ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТОРМОЗОМ-ЗАМЕДЛИТЕЛЕМ
TRANSPORT VEHICLE WITH RETARDER BRAKE

Данное изобретение относится к транспортному средству с тормозом-замедлителем, в частности, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Тормоза-замедлители используются в транспортных средствах для свободного от износа торможения транспортного средства. Различают различные типы тормоза-замедлителя, такие как гидродинамический тормоз-замедлитель, электромагнитный тормоз-замедлитель, также называемый электродинамическим тормозом-замедлителем или тормозом с использованием вихревых токов, и тормоз-замедлитель с постоянными магнитами. Данное изобретение относится к любым типам тормоза-замедлителя, однако особенно пригодно для применения в тормозе-замедлителе с постоянными магнитами.
Гидродинамические тормоза-замедлители имеют ротор и статор, которые образуют совместно заполненное или заполняемое рабочей средой рабочее пространство. За счет приведения в движение ротора образуется передающий крутящий момент циркуляционный поток рабочей среды в рабочем пространстве, с помощью которого крутящий момент передается с ротора на статор, что приводит, поскольку статор удерживается стационарным, к торможению вращающегося ротора. Величину крутящего момента можно устанавливать, например, посредством изменения степени заполнения рабочего пространства.
В электромагнитных тормозах-замедлителях (тормозах с использованием вихревых токов) создается с помощью электромагнитов магнитное поле, в котором вращается ротор из намагничивающегося материала. За счет воздействия на ротор магнитного поля он тормозится. В принципе, естественно, возможно также предусмотрение электромагнитов в роторе, а намагничивающегося материала - в статоре.
В тормозе-замедлителе с постоянными магнитами постоянные магниты расположены в статоре, которые выборочно создают магнитное поле, в котором вращается ротор, который изготовлен из намагничивающегося материала. Положение постоянных магнитов и/или согласованного с ними конструктивного элемента, например, полюсного башмака, можно изменять так, что в первом состоянии на ротор не воздействует магнитная сила, и во втором состоянии на ротор воздействует максимальная магнитная сила. Например, магниты могут быть в выключенном состоянии перемкнуты так, что к ротору не проходит магнитная сила, а во включенном состоянии перемыкание снимается. Могут быть также предусмотрены состояния с уменьшенной магнитной силой для установки изменяемого тормозного момента.
Хотя известные типы тормоза-замедлителя на основании их способности тормозить транспортное средство без износа обеспечивают многочисленные преимущества, однако их интеграция в транспортное средство всегда означает конструктивные дополнительные затраты, особенно за счет дополнительно предусматриваемых подшипников качения или подшипников скольжения, которые несут с возможностью вращения ротор тормоза-замедлителя. Это особенно ощутимо в том случае, когда тормоз-замедлитель должен быть расположен в зоне карданного вала транспортного средства, который соединяет коробку передач транспортного средства с ведущими колесами, соответственно, с главной передачей на оси ведущих колес, поскольку в этом случае необходимы модификации карданного вала. Как правило, карданный вал укорачивается или прерывается, и тормоз-замедлитель со своей собственной опорой соединяется с укороченной частью или обеими прерванными частями карданного вала. Опора тормоза-замедлителя должна наряду с осевыми и радиальными силами часто воспринимать также усилия на изгиб и поэтому состоит в большинстве случаев из двух подшипников с осевым расстоянием друг от друга.
Понятно, что такой вид опоры является дорогим и тяжелым.
В документе US 3871466 А приведено описание электромагнитного тормоза-замедлителя, статор которого с электромагнитами подвешен на шасси транспортного средства и который несет с помощью подшипника качения соединительный вал, который, с одной стороны, соединяет друг с другом два карданных вала на стороне отбора мощности коробки передач, и с другой стороны, несет ротор тормоза-замедлителя, который включает статор с электромагнитами на обеих сторонах в осевом направлении. Недостатком этого варианта выполнения является то, что установка такого тормоза-замедлителя в существующую ветвь привода требует нескольких карданных валов на стороне отбора мощности коробки передач, что, с одной стороны, является конструктивно сложным и дорогостоящим и, с другой стороны, может приводить к проблемам крутильных колебаний и, соответственно, к дисбалансам. Кроме того, особенно сильно проявляется известная угловая погрешность карданных валов, которая суммируется за счет нескольких карданных валов.
В основу данного изобретения положена задача создания транспортного средства с тормозом-замедлителем, которое отличается экономичной интеграцией тормоза-замедлителя в зоне карданного вала при одновременно надежной опоре имеющихся в приводной цепи конструктивных элементов.
Задача решена согласно изобретению с помощью транспортного средства с признаками пункта 1 формулы изобретения. В зависимых пунктах формулы изобретения указаны предпочтительные и особенно целесообразные варианты выполнения изобретения.
Транспортное средство согласно изобретению имеет приводной двигатель и расположенную в силовом потоке после приводного двигателя коробку передач. Коробка передач передает, как известно, приводную мощность приводного двигателя с выбираемыми передачами на ведущие колеса транспортного средства, как правило, через главную передачу, дифференциал или т.п.
Между коробкой передач и ведущими колесами в трансмиссии транспортного средства предусмотрен карданный вал, который передает приводную мощность от выходного вала коробки передач на ведущие колеса, как правило, через главную передачу на или у приводной оси ведущих колес. Карданный вал может быть соединен непосредственно или опосредованно с выходным валом коробки передач.
Кроме того, транспортное средство имеет раму транспортного средства, которая придает транспортному средству стабильность и на которой подвешены или на которую опираются по меньшей мере опосредованно приводной двигатель, коробка передач, карданный вал и ведущие колеса. Как правило, рама транспортного средства несет другие конструктивные элементы, такие как, например, кузов и т.п.
Транспортное средство снабжено тормозом-замедлителем, который может иметь конструкцию гидродинамического тормоза-замедлителя, электромагнитного тормоза-замедлителя (тормоза с использованием вихревых токов) или тормоза-замедлителя с постоянными магнитами, которые были пояснены выше. Тормоз-замедлитель содержит по меньшей мере один ротор и один статор, которые, как показано, можно переключать с помощью гидродинамического контура рабочей среды или с помощью магнитного поля в передающее крутящий момент соединение, так что ротор тормозится за счет этой передачи крутящего момента на статор. Ротор находится в приводном соединении с ведущими колесами транспортного средства и может их тормозить, когда включается тормоз-замедлитель.
Согласно изобретению ротор тормоза-замедлителя смонтирован снаружи на карданном валу и опирается на карданный вал. Это означает, что для опоры тормоза-замедлителя нет необходимости в дополнительном подшипнике, который и без того предусмотрен в транспортном средстве для опоры карданного вала, когда транспортное средство не снабжено тормозом-замедлителем. В соответствии с этим, можно отказаться от подшипника для ротора тормоза-замедлителя.
Признак изобретения, что ротор опирается на карданный вал, означает, что действующие на ротор в осевом направлении силы и/или в радиальном направлении, или, соответственно, в окружном направлении, воспринимаются карданным валом, в частности, исключительно карданным валом. Следовательно, эти силы отводятся не через дополнительный подшипник.
Статор относительно установлен на роторе с помощью подшипника тормоза-замедлителя и опирается на ротор. Для предотвращения вращения статора вместе с ротором, статор опирается через упор против проворачивания по меньшей мере опосредованно на раму транспортного средства. За исключением этой опоры с помощью упора против проворачивания, статор может быть предпочтительно свободным от передающего силы соединения и/или опоры на раму транспортного средства и опираться исключительно на ротор. Таким образом, необходимы лишь меры, которые обеспечивают возможность монтажа ротора на карданном валу, без необходимости дополнительной опоры статора на раму транспортного средства.
Особенно предпочтительно ротор тормоза-замедлителя жестко соединен в осевом направлении и в радиальном направлении с карданным валом, например, свинчен или насажен с прессовой посадкой. В принципе возможно также выполнение ротора в виде единого целого с карданным валом, однако это требует модификации карданного вала по сравнению с транспортными средствами без тормоза-замедлителя.
Согласно одному варианту выполнения, ротор тормоза-замедлителя расположен на заданном расстоянии от обоих осевых концов карданного вала, например, в зоне осевой середины карданного вала. При этом зона осевой середины содержит не только точно осевую середину, но и соответствующую зону перед и после осевой середины, например, среднюю треть карданного вала. Естественно, возможны другие ограничения зоны. Однако возможно также располагать тормоз-замедлитель или, соответственно, его ротор, в другом месте карданного вала, например, на осевом конце или в зоне осевого конца.
Подшипник тормоза-замедлителя, с помощью которого статор относительно опирается на ротор, предпочтительно выполнен в виде подшипника качения, например, радиального шарикоподшипника и, в частности, расположен непосредственно между ротором и статором.
Обычно относительно длинные карданные валы, в частности, в транспортных средствах для перевозки грузов и пассажиров, таких как грузовые автомобили и рельсовые транспортные средства, опираются в своей осевой средней зоне на раму транспортного средства с помощью так называемого промежуточного подшипника. В зоне этого промежуточного подшипника можно позиционировать интегрированный тормоз-замедлитель согласно изобретению.
Промежуточный подшипник может быть соединен предпочтительно через эластичный элемент, в частности, эластомерный или резиновый элемент, с рамой транспортного средства.
Промежуточный подшипник опирается, как правило, на поперечную балку рамы транспортного средства, которая соединяет две продольные балки рамы транспортного средства, относительно продольной оси транспортного средства.
Хотя такой промежуточный подшипник сам по себе по всей видимости обеспечивает лишь очень ограниченные возможности восприятия сил изгиба, которые могут возникать за счет вращения ротора тормоза-замедлителя, однако в комбинации с соответствующей жесткой на изгиб опорой выходного вала в коробке передач транспортного средства с помощью рычажного плеча карданного вала между выходным валом коробки передач и ротором обеспечивается чрезвычайно высокая прочность на изгиб всей опоры.
Карданный вал между выходным валом коробки передач и ротором тормоза-замедлителя может быть выполнен предпочтительно без компенсации длины, например, сдвигаемого элемента между коробкой передач и промежуточным подшипником. Кроме того, при эластичной подвеске промежуточного подшипника можно выполнять жесткость подвески в радиальном направлении отличной от жесткости в осевом направлении, относительно карданного вала. Особенно предпочтительно в осевом направлении устанавливается относительно меньшая жесткость, а в радиальном направлении более высокая жесткость.
Согласно одному варианту выполнения, карданный вал имеет по меньшей мере два шарнира, в другом варианте выполнения также три или больше шарниров. Шарниры могут быть выполнены, например, в виде карданных шарниров. С помощью такого карданного вала можно позиционировать коробку передач в другой, в частности, горизонтальной плоскости, по сравнению с ведущим мостом, соответственно, главной передачей ведущего моста для ведущих колес.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, карданный вал выполнен в виде карданного вала с фланцем карданного вала, который служит опорой крестовине. Фланец карданного вала имеет один или несколько выступающих в радиальном направлении крепежных элементов, которые могут быть, например, выкованы на фланце карданного вала. Например, может быть предусмотрен один единственный проходящий в осевом направлении, радиально выступающий крепежный элемент, или же, согласно другому предпочтительному варианту выполнения, два расположенных противоположно по окружности крепежных элемента. Ротор может быть смонтирован на крепежном элементе или крепежных элементах, в частности, привинчен.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения, ротор окружает статор в окружном направлении радиально снаружи. Дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, ротор может иметь внутреннее несущее кольцо, который проходит радиально внутри статора и на которое опирается статор с помощью подшипника тормоза-замедлителя, в частности, с помощью расположенного между несущим кольцом и статором подшипника качения. При этом несущее кольцо может окружать с зазором или на расстоянии карданный вал, в частности, его цилиндрический осевой участок, при этом в данном случае зазором можно называть особенно небольшое расстояние.
Когда тормоз-замедлитель выполнен в виде тормоза-замедлителя с постоянными магнитами, то его статор предпочтительно несет несколько расположенных в окружном направлении вокруг оси вращения друг за другом с чередующимися полюсами постоянных магнитов, и ротор содержит по меньшей мере одну или несколько обращенных к постоянным магнитам зон из намагничивающегося материала. Кроме того, предпочтительно предусмотрен переключательный элемент между постоянными магнитами по меньшей мере одной зоны из намагничивающегося материала, при этом переключательный элемент проходит в виде диска, кольца или кольцевого сегмента в окружном направлении вокруг оси вращения между ротором и статором так, что намагничивающиеся замыкающие обратный поток элементы чередуются с не намагничивающимися промежуточными элементами переключательного элемента в окружном направлении. Кроме того, предусмотрен по меньшей мере один исполнительный механизм, с помощью которого обеспечивается возможность поворота постоянных магнитов относительно переключательного элемента и/или переключательного элемента относительно постоянных магнитов в окружном направлении, для того чтобы в первом положении устанавливать напротив замыкающих обратный поток элементов постоянные магниты, а во втором положении устанавливать промежуточные элементы напротив постоянных магнитов. За счет этого можно включать и выключать тормоз-замедлитель с постоянными магнитами тем, что всегда тогда, когда в первом положении замыкающие обратный поток элементы расположены напротив постоянных магнитов, то магнитное поле проходит от статора через замыкающие обратный поток элементы в ротор и обратно в статор, так что ротор тормозится.
Когда, наоборот, во втором положении промежуточные элементы расположены напротив постоянных магнитов, то замыкающие обратный поток элементы коротко замыкают два расположенных в окружном направлении смежно друг с другом постоянных магнита с противоположными полюсами, так что образуется лишь «небольшой» магнитный контур или, соответственно, круговое магнитное поле между постоянными магнитами и замыкающими обратный поток элементами, которое не выходит за границы системы между ротором и статором и тем самым не проходит как через ротор, так и через статор. В соответствии с этим, ротор может вращаться свободно или по существу без торможения через магнитное поле относительно статора, т.е. тормоз-замедлитель с постоянными магнитами выключен.
Ниже приводится в качестве примера пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1 - транспортное средство с изображением положения карданного вала в трансмиссии транспортного средства, вид сверху;
фиг. 2 - карданный вал из фиг. 1, в увеличенном масштабе;
фиг. 3 - первый пример выполнения расположения, согласно изобретению, тормоза-замедлителя с постоянными магнитами на карданном валу;
фиг. 4 - альтернативная возможность соединения ротора с фланцем карданного вала с помощью кованых крепежных элементов в виде проушин;
фиг. 5 - вариант выполнения с тормозом-замедлителем с постоянными магнитами во включенном состоянии;
фиг. 6 - вариант выполнения из фиг. 5 в выключенном состоянии;
фиг. 7 - осевой разрез тормоза-замедлителя с постоянными магнитами, согласно фиг. 5 и 6;
фиг. 8 - тормоз-замедлитель с постоянными магнитами, согласно фиг. 7, в изометрической проекции.
На фиг. 1 схематично показан вид сверху транспортного средства с приводным двигателем 1, коробкой 2 передач и ведущими колесами 4. Ведущие колеса приводятся во вращение через ведущий мост 18, который в свою очередь снабжен главной передачей 6, например, дифференциалом. Для передачи приводной мощности приводного двигателя 1 от коробки 2 передач на главную передачу 6, причем основная передача 6 расположена в другой плоскости, чем коробка 2 передач, предусмотрен карданный вал 5, который соединяет выходной вал 3 коробки передач с главной передачей 6. Карданный вал 5 опирается на своем первом, расположенном на стороне привода осевом конце через выходной вал 3 коробки передач на коробку 2 передач, а на своем втором, расположенном на выходной стороне осевом конце опирается через входной вал главной передачи 6 на главную передачу 6 и/или через нее на ведущий мост 18.
Кроме того, в зоне осевой середины карданного вала 5, в данном случае при рассматривании в направлении потока приводной мощности от двигателя 1 к ведущим колесам, перед вторым из трех шарниров карданного вала 5, карданный вал 5 подвешен через промежуточный подшипник 11 на раме 7 транспортного средства, а именно, на поперечной балке 17 рамы, которая соединяет две продольные балки 20.
На фиг. 2 еще раз показан весь карданный вал 5 с расположенным на нем промежуточным подшипником 11 и тремя шарнирами 19.
На фиг. 3 показан вариант выполнения полностью опирающегося на карданный вал тормоза-замедлителя, выполненного в данном случае в виде тормоза-замедлителя 8 с постоянными магнитами, в зоне промежуточного подшипника 11. Для этого ротор 9 установлен без возможности проворачивания на карданном валу 5, и статор 10 опирается на ротор 9, а именно, с помощью подшипника 16 тормоза-замедлителя в радиальном направлении между ротором 9 и статором 10.
Относительная опора с помощью подшипника 16 тормоза-замедлителя обеспечивает радиальную и/или осевую опору статора 10 на ротор 9 или, соответственно, карданный вал 5, при возможности относительного поворота по отношению карданного вала 5, соответственно, ротора 9. Для предотвращения вращения статора 10 вместе с ротором 9 или, соответственно, карданным валом 5, на статоре 10 дополнительно предусмотрен упор 21 против проворачивания, с помощью которого статор 10 опирается на раму 7 транспортного средства или на соединенный с ней конструктивный элемент.
На фиг. 3 карданный вал 5 также подвешен на раме 7 транспортного средства с помощью промежуточного подшипника 11 в зоне его осевой середины, с или без эластичного элемента 13 в зависимости от потребности. Таким образом, для интегрирования тормоза-замедлителя в транспортное средство требуется лишь предусмотрение одного единственного дополнительного подшипника между ротором 9 и статором 10 или между карданным валом 5 и статором 10, и все действующие на ротор 9 силы отводятся непосредственно на карданный вал 5. Также воздействующие на статор 10 силы передаются через подшипник 16 тормоза-замедлителя на карданный вал 5, за исключением сил в окружном направлении, которые передаются через упор 21 против проворачивания на раму 7 транспортного средства.
В показанном на фиг. 3 примере выполнения ротор 9 смонтирован с помощью надвинутой на карданный вал 5 втулки, выполненной в данном случае в виде зажимной втулки 15, на карданном валу с силовым замыканием или, соответственно, с геометрическим замыканием. Естественно, что в этом примере выполнения можно выбирать также другие возможности для монтажа ротора 9 на карданном валу 5, например, на схематично показанном фланце 14 карданного вала 5, на котором ротор 9 может быть привинчен или смонтирован другим образом.
На фиг. 4 показан фланец 22 карданного вала 5, который несет крестовину 22 (изображена лишь схематично). Непосредственно на фланце 22 карданного вала предусмотрены два крепежных элемента 24, предпочтительно выполненных с ним в виде единого целого, например, посредством ковки, на которые привинчен ротор тормоза-замедлителя. Этот вариант выполнения оказался особенно пригодным, поскольку за счет выбранного расположения крепежных элементов 24 непосредственно на фланце 22 карданного вала можно максимально предотвращать колебания и даже демпфировать крутильные колебания карданного вала.
В показанном на фиг. 5 и 6 примере выполнения тормоза-замедлителя с постоянными магнитами, ротор 9 и статор 10 которого могут опираться согласно изобретению на карданный вал, ротор 9 окружает статор 10 в окружном направлении. Ротор 9 вращается вокруг оси 26 вращения и расположен концентрично статору 10.
Статор 10 имеет сдвигаемую относительно радиально внутренней неподвижной центральной зоны 10.1 в окружном направлении кольцеобразную опору 32 для магнитов, на которой установлено несколько постоянных магнитов 27. Постоянные магниты 27 расположены друг за другом в окружном направлении вокруг оси 26 вращения с чередующимися полюсами, т.е. все постоянные магниты 27 с четным номером положения в последовательности имеют лежащий снаружи северный полюс и лежащий радиально внутри южный полюс, а постоянные магниты 27 с нечетным номером положения в последовательности имеют лежащий снаружи южный полюс и лежащий радиально внутри северный полюс.
В радиальном направлении между ротором 9 и статором 10 расположен переключательный элемент 28, который может быть выполнен, в частности, стационарным, например, в виде оболочки корпуса статора 10. Переключательный элемент 28 имеет кольцевую форму, и в окружном направлении чередуются намагничивающиеся замыкающие обратный поток элементы 29 с не намагничивающимися промежуточными элементами 30. Замыкающие обратный поток элементы 29 выполнены, например, из стали или железа, а не намагничивающиеся промежуточные элементы - из алюминия.
Когда, как показано на фиг. 5, замыкающие обратный поток элементы 29 расположены напротив постоянных магнитов 27 в радиальном направлении, в частности, ориентированы относительно друг друга на одной линии, то может создаваться магнитное поле, которое проходит от статора 10 к ротору 9 и обратно. Как показано на фиг. 5, например, наружные линии магнитного потока проходят от первого постоянного магнита 27 через расположенный напротив замыкающий обратный поток элемент 29 в ротор 9, который выполнен, в частности, из стали или железа, в окружном направлении вдоль ротора 9, обратно через второй замыкающий обратный поток элемент 29 радиально внутрь через второй постоянный магнит 27 и обратно в противоположном окружном направлении, как в роторе 9, через опору 32 для магнитов, которая, соответственно, также может быть изготовлена из стали или железа, снова в первый постоянный магнит 27. Когда же, как показано на фиг. 6, промежуточные элементы 30 расположены напротив постоянных магнитов 27 в радиальном направлении, то соответствующий замыкающий обратный поток элемент 29 перекрывает два расположенных смежно друг с другом постоянных магнита 27, за счет чего образуется меньшее магнитное поле, которое не доходит до ротора 9.
В соответствии с этим, в показанном на фиг. 5 положении, которое называется в данном случае первым положением, статор 10 оказывает с помощью магнитных полей тормозящее действие на ротор 9, в то время как в называемом вторым положении, показанном на фиг. 6, на ротор 9 не действует тормозной момент за счет магнитного поля. В соответствии с этим, в первом положении тормоз-замедлитель 8 с постоянными магнитами включен, а во втором положении тормоз-замедлитель 8 с постоянными магнитами выключен.
Для ограниченного сдвига опоры 32 для магнитов с ней соединен исполнительный механизм 31, который может быть образован, например, с помощью однократного или двойного рабочего цилиндра или нескольких цилиндров. Возможны также другие виды исполнительного механизма, такие как, например, электрические, пневматические или гидравлические.
На фиг. 7 еще раз показано, как тормоз-замедлитель 8 с постоянными магнитами, согласно фиг. 5 и 6, может быть соединен с фланцем 22 карданного вала, согласно фиг. 4. При этом можно видеть крепежные элементы 24, к которым привинчивается ротор 9.
Ротор 9 имеет в показанном примере выполнения внутреннее несущее кольцо 25, которое проходит радиально внутри статора 10 и на которое относительно опирается статор 10 с помощью подшипника 16 тормоза-замедлителя.
Внутреннее несущее кольцо 25 окружает на заданном расстоянии карданный вал 5, в данном случае его цилиндрическую часть, которая примыкает к фланцу 22 карданного вала в направлении тормоза-замедлителя 8 с постоянными магнитами. В соответствии с показанными на фиг. 5 и 6 вариантами выполнения, ротор 9 окружает статор 10 радиально снаружи. Статор 10 имеет в свою очередь опору 32 с постоянными магнитами 27, а также переключательный элемент 28 между ротором 9 и постоянными магнитами 27.
Кроме того, на фиг. 7 показан упор 21 против проворачивания, с помощью которого статор 10 опирается на раму транспортного средства.
Наконец, на фиг. 7 показана схематично крестовина 23.
На фиг. 8 показан еще раз вариант выполнения из фиг. 7 в изометрической проекции сверху.