Проектирование стенда для диагностики рулевых приводов

По данным статистики значительная часть дорожно-транспортных происшествий, вызванных техническими неисправностями автомобиля приходится на долю рулевого управления (они составляют около 43%). К прочности механизмов, влияющих на безопасность движения, предъявляются повышенные требования при изготовлении и технических воздействиях в эксплуатации. Однако на практике наблюдаются отказы из-за разрушения или потери упругих свойств деталей рулевого привода автомобиля, конструктивно выполненных с достаточным запасом прочности. Поломки и отказы узлов и деталей рулевого привода приводят к потере управлением автомобиля и, как правило, сопряжены с большим материальным ущербом.

Анализ причин такого явления показывает, что разрушению деталей во всех случаях предшествовали скрытое развитие усталостных трещин или структурные изменения в металле, т.к. места поломок имели ярко выраженные усталостные зоны. Все это позволило предположить, что основная причина аварий из-за поломок деталей рулевого привода заключается в наличии усталостных трещин и структурных изменений при чрезмерно больших усилиях, возникающих в результате напряженных эксплуатационных режимах.

Согласно данным испытаний, проведенных группой инженеров испытателей под руководством доктора технических наук В. Иларионова (МАДИ) по нагрузке рулевых приводов автомобилей н/р ЗИЛ максимальное усилие, возникшее при эксплуатации, составляет 1050 кг с (повтором с торможением и езда по рыхлому грунту).

Применяемая в АТП визуальная оценка деталей на отсутствие трещин, деформаций и других признаков производится покачиванием рулевого колеса, автомобиля, стоящего на сухой площадке. Нагрузка рулевого привода при таком методе составляет 157 кгс, т.е почти в 6 раз меньше максимальной эксплуатационной нагрузки. Эта нагрузка (157 кгс) не создаёт условий для увеличения «зева» трещин до видимых глазом размеров или проявление других дефектов в деталях. Поэтому усталостные трещины в деталях не разбираемых при ТО-1 и ТО-2 (поворотные рычаги, вал рулевого механизма) даже при достижении значительных (40% и более площади сечения) размеров остаются не обнаруженными, проявляются во время движения автомобиля и иногда становятся причиной дорожно-транспортных происшествий. Выявление этих дефектов известными в технике методами дефектоскопии требуют полной разборки узлов и специальной подготовки узлов для контроля, что делает эти методы малоэффективными и трудоёмкими в условиях АТП.

Метод контроля рулевых приводов пробным нагружением лишён этих недостатков. Контроль рулевых приводов пробной нагрузкой осуществляется на стенде, имеющем гидравлическую силовую систему. Передний мост автомобиля вывешивается подъёмником ГАРО-468 и закрепляется неподвижными упорами с фиксаторами. Рулевое колесо фиксируется специальным приспособлением к стойкам кабины автомобиля. Поочерёдно нажимая штоками гидроцилиндров на обод диска правого колеса, стремятся повернуть его вокруг оси шкворня по часовой стрелке и против нее, создавая знакопеременное напряженное состояние во всей кинематической цепи рулевого привода. При помощи прибора измеряется деформация рулевого привода. Прибор представляет собой мерную линейку, прикреплённую к штоку гидроцилиндра, и неподвижного нониуса, закреплённого в обойме. Точность замера деформации – 0,05 мм. Разница суммарных деформаций (величин приращений) рулевого привода при напряжении в обе стороны в начале с нагрузкой Рmin = 315 кгс, а затем Рmax = 1050 кгс, является обобщающим диагностическим признаком прочностных изменений в деталях рулевого привода.

Минимальная испытательная нагрузка выбрана несколько большей, чем усилие полного сжатия пружин шаровых соединений – 300 кгс, она обеспечивает выбор всех узлов и устранение перемещений деталей в узлах. В тех случаях, когда приращение суммарной деформации испытываемых рулевых приводов при пробной нагрузке оказывает больше чем у исправных рулевых приборов, с помощью несложных мерных приспособлений (индикатор с креплением на продольной тяге и штангенциркуль на подставке) отыскивается место повышенной деформации. Кроме того, метод предусматривает осмотр деталей привода с целью выявления раскрывающихся трещин. Величины раскрытия трещин при различных деформациях сводятся к графикам.

Метод также позволяет определять прогибы продольной и поперечной тяг, т.к. прогиб в виде остаточной деформации снижает управляемость автомобиля и безопасности движения в целом. Зависимость остаточных деформаций от пробной нагрузки также сводятся к графикам.

Стенд состоит из корпуса, насосной установки и силового блока, измерительного устройства и блока управления.

Корпус представляет собой сварную конструкцию, облицованную полистиролом; в передней части корпуса имеется рама, на которой крепится силовой блок с измерительным устройством. Силовой блок состоит из двух гидроцилиндров. На конце каждого штока имеется втулка, к которой крепится линейка измерительного устройства, которое представляет собой конструкцию, состоящую из; линейки, неподвижного нониуса, обоймы нониуса. Измерительное устройство крепится к стойке с помощью винтов, которая в свою очередь крепится к раме с помощью двух болтов.

Управление гидроцилиндрами осуществляется с помощью блока управления, состоящего из двух золотников. Привод золотника осуществляется рукояткой, соединенной через тягу, серьгу и стойку с выходным концом золотника.
В средней части корпуса смонтирован масляный бак, емкость 20л. Из бака масло поступает в насос через фильтр, а из насоса к золотникам через обратный клапан и разгрузочное устройство.

Чертеж общего вида стенда для диагностики рулевых приводов