунезависимая задняя подвеска
Конструктивно она выполняется в виде двух продольных рычагов, которые соединены посередине поперечиной. Этот тип подвески применяется только сзади, но практически на всех переднеприводных автомобилях. Среди плюсов этой конструкции можно выделить легкость монтажа, компактность и небольшой вес, как следствие — уменьшение «неподрессоренных масс», и самое ее весомое достоинство — наиболее оптимальная кинематика колеса. Недостаток можно выделить всего один: такую подвеску можно применять только на неведущем заднем мосту.
Установка пневмоэлементов
В случае если пружина и аммортизатор конструктивно установлены отдельно друг от друга, пружина просто заменяется на пневмоэлемент с проставками необходимой толщины. Проставками подбирается минимальный и максимальный дорожный просвет автомобиля.
Если пружины с аммортзаторами собраны в единый узел, наподобие передней стойки, то пневмоэлемент устанавливается так же, как и на передней подвеске — одевается на шток аммортизатора.
Подвески грузовых автомобилей
Одна из первых и наиболее распространенных конструкций зависимой подвески — с продольными или поперечными рессорами и гидравлическими амортизаторами. Ее до сих пор применяют на грузовиках, коммерческих автомобилях и на некоторых моделях внедорожников. Это наиболее простой вариант решения задней подвески: мост «подвешивается» на продольных рессорах, закрепленных в кронштейнах кузова. Кроме этого, к балке заднего моста крепятся амортизаторы. В такой конструкции рессоры выполняют также функции направляющих элементов, то есть связывают колесо с кузовом и определяют его кинематику.
Плюс зависимой задней подвески подобного типа — очевидная простота конструкции, правда, это имеет какое-либо серьезное значение только для производителя. На практике же рядового автомобилиста ожидают только минусы: недостаточная эффективность работы рессор, как направляющих элементов. При достижении высоких скоростей относительно «мягкие» рессоры оказываются не в состоянии придавать заднему мосту необходимое положение в пространстве, отчего сильно ухудшается сцепление шин с дорогой, и, как следствие, проявляется неудовлетворительная управляемость машины на высоких скоростях.
Подвески внедорожников и пикапов
Рассмотрим варианты подвесок на данный тип автомобилей подробней. Здесь присутствуют несколько видов подвесок:
-автомобили с зависимой передней и задней подвесками,
-автомобили с независимой передней и зависимой задней подвеской,
-автомобили с полностью независимой подвеской.
Разбирать устройство начнем с задней подвески. Наиболее распространенной задней подвеской внедорожников является рессорная или пружинная подвеска с жестким неразрезным мостом.
Рессорная подвеска имеет простую конструкцию, высокую надежность, выдерживает очень большие нагрузки и поэтому чаще всего применяется на тяжелых джипах и пикапах. Но в погоне за ценой и надежностью автопроизводители используют рессорные подвески и на более легких недорогих внедорожниках. Пружинные подвески немного сложнее рессорных, но при этом компактны и обычно довольно мягкие и длинноходные и устанавливаются на более легких и комфортных внедорожниках. В остальных же случаях на паркетниках и спортивных городских внедорожниках применяются различные варианты независимых рычажных задних подвесок.
Передние подвески внедорожников так же бывают с жестким неразрезным мостом, но сегодня подобные конструкции встречаются редко. Стремясь улучшить управляемость и устойчивость автомобилей на шоссе автопроизводители все чаще применяют независимые пружинные или торсионные подвески.
В зависимости от конструкции подвески возможны следующие варианты установки пневмобаллонов:
1. Установка вспомогательных подушек на рессоры
В этом случае в штатных рессорах уменьшается количество листов, что компенсируется установкой небольшой пневмоподушки. Уменьшение количества листов снижает жесткость рессоры, что позволяет сделать подвеску более комфортной при ежедневном передвижении на незагруженном автомобиле и в то же время давлением в подушке можно в широких пределах изменять дорожный просвет и компенсировать отсутствующие листы при полной загрузке автомобиля. В итоге такая установка позволяет расширить возможности автомобиля, улучшить управляемость и плавность хода, поднять грузоподъемность и проходимость, облегчить буксировку тяжелого прицепа.
2. Замена пружин на пневмобаллоны
На автомобилях с пружинной (как зависимой так и независимой) передней и задней подвеской пружина полностью заменяется пневмобаллоном. Улучшение характеристик подвески этом случае такое же как и на рессорной подвеске, но преимущества пневмоподвески проявляются более полно, чем при установке вспомогательной подушки.
Автопрактикум. Часть 3. Ходовая часть и механизмы управления большегрузных автомобилей
Учебное пособие содержит теоретические основы конструкции ходовой части большегрузных автомобилей, конструкцию деталей, узлов и агрегатов ходовой части большегрузных автомобилей различных марок.
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Автопрактикум. Часть 3. Ходовая часть и механизмы управления большегрузных автомобилей предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
4 Ходовая часть большегрузных автомобилей
4.1 Общее устройство ходовой части
Ходовая часть предназначена для преобразования вращательного движения ведущих колёс в поступательное движение автомобиля, смягчения ударов и толчков при движении по неровной дороге, обеспечения достаточной плавности хода. Ходовая часть состоит из рамы (несущей системы), мостов, подвески и колёс.
Рама является несущей системой автомобиля и предназначена для крепления кузова, всех агрегатов и механизмов автомобиля. Она воспринимает все нагрузки, возникающие при движении автомобиля, поэтому должна обладать высокой прочностью и жесткостью, но в то же время быть легкой и иметь форму, при которой возможно более низкое расположение центра тяжести автомобиля для увеличения его устойчивости.
В зависимости от конструкции рамы делятся на лонжеронные (лестничные), центральные (хрептовые) и Х-образные или крестообразные (сочетающие в своей конструкции оба принципа, средняя часть рамы выполняется как центральная, а концы делают лонжеронными). Наибольшее распространение получили первые из них.
Лонжеронная рама автомобилей состоит из двух продольных балок — лонжеронов — переменного сечения и нескольких поперечин. Лонжероны отштампованы из листовой стали и имеют швеллерное сечение переменного профиля. Высота профиля наибольшая в средней части лонжеронов, где они наиболее нагружены.
Поперечины, как и лонжероны, выполнены штампованными из листовой стали. Они имеют форму, обеспечивающую крепление к раме соответствующих механизмов.
Мосты автомобиля служат для поддерживания рамы и кузова и передачи от них на колёса вертикальной нагрузки, а также для передачи от колёс на раму (кузов) толкающих, тормозных и боковых усилий.
Мосты подразделяются на ведущие, управляемые, комбинированные (ведущие и управляемые одновременно) и поддерживающие.
Ведущий мост предназначен для передачи на раму (кузов) толкающих усилий от ведущих колёс, а при торможении — тормозных усилий.
Ведущий мост представляет собой жесткую пустотелую балку, состоящую из двух полуосевых рукавов, внутри которых находятся полуоси, а снаружи крепят ступицы колёс и средней части — картера, в котором размещена главная передача с дифференциалом.
Управляемый мост представляет собой балку с установленными по обоим концам поворотными цапфами. Балка кованная, стальная, имеет обычно двутавровое сечение. Средняя часть балки выгнута вниз, что позволяет более низко расположить двигатель. На ее концах в вертикальной плоскости сделаны отверстия для установки шкворней, обеспечивающих шарнирное соединение балки с поворотными цапфами.
Комбинированный мост выполняет функции ведущего и управляемого мостов. К полуосевому кожуху комбинированного моста прикрепляют шаровую опору, на которой имеются шкворневые пальцы. На последних устанавливают поворотные кулаки (цапфы). Внутри шаровых опор и поворотных кулаков находится карданный шарнир (равных угловых скоростей), через который осуществляется привод на ведущие и управляемые колёса.
Поддерживающий мост предназначен только для передачи вертикальной нагрузки от рамы к колёсам автомобиля. Он представляет собой прямую балку, по концам которой на подшипниках смонтированы поддерживающие колёса. Поддерживающие мосты применяют на прицепах и полуприцепах.
Подвеска служит для обеспечения плавного хода автомобиля, так как смягчает воспринимаемые колёсами автомобиля удары и толчки при наезде на неровности дороги. Подвеска может быть зависимой и независимой. При зависимой подвеске перемещение одного колеса зависит от перемещения другого колеса. При независимой подвеске такая связь отсутствует. На многоосных автомобилях применяют балансирные подвески, которые обеспечивают равномерное распределение нагрузки между этими осями и допускают в то же время возможность независимого их перемещения вверх и вниз за счёт шарнирных соединений и скольжения концов рессор.
Подвеска включает в себя три основных элемента: упругий элемент, гасящее и направляющее устройство.
Упругий элемент связывает раму с передним и задним мостами или с колёсами и поглощает удары, возникающие при движении автомобиля, обеспечивая необходимую плавность хода. В качестве упругого элемента применяют листовые рессоры, пружины, пневмобаллоны и скручивающие упругие стержни (торсионы).
Гасящее устройство — амортизатор служит для быстрого гашения вертикальных угловых колебаний рамы или кузова автомобиля. Наибольшее распространение получили телескопические амортизаторы двустороннего действия, которые гасят колебания как при сжатии, так и при растяжении упругого элемента.
Направляющее устройство обеспечивает вертикальные перемещения колёс, а также передачу толкающих и тормозных усилий от колёс к раме или несущему кузову. По типу направляющего устройства подвески делятся на зависимые (рессорные и балансирные) и независимые (пружинные).
Колёса обеспечивают возможность движения автомобиля, а также смягчают толчки, возникающие при движении по неровностям дороги. По назначению колёса делят на ведущие, управляемые, комбинированные (ведущие и управляемые) и поддерживающие.
Автомобильное колесо состоит из пневматической шины, обода и диска. Колёса грузовых автомобилей снабжены дисками с плоским (без углубления) ободом, который делается разборным для облегчения монтажа и демонтажа шин. На ободе монтируют однобортовое съёмное разрезное кольцо, одновременно выполняющее функции замочного кольца.
Диски колёс грузовых автомобилей крепятся к ступице при помощи шпилек и гаек с конусными фасками. На ведущие задние полуоси устанавливают по два колеса. Диски внутренних колёс закреплены на шпильках колпачковыми гайками с внутренней и наружной резьбой, а диски наружных колёс — гайками с конусом. Чтобы предотвратить самоотвёртывание гаек при ускорении и торможении автомобиля, гайки левой стороны имеют левую резьбу, а гайки правой стороны — правую.
4.2 Рамы большегрузных автомобилей
4.2.1 Рама автомобилей ЗИЛ
Рама автомобиля ЗИЛ-431410 клепаная, из штампованных деталей, состоит из двух лонжеронов переменного швеллерного сечения, соединенных поперечинами. В передней части рамы установлены удлинители рамы и буфер
В отверстии задней поперечины рамы смонтировано тягово-сцепное устройство с резиновым буфером, обеспечивающим двустороннюю амортизацию, и крюком с защёлкой для соединения со сцепной петлёй прицепа.
Рисунок 4.1 — Рама автомобиля ЗИЛ-431410
1 — передний буфер; 2 — буксирные крюки; 3 — передняя поперечина; 4 — кронштейн амортизатора; 5 — кронштейн задней опоры двигателя; 6, 11 — лонжероны рамы; 7 — кронштейн передней рессоры; 8 — кронштейн платформы; 9, 12, 15, 17 — поперечины рамы; 10 — кронштейн подвесной опоры; 13 — кронштейн задней рессоры; 14 — опорные кронштейны подрессорника; 16 — раскосы; 18 — тягово-сцепное устройство
4.2.2 Рамы автомобилей КамАЗ и Урал
Рамы автомобилей КамАЗ-5320 и Урал-4320 несущие, лонжеронного типа, клёпаные.
Рама автомобиля КамАЗ-5320 (рисунок 4.2, а) состоит из двух продольных лонжеронов 7, 13 в семи поперечных балок, образующих жесткую несущую конструкцию. Лонжероны изготовлены из углеродистой стали толщиной 8 мм и имеют переменный профиль с поперечным сечением в виде швеллера. Передние концы лонжеронов скошены для более удобной компоновки подвески. На передних концах лонжеронов крепится буфер.
Рисунок 4.2 — Рамы автомобилей
а — КамАЗ — 5320; б — Урал — 4320; 1 — кронштейн крепления переднего буфера; 2 — кронштейн крепления жидкостного радиатора; 3, 5 — кронштейны крепления двигателя; 4, 17 — кронштейны крепления верхнего ушка амортизатора; 6 — кронштейн; 7, 14, 23 — лонжероны рамы; 8, 9, 10, 12, 14, 16, 19, 21 — поперечные балки; 11 — подкладка кронштейна задней подвески; 15 — задний кронштейн передней подвески; 18 — передний кронштейн передней подвески; 20 — задний буфер; 22 — поперечина сцепного устройства; 24 — буксирный крюк; 25 — передний буфер
Форма и положение поперечных балок определяются размещением и креплением механизмов автомобиля. В задней поперечине рамы, усиленной раскосами, установлено тягово-сцепное устройство, предназначенное для буксировки прицепов, автомобилей и снижения возникающих при этом знакопеременных динамических нагрузок.
Рама автомобиля Урал-4320 (рисунок 4.2,б) состоит из двух лонжеронов и шести поперечных балок. Первая 19, вторая 16, третья 14 и четвертая 12 поперечные балки круглого сечения. Передний 25 и задний 20 буфера и шестая поперечная балка 21 съёмные. В места крепления подвески баков установлены усилители лонжеронов. Тягово-сцепное устройство крепится в специальной поперечине. На переднем буфере закреплены болтами буксирные крюки 24.
4.2.3 Рамы автомобилей МАЗ и КрАЗ
Рама автомобиля МАЗ клёпаная, состоит из двух продольных балок (лонжеронов) швеллерной формы с переменным сечением, изготовленных из полосовой низколегированной стали толщиной 8 мм.
Лонжероны рамы, изготовленные методом горячей штамповки, соединены в пяти местах поперечинами при помощи заклёпок. Поперечины штампованные, из низколегированной стали, вторая и третья — из малоуглеродистой стали. На лонжеронах прикреплены кронштейны передней, задней и дополнительной рессор, боковых опор двигателя, крепления кабины, рулевого управления и др.
Конструктивной особенностью рамы является перенос крепления всех её силовых элементов и в особенности кронштейнов рессор и поперечин на вертикальные стенки лонжеронов в наиболее нагруженных местах.
Применение высокопрочной низколегированной стали, отсутствие заклёпочных соединений на нижних полках лонжеронов позволили благоприятно распределить напряжения и достичь высокой прочности рамы.
Рама автомобиля КрАЗ состоит из двух продольных балок — лонжеронов, соединённых между собой пятью поперечинами. Лонжероны изготовлены из швеллера, прокатанного из низколегированной стали. Верхние полки лонжеронов в передней части срезаны для размещения радиатора системы охлаждения двигателя. К передним концам лонжеронов приварены кронштейны и угольники для крепления переднего буфера и решётки радиатора.
Поперечина № 1 своей нижней полкой приварена дуговой сваркой к нижним полкам лонжеронов, а в вертикальной плоскости соединена с лонжеронами отогнутыми фланцами: На поперечине устанавливается радиатор, а снизу монтируется пусковой подогреватель двигателя. В передней части к лонжеронам рамы с помощью болтов крепятся кронштейны передних рессор. Кронштейны отлиты из стали. Под гайки болтов, крепящих кронштейны к нижним полкам лонжеронов, устанавливаются косые шайбы, компенсирующие наклон внутренних поверхностей полок.
Поперечина № 2 сварной конструкции соединена с верхними полками лонжеронов заклёпками и накладками, а с вертикальными стенками — угольниками. В центральной части рамы к её лонжеронам снизу крепятся кронштейны задних опор раздаточной коробки.
Поперечина № 3 соединена с лонжеронами заклёпками и болтами. Наиболее нагруженная поперечина № 4 расположена над балансирной тележкой задней подвески автомобиля. Через неё на раму передаются толкающие усилия и усилия от реактивного и тормозного моментов, воспринимаемые реактивными штангами. Поперечина состоит из двух частей — передней и задней, соединённых дуговой сваркой. К лонжеронам рамы поперечина прикреплена болтами, косынками и фланцами. В месте установки кронштейнов балансира задней подвески к нижним полкам лонжеронов приварены подкладки из швеллера № 18, прокатанного из стали. В местах возможного упора ограничителей задних мостов внутрь подкладок вварены штампованные усилители.
Поперечины № 1, 3 и 4 изготовлены штамповкой из листовой стали толщиной 8 мм.
Поперечина № 5 рамы коробчатого сечения прикреплена к полкам лонжеронов заклёпками и болтами. В центральной части, где устанавливается буксирная вилка, в поперечину вварен усилитель.
В передней части рамы к нижним полкам лонжеронов автомобилей всего семейства КрАЗ болтами крепится поперечина переднего буксирного прибора.
4.2.4 Тягово-сцепное устройство
Тягово-сцепные устройства состоят из разъёмно-сцепного механизма, амортизационно-поглощающего механизма и деталей крепления.
Тягово-сцепные устройства классифицируются по конструкции основной сопрягаемой пары и делятся на:
— крюковые (пара крюк — петля);
— шкворневые (пара шкворень — петля);
— шаровые (пара шар — петля).
Дополнительным классификационным признаком служит тип упорного элемента амортизационно-поглощающего механизма — это витые цилиндрические пружины, резиновые элементы и концевые пружины.
Наиболее распространёнными являются крюковые устройства с резиновым упругим элементом (рисунок 4.3).
Основой тягово-сцепного устройства служит крюк 12 (рисунок 4.3), на котором установлена защёлка 11, стопорящаяся фиксатором 7, что препятствует самопроизвольному выходу петли. Стержень крюка установлен в двух подшипниках скольжения, что обеспечивает поворот крюка вокруг оси и перемещения стержня в продольном направлении. Внутри корпуса 5 помещен резиновый элемент 4, предварительно сжатый двумя шайбами 3 и 14 с помощью гайки стержня 2, что обеспечивает условия работы сцепного устройства.
Рисунок 4.3 — Крюковое тягово-сцепное устройство
1 — защитный кожух; 2 — гайка; 3, 14 — опорные шайбы; 4 — упругий элемент; 5 — корпус; 6 — задняя поперечина рамы; 7 — фиксатор защёлки; 8 — шплинт; 9 — ось фиксатора; 10 — цепочка шплинта; 11 — защёлка; 12 — крюк; 13 — крышка корпуса
Резиновый элемент имеет нелинейную характеристику, поэтому его жёсткость при трогании автопоезда невелика, а при движении она возрастает, что отвечает условиям нагрузки.
Основной недостаток тягово-сцепных устройств — быстрое изнашивание зева крюка, что приводит к увеличению зазора в паре крюк — петля и снижению прочности.
4.2.5 Седельно-сцепное устройство
Седельно-сцепное устройство, установленное на седельных тягачах, служит для шарнирного соединения тягача с полуприцепом, передачи части нагрузки от полуприцепа на раму тягача и передачи тягового усилия от тягача к полуприцепу, обеспечивает полуавтоматические сцепку и расцепку тягача с полуприцепом.
При износе поверхностей губок сцепного механизма, охватывающих шкворень полуприцепа, нужно заменить губки новыми или восстановить их наплавкой металла с последующей обработкой.
Седельно-сцепное устройство установлено на кронштейнах 26 с резинометаллическими шарнирами 25, которые прикреплены к раме автомобиля болтами. Оси 29 шарниров фиксируются от осевого перемещения стопорными пластинами 4 с болтами. Седло 6 вращается в шарнирах кронштейнов, что допускает продольный наклон седла.
Рисунок 4.4 — Седельно-сцепное устройство
1 — рама автомобиля; 2 — поперечина седельного устройства; 3 — кронштейн седельного устройства; 4 — пластина стопора; 5 — маслёнка; 6 — седло; 7 — опора седельного устройства; 8 — склиз седельного устройства; 9 — левая губка; 10 — опорная поверхность плиты седельного устройства; 11 — палец губки; 12 — шплинт; 13 — маслёнка; 14 — шпилька крепления рукоятки; 15 — ось предохранительной планки; 16 — предохранитель саморасцепки сцепного механизма; 17 — пружина собачки запорного кулака; 18 — ось собачки запорного кулака; 19 — пружина запорного кулака; 20 — защёлка запорного кулака; 21 — запорный кулак; 22 — ось запорного кулака; 23 — рукоятка замка захвата; 24 — правая губка; 25 — шарнир; 26 — кронштейн; 27 — наружная втулка; 28 — внутренняя втулка; 29 — ось шарнира
Резинометаллические шарниры 25 позволяют значительно снизить динамические нагрузки, передаваемые полуприцепом на раму тягача, а также обеспечивают некоторый поперечный наклон седла.
Сцепной механизм, размещенный под опорной плитой седла, состоит из двух сцепных губок 9 и 24, запорного кулака 21 со штоком и пружиной 19, защелки 20 с пружиной 17, рычага 10 управления расцепкой и предохранителя 16 саморасцепки.
Запорный кулак имеет два положения: заднее — губки закрыты, переднее — губки открыты. Шток запорного кулака 21 удерживается от случайного перемещения в переднее положение предохранителем 16 саморасцепки. После предварительного поворота предохранителя саморасцепки кулак отводится в переднее положение рычагом 23 управления расцепкой и фиксируется в этом положении защёлкой 20. При введении сцепного шкворня в зев губок (кулак зафиксирован защёлкой во взведённом положении) они раскрываются, и кулак, освобождённый от фиксации защёлки, перемещается в затылок губок. При дальнейшем перемещении шкворня кулак под действием пружины 19 входит в паз губки. Таким образом обеспечивается их надёжное запирание.
4.3 Мосты большегрузных автомобилей
Мостом называют агрегат, связывающий между собой колёса одной оси автомобиля, воспринимающий и передающий усилия, действующие на колёса со стороны дороги через подвеску на раму или кузов автомобиля.
Вертикальные усилия возникают от дорожных неровностей и зависят от массы автомобиля, продольные обусловлены силами тяги и сопротивления движению, поперечные зависят от массы, скорости движения и силы сцепления с опорной поверхностью.
Отличительной особенностью моста является наличие балки, которая служит опорой для подшипниковых узлов колёс.
На большегрузных автомобилях задний мост выполняют обычно ведущим, а передний мост — управляемым или комбинированным (ведущим и управляемым). Вертикальные усилия передаются упругими элементами подвески, а продольные и поперечные — как подвеской, так и специальными штангами. При передаче крутящего момента на ведущем мосту возникает реактивный момент, стремящийся повернуть мост в направлении, противоположном направлению вращения ведущих колёс. При торможении на мосты автомобиля действуют тормозные моменты, имеющие обратное направление. Обычно эти моменты передаются от мостов на раму через рессоры, но при балансирной или пневматической подвесках для их передачи используют рычаги или штанги.
Задний ведущий мост, как правило, изготовляют в виде пустотелой балки, внутри которой помещают главную передачу, дифференциал и полуоси, а снаружи крепят ступицы колёс. Неразрезные мосты — жёсткие балки, связывающие правые и левые колёса. В автомобилях с независимой подвеской ведущий мост делают разрезным.
Передний мост также можно выполнять неразрезным при зависимой подвеске колёс или разрезным, если подвеска независимая.
У автомобилей повышенной проходимости передний мост выполняют комбинированным, т. е. одновременно ведущим и управляемым. У многоосных автомобилей применяют поддерживающие мосты, которые служат только для передачи вертикальных нагрузок от рамы к колёсам.
Ведущий мост передает силу тяги или тормозные силы от ведущих колёс на раму (кузов) автомобиля.
Балка ведущего моста выполняет одновременно функции картера (внутри балки располагаются главная передача, дифференциал и полуоси ведущих колёс). Балки мостов бывают трёх видов:
— штампосварные (типа «банджо»).
Разъёмная балка (рисунок 4.5, а) состоит из двух половин 2 и 5, соединённых болтами. Кожухи приводных валов 1, так называемые полуосевые рукава, запрессованы в литые средние части балки и дополнительно соединены с ним, как правило, с помощью заклёпок. Средняя часть балки образует картер главной передачи с соответствующими гнездами под подшипники. Обычно эту часть конструкции изготовляют из чугуна или стали. Конструкция разъёмной балки считается устаревшей. Из-за наличия поперечного стыка она имеет не очень высокую жесткость, кроме того, велика вероятность появления течи масла через стык, нагруженный изгибающими моментами; также затруднительны и трудоёмки операции регулировки. При необходимости ремонта механизмов мост с автомобиля демонтируют.
Рисунок 4.5 — Балки ведущих мостов
а — разъёмная; б — штампосварная; в — неразъёмная; 1 — кожух приводного вала; 2, 3 — части разъёмного картера главной передачи; 4 — опорная площадка; 5, 6, 12 — фланцы; 7 — опорная чашка; 8, 10 — кронштейны; 9, 13 — балки; 11 — труба
Цельная балка (неразъёмная) имеет среднюю часть, которая выполнена в виде одной детали 13 (рисунок 4.5, в). Полуосевые рукава представляют собой стальные трубы, которые запрессованы в среднюю литую часть балки. Детали механизмов при сборке устанавливаются через съёмную заднюю крышку, при снятии которой можно производить осмотр деталей без демонтажа. Однако проводить монтажно-демонтажные и регулировочные работы, где требуется специальный инструмент, без снятия моста с автомобиля затруднительно.
Главная передача в штампосварной балке монтируется в картере, связанном с балкой 9 (рисунок 4.5, б) через фланцевое соединение 6, и в сборе устанавливается в балку и демонтируется из неё. Плоскость разъёма балки и картера главной передачи может быть вертикальной или горизонтальной.
Балка типа «банджо» (рисунок 4.6) может быть изготовлена штамповкой из стали, литьём из чугуна или может быть сварной. Центральная её часть состоит из двух штампованных половинок (в грузовом автомобиле), между которыми ввариваются вкладки. Приваренное спереди усилительное кольцо имеет ряд выштамповок для обеспечения монтажных зазоров при сборке моста и резьбовые отверстия для болтов крепления картера главной передачи. К верхней части балки привариваются стальные подушки под рессоры. К средней части балки с двух сторон встык привариваются цапфы с напрессованными на них стальными фланцами, к которым крепятся опорные щиты тормозных механизмов. Ближе к наружным частям балки на цапфы напрессовываются кольца под уплотнительную манжету ступицы колеса, имеются шлифованные шейки под подшипники ступицы колеса и резьба крепления колёс.
Рисунок 4.6 — Балка заднего ведущего моста грузового автомобиля (типа «банджо»)
1 и 2 — шейки под подшипники ступиц; 3 — втулки уплотнительной манжеты; 4 — фланец; 5 — цапфа; 6 — рессорная подушка; 7 — картер; 8 — скоба; 9 — кронштейн тройника; 10 — отверстие для сапуна; 11 — выемки; 12 — отверстие для слива масла; 13 — крышка картера
Конструкции ведущих мостов различаются и зависят от особенностей трансмиссии автомобиля, которые определяются конструкцией главных передач (центральная или разнесённая) и схемой привода ведущих мостов. Если схемой трансмиссии предусмотрена последовательная передача крутящего момента к заднему ведущему мосту через средний, то средний мост выполняется проходным. При этом бездифференциальная связь среднего и заднего мостов допустима только для автомобилей повышенной проходимости. Для автомобилей имеющих колёсную формулу 6×4, применение межосевого дифференциала, не допускающего возникновения циркуляции мощности, является обязательным. Наиболее рациональным с точки зрения компоновки местом установки межосевого дифференциала является средний мост. Межосевой дифференциал делают блокируемым.
Задний ведущий мост грузового автомобиля ЗИЛ-431410 (рисунок 4.7) имеет неразъёмную стальную балку 18, к концам которой приварены наконечники 32. В центре балки прикреплён картер 19 главной передачи и дифференциала. Главная передача — двойная центральная. Она имеет две пары шестерён — коническую со спиральными зубьями и цилиндрическую с косыми зубьями.