ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности рассматривает компоновку и трансмиссию сочлененных транспортных средств повышенной проходимости.
В настоящее время сложилась определенная концепция шарнирно-сочлененных транспортных средств, для которой характерны следующие принципиальные конструктивные решения. В основу положена модульная компоновочная схема, основанная на разделении моторного и грузового модулей, соединяемых специальным шарнирным устройством. Наибольшее распространение получила колесная схема с тремя ведущими мостами (колесная формула 6×6) или схемы двухосного исполнения (колесная формула 4×4). Передний модуль, на котором смонтирована моторная установка, имеет одноосное исполнение, а задний грузовой модуль - двухосное исполнение. В качестве энергетических установок применяются среднеоборотные дизельные двигатели жидкостного охлаждения с рядным или V-образным расположением цилиндров, оснащаемые в ряде случаев турбонаддувом с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. Применяемые двигатели имеют повышенный запас крутящего момента (20…25%). Основным видом трансмиссии является гидромеханическая с блокируемым гидротрансформатором, с планетарной коробкой передач с автоматическим управлением, с переключением под нагрузкой, обеспечивающая 6…7 передач переднего хода и до трех передач заднего хода. Используются раздаточные коробки с механизмами блокировки межосевых дифференциалов с гидравлическими замедлителями (используются при движении на спуске). Все ведущие мосты имеют механизмы блокировки дифференциала. Механизмы блокировки привода колес позволяют выбирать оптимальный режим работы в зависимости от дорожных условий и рабочих нагрузок вплоть до полной блокировки всех дифференциалов. Система регулирования тягового усилия позволяет осуществлять включение-выключение всех дифференциалов непосредственно во время движения. При одновременном включении дифференциалов обеспечивается синхронное вращение всех колес. Механизм блокировки межосевого дифференциала позволяет одновременно блокировать все три моста и менять распределение крутящего момента между осями. Этот механизм включается специальным переключателем. Механизмы блокировки осевых дифференциалов обеспечивают блокировку всех дифференциальных механизмов для всех шести полуосей. Это позволяет достигать оптимальных тяговых усилий на колесах в сложных условиях бездорожья. Механизмы блокировки осевых дифференциалов могут действовать совместно с механизмом блокировки межосевого дифференциала. Управление осуществляется оператором.
Например, известно шарнирно-сочлененное транспортное средство повышенной проходимости, содержащее по крайне мере две рамные секции, связанные между собой по крайне мере одним силовым гидроцилиндром и шарнирной связью для обеспечения поворота одной секции относительно другой, при этом каждая секция смонтирована на двух колесных осях, выполненных с возможностью привода от силовой установки, включающей в себя последовательно связанные между собой коробку передач и раздаточную коробку для передачи вращения на главную передачу одного из мостов каждой рамной секции (SU 1652118, В60К 17/36, опубл. 30.05.1991). Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостаток данного транспортного средства заключается в использовании традиционной схемы привода ведущих колес задней тяговой секции, включающей привод дифференциалов ведущих мостов посредством карданных передач и системы связанных между собой приводных валов. Такая схема хорошо себя показала по эксплуатационным показателям для двухосных и многоосных транспортных средств с общей неломающейся рамой, которая однозначно позиционирует все узлы кинематического потока трансмиссионной мощности на общем основании. Для сочлененных транспортных средств использование такой кинематической схемы трансмиссии приводит к необходимости передачи момента посредством карданных валов с одной тяговой секции на другую. Эта передача осуществляется через шарнирную связку, соединяющую с возможностью подвижности обе рамные секции. Вес такой механической трансмиссии серьезно влияет на вес всего транспортного средства и, следовательно, на его грузоподъемность.
Кроме того, такая трансмиссия требует применения блокирующихся дифференциалов, которые позволяют сохранить возможность передачи момента на колеса при случае вывешивания одного или нескольких ведущих колес или всей секции над грунтом. Увеличение количества сложных узлов (редукторов, дифференциалов, карданных передач) существенно влияет на эксплуатационную надежность и долговечность шарнирно-сочлененного транспортного средства повышенной проходимости.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности и проходимости шарнирно-сочлененного транспортного средства.
Указанный технический результат для первого примера исполнения достигается тем, что в шарнирно-сочлененном транспортном средстве, содержащем по крайне мере две рамные секции, связанные между собой по крайне мере одним силовым гидроцилиндром и шарнирной связью для обеспечения поворота одной секции относительно другой, при этом каждая секция смонтирована на двух колесных осях, выполненных с возможностью привода от силовой установки, включающей в себя последовательно связанные между собой коробку передач и раздаточную коробку для передачи вращения на главную передачу одного из мостов каждой рамной секции, один из мостов передне расположенной секции оснащен главной передачей с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами для каждого колеса этого моста, один из мостов заднее расположенной секции оснащен главной передачей с дифференциалом привода колес этого моста, а другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси с колесом каждая, при этом каждая ось разрезного моста каждой секции связана цепной передачей с осью привода колеса другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции.
Указанный технический результат для второго примера исполнения достигается тем, что в шарнирно-сочлененном транспортном средстве, содержащем по крайне мере две рамные секции, связанные между собой по крайне мере одним силовым гидроцилиндром и шарнирной связью для обеспечения поворота одной секции относительно другой, при этом каждая секция смонтирована на двух колесных осях, выполненных с возможностью привода от силовой установки и с возможностью передачи вращения на главную передачу одного из мостов каждой рамной секции, один из мостов передне расположенной секции оснащен главной передачей с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами для каждого колеса этого моста, один из мостов заднее расположенной секции оснащен главной передачей с дифференциалом привода колес этого моста, а другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси с колесом каждая, каждая ось разрезного моста каждой секции связана цепной передачей с осью привода колеса другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции, при этом главная передача моста переднее расположенной секции кинематически связана через редуктор с главной передачей привода дифференциала моста заднее расположенной секции.
Указанный технический результат для третьего примера исполнения достигается тем, что в шарнирно-сочлененном транспортном средстве, содержащем по крайне мере две рамные секции, связанные между собой по крайне мере одним силовым гидроцилиндром и шарнирной связью для обеспечения поворота одной секции относительно другой, при этом каждая секция смонтирована на двух колесных осях, выполненных с возможностью привода от силовой установки для передачи вращения на главную передачу одного из мостов каждой рамной секции, силовая установка выполнена в виде приводного двигателя и связанного с ним гидравлического насоса, один из мостов передне расположенной секции оснащен главной передачей с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами для каждого колеса этого моста, один из мостов заднее расположенной секции оснащен главной передачей с дифференциалом привода колес этого моста, а другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси с колесом каждая, при этом каждая ось разрезного моста каждой секции связана цепной передачей с осью привода колеса другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции, при этом на каждом мосту расположен гидравлический мотор, используемый для вращения главной передачи и сообщенный с гидравлическим насосом.
Для всех примеров исполнения в каждом колесе может быть смонтирован колесный редуктор и/или привод на каждое колесо может быть выполнен через бортовой редуктор.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - первый пример исполнения кинематической схемы шарнирно-сочлененного транспортного средства;
фиг.2 - второй пример исполнения кинематической схемы шарнирно-сочлененного транспортного средства;
фиг.3 - третий пример исполнения кинематической схемы шарнирно-сочлененного транспортного средства.
В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция колесного транспортного средства шарнирно-сочлененной схемы, предназначенного для перемещения по бездорожью и неровностям разного характера.
Колесное транспортное средство содержит две секции 1 и 2 (рамной или кузовной конструкции), которые связаны между собой шарнирным узлом 3, обеспечивающим, как минимум, угловое перемещение одной секции относительно другой в горизонтальном направлении (вертикальный шарнир). Предпочтительно использование двухстепенного шарнира 3, позволяющего секциям 1 и 2 угловое смещение как в горизонтальном направлении. Так и в вертикальном в заданном угловом диапазоне. При использовании универсального шарнира (трехстепенного) секции могут поворачиваться под углом друг к другу не только в горизонтальном направлении и складываться под некоторым углом в вертикальном направлении, но и смещаться (поворачиваться) одной секции вокруг продольной оси другой секции. Это позволит исключить передачу изгибных моментов с одной секции на другую при переезде через неровности. Секции связаны между собой по крайней мере одним силовым цилиндром 4 (возможно использование нескольких силовых цилиндров), обеспечивающим удержание секции «в линию» или принудительно смещающим одну секцию относительно другой при повороте или маневрировании в горизонтальной направлении. Возможно применение силового гидроцилиндра, обеспечивающего фиксацию положения секций при угловом перемещении в вертикальной плоскости. Такой гидроцилиндр так же может регулировать угловое положением одной секции по отношению к другой в вертикальном направлении при переезде через неровности. На иллюстрациях этот гидроцилиндр не показан. Такие решения (в части шарнирного соединения секций и управления поворотом под действием силового цилиндра) являются известными и широко применяются в шарнирно сочлененных транспортных средствах гусеничного типа, например, в гусеничных снегоболотоходах.
В качестве примера исполнения такого шарнирного узла можно рассмотреть шарнирный узел по RU 2013274, B62D 53/04, опубл. 30.05.1994. Этот шарнирный узел соединения рам секций сочлененного транспортного средства содержит установленные между рамами секций горизонтальный и вертикальный шарниры, механизм блокировки горизонтального шарнира, выполненный в виде двух гидроцилиндров двухстороннего действия, корпуса которых кинематически связаны с одной, а штоки - с другой частями шарнира, золотниковый распределитель, соединенный посредством трубопроводов с полостями гидроцилиндров и источником текучей среды, два гидроцилиндра слежения и золотниковый механизм, выполненный в виде двух гидроцилиндров, корпуса которых торцами соединены с корпусами гидроцилиндров слежения, а их штоки шарнирно связаны с рамами секций, причем одноименные полости гидроцилиндров слежения соединены магистралями, а их штоки шарнирно соединены с рамами секций, при этом золотник распределителя кинематически связан с центробежным регулятором, грузы которого кинематически связаны с приводным валом трансмиссии сочлененного транспортного средства, причем вход золотникового распределителя соединен с выходом источника текучей среды и полостями гидроцилиндров механизма блокировки горизонтального шарнира, а два выхода золотникового распределителя соединены соответственно с надпоршневой и штоковой полостями гидроцилиндров слежения, отличающееся тем, что гидроцилиндры механизма блокировки горизонтального шарнира размещены в продольных, параллельных между собой плоскостях симметрично относительно продольной оси транспортного средства, расположены наклонно к вертикалям и связаны с частями горизонтального шарнира посредством сферических шарниров, причем шарнирное соединение, расположенное на прицепном звене, размещено ниже, чем шарнирное соединение, расположенное на моторном звене.
Основным преимуществом сочлененных машин является их повышенная проходимость по бездорожью, поскольку при сочленении звеньев удается достичь лучшей приспосабливаемости колесного движителя к грунту, т.е. реализовать большую силу тяги, а в результате установки шин большей ширины (поскольку отсутствует необходимость предусматривать запас пространства для поворота, управляемые колеса данном случае отсутствуют) - снизить давление на грунт. По своему назначению они могут быть как транспортными, так и тяговыми. Сочлененные автомобили, выполненные по схеме с двумя степенями свободы перемещения сочлененных секций между собой в вертикальной плоскости и вокруг продольной оси (гибкость в поперечной вертикальной плоскости), хорошо приспосабливаются к местности, колеса автомобиля нагружены почти постоянными вертикальными силами, что способствует реализации высоких тяговых усилий. Подобное решение способствует улучшению устойчивости прямолинейного движения, поэтому автомобили с сочленением такой схемы могут развивать высокие скорости движения. Однако при этом требуется эффективная система подрессоривания. При сочленении секций автомобиля со свободой перемещения вокруг продольной и вертикальной осей угол поворота вокруг вертикальной оси должен быть достаточно большим, чтобы обеспечивался поворот автомобиля без управляемых колес складыванием секций в горизонтальной плоскости. Преимущество такой схемы по сравнению с предыдущей - широкое межколесное пространство в передней части, которое можно рационально использовать для размещения силовой установки, кабины и основных элементов трансмиссии и высвободить практически всю заднюю секцию под полезный для перевозки груза объем. Автомобили с подобной схемой сочленения, как правило, тихоходные, иногда не имеют подвесок. Сочленение с тремя степенями свободы допускает перемещение секций между собой вокруг поперечной продольной и вертикальной осей. Однако перемещение секций вокруг вертикальной оси, как правило, небольшое, и для поворота автомобиля необходимо дополнительно поворачивать управляемые колеса. Преимуществом такой компоновки является возможность расширения рамы (или корпуса), так как углы поворота управляемых колес значительно меньше, чем у обычных автомобилей. Отметим, что при использовании одновременного поворота и колес и рамы влево и вправо, т.е. движением типа "змейки" по тяжелым участкам местности, достигается заметное повышение проходимости автомобиля. При прямолинейном движении на высоких скоростях может применяться блокирование поворота рамы относительно вертикальной оси.
Каждая секция смонтирована на двух колесных осях, выполненных с возможностью привода от силовой установки. Для вариантов по фиг.1 и 2 силовая установка включает в себя последовательно связанные между собой приводной двигатель 5, коробку передач 6 и раздаточную коробку 7 для передачи вращения на главную передачу 8 одного из мостов каждой рамной секции.
По первому варианту исполнения (фиг.1) один из мостов передне расположенной секции 1 оснащен главной передачей 8, выполненной с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами 9 для каждого колеса 10 этого моста, один из мостов заднее расположенной секции 2 оснащен главной передачей 8 с дифференциалом 11 привода колес 10 этого моста. Другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси 12 с колесом 10 каждая, при этом каждая ось 12 разрезного моста каждой секции связана цепной передачей 13 с осью 14 привода колеса10 другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции. На этих осях 12 и 14 смонтированы звездочки 15, а цепные передачи оснащены механизмами их натяжения и компенсации пиковых моментов (не показаны). Передача момента от раздаточной коробки 7 на главную передачу 8 с дифференциалом 11 осуществляется через шарнирный узел 3, например, карданной передачей 16.
По второму варианту исполнения (фиг.2) один из мостов передне расположенной секции выполнен оснащен главной передачей с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами для каждого колеса этого моста, и по конструкции совпадает с выполнением ведущего моста первого варианта исполнения. Один из мостов заднее расположенной секции оснащен главной передачей с дифференциалом привода колес этого моста, а другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси с колесом каждая, каждая ось разрезного моста каждой секции связана цепной передачей с осью привода колеса другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции. Но в этом варианте главная передача 8 моста переднее расположенной секции 1 кинематически связана через редуктор 17 (или напрямую без редуктора) с главной передачей 8 привода дифференциала 11 моста заднее расположенной секции 2.
При таком исполнении каждая секция обеспечивает бортовой поворот за счет торможения оси колеса, при этом сохраняется жесткая схема привода всех колес секции. Это позволяет на каждом колесе реализовывать крутящий момент, независимо от наличия или отсутствия контакта одного или нескольких колес с грунтом.
Для рассмотренных примеров исполнения в каждом колесе может быть смонтирован колесный редуктор 17 и/или привод на каждое колесо может быть выполнен через бортовой редуктор (не показан). Использование колесного или бортового редуктора позволяет обеспечить оптимальную по нагрузке работу силовой установки и применять приводной двигатель не завышенной мощности.
Шарнирный узел в схеме сочленения секций является самым нагруженным, так как испытывает динамические воздействия от веса одной рамной секции на другую при перемещении колесных секций по неровностям. Шарнирный узел дает возможность смещаться секциям относительно друг друга в горизонтальном направлении и в вертикальном в ограниченном диапазоне углов складывания. При использовании такого транспортного средства на сильно изменяющемся рельефе местности (рвы, канавы, речки, овраги, холмы и т.д.) возникают ситуации, при которых одно или несколько колес одной или двух секций вывешиваются надгрунтом. Такое так же возможно из-за недостаточно большого диапазона углов складывания. Недостаток углового складывания в горизонтальном направлении еще можно компенсировать увеличением угла поворота всего транспортного средства, а при вертикальном складывании часто задняя или передняя секции вывешиваются над грунтом, опираясь всем весом на ту секцию, чью колеса имеют контакт с грунтом. Как правило, для дифференциальных схем привода колес происходит передача всего момента на вывешенное или вывешенные колеса и транспортное средство теряет способность к передвижению. При использовании бортовой схемы привода, как это применяется в заявленных схемах шарнирно-сочлененных транспортных средств, перераспределение крутящего момента между колесами не происходит, что позволяет постоянно иметь тяговое усилие под теми колесами, которые имеют контакт с грунтом. Это обеспечивает повышение общей проходимости шарнирно-сочлененного транспортного средства.
С целью снижения трансмиссионной массы шарнирно-сочлененного транспортного средства возможно использование схемы гидрообъемного привода ведущих мостов (фиг.3). В шарнирно-сочлененном транспортном средстве с бортовой схемой поворота секций силовая установка выполнена в виде приводного двигателя 5 и связанного с ним гидравлического насоса 18, один из мостов передне расположенной секции оснащен главной передачей 8 с бортовыми фрикционами и тормозными механизмами 15 для каждого колеса этого моста. Один из мостов заднее расположенной секции оснащен главной передачей 8 с дифференциалом 11 привода колес этого моста, а другой из мостов каждой рамной секции выполнен разрезным и представляет собой две отдельных оси с колесом каждая, при этом каждая ось разрезного моста каждой секции связана цепной передачей с осью привода колеса другого моста этой секции, расположенного с этого борта этой секции. На каждом мосту расположен гидравлический мотор 19, используемый для вращения главной передачи 8 и сообщенный с гидравлическим насосом 18. Схемное решение такой гидрообъемной трансмиссии является известным (Петров С.Е. статья «Оценка перспективности использования гидрообъемных трансмиссий на автомобильном транспорте», МГТУ «МАМИ», стр.246-254, выложена в режиме он-лайн доступа в Интернет на сайте МГТУ «МАМИ» по адресу: http://www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s0l/s01_36.pdf) и в данном заявленном решении используется исключительно для замены механических кинематических цепей передачи крутящего момента через шарнирный узел на гибкие шланги 20.