ГИДРОПОДЪЕМНЫЙ МЕХАНИЗМ НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
SURFACE VEHICLE HYDRAULIC RAM

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к НТС (наземные транспортные средства): автомобили, в первую очередь АС (автосамосвалы); тракторы, СДМ (строительные и дорожные машины и т.д.).
Известны НТС (автомобили, тракторы), содержащие кабину, двигатель, трансмиссию, ходовую часть и системы управления, оборудованные ГПМ (гидроподъемными механизмами) для подъема: кузова АС (1. Вахламов В.К. Основы конструкции. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 528 с.); подъемных агрегатов, применяемых при капитальном ремонте скважин (2. Данилов О.Ф. Специальная автомобильная техника в нефтяной и газовой отраслях. - М.: Недра, 1997. - 755 с. см. с.43-164), или длинных изделий, установленных на многоосных шасси, например МАЗ-543 (МАЗ-7310) с колесной формулой 8×8, до современных шасси с колесной формулой до 16×16 (3. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. - М.: Машиностроение, 1980. - 207 с.).
НТС, оборудованные ГПМ, наиболее часто используют как АС. Современные АС в основном оборудованы подъемными механизмами с гидравлическим приводом. Применение ГПМ обеспечивает быстрый подъем и опускание кузова (10-25 с), а также высокую надежность и безопасность работы. Вследствие малого износа трущихся деталей (трущиеся пары работают в масле) увеличивается срок службы ГЦ (гидроцилиндров). Основными узлами ГПМ с приводом от двигателя являются: КОМ (коробка отбора мощности), масляный насос, кран управления, силовой гидроцилиндр (или цилиндры), трубопроводы. АС в зависимости от грузоподъемности и размеров могут иметь ГПМ с одним или двумя ГЦ. Эти ГЦ могут иметь горизонтальное (неподвижное), наклонное или вертикальное расположение. Механизмы подъема кузова современных АС имеют телескопические ГЦ, непосредственно воздействующие на кузов. ГЦ располагают на раме (надрамнике) АС под кузовом, в передней части рамы или на переднем борту кузова. При размещении ГЦ под кузовом последнее выдвижное звено шарнирно соединяется с днищем кузова, при размещении ГЦ в передней части рамы - на переднем борту кузова. Для повышения поперечной устойчивости целесообразно устанавливать не один ГЦ, а два, в этом случае усилие на каждый ГЦ будет в два раза меньше суммарного усилия на кузов. Телескопические ГЦ состоят из нескольких стальных или чугунных звеньев, вставленных одно в другое. При накачивании масла звенья (кроме основного цилиндра) последовательно выдвигаются. Отличительная особенность состоит в том, что объем гидравлической системы является переменным. Он увеличивается по мере выдвижения звеньев (подъема кузова) и уменьшается при складывании. Это вызывает необходимость установки дополнительного масляного бака объемом не менее ГЦ в максимально выдвинутом их положении. Второй особенностью телескопических ГЦ является то, что при выдвижении последнего звена с меньшей площадью поршня давление масла в нем увеличивается. Телескопические ГЦ позволяют обеспечить значительно большую суммарную величину выдвижения цилиндра, что увеличивает максимальный угол подъема даже в тех случаях, когда ГЦ установлен впереди переднего борта кузова.
Эксплуатационные возможности НТС с ГПМ снижены из-за высокой материалоемкости конструкции, так как при установке ГЦ в передней части кузова масса металла больше, чем при установке ГЦ под кузовом; чем дальше установлен ГЦ от оси поворота кузова при его подъеме, тем больше размеры и ход поршней телескопического ГЦ и выше затраты на рабочую жидкость (гидравлическое масло). (1. с.468-483, 2. с.15 и др.).
Наиболее близким к предлагаемой конструкции АС с ГЦ является КамАЗ-5511 (см. 1. с.470, рис.11.2, а, б и с.482, рис.11.10). Кузов цельнометаллический, сварной, обогреваемый, без открывающихся бортов, прямоугольного сечения. Он выполнен равномерно расширяющимся от передней части к задней, что обеспечивает его лучшую разгрузку при опрокидывании. Кузов состоит из основания с продольными усилителями, боковых бортов со стойками и усилителями, переднего борта и козырька с боковинами. В передней части кузова приварен кронштейн крепления верхней опоры ГЦ подъемного механизма кузова, а в задней части - кронштейны шарниров оси опрокидывания кузова. Надрамники устанавливаются на рамах АС, они предназначены для усиления укороченных рам АС, работающих в тяжелых нагрузочных режимах. На них устанавливаются грузовые кузова самосвалов и крепятся элементы их подъемных механизмов. При заднем опрокидывании кузов связан с надрамником двумя задними шарнирами. Надрамники выполняются сварными из штампованной листовой стали. Подъемный механизм предназначен для обеспечения разгрузки кузова АС путем его наклона (опрокидывания) и возвращения в исходное (транспортное) положение. Он также обеспечивает фиксацию кузова в любом промежуточном положении при его подъеме и опускании. ГЦ телескопический, трехзвенный. Общий рабочий ход выдвижных звеньев составляет 3,4 м (1. см. с.475 и 482).
Описанная конструкция ГПМ АС имеет эксплуатационные ограничения, вызванные высокой материалоемкостью кузова и ГПМ.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в расширении эксплуатационных возможностей НТС путем снижения материалоемкости ГПМ и кузова, что повысит грузоподъемность АС.
Поставленная задача решается за счет изменения кинематики опрокидывания кузова АС.
Указанный технический результат достигается тем, что гидроподъемный механизм наземного транспортного средства содержит раму, надрамник с кронштейном и осью, кузов, шарнирно установленный на оси надрамника, и телескопические гидроцилиндры, при этом в задней части основания кузова расположены продольные направляющие с ограничителями хода кузова, на оси установлены катки, расположенные в продольных направляющих, внутри оси смонтированы фиксаторы положения кузова, на валу, установленному в опорах средней части надрамника, закреплены верхние части основных гидроцилиндров, в каждом из них смонтированы гидроцилиндр с поршнем двустороннего действия и с захватами, промежуточный гидроцилиндр и центральный гидроцилиндр с поршнем и головкой, которая шарнирно установлена на оси, закрепленной в кронштейне передней части кузова, на этой оси закреплены усеченные цилиндрические фиксаторы для захватов гидроцилиндра с поршнем двустороннего действия.
Предлагаемое техническое решение расширяет эксплуатационные возможности НТС за счет повышения его грузоподъемности.
1
3
4
5
1
2
5
2
1
На фиг.1 показаны виды сбоку на AC: a - транспортное положение, ГЦ в горизонтальном положении, задняя опора кузова в т.O, опора основного ГЦ в т.О, опора верхней головки ГЦ в т.О, захваты ГЦ с поршнем двустороннего действия в т.О, справа показаны увеличенные фрагменты ГЦ с поршнем двустороннего действия в промежуточном положении - кузов сдвинут по горизонтали; б - рабочее положение - первый этап разгрузки, ГЦ с поршнем двустороннего действия передвинули кузов, при этом задняя опора кузова переместилась из т.О в т.О, под действием собственного веса ГЦ приняли вертикальное положение, захваты ГЦ с поршнем двустороннего действия в т.О освобождены (см. справа фрагмент крепления ГЦ к кронштейну передней части кузова - нижнее сечение опоры); в - давление рабочей жидкости - гидравлического масла выдвинуло два звена ГЦ, задняя опора кузова в т.О; г - выдвинуты все звенья ГЦ, задняя опора кузова в т.O, кузов принимает максимальный наклон - 55-60°.
1
3
На фиг.2, а приведен вид сбоку на ГПМ AC - увеличенный фрагмент от фиг.1, а; а на фиг.2, б - вид сверху - увеличенный фрагмент от фиг.1, а, но кузов сдвинут в правое положение. На фиг.2, в показано сечение на уровне т.O, а на фиг.2, г - сечение на уровне т.О - слева - ГЦ в горизонтальном (транспортном) положении, справа - в вертикальном (рабочем).
На раме 1 НТС, в частности АС, закреплен надрамник 2, например, из продольных швеллеров, скрепленных поперечинами (см. фиг.1 и 2). На кронштейне 3 надрамника 2 зафиксирована ось 4, на которой установлены катки 5, расположенные внутри продольных направляющих 6 с ограничителями хода 7, например швеллеров основания кузова 8. Внутри оси 4 расположены фиксаторы 9 положения кузова 8 (разжимное устройство, например, клинового типа или разжимной кулак - не показано). В опорах 10 средней части надрамника 2 (на фиг.2, б надрамник 2 и кузов 8 представлены штриховкой разного направления) установлен вал 11 с закрепленными на нем основными ГЦ 12. Внутри основного ГЦ 12 установлен ГЦ с поршнем 13 двустороннего действия с захватами 14 (см. фиг.1, а справа). В передней части кузова 8 закреплены кронштейны 15, в которых установлены оси 16. На осях 16 закреплены усеченные цилиндрические фиксаторы 17 захватов 14 ГЦ 13, а также головки 18 центрального ГЦ 19 с поршнем 20. Между ГЦ с поршнем 13 двустороннего действия и центральным ГЦ 19 установлен промежуточный ГЦ 21. Промежуточных ГЦ может быть несколько. Манжеты, чистильщики, патрубки и гидромагистрали не показаны.
1
3
4
5
1
2
2
2
2
1
Работа ГПМ АС осуществляется следующим образом. В транспортном положении фиксаторы 9 фиксируют задние опоры кузова 8 с продольными направляющими 6, которые находятся в т.O, расположенной на оси 4 в кронштейнах 3 надрамника 2, закрепленного на раме 1 (см. фиг.2). ГЦ 12, 13, 19 и 21 установлены в горизонтальной плоскости (см. фиг.1, а и 2, а). Опора верхней части основного ГЦ 12 находится в т.О на валу 11, установленном в опорах 10 надрамника 2 (см. фиг.2, г). Тыльную часть основного ГЦ 12 целесообразно зафиксировать от перемещений при динамических нагрузках (фиксатор не показан). Головка 18 центрального ГЦ 19 шарнирно установлена на оси 16, закрепленной в кронштейне 15 передней части кузова 8 в т.О. Захваты 14 ГЦ поршней двустороннего действия 13 зафиксированы на усеченных цилиндрических фиксаторах 17 осей 16 в т.O (см. фиг.1, а и б справа). Для подъема кузова 8 фиксаторы 9 перемещают вглубь по оси 4. Правая, подпоршневая полость основного ГЦ 12 соединяется со сливной магистралью. При подаче из напорной магистрали под давлением рабочей жидкости в надпоршневую полость - пространство между основным ГЦ 12 и ГЦ с поршнем двустороннего действия 13 (см. фиг.1, а справа) возникает сила, которая перемещает звено 13 относительно основного ГЦ 12 и захватами 14 сдвигает кузов 8, перекатывая на катках 5 по продольным направляющим 6 между ограничителями хода 7 от т.O до т.О (см. фиг.2, а и б). Фиксаторы 9 фиксируют задние опоры кузова 8 с продольными направляющими 6 в т.О. В т.О фиксаторы ГЦ освобождают тыльную часть основных ГЦ 12 (на схеме не показаны), все ГЦ вместе с валом 11 под действием собственного веса поворачиваются относительно оси 16 (см. фиг.2, г: слева - ГЦ зафиксированы, справа - расфиксированы) (см. фиг.1, 6 справа внизу). Захваты 14 освобождают усеченные цилиндрические фиксаторы 17. При переключении гидромагистралей надпоршневая полость соединяется со сливной магистралью, а подпоршневая - с напорной магистралью. Давление рабочей жидкости на площадь поршней (в том числе, торцов ГЦ) выдвигает звенья из основного ГЦ 12, поднимает переднюю часть кузова 8, наклоняя его относительно опор в т.О (см. фиг.1, в). Первыми выдвигаются поочередно звенья с большей площадью поршня - ГЦ с поршнем двустороннего действия 13 и т.д. При перемещении части звеньев ГЦ и освобождения кузова 8 от основной части груза фиксаторы 9 освобождают задние опоры кузова, выдвигаются все звенья ГЦ (см. фиг.1, г), кузов 8 поднимается на максимальную величину, его задние опоры устанавливаются фиксаторами 9 в т.O. Попеременное кратковременное переключение гидромагистралей обеспечивает более полную очистку кузова при его «встряхивании» за счет перемещения ГЦ с поршнем двустороннего действия 13 относительно основных ГЦ 12. Фиксация кузова в любом положении достигается при установке крана управления в полностью закрытое положение, когда рабочая жидкость не перетекает через кран управления. При соединении подпоршневой полости со сливной магистралью под действием собственного веса кузов опускается и вытесняет рабочую жидкость через кран управления (гидрораспределитель) в масляный бак. Первыми опускаются ГЦ (поршни) с меньшей площадью торцов 19 и 21, захваты 14 ГЦ с поршнем двустороннего действия 13 взаимодействуют с усеченными цилиндрическими фиксаторами 17.
Аналогичный ГПМ можно установить на многоосное НТС с колесной формулой 6×4, 6×6, 8×8 и более (первая цифра показывает общее число колес, вторая - число ведущих колес). При плотной компоновке колес вдоль несущей системы (в том числе рамы) НТС ГЦ после первого этапа работы - продольного перемещения длинного изделия, - должны быть вынесены за пределы колес. Вместо вала, соединяющего основные ГЦ, их целесообразно установить на оси, закрепленные к внешним элементам изделия.
Положительный эффект: расширение эксплуатационных возможностей НТС обеспечивается за счет повышения его грузоподъемности при снижении металлоемкости кузова, уменьшении размеров ГЦ и объема рабочей жидкости. Это происходит из-за уменьшения нагрузки на ГЦ и кузов, так как горизонтальное перемещение кузова с грузом требует значительно меньших затрат энергии, чем вертикальное перемещение и поворот на значительном расстоянии от оси поворота. Смещение кузова и приближение центра тяжести кузова с грузом к оси поворота требует меньшего усилия. В этом случае также снижаются требования к прочности кузова (меньше напряжения изгиба на малой длине), что приводит к уменьшению его металлоемкости.
2
6
0,5
2
0,5
1
2
Например, (без учета КПД) при условной длине основания кузова 3 м, полном весе кузова с грузом 120 кН (12 тс), центре тяжести в середине кузова для начала подъема кузова потребуется сила, равная моменту сопротивления повороту, деленному на плечо действия выталкивающей силы: Fв=120000×1,5/3=60000 Н. При давлении рабочей жидкости 7 МПа для преодоления этой силы потребуется площадь поршней ГЦ: Sгц=60000/7=8571 мм (10 компенсируются). Диаметр общего ГЦ составит Dгц=(8571/0,785)=104,5 мм (π/4=0,785). Если установлено два ГЦ, то площадь каждого ГЦ составит 4286 мм, а диаметр каждого ГЦ - Dгц=(4286/0,785)=73,9 мм.
2
0,5
2
2
2
0,5
2
13
12
12
Если горизонтальное перемещение кузова 1 м, то Fв=120000×0,5/2=30000 Н; Sгц=30000/7=4286 мм; Dгц2=(2143/0,785)=52,2 мм. Уменьшение Dгц-73,9/52,2=1,41; ход поршней ГЦ снизится в 3/2=1,5 раза, что существенно снижает материалоемкость ГЦ. Для горизонтального перемещения кузова потребуется сила, равная произведению коэффициента трения на вертикальную нагрузку. Если снизить потери трения между поверхностями надрамника и кузова, применяя графитную смазку, антифрикционные накладки, например фторопластовые, или тела качения и принять коэффициент трения 0,15; то горизонтальная сила Fr=0,15×120000=18000 Н. Потребуется площадь Sгц=18000/7=2571 мм, для одного ГЦ 1286 мм. Если принять наружный диаметр трубчатой части ГЦ с поршнем двустороннего действия 13 равным 40 мм, то его площадь составит Sгц=0,785×40=1256 мм. Площадь внутреннего сечения основного ГЦ 12 должна быть не менее Sгц=1256+1286=2542 мм, а внутренний диаметр Dгц=(2542/0,785)=57 мм.