Седельно-сцепное устройство автопоезда с пружинным амортизатором
FIFTH-WHEEL APPARATUS OF ROAD TRAIN WITH SPRING SHOCK ABSORBER

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для сцепления полуприцепа с тягачом.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №2503573 РФ; МПК B62D 53/08; опубл. 10.01.2014), содержащее плиту, в которой выполнено отверстие для ввода шкворня, запорное устройство для фиксации шкворня, фиксатор, предохранительное устройство со стопорным элементом.
Недостатком данного седельно-сцепного устройства автопоезда является отсутствие эффективных средств для смягчения ударов, возникающих в процессе движения автопоезда вперед и назад в результате относительного ускорения тягача с полуприцепом или их замедлении.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №6692013 США; МПК B62D 53/08; опубл. 17.02.2004), содержащее шатуны, основание, поршни, пружины, скользящие втулки, стержни, кронштейны, фланцы, уплотнения, гидроцилиндры.
Недостатками рассматриваемого седельно-сцепного устройства автопоезда является ограниченный угол наклона поперечной оси полуприцепа относительно продольной оси тягача, а также наличие гидроцилиндров, удорожающих конструкцию и усложняющих выполнение его технического обслуживания.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №4991864 США; МПК B62D 53/08; опубл. 12.02.1991), содержащее опорную плиту седла, монтажную плиту, две крайние и центральную опоры, пружины сжатия, продольную относительно продольной оси тягача ось, при этом две крайние и центральная опоры установлены неподвижно на монтажной плите, а продольная относительно продольной оси тягача ось закреплена между двумя крайними и центральной опорами для обеспечения устройству возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси тягача. Принято за прототип.
Однако в указанном седельно-сцепном устройстве автопоезда недостаточно эффективна работа пружин сжатия вследствие их отрицательного влияния друг на друга как при разгоне, так и при торможении автопоезда.
В основу изобретения заложена техническая задача, заключающаяся в повышении эффективности работы пружин сжатия седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором благодаря их независимому функционированию как при разгоне, так и при торможении автопоезда, и повышении, таким образом, его надежности.
Это достигается тем, что седельно-сцепное устройство автопоезда с пружинным амортизатором, содержащее опорную плиту седла, монтажную плиту, две крайние и центральную опоры, пружины сжатия, продольную относительно продольной оси тягача ось, при этом две крайние и центральная опоры установлены неподвижно на монтажной плите, а продольная относительно продольной оси тягача ось закреплена между двумя крайними и центральной опорами для обеспечения устройству возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси тягача, согласно изобретению, дополнительно содержит две промежуточные опоры, корпус, закрепленный на верхней внешней поверхности корпуса кронштейн, втулки с торцевыми фланцами, поперечную относительно продольной оси тягача ось, при этом две промежуточные опоры установлены неподвижно на монтажной плите, а корпус выполнен в виде цилиндра с продольным пазом в нижней его части и снабжен на торцах жестко соединенными с ним внутренними фланцами с отверстиями, причем внутри корпуса размещена продольная относительно продольной оси тягача ось, закрепленная между двумя крайними и центральной опорами, что в сочетании с продольным пазом обеспечивает корпусу как вращение, так и возвратно-поступательное перемещение продольной относительно продольной оси тягача оси, кроме этого, между центральной и двумя крайними опорами на продольной относительно продольной оси тягача оси установлены с возможностью перемещения по ней втулки с торцевыми фланцами и пружинами сжатия, причем торцы пружин сжатия со стороны центральной опоры опираются на внутренние стороны торцевых фланцев втулок, а со стороны торцов корпуса опираются на внутренние стороны его внутренних фланцев с отверстиями, при этом противоположные внутренние стороны торцевых фланцев втулок опираются на внешние стороны внутренних фланцев с отверстиями корпуса.
На фиг. 1 представлена схема седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором в статическом состоянии; на фиг. 2 и 3 - сечения устройства по А-А и Б-Б соответственно; на фиг. 4 - схема работы пружинного амортизатора устройства при трогании с места и разгоне автопоезда.
Седельно-сцепное устройство автопоезда с пружинным амортизатором (фиг. 1 и 2) установлено на раме 1 тягача, соединенного с полуприцепом 2 с помощью монтажной плиты 3, закрепленной на раме 1 тягача болтами 4, и установленной на монтажной плите 3 опорной плиты седла 5. Устройство включает в себя две крайние 6, 7, центральную 8 и две промежуточные 9, 10 опоры, корпус 11, пружины сжатия 12, 13 (фиг. 3), выполняющие роль амортизаторов, продольную 14 и поперечную 15 относительно продольной оси тягача оси, а также закрепленный на верхней внешней поверхности корпуса 11 кронштейн 16. При этом две крайние 6, 7, центральная 8 и две промежуточные 9, 10 опоры установлены неподвижно на монтажной плите 3, а корпус 11 выполнен в виде цилиндра с продольным пазом 17 в нижней его части и снабжен на торцах жестко соединенными с ним внутренними фланцами 18, 19 с отверстиями (фиг. 3). Внутри корпуса 11 размещена продольная относительно продольной оси тягача ось 14, закрепленная между двумя крайними 6, 7 и центральной 8 опорами, что в сочетании с продольным пазом 17 обеспечивает корпусу 11 как вращение, так и возвратно-поступательное перемещение продольной относительно продольной оси тягача оси 14. Кроме этого, между центральной 8 и двумя крайними 6, 7 опорами на продольной относительно продольной оси тягача оси 14 установлены с возможностью перемещения по ней втулки 20, 21 с торцевыми фланцами 22, 23, 24 и пружинами сжатия 12, 13 (фиг. 3). При этом торцы пружин сжатия 12, 13 со стороны центральной опоры 8 опираются на внутренние стороны торцевых фланцев 22 втулок 20, 21, а со стороны торцов корпуса 11 опираются на внутренние стороны его внутренних фланцев 18, 19 с отверстиями. Противоположные же внутренние стороны торцевых фланцев 23, 24 втулок 20, 21 опираются на внешние стороны внутренних фланцев 18, 19 с отверстиями корпуса 11.
Работа седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором основана на эффекте амортизации за счет использования в нем упругих элементов в виде пружин сжатия 12, 13, обеспечивающих при работе устройства дополнительную четвертую степень свободы перемещения полуприцепа 2 относительно тягача. Этим достигается поэтапное и плавное начало движения или остановки при торможении в пределах предусмотренного устройством взаимного смещения тягача и полуприцепа 2 и, тем самым, существенное снижение динамических нагрузок на конструкцию автопоезда при его трогании с места, разгоне и торможении.
1
2
В неподвижном (статическом) состоянии, когда автопоезд стоит на ровной поверхности (фиг. 1 и 2), все три геометрических параметра взаимного расположения тягача и полуприцепа 2 (поперечный α и продольные β, β углы наклона рамы полуприцепа 2 относительно рамы 1 тягача), а также смещение  (фиг. 4) полуприцепа 2 относительно тягача равны нулю, а колеса тягача и (или) полуприцепа 2 находятся в расторможенном состоянии. В этом случае, благодаря способности корпуса 11 вместе с кронштейном 16 и опорной плитой седла 5 перемещаться возвратно-поступательно вдоль продольной относительно продольной оси тягача оси 14, относительно жестко соединенной с монтажной плитой 3, и двух промежуточных опор 9, 10, предусмотрительно нагруженные перед установкой пружины сжатия 12 и 13 автоматически удерживают в нейтральном положении полуприцеп 2 относительно тягача (фиг. 1 и 2).
При трогании с места или движении с ускорением (разгоне) автопоезда на опорную плиту седла 5 устройства начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы полуприцепа 2 (фиг. 3). По этой причине кинематически связанные между собой рама 1 тягача, монтажная плита 3, вместе с закрепленными на ней двумя крайними 6, 7, центральной 8 и двумя промежуточными 9, 10 опорами и продольной относительно продольной оси тягача осью 14 начинают совместно перемещаться с тягачом (влево на фиг. 4) относительно неподвижных в этот момент полуприцепа 2, опорной плиты седла 5, кронштейна 16, поперечной относительно продольной оси тягача оси 15 и корпуса 11 с его внутренними фланцами 18, 19 с отверстиями. В результате этого между внутренней стороной торцевого фланца 23 втулки 20 и внешней стороной внутреннего фланца 18 с отверстием корпуса 11 образуется зазор, равный величине смещения  тягача относительно полуприцепа 2. Это ведет к сжатию пружины сжатия 12, потенциальная энергия которой обеспечивает плавное нарастание тягового усилия тягача до величины, превышающей усилие сопротивления движению со стороны полуприцепа 2, и началу его движения совместно с тягачом. При этом важным достоинством устройства является то, что в данном случае пружина сжатия 13 остается в прежнем недеформированном состоянии и не контактирует с центральной опорой 8, так как она вместе с втулкой 21 и ее торцевыми фланцами 22, 23 остаются неподвижными относительно корпуса 11 и перемещаются вместе с ним (вправо на фиг. 4). Таким образом, пружина сжатия 13 не мешает полноценной работе пружины сжатия 12 при амортизации воздействующей на нее нагрузки. В то же время при последующих разжатии пружины сжатия 12 и смещении корпуса 11 в исходное положение (влево на фиг. 3) пружина сжатия 13 посредством втулки 21 и ее торцевого фланца 22, входя в контакт с центральной опорой 8, выполняет роль демпфера и способствует быстрому затуханию нежелательных колебаний упругой системы устройства.
После окончания движения с ускорением (разгона) и начала движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью величина силы инерции, воздействующей на тягач со стороны полуприцепа 2, снижается. В результате этого, под воздействием усилия разжимающейся пружины сжатия 12, величина смещения  полуприцепа 2 относительно тягача уменьшается, и все рассмотренные элементы устройства возвращаются в исходное состояние в обратном порядке (фиг. 1 и 3).
Аналогична работа устройства при движении с ускорением замедления или торможении автопоезда до полной остановки, в том числе при возможном по разным причинам рассогласованном торможении тягача и полуприцепа 2. Отличие заключается лишь в том, что в этом случае сжимается уже пружина сжатия 13 на величину смещения  под воздействием силы инерции полуприцепа 2, направленной вперед относительно направления движения тягача (влево на фиг. 3).
Возвращение устройства в исходное положение (фиг. 3) при ускорении замедления и последующем движении автопоезда с установившейся постоянной скоростью или после торможения до полной остановки автопоезда происходит аналогично описанному выше случаю.
При движении автопоезда с чередующимися ускорениями и замедлениями, воздействующими на тягач и полуприцеп 2, обусловленными многочисленными факторами (неровностями, продольными и поперечными уклонами дороги, гололедом, осадками, техническим состоянием автопоезда, массой груза, квалификацией водителя и др.), рабочие циклы седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором соответственно чередуются аналогично описанным выше образом.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и при его движении с замедлением, элементы конструкции тягача и полуприцепа 2 подвергаются динамическим нагрузкам. И хотя такие нагрузки не являются значительными по величине и, как правило, не приводят к внезапным поломкам и повреждениям в начальный период эксплуатации автопоезда, но их постоянное воздействие неизбежно ведет к снижению надежности и неоправданному преждевременному выходу элементов конструкции из строя. В этой связи, благодаря амортизирующим свойствам пружин сжатия 12, 13 устройства и демпфирующим свойствам материала втулок 20, 21, установленных в корпусе 11 заявляемого устройства между центральной 8 и двумя крайними 6, 7 опорами на продольной относительно продольной оси тягача оси 14, обеспечивается существенное снижение величины знакопеременных нагрузок на конструкцию автопоезда и повышение его долговечности. Важным достоинством является также то, что в отличие от традиционных конструкций седельно-сцепных устройств с двумя и тремя степенями свободы перемещения, добавление четвертой степени свободы перемещения, обеспечиваемой заявляемым устройством при возвратно-поступательном движении полуприцепа 2 относительно тягача, существенно повышает плавность хода автопоезда, особенно в условиях недостаточно обустроенных дорог. Заявляемое устройство достаточно простое и компактное по конструкции, комплектуется серийно выпускаемыми опорными плитами седел 5 и легко компонуется на тягачах различного назначения.
Практическое использование заявляемого седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором позволяет повысить эффективность автопоезда за счет повышения надежности благодаря пружинному амортизатору, обеспечивающему более благоприятные условия для работы двигателя и трансмиссии тягача; уменьшения затрат мощности двигателем тягача и, как следствие, снижения расхода топлива в результате смещенного по времени поэтапного трогания с места или при торможении значительных по массе тягача и полуприцепа; повышения плавности хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и создания, таким образом, более комфортных условий труда водителю.