ДЫШЛО АВТОПРИЦЕПА
TRAILER TONGUE

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к двух- и трехосным автоприцепам.
Цель изобретения - увеличение надежности соединения дышла прицепа с рамой за счет уменьшения влияния знакопеременных нагрузок, вызывающих усталость металла, облегчение конструкции дышла и рамы прицепа, улучшение сцепления колес всех осей с дорогой с повышением устойчивости прицепа и безопасности движения.
Из уровня техники известно применяемое для сцепки прицепа с тяговым автомобилем дышло, качающееся в вертикальной плоскости относительно горизонтального шарнира (Потявин С.М. "Руководство по эксплуатации прицепа СЗАП 8357", Ставрополь, 1991 г.). Такое дышло используется на прицепах с поворотной относительно вертикальной оси (шкворня) передней тележкой. Оси этих прицепов разнесены на максимально большое расстояние (размер колесной базы - расстояние между передней и задней осью двухосного прицепа - максимально приближен к размеру кузова), чем обеспечивается хорошая продольная устойчивость прицепа (движение без отрыва от поверхности дороги колес передней или задней оси и без продольных колебаний) при прохождении перепадов дорожного полотна по высоте и при торможении-растормаживании. Чтобы обеспечить управляемость прицепа (способность проходить повороты, повторяя траекторию движения автомобиля) с большой колесной базой, переднюю ось прицепа необходимо поворачивать относительно вертикального шкворня. Для этого передняя ось прицепа и механизм ее поворота объединяются в переднюю поворотную тележку (для увеличения грузоподъемности поворотная тележка может иметь и две оси), к которой на горизонтальном шарнире (шарнирах) присоединяется дышло. Дышло прицепов с поворотной передней тележкой облегченное, так как работает только на разрыв (сжатию препятствуют тормоза прицепа, изгибающий момент через шарнир не передается). Недостаток прицепов с такой конструкцией - необходимость в сложном поворотном узле передней тележки; прохождение колес передней тележки под рамой при повороте увеличивает посадку прицепа, что ухудшает боковую устойчивость (способность двигаться без отрыва от поверхности дороги боковых колес и поперечных колебаний) и условия погрузки-выгрузки.
Наиболее близким к предлагаемому является дышло, жестко соединенное с рамой прицепа (Мелик-Саркисьянц и Винокуров. "Прицепы к легковым автомобилям". издательство "ТРАНСПОРТ", 1979 года издания). Это дышло используется для прицепов со спаренными - близко расположенными - осями. Повороты таких прицепов обеспечиваются без применения передней поворотной тележки, близкое расположение осей позволяет повернуть прицеп с небольшим боковым проскальзыванием колес по дороге. При большой колесной базе поворот прицепа без передней поворотной тележки привел бы к намного большему боковому проскальзыванию, пропорционально увеличению колесной базы увеличился бы и момент сопротивления повороту от трения скольжения колес по дороге. Близкое расположение осей (спаренность) требует жесткого соединения дышла с рамой прицепа (дышло принимает на себя момент, опрокидывающий прицеп продольно в вертикальной плоскости относительно точек касания с дорогой передних или задних колес, который возникает на перепадах дорожного полотна по высоте и при торможении- растормаживании). Такие прицепы имеют более простую конструкцию, низкую посадку с удобной погрузкой, хорошую боковую устойчивость и при этом достаточную управляемость прицепа с некоторым боковым проскальзыванием колес на поворотах. Недостатком прицепов с жестким дышлом и спаренными осями являются значительные нагрузки на узел соединения с рамой, дышло (опрокидывающий прицеп момент по отношению к дышлу является изгибающим), раму прицепа, фаркоп и раму тяговой машины. Этот недостаток тем очевиднее, чем тяжелее условия эксплуатации (плохое дорожное покрытие, резкие перепады профиля дороги, высокий центр тяжести груза, частые разгоны-торможения) и чем больше грузоподъемность прицепа.
Суть данного изобретения - в применении качающегося в вертикальной плоскости, шарнирно соединенного с рамой дышла на прицепах со спаренными осями (применении известной, устанавливаемой на прицепах с передней поворотной тележкой конструкции дышла по новому назначению - на прицепах со спаренными осями). Шарнирно соединенное с рамой дышло прицепа со спаренными осями не может принять на себя момент, опрокидывающий прицеп продольно в вертикальной плоскости относительно точек касания с дорогой передних или задних колес, поэтому для обеспечения достаточной продольной устойчивости предлагается использовать упругие элементы постоянной или переменной жесткости, ограничивающие изменения угла положения дышла относительно рамы, а значит, и рамы относительно дышла, т.е. повороты рамы прицепа в вертикальной плоскости относительно точек касания с дорогой передних или задних колес на перепадах дорожного полотна по высоте и при торможении-растормаживании. При торможении-растормаживании возможны незначительные наклоны рамы прицепа вперед-назад, которые не переходят в колебательные движения (колебания гасятся амортизаторами подвески) и регулируются изменением жесткости упругих элементов. Изменение жесткости возможно посредством резьбовых деталей, шайб, прокладок, изменением давления в пневматических упругих элементах или любым другим способом, включая замену самих элементов. Жесткость целесообразно менять в зависимости от изменения дорожных условий, степени загрузки, высоты центра тяжести, но даже самый жесткий упругий элемент значительно снижает усталостные напряжения, позволяет облегчить конструкцию при повышении надежности соединения.
Стоит еще раз подчеркнуть, что назначение упругих элементов в предлагаемой конструкции дышла состоит не в том, чтобы удержать дышло от падения в отсоединенном от тягового автомобиля состоянии (хотя и эта задача решается тоже), а в том, чтобы обеспечить продольную устойчивость при движении прицепа со спаренными осями и шарнирно присоединенным к раме дышлом и ограничить продольные наклоны рамы при торможении-растормаживании вместе с демпфированием нагрузки на дышло и раму.
Поясняющие чертежи показаны на фигурах с 1-й по 10-ю, а именно:
Фиг.1 - прицепы с качающимся (слева) и жестким (справа) дышлом. Здесь 1 - замковое устройство, 2 - дышло, 3 - поддерживающая дышло пружина, 4 - кронштейн шарнира дышла, 5, 7, 8, 9, 11 - кронштейн, рычаг, пружина, ось, амортизатор подвески, 6 - поворотный узел, 10 - поворотная тележка, 12 - рама прицепа, 13 - кузов. Прицепы с жестким и качающимся дышлом показаны вместе на фиг.1 для сравнения, для большей наглядности у прицепов одинаковый диаметр колес и один тип подвески - пружинный.
Фиг.2 - поворот прицепов с поворотной тележкой и спаренными осями на одинаковый угол.
Фиг.3 и Фиг.4 дают представление о продольной устойчивости прицепов с поворотной тележкой и спаренными осями при одинаковом угле наклона участка дорожного полотна под воздействием только силы тяжести и без учета сил инерции. Продольная устойчивость прицепа с поворотной тележкой обеспечивается размером колесной базы - линия действия силы тяжести не выходит за точку опоры передних колес. В случае прицепа со спаренными осями расстояние между линией действия силы тяжести и точкой опоры передних колес является плечом для опрокидывающего прицеп момента Мопр, воспринимаемого жестким дышлом, которое и обеспечивает продольную устойчивость прицепа со спаренными осями.
Фиг.5 в аналогичной ситуации показывает прицеп с качающимся дышлом и поворотной передней тележкой, здесь отрыв колес передней или задней оси от поверхности дороги в принципе не возможен.
Фиг.6 показывает условия нагружения прицепа с жестким дышлом и спаренными осями на местах перехода дорожного полотна с участка прямолинейного движения на участок подъема. Здесь, в положении задних колес тягового автомобиля на точке перехода, фаркоп тягового автомобиля максимально приближается к дорожному полотну, при этом колеса задней оси прицепа вывешиваются на некоторую высоту ΔН, и на дышло прицепа начинает действовать изгибающий момент M=Fт*S, где Fт - сила тяжести прицепа с грузом, S - плечо этой силы до точки центра тяжести. Следует отметить, что при движении автопоезда за счет динамической составляющей от резкого перемещения фаркопа вниз величина момента М может увеличиваться многократно.
Фиг.7 - предлагаемая конструкция дышла для прицепов со спаренными осями. Здесь 1 - замковое устройство, 2 - дышло, 14 - упоры дышла, 15 - упругие элементы, 4 - кронштейн шарнира дышла, 12 - рама, 13 - кузов, 5, 7, 8, 9, 11 - кронштейн, рычаг, пружина, ось и амортизатор подвески, L - длина дышла, h - высота плеча упругого элемента.
Фиг.8 - динамические составляющие нагружения прицепа с качающимся дышлом и спаренными осями при движении на переходе дорожного полотна с горизонтального участка на участок подъема.
Фиг.9 - показывает нагрузки на качающееся дышло прицепа со спаренными осями при торможении.
Фиг.10 - изменение высоты установки замка прицепа с помощью упругих элементов переменной жесткости.
Применением на прицепах со спаренными осями качающегося, шарнирно соединенного с рамой дышла и ограничивающих изменения угла положения дышла относительно рамы упругих элементов достигается качественно новый уровень работы прицепа - при использовании наиболее простой и удобной в эксплуатации подвески со спаренными осями такое дышло позволяет прицепу проходить изменение профиля дорожного полотна с прямолинейных участков в наклонные и наоборот, а также неровности дорожного покрытия без отрыва колес от дороги и потери продольной устойчивости (а при вывешивании задних колес центр тяжести выходит за линию опоры передних колес, получается маятник, возникает опасность поперечной раскачки - теряется и поперечная устойчивость), т.к. при соотношении плеч L и h (фиг.7) как 1,5 м: 0,15 дышло получает амплитуду изменения высоты положения замка в 200 мм при деформации упругих элементов всего в 10 мм - более чем приемлемо даже для очень жестких упругих элементов и для очень плохих дорог. Кроме того, упругие элементы гасят наиболее опасную - динамическую - составляющую нагрузки на дышло и раму, т.к. при прохождении автопоездом перехода дорожного полотна с горизонтального участка на участок подъема (фиг.8) большому усилию от вертикального ускорения Fву противостоит большая сила инерции прицепа Fип, которая в варианте жесткого соединения дышла с рамой ломала это соединение, в варианте качающегося дышла эта сила прижимает колеса прицепа к дороге, обеспечивая его устойчивость. Результатом противодействия Fву и Fип (силой инерции дышла Fид из-за малости можно пренебречь) будет деформация нижнего упругого элемента (в варианте треугольного дышла - двух нижних упругих элементов).
Аналогичным образом полезное воздействие вес прицепа оказывает и в момент торможения (фиг.9), при этом опрокидывающий момент от силы инерции Ми (Ми=произведению силы инерции Fи на ее плечо Ни относительно точки опрокидывания «то») компенсируется моментом от силы тяжести Mт=Fт*S, где Fт - сила тяжести прицепа с грузом, S - ее плечо, и моментом сопротивления упругого элемента Мсу=Fy*Ну, где Fy - сила упругости (определяемая как произведение жесткости упругого элемента на приемлемое с точки зрения сцепления задних колес с дорогой изменение его длины), Ну - плечо силы упругости. Схема нагружения из фиг.9 дает подход к расчету жесткости упругих элементов исходя из условия обеспечения продольной устойчивости прицепа: Ми<Мт+Мсу, необходимое для расчета силы инерции замедление определяется тормозными характеристиками тягача и прицепа, при правильном подборе жесткости упругих элементов их деформация для условий нагружения фиг.9 будет существенно меньше деформации, соответствующей условиям нагружения фиг.8. Для увеличения эффективности работы упругих элементов, что бывает необходимо при высоком центре тяжести или при большом замедлении, можно кроме увеличения их жесткости или их количества увеличить плечо действия силы упругости Fy, например, опустив фаркоп тягового автомобиля и установив дышло под наклоном вниз.
Еще более выигрышно применение качающегося, шарнирно соединенного с рамой дышла с ограничивающими изменение угла положения дышла относительно рамы упругими элементами для получивших широкое распространение трехосных прицепов с близко расположенными (обычно до 1 метра) осями. Расстояние в 2 метра между первой и третьей осями значительно увеличивает нагрузку на жесткое дышло при переходах дорожного полотна с участка прямолинейного движения на наклонный участок и наоборот, но уменьшает продольные наклоны рамы от торможения при использовании шарнирного соединения дышла с рамой.
Показанное соединение рамы с дышлом имеет еще одно эксплуатационное преимущество, см. фиг.10. Изменяя полный линейный размер Lп упругих элементов (верхних и нижних), состоящих из собственно упругих элементов с длиной Ly и регулирующих верхних и нижних элементов с длиной Lрв и Lрн без изменения их жесткости (Ly=const), можно легко менять положение дышла (замка) прицепа по высоте, что необходимо при изменении степени загрузки прицепа или тягового автомобиля, при замене автомобиля для обеспечения одинакового сцепления колес передней и задней оси прицепа с дорогой.
Таким образом, предлагаемая конструкция дышла имеет возможность настройки соединения дышла с рамой по жесткости упругих элементов и по высоте сцепки с тяговым автомобилем в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации.