Тандемный мост транспортного средства

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к колесным транспортным средствам, предназначенным для работы в условиях бездорожья.
Известны различные конструкции тандемных мостов (тандемных тележек) транспортных средств.
Относительно простые конструкции основаны на применении цепного привода.
Одна из таких конструкций тандемного моста (Балансирная ходовая тележка для транспортного средства) описана в патенте на полезную модель RU №114292 U1. Балансирная ходовая тележка для транспортного средства содержит картер моста с главной передачей и размещенные по концам моста балансиры в виде полых картеров, имеющих возможность качания вокруг общей оси и в каждом из которых размещен входной вал, связанный с главной передачей, и два разнесенных по плечам балансира и связанных с входным валом через звездочки цепными передачами выходных вала для привода колес с шинами. Главная передача связана с выходными валами балансирной ходовой тележки через дифференциал, а одно плечо каждого балансира выполнено с возможностью подъема установленных на них колес и фиксации их в вывешенном положении. Конструкция снабжена колесным редуктором, размещенным в ступице каждого колеса для связи последнего с выходным валом балансирной ходовой тележки. Также тележка снабжена бортовым редуктором, размещенным в полом картере в зоне каждого выходного вала для привода каждого колеса. В этой конструкции обычный тандемный мост с цепной передачей в картере тандема для компенсации перегрузок, возникающих при прохождении неровностей колесами одного борта, снабжен фрикционными муфтами. Это позволяет колесам одного борта проходить разное расстояние без проскальзывания. Однако по причине вытягивания цепи при работе, такие передачи требуют постоянного ухода и регулировки в процессе работы. Поэтому промышленное применение тандемные мосты с бортовой цепной передачей находят только в относительно легких транспортных средствах - массой до 10 тонн.
Машины с массой более 10 тонн, преимущественно снабжены тандемными мостами с шестеренными зубчатыми передачами по типу моста NAF.
В качестве прототипа принят тандемный мост транспортного средства фирмы NAF. [см. например, в сети Интернет https://wiki.induux.de/Bogieachsen].
Тандемный мост включает в себя центральную балку моста с редуктором главной передачи с дифференциалом и двух присоединенных к ней картеров тормозных механизмов, бортовых ОПУ (опорно-поворотное устройство) и присоединенных к ним балансиров тандема. Каждый балансир тандема состоит из картера зубчатой передачи тандема, шестерен зубчатой передачи с подшипниками и осями, двух колесных редукторов, включающих в себя картер колесной передачи с шестернями и осями и ступицу колеса.
Тандемный мост фирмы NAF работает следующим образом - центральная балка тандемного моста жестко закреплена на раме транспортного средства. Балансиры тандема имеют возможность качания на ОПУ вокруг оси, проходящей через центр балки тандемного моста независимо друг от друга. Крутящий момент от двигателя через трансмиссию транспортного средства передается на редуктор главной передачи с дифференциалом, полуоси передают крутящий момент от редуктора к зубчатым передачам балансиров тандема. Далее крутящий момент через зубчатые передачи тандемов передается к колесным редукторам, которые через ступицы приводят во вращения колеса. Независимое друг от друга качание балансиров тандема на ОПУ дает возможность равномерно распределять нагрузку от веса транспортного средства на все четыре колеса тандемного моста на самом сложном рельефе местности без применения упругих элементов подвески, таких как пружины, рессоры, пневматические подушки и прочее.
При движении транспортного средства по кривой (в повороте), колеса правого и левого тандема проходят разный путь. Как и в обычном автомобиле, разница скоростей колес правого и левого тандема компенсируются в редукторе главной передачи при помощи дифференциала редуктора главной передачи. Если при движении в кривой (на ровной поверхности) трансмиссия транспортного средства с тандемным мостом работает вполне корректно и без перегрузок, то при прохождении неровностей, таких как пень, кочка, яма колесами одного борта, возникающая разница длины пути колеса ничем не компенсируется. Благодаря зубчатой передаче тандема, колеса одного борта движутся синхронно и вынуждены проскальзывать относительно грунта при поочередном прохождении неровностей. Это приводит к перегрузке всех элементов трансмиссии борта, таких как шестерни, подшипники и оси зубчатой передачи тандема и шестерни, подшипники и оси колесного редуктора, а так же преждевременному износу колес. Проскальзывание колес вызывает разрушение грунта в местах неровностей и приводит к образованию колеи.
Как видно из информации, представленной на сайте [https://wiki.induux.de/Bogieachsen], в случае применения на транспортном средстве колес диаметром более 1.5 м, количество шестерен в зубчатой передаче тандема, может доходить до 9, а необходимость выдерживать перегрузку проскальзывания колес при прохождении неровностей заставляет делать их массивными. Это увеличивает вес тандемного моста и заставляет увеличивать размер балансира тандема, что увеличивает габарит транспортного средства в целом. Таким образом, существующие, и получившие большое распространение в промышленности тандемные мосты имеют ряд неустранимых конструктивных недостатков:
- большой вес и габаритные размеры (относительно ведущих мостов грузовиков и сельскохозяйственных тракторов с традиционной подвеской на рессорах и пружинах).
- сложность изготовления, большое количество деталей в зубчатых передачах и связанная с этим высокая стоимость моста
- низкая надежность тандемного моста, состоящего более чем из двух сотен деталей, включая несколько десятков шестерен, осей и подшипников, причем поломка лишь одной из шестерен, или подшипника, приводит к заклиниванию и выходу из строя всего тандемного моста.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств путем создания простой конструкции, которая позволяет колесам одного борта проходить разное расстояние без перегрузок и проскальзывания. Достигаемый технический результат - уменьшение количества элементов подверженных износу (шестерней) и тем самым повышение надежности.
Задача решается тем, что заявляемый тандемный мост транспортного средства содержит поперечную балку, предназначенную для установки на продольных балках рамы транспортного средства. Внутри поперечной балки размещен редуктор главной передачи с дифференциалом и полуоси главной передачи. На концах поперечной балки через бортовые опорно-поворотные устройства закреплены двуплечие балансиры. Каждый балансир содержит бортовой редуктор с ведущей конической шестерней, установленной на полуоси главной передачи, и два колесных редуктора. При этом каждое плечо балансира включает ведомую коническую шестерню бортового редуктора, которая установлена на конце торсионного вала, на втором конце которого установлена ведущая коническая шестерня колесного редуктора, на полуоси ведомой шестерни которого закреплена ступица колеса, при этом торсионные валы закрыты кожухами, а редукторы снабжены корпусами.
Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности полезной модели, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан предпочтительный вариант реализации. Пример реализации иллюстрируется Фигурами чертежей, на которых представлено:
Фиг. 1 - эскизный чертеж тандемного моста со снятыми кожухами и корпусами редукторов.
Фиг. 2 - то же, внешний вид в сборе.
На Фигурах обозначено:
1 - продольная балка рамы транспортного средства,
2 - поперечная балка тандемного моста,
3 - редуктор главной передачи,
4 - бортовая ОПУ,
5 - полуось главной передачи,
6 - ведущая коническая шестерня бортового редуктора балансира,
7 - ведомая коническая шестерня бортового редуктора балансира,
8 - ведущая коническая шестерня колесного редуктора,
9 - торсионный вал,
10 - ведомая коническая шестерня колесного редуктора,
11 - полуось ведомой шестерни колесного редуктора,
12 - ступица колеса,
13 - балансир тандемного моста в сборе,
14 - кожух торсионного вала,
15 - бортовой редуктор в сборе,
16 - колесный редуктор в сборе.
Тандемный мост транспортного средства включает в себя поперечную балку 2, жестко закрепленную на продольных балках 1 рамы транспортного средства. В балке 2 размещен редуктор 3 главной передачи с дифференциалом (на фигурах не показан) и полуоси 5 главной передачи. На концах поперечной балки через бортовые ОПУ 4 закреплены двуплечие балансиры 13.
Каждый балансир содержит бортовой редуктор 15 с ведущей конической шестерней 6 и два колесных редуктора 16.
Каждое плечо балансира включает ведомую коническую шестерню 7 бортового редуктора, которая установлена на конце торсионного вала 9, соединяющего бортовой редуктор 15 и колесный редуктор 16. При этом ведущая коническая шестерня 8 колесного редуктора установлена на втором конце торсионного вала 9, а на полуоси 11 ведомой шестерни колесного редуктора закреплена ступица 12 колеса. Балансиры 13 имеют возможность качания вокруг общей оси при помощи поворотно-опорных устройств 4 (ОПУ). На ступицах 12, закреплены колеса транспортного средства (на фигурах не показаны), при этом торсионные валы закрыты кожухами, а редукторы снабжены корпусами.
Тандемный мост работает следующим образом
Трансмиссия транспортного средства приводит во вращение редуктор 3 главной передачи, который при помощи дифференциала (на фигурах не указан) через полуоси 5 главной передачи передает его в бортовые редукторы 15 каждого балансира. Балансиры имеют возможность качания на обшей оси при помощи ОПУ 4, при этом ось качания балансиров 13 совпадает с осью вращения полуосей 5. Бортовой редуктор 15 при помощи ведущей шестерни 6, закрепленной на полуоси 5 передает крутящий момент на два колесных редуктора 16 при помощи торсионных валов 9. Ведомая шестерня 10 колесного редуктора 16 приводит во вращение ступицу 12 колеса через полуось 11 ведомой шестерни колесного редуктора.
Такое устройство тандемного моста позволяет просто и эффективно приводить с помощью одного редуктора 3 главной передачи четыре колеса одной тележки.
В заявляемой конструкции каждое колесо одного балансира приводится во вращение посредством своего торсионного вала, который при передаче вращающего момента от бортового редуктора имеет возможность упругого скручивания при определенных нагрузках, обеспечивая «эластичность» привода и снижение пиковых нагрузок на трансмиссию в целом.
При движении транспортного средства по прямой крутящий момент от трансмиссии распределяется при помощи редуктора главной передачи на два бортовых редуктора каждого балансира, а от них на четыре колесных редуктора четырьмя торсионными валами, которые в этом режиме движения нагружены крутящим моментом поровну и скручены одинаково на небольшой расчетный угол. При движении транспортного средства по дуге, картина не меняется, так как разницу скоростей колес правого и левого борта компенсирует дифференциал, деля крутящий момент между балансирами поровну.
При прохождении колесами одного борта неровностей и препятствий, колеса одного борта, связанные между собой торсионными валами и зубчатой передачей, проходят разный путь, но эта разница компенсируется упругим скручиванием торсионных валов. Колеса одного борта связаны друг с другом не жестко, как в случае с зубчатой или цепной передачей у известных конструкций, а упруго, где роль упругого элемента выполняют торсионные валы.
Таким образом, относительно простая конструкция позволяет колесам одного борта проходить разное расстояние без перегрузок и проскальзывания. Конструкции содержит минимальное количество элементов, подверженных износу, тем самым повышается надежность.