Седельно-сцепное устройство автопоезда с пружинным амортизатором
FIFTH-WHEEL COUPLING 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 продольном и заднем направлениях в результате относительного ускорения тягача с полуприцепом или их замедления.
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 промежуточную опоры, пружины сжатия, продольную относительно продольной оси тягача ось, при этом две крайние опоры установлены неподвижно на монтажной плите, а продольная относительно продольной оси тягача ось закреплена между крайними и промежуточной опорами для обеспечения устройству возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси тягача. Принято за прототип.
Однако указанное седельно-сцепное устройство автопоезда имеет ограниченный угол поворота полуприцепа относительно тягача в поперечно-вертикальной плоскости, а также избыточное количество пружин сжатия, усложняющих конструкцию устройства и повышающих его стоимость и трудоемкость технического обслуживания.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции седельно-сцепного устройства автопоезда и в увеличении угла поворота полуприцепа относительно тягача в поперечно-вертикальной плоскости.
Это достигается тем, что седельно-сцепное устройство автопоезда с пружинным амортизатором, содержащее опорную плиту седла, монтажную плиту, две крайние и промежуточную опоры, пружины сжатия, продольную относительно продольной оси тягача ось, при этом две крайние опоры установлены неподвижно на монтажной плите, а продольная относительно продольной оси тягача ось закреплена между крайними и промежуточной опорами для обеспечения устройству возвратно-поступательного перемещения относительно продольной оси тягача, согласно изобретению, дополнительно содержит корпус, поперечную относительно продольной оси тягача ось, закрепленный на внешней поверхности корпуса кронштейн; промежуточная опора так же, как и две крайние опоры, установлена неподвижно на монтажной плите, корпус выполнен в виде цилиндра с продольным пазом в нижней его части и снабжен жестко соединенными с корпусом торцевыми крышками с отверстиями, в которые пропущена продольная относительно продольной оси тягача ось, обеспечивающая корпусу вращательное перемещение относительно продольной оси тягача, причем между торцевыми крышками и промежуточной опорой установлены пружины сжатия, а опорная плита седла шарнирно соединена с кронштейном посредством закрепленной в нем поперечной относительно продольной оси тягача оси.
На фиг. 1 представлена схема седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором в статическом состоянии; на фиг. 2 - сечение устройства по А-А; на фиг. 3 - 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 болтами 4, и установленной на ней опорной плиты седла 5. Седельно-сцепное устройство включает в себя две крайние 6, 7 и промежуточную 8 опоры, корпус 9, пружины сжатия 10, 11, продольную 12 и поперечную 13 относительно продольной оси тягача оси, а также закрепленный на внешней поверхности корпуса 9 кронштейн 14. При этом две крайние 6, 7 и промежуточная 8 опоры установлены неподвижно на монтажной плите 3, а корпус 9 выполнен в виде цилиндра с продольным пазом 15 в нижней его части и снабжен жестко соединенными с корпусом 9 торцевыми крышками 16, 17 с отверстиями. В отверстия торцевых крышек 16, 17 пропущена продольная 12 относительно продольной оси тягача ось, закрепленная между двумя крайними 6, 7 и промежуточной 8 опорами, что в сочетании с продольным пазом 15 обеспечивает корпусу 9 как вращательное, так и возвратно-поступательное перемещения относительно продольной оси тягача. Кроме этого, между торцевыми крышками 16, 17 и промежуточной опорой 8, закрепленной на монтажной плите 3, установлены пружины сжатия 10, 11, выполняющие роль амортизаторов. Опорная плита седла 5 устройства шарнирно соединена с кронштейном 14 посредством закрепленной в нем поперечной 13 относительно продольной оси тягача оси.
Работа седельно-сцепного устройства автопоезда с пружинным амортизатором основана на эффекте амортизации за счет использования в нем упругих элементов в виде пружин сжатия 10, 11, обеспечивающих при работе устройства дополнительную четвертую степень свободы перемещения полуприцепа 2 относительно тягача и 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, которыми являются поперечный α и продольные β и β углы наклона рамы полуприцепа относительно рамы 1 тягача, а также смещение  полуприцепа 2 относительно тягача (фиг. 3) равны нулю, а колеса тягача и (или) полуприцепа 2 находятся в расторможенном состоянии. В этом случае, благодаря способности корпуса 9 вместе с кронштейном 14 и опорной плитой седла 5 перемещаться возвратно-поступательно вдоль продольной оси 12 относительно жестко соединенной с монтажной плитой 3 и рамой 1 тягача промежуточной опоры 8, предусмотрительно нагруженные перед установкой пружины сжатия 10 и 11 автоматически удерживают в нейтральном положении полуприцеп 2 относительно тягача (фиг. 1).
При трогании с места или движении с ускорением (разгоне) автопоезда на опорную плиту седла 5 устройства посредством шкворня 18 полуприцепа 2 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы полуприцепа 2 (фиг. 2 и 3). По этой причине кинематически связанные между собой рама 1 тягача, монтажная плита 3 с закрепленной на ней в двух крайних 6, 7 и промежуточной 8 опорах продольной осью 12 начинают совместно перемещаться с тягачом (влево на фиг. 3) на величину смещения  относительно полуприцепа 2 вместе с опорной плитой седла 5, кронштейном 14, поперечной осью 13 и корпусом 9 с торцевыми крышками 16 и 17, которые все вместе остаются в этот момент в прежнем неподвижном положении. Это ведет к сжатию пружины сжатия 10, потенциальная энергия которой обеспечивает плавное нарастание тягового усилия тягача до его величины, превышающей усилие сопротивления движению со стороны полуприцепа 2, и началу его движения совместно с тягачом. Добавление четвертой степени свободы перемещения за счет смещения на величину  тягача относительно полуприцепа 2, характеризующихся значительными массами, позволяет заметно уменьшить затраты мощности, а следовательно и расход топлива двигателем при раздельном во времени (поэтапном) трогании с места тягача и полуприцепа 2.
После окончания движения с ускорением (разгона) и начала движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью величина силы инерции, воздействующая на тягач со стороны полуприцепа 2, снижается. В результате этого, под воздействием усилия разжимающейся пружины сжатия 10, величина смещения  полуприцепа 2 относительно тягача уменьшается, и все рассмотренные элементы устройства возвращаются в исходное состояние (фиг. 1). При этом при разжатии пружины сжатия 10 другая пружина сжатия 11 выполняет роль демпфера, гася возможные нежелательные колебания упругой системы устройства.
Аналогична работа устройства при движении с ускорением замедления (притормаживании) 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 под воздействием силы инерции пружина сжатия 11 сжимается на величину смещения  полуприцепа 2, направленного вперед относительно направления движения тягача (влево на фиг. 1).
Возвращение устройства в исходное положение (фиг. 3) при ускорении замедления и последующего движения 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 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 автопоезда в начальный период его эксплуатации, их постоянное воздействие неизбежно ведет к снижению надежности элементов конструкции и неоправданно преждевременному выходу их из строя. В этой связи, благодаря амортизирующим свойствам пружин сжатия 10, 11, 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 полуприцепа 2 относительно тягача, добавление четвертой степени свободы перемещения, обеспечиваемого в предлагаемом устройстве при возвратно-поступательном движении полуприцепа 2, существенно повышает плавность хода автопоезда, особенно в условиях недостаточно обустроенных дорог. Предлагаемое седельно-сцепное устройство автопоезда достаточно простое и компактное по конструкции, комплектуется серийно выпускаемыми опорными плитами седел 5 и легко компонуется на тягачах различного назначения.
Практическое использование предлагаемого седельно-сцепного устройства с пружинным амортизатором, при прочих достоинствах традиционных устройств, позволяет повысить эффективность автопоезда за счет повышения надежности благодаря пружинному амортизатору, снижения расхода топлива вследствие поэтапного трогания с места значительных по массе тягача и полуприцепа, так как в этом случае затрачивается меньшая мощность и обеспечиваются более благоприятные условия работы двигателя и трансмиссии тягача, повышения плавности хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и создания, таким образом, более благоприятных условий труда водителю.