usterki układu kierowniczego i jego wpływ na bezpieczeństwo ruchu

Trendy ve vzdělávání 2014
Technika a didaktika technických předmětů
USTERKI UKŁADU KIEROWNICZEGO I JEGO
BEZPIECZEŃSTWO RUCHU POJAZDÓW NA DROGACH
WPŁYW
NA
MIOTŁA Piotr – GŁÓD Sylwester, PL
Streszczenie
Podstawowym założeniem dydaktycznym w nauczaniu uczniów szkół technicznych jest zapoznanie
ich z budową pojazdów oraz ewentualnymi usterkami ich podzespołów. W publikacji omówione
zostały wady i usterki układu kierowniczego oraz ich skutki podczas eksploatacji pojazdów.
Przyczyną niedomagań układu kierowniczego lub nawet groźnej awarii skutkującej wypadkiem
mogą być błędy popełniane podczas montażu przy naprawach, przeróbkach powodujących
zmniejszenie ilości obrotów kierownicą, bądź nawet przy modyfikacjach pojazdu np.
sprowadzonego z kraju anglosaskiego, gdzie obowiązuje ruch lewostronny, tzn. w przypadku
zamiany usytuowania kierownicy - ze strony prawej na lewą, w celu przystosowania pojazdu do
ruchu prawostronnego. Jazda samochodem, w którym występuje nadmierny luz w układzie
kierowniczym, może być powodem wypadku co naraża zarówno nas jak i innych uczestników
ruchu drogowego na niebezpieczeństwo.
Słowa kluczowe: przekładnia kierownicza, parametry diagnostyczne, zakres diagnozowania,
wymagania eksploatacyjne, dydaktyka.
THE DEFECTS OF STEERING SYSTEM AND ITS INCLUENCE ON THE SAFETY OF
THE VEHICLES MOVEMENT ON THE ROAD
Abstract
The cause of the problems with a steering system or even dangerous damage result in accident can
make mistakes during assembly, repair work, processing which cause decreasing the number of a
steering wheel cycle or even with modification of vehicle for example from Anglo- Saxon country
where one drives on the left side of the road i.e. in case of changing the steering wheel locationfrom right side to the left, in order to adapt the vehicle to the right hand traffic. Driving by the car,
in which is exaggerated play in the steering system can be the cause of the accident what expose
both ourselves and the other participants in the road traffic to danger.
Key words: steering gear, diagnostic parameters, the range of diagnosis, performance requirements,
didactics.
Wprowadzenie
Podstawowym elementem mechanizmu kierowniczego jest przekładnia, która realizuje prawie
całkowicie przełożenie miedzy zwrotnicami kół kierowanych a kołem kierownicy, a także zwiększa
w określonym stosunku moment obrotowy wywierany przez kierowcę na koło kierownicy do takiej
wartości, aby zapewnić skręcanie kół kierowanych samochodu w każdych warunkach jazdy.
Przekładnie kierownicze powinny posiadać: zmienne przełożenie, a charakter tej zmienności
powinien być odpowiednio dobierany do typu i przeznaczenia samochodu. W samochodach
rozwijających duże prędkości i przeznaczonych do jazdy po dobrych drogach stosuje się większe
przełożenia dla środkowego położenia kół, a mniejsze dla krańcowych skrętów (tzw. degresywność
przełożenia), aby przy dużych prędkościach jazdy niewielki kąt obrotu kierownicy nie powodował
dużych skrętów kół samochodu. Odwrotny przebieg zmienności i przełożenia stosuje się w
samochodach przeznaczonych do jazdy w ciężkich warunkach, gdy konieczne jest częste
wykonywanie ostrych skrętów, a opory toczenia są duże. W tym przypadku przełożenie wzrasta
116
Trendy ve vzdělávání 2014
Technika a didaktika technických předmětů
wraz ze wzrostem skrętu kół kierowanych (tzw. progresywność przełożenia), a dla położenia
środkowego jest ono najmniejsze.
1. Obecnie powszechnie stosowane są przekładnie odwracalne, a to zapewnia, że w wyniku
oddziaływania drogi na skręcone koła kierowane występuje samoczynne obracanie się koła
kierownicy w kierunku odpowiadającym ustawieniu kół kierowanych do jazdy na wprost w chwili
zwolnienia koła kierownicy. Do starszych konstrukcji jeszcze obecnie stosowanych należy
przekładnia kierownicza ślimakowa, np. montowana w samochodzie osobowym marki POLONEZ.
W większości samochodów osobowych i dostawczych z niezależnym przednim zawieszeniem
stosowane są przekładnie zębatkowe, którymi zasadniczymi elementami są; przesuwna listwa
zębata oraz współpracujący z nią wałek atakujący (zębnik), na którym osadzona jest dolna
końcówka wału kierowniczego. Ułożyskowany w obudowie przekładni wałek atakujący zazębia się
z listwą zębatą, która przesuwa się wzdłużnie w tulei wewnętrznej obudowy przekładni stanowiącej
prowadnicę. Listwa zębata w niektórych rozwiązaniach stanowi jednocześnie środkową część
dzielonego drążka poprzecznego, w innych połączona jest z drążkiem, najczęściej za
pośrednictwem przegubu osiowego. Końce drążka poprzecznego (osiowego) połączone są z
przegubami kulowymi (końcówkami), które współdziałają z ramionami zwrotnic kół kierowanych.
Przekładnię i połączenia przegubowe chronią przed zanieczyszczeniami (błotem i kurzem) osłony
gumowe. Mechanizmy tego typu mają prostą konstrukcję i stałe przełożenie w całym zakresie
pracy.
2. Do połączeń drążków z innymi podzespołami i częściami układu kierowniczego stosowane
są przeguby kulowe. Zależnie od roli, jaką spełniają elementy łączone, stosuje się przeguby
sprężyste i przeguby sztywne. Połączenia przegubowe drążka kierowniczego muszą być
dostatecznie sprężyste wzdłużnie ze względu na występujące na ogół niezgodności kinematyczne
między elementami prowadzącymi zawieszenia i układem kierowniczym. Sprężyste połączenie ma
na celu zmniejszenie obciążeń dynamicznych (wstrząsy i szarpnięcia od uderzeń kół kierowanych o
nierówności drogi) w elementach układu kierowniczego. Sprężystość przegubów drążków
kierowniczych i przegubów zawieszenia jest również konieczna ze względu na łączenie elementu
masy resorowanej (nadwozie - podwozie) z elementami masy nieresorowanej (koła, zwrotnice,
tarcze i bębny hamulcowe itd.). W przegubie sprężystym kulista cześć sworznia obejmowana jest
przez stalowe półpanewki (tzw. kamienie lub miseczki), dociskane przez sprężyny śrubowe lub w
nowocześniejszych konstrukcjach przez samozaciskowe gniazdo z tworzywa sztucznego
(Poliamid). Zwykle przeguby kulowe ze stalowymi półpanewkami gniazd kulowych wymagają
okresowego uzupełniania smaru. W celu zmniejszenia liczby punktów smarowania i skrócenia
czasu obsługi samochodów, w ostatnich latach zastosowano wiele środków umożliwiających
wydłużenie okresów między obsługowych lub nawet całkowite zlikwidowanie obsługi przegubów
kulowych przez zastosowanie gniazd z tworzywa sztucznego. Zastosowanie szczelnych osłon
gumowych (guma olejo- i ozonoodporna) chroni przed zanieczyszczeniami, co wyraźnie przedłuża
czas eksploatacji oraz okresy między kolejnymi zabiegami smarowania. Sworznie kuliste są
elementami w układzie kierowniczym najbardziej obciążonymi i narażonymi na uszkodzenia.
Należy przy tym pamiętać, ze uszkodzenie sworznia kulistego może być powodem wypadku.
Sworznie kuliste wykonywane są ze stali stopowych, najczęściej ze stali konstrukcyjnej stopowej
do ulepszania cieplnego w gat. 40H lub 40HM.
Na konstrukcje układu kierowniczego mają wpływ: ciężar całkowity samochodu, jego
przeznaczenie, liczba osi jezdnych i ich rozstawienie, rozstawienie kół kierowanych, a także rodzaj
zawieszenia i sposób napędu pojazdu.
Zgodnie z § 1.5. rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r. (Dz. U. z
2003 r.. Nr 32, póz. 262) pojazd o nacisku osi kierowanej lub sumie nacisków osi kierowanych,
117
Trendy ve vzdělávání 2014
Technika a didaktika technických předmětů
przekraczającym 45 kN (4,5 t), powinien mieć układ kierowniczy z mechanizmem
wspomagającym. W razie uszkodzenia tego mechanizmu powinna być zapewniona kierowalność
pojazdem. Obecnie niemalże wszystkie produkowane samochody są wyposażone w układy
wspomagające, takie jak: mechaniczne, elektryczne, hydrauliczne (najczęściej
stosowane),
pneumatyczne, hydrauliczno - pneumatyczne oraz w układy elektroniczne zmniejszające wysiłek
kierowcy w operowaniu układem kierowniczym i zwiększające skuteczność kierowania, a tym
samym również bezpieczeństwo użytkownika dróg. Mechanizmom wspomagającym układów
kierowniczych są stawiane wysokie wymagania: wysoka czułość i dokładność działania, tłumienie
wstrząsów od uderzeń kół o nierówności drogi, ale z możliwością odczuwania przez kierowcę
warunków drogowych, zmniejszenie wysiłku kierowcy, umożliwiające jednak wyczucie
wzrastającego oporu w miarę zwiększania się kąta skrętu, wysoki współczynnik sprawności
mechanizmu wspomagającego nie obniżający stabilizacji kół kierowanych, kąty skrętu kół
kierowanych proporcjonalne do kąta obrotu koła kierownicy, zachowanie skutecznego działania,
układu kierowniczego w przypadku uszkodzenia mechanizmu wspomagającego.
Do wskaźników oceny mechanizmów wspomagających zalicza się między innymi: skuteczność
działania, reakcyjne oddziaływanie na koło kierownicy, czułość działania mechanizmu
wspomagającego, stopień zwiększenia kierowalności.
3. Nadmierny luz w układzie kierowniczym. Jazda samochodem, w którym występuje
nadmierny luz w układzie kierowniczym, może być powodem wypadku. Na przykład zbyt mocno
zużyte przeguby kulowe mogą spowodować rozłączenie się drążków w czasie jazdy lub stanowią
przyczynę drgań kół kierowanych i często zniszczenie ich łożysk. Całkowite usuniecie luzów
również nie jest pożądane, zmusza bowiem kierowcę do bardzo ostrożnej jazdy. Koło kierownicy
powinno mieć niewielki luz kątowy. Ruch koła kierownicy w granicach luzu nie jest przenoszony
na koła kierowane. Jałowy luz koła kierownicy nie powinien jednak przekraczać 0-5°. W
niektórych przypadkach, zależnie od rodzaju przekładni kierowniczej i samochodu, może on
osiągać większe wartości. Nadmierny luz występuje zwykle po dłuższym okresie użytkowania
samochodu, nie wcześniej jednak niż po przebiegu 50-100 tyś. km. Spowodowany jest on
najczęściej zużyciem jednego lub kilku gniazd w przegubach kulowych, w połączeniach drążków
układu kierowniczego, albo też powstałym luzem w przekładni kierowniczej. Objawy zużycia
występujące wcześniej mogą być spowodowane niedostatecznym smarowaniem, niewłaściwą
regulacją lub nieumiejętną jazdą, np. szybką jazdą po wyboistych drogach oraz częstym skręcaniem
kołami kierowanymi stojącego samochodu, a także zużyciem łożysk oporowych wału kierownicy.
Nadmierne luzy w układzie kierowniczym oraz obluzowanie ramion zwrotnic wywołują drgania kół
kierowanych podczas jazdy samochodu.
4. Duży opór w układzie kierowniczym. Jeżeli koło kierownicy stawia znaczny opór,
prowadzenie samochodu jest utrudnione, zwłaszcza w ruchu miejskim i po drogach o dużej liczbie
zakrętów. Kontynuowanie jazdy w tych warunkach jest niebezpieczne, a ponadto w każdej chwili
może nastąpić zakleszczenie się mechanizmu kierowniczego. Powodem nadmiernego oporu może
być zacieranie się ułożyskowania zwrotnic, zbyt mały luz w przekładni, niedostatek oleju lub smaru
w obudowie przekładni, pękniecie obudowy, uszkodzenie uszczelnień, zgięcie wału lub kolumny
kierownicy, zbyt mały luz w przegubach kulowych oraz zgięcie ramion zwrotnic lub drążków
kierowniczych. Przyczyną oporu może być niskie lub niejednakowe ciśnienie w ogumieniu, zbyt
duże kąty wyprzedzenia sworzni zwrotnic, jak również pękniecie ramy.
5. Drgania w układzie kierowniczym.
Zjawisko trzepotania kół może występować podczas jazdy z małą lub dużą prędkością. Przy
mniejszych prędkościach jazdy drgania najczęściej pochodzą od szybkich, wahadłowych ruchów
kół wokół osi sworznia zwrotnicy, czyli są to tzw. drgania poprzeczne. Drgania takie mogą być
118
Trendy ve vzdělávání 2014
Technika a didaktika technických předmětů
spowodowane niewyważeniem kół, nadmiernymi luzami w elementach układu kierowniczego,
osłabieniem lub poluzowaniem zamocowania elementów sprężystych przedniego zawieszenia lub
niejednakowym ciśnieniem w oponach przednich kół. Przy większych prędkościach mogą
występować tendencje do pionowych drgań kół kierowanych. Przyczyną tego zjawiska może być
niewyważenie lub mimośrodowe zamocowanie kół kierowanych, jak również uszkodzenie
amortyzatorów. Całkowite wyeliminowanie drgań kół kierowanych jest bardzo trudne, ale
niedopuszczalne jest występowanie nadmiernych drgań. Powodują one szybkie niszczenie opon,
wzrost obciążeń w elementach układu kierowniczego, a przede wszystkim mogą być przyczyną
utraty stateczności ruchu. Drgania kół są szczególnie niebezpieczne przy większych prędkościach
jazdy. Zła geometria ustawienia kół jezdnych (możliwa do sprawdzenia i poprawienia tylko
podczas pomiarów diagnostycznych w stacji obsługi pojazdów) często jest przyczyną
nierównomiernego zużywania się bieżników opon.
Podsumowanie
Układ kierowniczy pojazdu, jako jeden z najważniejszych układów samochodu ma bardzo duże
znaczenie w aspekcie bezpieczeństwa. Wpływa równie na komfort jazdy oraz żywotność innych
układów współpracujących z nim bezpośrednio. Istota i znaczenie układu kierowniczego wymusza
na osobach prowadzących diagnostykę posiadania rozległej wiedzy i doświadczenia w tym
kierunku a także rzetelności podczas wykonywania okresowych badań technicznych.
Literatura
1. CZASOPISMA: Motoryzacja, Kjz-betrieb, Autohaus, Krafthand, Automobile International.
2. CONRAD, K. Prufen Und Messen am Pkw. VEB Verlag Technik, Berlin 1981r.
3. GOŁĘBIEWSKI, S., STANISŁAWSKI, J. Badania kontrolne samochodów. WKŁ,
Warszawa 1982.
4. GRAETER, H. Kfz-Diagnose. Vogel Buchverlag, Wuerzburg 1987.
5. HEBDA, M., NIZIŃSKI, S., PELC,H. Podstawy diagnostyki pojazdów mechanicznych. WKŁ
Warszawa 1984.
6. NOGA, H. Istota i pogranicza dydaktyki i techniki, Oficyna Wydawnicza Impuls, Kraków
2007.
7. NOGA, H. Wybrane aspekty edukacji informatycznej dzieci i młodzieży. [w:] W. Walat,
Technika, informatyka, Edukacja, Teoretyczne i praktyczne problemy edukacji informatycznej,
Rzeszów 2006.
8. PRAUZNER, T. Nowoczesna szkoła-technologie cyfrowe a rozwój myśli o przekazywaniu
wiedzy, [w]: Edukacja XXI wieku , Podmiotowość w edukacji wobec odmienności kulturowych
oraz społecznych zróżnicowań, red. Starik N., Zduniak A., Wydawnictwo Wyższej Szkoły
Bezpieczeństwa, Poznań 2012, s.241-245. ISBN 978-83-61304-52-4, ISSN 2084-9001.
9. STUDZIŃSKI, K. Samochód. Teoria, konstrukcja i obliczanie. WKŁ Warszawa 1980.
Lektorovali: dr. hab. Henryk Noga, prof. UP, Mgr. Luděk Kvapil, Ph.D.
Contact Address:
Piotr Miotła, mgr inż.
Tarnowskie Centrum Kształcenia Praktycznego, 33-110 Tarnów ul. Szujskiego 13
E-mail: [email protected]
Sylwester Głód, mgr
Tarnowskie Centrum Kształcenia Praktycznego, 33-110 Tarnów ul. Szujskiego 13
E-mail: [email protected]
119