Сцепное устройство сочлененного транспортного средства

 

Использование: относится к транспортному машиностроению, а именно к сцепным устройствам для сочлененных транспортных средств. Сущность изобретения: сцепное устройство содержит амортизаторы 16, 17, которые установлены с обеспечением одинакового угла наклона их продольных осей и соответствующих им гидроцилиндров 11, 12 поворота звеньев 1 и 7 относительно продольной оси транспортного средства в горизонтальной плоскости. Устройство снабжено малоинерционными комбинированными демпферами 4,5 и 13,14 поперечно и продольно-угловых колебаний, конструкция которых обеспечивает демпфирование силами сухого и вязкого трения. В качестве упругого элемента амортизаторов 16 и 17 малоинерционных демпферов 4,5 и 13,14, используются зеневоленные многожильные винтовые пружины. 1 з. п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к сцепным устройствам для сочлененных транспортных средств.

Известно сцепное устройство сочлененного транспортного средства, содержащее силовые цилиндры горизонтального складывания передней и задней секций транспортного средства, корпусами шарнирно закрепленными на передней секции, силовой цилиндр вертикального складывания и поворотную вилку. Устройство снабжено рамой, шарнирно закрепленной концами на поворотной вилке и задней секции, и дополнительными силовыми цилиндрами вертикального складывания секций, при этом силовые цилиндры вертикального складывания шарнирно закреплены параллельно указанной раме штоками на задней секции, а корпусами на поворотной вилке. Штоки силовых цилиндров горизонтального складывания шарнирно прикреплены к продольной втулке, которая соединена с передней секцией вертикальным шарниром.

Недостатком его является низкая эффективность средств гашения колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Известно также сцепное устройство сочлененного транспортного средства, содержащее установленный в направляющих параллельно продольной оси транспортного средства вал, шарнирно связанный с полурамой переднего звена и с силовыми цилиндрами поворота звеньев транспортного средства в горизонтальной плоскости, и поворотную вилку, соединенную с полурамой заднего звена поперечным горизонтальным шарниром и силовыми цилиндрами поворота звеньев в вертикальной плоскости. Указанный вал установлен в опорах полурамы в вертикальной плоскости. Указанный вал установлен в опорах полурамы переднего звена и снабжен поводком с закрепленными на нем пружинами кручения, связанными свободными концами с этой полурамой, к которой прикреплен гидравлический демпфер, взаимодействующий с торцом вала, причем к передней части пальца поперечного горизонтального шарнира, связывающего вилку с полурамой звена, прикреплены пружины кручения, концы которых соединены с указанной полурамой, по обеим сторонам которой установлены гидравлические демпферы, связанные с торцами пальца, а на полураме переднего звена закреплены резинометаллические упоры, взаимодействующие с выступами на валу.

Недостатком данного устройства является то, что оно не исключает возникновения колебаний звеньев транспортного средства в горизонтальной плоскости ("рысканье" звеньев относительно друг друга), которые ведут к потере курсовой устойчивости при движении на больших скоростях и повышению динамических нагрузок в сцепном устройстве.

Известно также сцепное устройство сочлененного транспортного средства, содержащее переднее звено, шарнирно соединенное с ведущей секцией промежуточное звено, с одной стороны соединенное вертикальным шарниром с передним звеном, а с другой через продольную ось с возможностью поворота относительно последней с задним ведущим звеном, и гидроцилиндры поворота секций, одними концами шарнирно соединенные с передним звеном, а другими с промежуточным звеном. Устройство также содержит амортизаторы двустороннего действия с коромыслом, которое смонтировано с возможностью поворота на продольной оси заднего звена, при этом амортизатор двустороннего действия выполнен в виде направляющей трубы, штока, задние концы которых кинематически связаны с коромыслом, и охватывающей их пружины сжатия, смонтированной между пальцами, размещенными в совмещенных продольных отверстиях, выполненных в направляющей трубе и штоке. Это устройство по технической сущности является наиболее близким к предлагаемому.

Недостатком прототипа является низкая эффективность гашения колебаний, что ведет к снижению эксплуатационных качеств транспортного средства (например, средних скоростей движения, плавности хода, устойчивости движения).

Сцепное устройство согласно изобретению снабжено двумя малоинерционными комбинированными демпферами поперечно-угловых колебаний, которые шарнирно установлены одним концом на заднем ведущем звене, а другим на промежуточном звене, и двумя малоинерционными комбинированными демпферами продольно-угловых колебаний, которые шарнирно закреплены одним концом на указанном промежуточном звене, а другим на переднем звене, на котором с помощью шарового соединения закреплены передние концы упомянутых амортизаторов двустороннего действия с одинаковым углом наклона их осей и осей соответствующих гидроцилиндров поворота ведущих звеньев относительно продольной оси транспортного средства в горизонтальной плоскости. При этом в качестве упругого элемента названных амортизаторов использованы заневоленные многожильные винтовые пружины. Малоинерционный комбинированный демпфер выполнен в виде цилиндра с верхней и нижней крышками, на которых жестко закреплены соответственно верхняя вставка с кольцевыми канавками и нижняя цилиндрическая вставка, штока и закрепленного на нем поршня, имеющего жестко установленные на нем сверху и снизу цилиндрические проставки и образующего с указанными верхней и нижней крышками цилиндра сообщающиеся между собой соответственно верхний и нижний объемы, в которые установлены по две внешние и внутренние заневоленные многожильные винтовые пружины, составляющие соответственно верхнюю и нижнюю концентрические пружины сжатия, опирающиеся одним концом на упомянутый поршень с цилиндрическими проставками, а другим соответственно в указанные кольцевые канавки верхней и нижней вставок крышек цилиндра, при этом верхний и нижний объемы выполнены рабочей жидкостью.

На фиг.1 изображена кинематическая схема сочлененного транспортного средства, каждое ведущее звено которого представлено колесным шасси; на фиг.2 схема гидравлической системы малоинерционных комбинированных демпферов; на фиг.3 устройство малоинерционного комбинированного демпфера.

Сцепное устройство содержит заднее ведущее звено 1, продольная ось 2 которого связана с промежуточным звеном 3, образуя продольный шарнир. Кроме того, промежуточное звено 3 в поперечно-вертикальной плоскости связано с задним ведущим звеном 1 шарнирно закрепленными на них малоинерционными комбинированными демпферами 4 и 5 поперечно-угловых колебаний ведущих звеньев. При этом возможный ход поршня 6 комбинированных демпферов 4 и 5 ограничивает максимальный угол поворота ведущих звеньев 1 и 7 относительно продольной оси транспортного средства. Переднее звено 8 с помощью горизонтально-поперечного шарнира 9 связано с передним ведущим звеном 7 транспортного средства. Переднее звено 8 и промежуточное звено 3 соединены осью 10, образуя вертикальный шарнир. Кроме того, звенья 3 и 8 соединены шарнирно закрепленными на них силовыми гидроцилиндрами 11 и 12 поворота ведущих звеньев в горизонтальной плоскости и малоинерционными комбинированными демпферами 13 и 14 продольно-угловых колебаний ведущих звеньев. При этом возможный ход поршня 6 комбинированных демпферов 13 и 14 ограничивает максимальный угол поворота ведущих звеньев 1 и 7 относительно оси горизонтально-поперечного шарнира 9. На продольной оси 2 шарнирно закреплено коромысло 15, на котором с помощью шаровых пальцев крепятся пружинные амортизаторы 16 и 17, другие концы которых с помощью шарового соединения крепятся на переднем звене 8 таким образом, что обеспечивается одинаковый угол наклона продольных осей пружинных амортизаторов 16 и 17 и соответствующих им силовых цилиндров 11 и 12 к продольной оси транспортного средства. В качестве упругого элемента пружинных амортизаторов 16 и 17 используются заневоленные многожильные винтовые пружины с предварительным сжатием, возможная деформация которых на сжатие является ограничением максимального угла складывания ведущих звеньев в горизонтальной плоскости. Поршень 6 малоинерционных комбинированных демпферов 4, 5 и 13, 14 закреплен на штоке 18 и помещен в цилиндр 19. На поршне 6 закреплены цилиндрические проставки 20 и 21, а также уплотнительные кольца. На цилиндр 19 устанавливается верхняя крышка 22 и нижняя крышка 23, которые с поршнем 6 и цилиндром 19 образуют верхний и нижний объемы. В верхнюю крышку 22 жестко устанавливается верхняя вставка 24, имеющая кольцевые канавки, в которые входят внутренняя 25 и внешняя 26 заневоленные многожильные винтовые пружины, установленные с предварительным сжатием в верхний объем демпфера, опирающиеся нижним концом в поршень 6 и составляющие концентрическую пружину сжатия. В нижнюю крышку 23 жестко укреплена нижняя вставка 27 с кольцевыми канавками, которая разделяет внутреннюю 28 и внешнюю 29 заневоленные многожильные винтовые пружины, установленные с предварительным сжатием в нижний объем демпфера, опирающиеся своими концами в поршень 6 и кольцевые канавки вставки 27 и составляющие концентрическую пружину сжатия. Верхний и нижний объемы демпфера заполнены рабочей жидкостью, попарно образуя единую гидравлическую систему с дросселем 30 малоинерционных комбинированных демпферов 4 и 5, 13 и 14, которая не входит в систему гидроцилиндров 11 и 12. Демпферы 4, 5, 13 и 14 имеют одинаковую конструкцию.

Сцепное устройство работает следующим образом.

При движении транспортного средства с установившейся высокой скоростью колебания ведущих звеньев в горизонтальной плоскости, возникающие от воздействия боковых сил на колесный движитель, гасятся совместным действием силовых гидроцилиндров 11 и 12 и пружинных амортизаторов 16 и 17, пружины которых создают дополнительный стабилизирующий момент, улучшающий курсовую устойчивость, и способствуют повышению максимальной скорости прямолинейного движения колесного транспортного средства. При движении сочлененного транспортного средства по пересеченной местности его звенья могут совершать перемещение в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси 10 за счет действия силовых гидроцилиндров 11 и 12 в вертикальной плоскости относительно горизонтально-поперечного шарнира 9 в пределах хода штока комбинированных демпферов 13 и 14; в поперечно-вертикальной плоскости вокруг продольной оси вала 2 в пределах хода штока комбинированных демпферов 4 и 5. При этом движитель транспортного средства хорошо приспосабливается к рельефу местности, что позволяет лучше реализовать силу тяги. Возникающие продольно-угловые и поперечно-угловые колебаний гасятся малоинерционными комбинированными демпферами 4, 5 и 13 и 14. Демпфирование колебаний звеньев в горизонтальной плоскости осуществляется за счет деформации многожильных винтовых пружин амортизаторов 16 и 17, а также с помощью силовых гидроцилиндров 11 и 12.

Малоинерционный комбинированный демпфер работает следующим образом.

При отсутствии колебаний комбинированный демпфер работает как жесткая муфта, передавая усилие через шток 18, пружины 28, 29, поршень 6, пружины 25, 26 и крышку 22. При возникновении колебаний ведущего звена или обоих звеньев продольно-угловые и поперечно-угловые колебания гасятся за счет сопротивления перетекания рабочей жидкости через дроссель 30 и внутреннего трения концентрических пружин в верхнем и нижнем объеме демпфера. При преодолении транспортным средством макронеровностей с большим перемещением ведущих звеньев относительно друг друга равновесие концентрических пружин в верхнем и нижнем объеме демпфера нарушается и шток 18 с поршнем 6 перемещается по цилиндру 19, сжимая верхние или нижние пружины. При этом максимальный угол относительного перемещения ведущих звеньев определяется ходом верхних или нижних пружин до полного сжатия.

Использование предлагаемого сцепного устройства на сочлененных колесных транспортных средствах значительно повысит их эксплуатационные качества, например скорости движения, курсовую устойчивость, плавность хода и др.

Склонность звеньев сочлененных колесных транспортных средств к продольно-поперечно-угловым и поперечным колебаниям значительно возрастает по сравнению с однозвенными транспортными средствами с равным числом осей. Исследование колебаний сочлененных машин показывает, что гашение колебаний наиболее эффективно за счет использования угловой упруго-демпфирующей связи в сцепных устройствах сочлененных транспортных средств. Демпфирование, осуществляемое совместно силами сухого и вязкого трения, значительно эффективнее: при вязком трении более эффективно гасятся колебания с большой амплитудой (их амплитуда уменьшается в геометрической прогрессии), а при сухом трении колебания с малой амплитудой. При совместном действии сил сухого и вязкого трения эквивалентный коэффициент сопротивления всех демпфирующих элементов изменяется с изменением уровня возмущений в меньшей степени, так как при больших возмущениях уменьшение демпфирования силой сухого трения компенсируется увеличением демпфирования силой вязкого трения. Кроме того, использование пружин сжатия на каждой степени свободы сцепного устройства повышает жесткость и частоту собственных колебаний всей системы, что повышает величину резонансной скорости движения транспортного средства и выводит ее за диапазон эксплуатационных скоростей движения.

Технические преимущества изобретения обосновываются сравнением показателей, полученных с помощью теоретических расчетов, с показателями базового объекта, в качестве которого принят лучший отечественный сочлененный колесный двухзвенный автомобиль КрАЗ-ЧР 3020.02. Расчет возможной критической скорости движения по дороге заданного качества автомобиля КрАЗ-ЧР 3020.02 как с серийным устройством, так и с предлагаемым сцепным устройством при условии обеспечения устойчивости движения по складыванию и при условии выполнения нормированных уровней перегрузок, проведен по методике, предложенной Е.Ю. Малиновским и М.М.Гайцгори (См. кн. Е.Ю.Малиновский и М.М.Гайцгори. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой. М. Машиностроение, 1974, 101 с.).

Сочлененная колесная машина в отличие от автомобиля может иметь два вида потери устойчивости движения, которые условно называются потерей устойчивости по уводу; потерей устойчивости по складыванию.

Поскольку жесткость сцепного устройства практически не влияет на потерю устойчивости по уводу, то при оценке эффективности изобретения рассматривается только критическая скорость потери устойчивости по складыванию. Критическая скорость сочлененного транспортного средства по складыванию определяется по выражению V²_кр ≅ (1) где К₁ и К₂ коэффициенты бокового увода шин соответственно переднего и заднего ведущих звеньев; b расстояние от последней оси заднего ведущего звена до вертикального шарнира сцепного устройства; b₁ расстояние от центра масс заднего ведущего звена до вертикального шарнира сцепного устройства; m₁ масса переднего звена; а расстояние от первой оси переднего ведущего звена до вертикального шарнира сцепного устройства; С₃ жесткость сцепного устройства в горизонтальной плоскости.

Результаты расчетов сведены в табл.1 Из приведенных данных следует, что предлагаемая конструкция сцепного устройства обеспечивает повышение курсовой устойчивости сочлененного транспортного средства при движении со скоростью на 40% выше, чем у известных цепных устройств.

Критическая скорость при условии выполнения нормированных для человека перегрузок определяется по выражению
V 1+ (2) где ω_o собственная частота колебаний транспортного средства;
μ- максимум амплитудно-частотной характеристики системы при резонансе;
D_д и α- характеристики качества дороги;
D нормированная дисперсия ускорений.

Для расчета принято
D 6,25˙10⁴ см²/с⁴, что соответствует среднеквадратичному ускорению 0,25 и отвечает санитарной норме для восьмичасовой непрерывной работы;
D_д 3,6 см² и α= 0,16˙10² 1/см, что соответствует грунтовой дороге V категории;
ω_o и μ- для базового объекта взято по результатам испытаний, проведенных заявителем;
μ- для базового объекта с применением предлагаемого устройства принято с учетом того, что использование упруго-демпфирующей связи с коэффициентом угловой жесткости 0,5-0,8 от жесткости подвески колес звена и коэффициентом углового демпфирования 1-2 от сопротивления амортизаторов подвески колес звена снижает амплитуду колебаний и вертикальных ускорений сочлененного транспортного средства на 50-60% во всем диапазоне частот (см. В.Н.Котельников "Исследование колебаний двухсекционных сочлененных машин с угловой упруго-демпфирующей связью секций". Канд. дисс. Волгоград, 1978).

Собственная частота колебаний базового объекта с предлагаемым устройством рассчитывается по зависимостям
в продольно-вертикальной плоскости
ω_0α (3) где С_р жесткость подвески колеса;
a_i расстояние от i-го колеса переднего ведущего звена до горизонтально-поперечного шарнира;
I_α момент инерции переднего ведущего звена относительно горизонтально-поперечного шарнира;
в поперечно-вертикальной плоскости
ω_0γ (4) где I _γ момент инерции переднего ведущего звена относительно продольного шарнира;
l расстояние, равное половине значения колеи транспортного средства.

Результаты расчетов сведены в табл.2.

Таким образом, использование изобретения на сочлененных транспортных средствах позволяет ожидать повышение скоростей движения при обеспечении курсовой устойчивости от складывания и выполнения нормированных уровней перегрузок для человека на 40-60% улучшения плавности хода за счет снижения амплитуды колебаний и вертикальных ускорений звеньев на 50-60% во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения.

Формула изобретения

1. СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО СОЧЛЕНЕННОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее переднее звено, соединенное поперечным горизонтальным шарниром с передней секцией и вертикальным шарниром с промежуточным звеном, которое связано продольным горизонтальным шарниром с задним звеном, выполненным в виде продольной оси, одним концом жестко связанной с задней секцией, гидроцилиндры поворота секций транспортного средства, одними концами шарнирно соединенные с передним звеном а другими - с промежуточным звеном, а также продольно размещенные амортизаторы двустороннего действия, каждый из которых выполнен в виде направляющей трубы с размещенным в ней штоком, охваченными пружиной сжатия, которая смонтирована между пальцами, расположенными в совмещенных продольных отверстиях, выполненных в направляющей трубе и штоке, причем задние концы амортизаторов шарнирно связаны с коромыслом, шарнирно соединенным с задним звеном, отличающееся тем, что устройство снабжено двумя малоинерционными комбинированными демпферами поперечно-угловых колебаний, одними концами которые шарнирно соединены с задней секцией, а другими - с промежуточным звеном, а также двумя малоинерционными комбинированными демпферами продольно-угловых колебаний, одними концами которые шарнирно соединены с передней секцией, а другими - с промежуточным звеном, при этом передние концы амортизаторов двустороннего действия шарнирно соединены с передней секцией и их оси имеют равные углы наклона относительно продольной оси транспортного средства, так же как и оси гидроцилиндров поворота секций транспортного средства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что малоинерционный комбинированный демпфер выполнен в виде цилиндра с верхней и нижней крышками, на которых жестко закреплены соответственно верхняя вставка с кольцевыми канавками и нижняя вставка с кольцевыми канавками, причем в цилиндре расположен шток с поршнем, последний из которых выполнен с цилиндрическими проставками и образует с указанными вставками сообщающиеся между собой верхний и нижний объемы, в которых размещены по две внешние и по две внутренние заневоленные многожильные винтовые пружины, из которых пружины верхнего объема взаимодействуют своими концами с поверхностью поршня с цилиндрическими проставками и с кольцевыми канавками нижней вставки, при этом верхний и нижний объемы заполнены рабочей жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4