ГИДРОФИЦИРОВАННОЕ НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к ходовым системам гусеничных машин, а именно, к натяжным устройствам, предназначенным для управления натяжением гусениц машин в зависимости от направления и режимов их движения, и может быть использовано в гусеничных машинах гражданского и военного назначения с различными типами гусениц и формами обводов.
Общеизвестно, что для обеспечения работоспособности гусеницы в зацеплении с ведущей звездочкой необходимо создать, поддерживать и изменять усилие натяжения гусениц ходовой системы в зависимости от движения машины и степени износа гусениц.
Известно гидрофицированное натяжное устройство (см. EP 1361143 B1, 12.11.2003 г.), содержащее гидроцилиндр, гидронасос, гидролинию и три гидроаккумулятора разной емкости, что позволяет работать системе при разных нагрузках. Недостатком этого устройства является отсутствие возможности раздельного управления натяжением гусениц по бортам.
Известно гидрофицированное натяжное устройство (см. US 6106082, 22.08.2000 г.), которое содержит гидроцилиндр, гидролинию, гидромотор и два гидроаккумулятора, один из которых работает при нормальных условиях эксплуатации машины, а второй - включается при срабатывании предохранительного клапана при повышении нагрузок на гидроцилиндр. Это устройство изменяет натяжение только при повышении нагрузок и управляет натяжением по бортам только совместно.
Известно гидрофицированное натяжное устройство для промышленных тракторов (см. US 6431008, 13.08.2002 г.), работающих в том числе в режиме реверса, которое содержит датчик направления движения машины и датчик натяжения гусениц. Однако это устройство не позволяет управлять натяжением гусениц раздельно для каждого борта
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого решения является гидрофицированное натяжное устройство для гусеничных машин (см. US 6224172 B1, 01.05.2001 г.), которое побортно содержит каретку натяжного колеса, два гидроцилиндра, выполненных двуполостными двустороннего действия, гидроаккумулятор, запорный проходной кран, обратный клапан, три гидрораспределителя, гидролинии и насосную установку, а также гидростатическую передачу (трансмиссию) и тормозной гидропривод для управления распределителями. Причем гидросистемы каждого борта машины соединены между собой. Штоки гидроцилиндров жестко связаны с кареткой натяжного колеса, полости гидроцилиндров соединены между собой параллельно. Гидроаккумулятор соединен с полостями поршней гидроцилиндров и предназначен для поддержания в них заданного давления. Полости поршней гидроцилиндров соединяются с насосной установкой через обратный клапан, который исключает обратное истечение жидкости к насосной установке. Полости штоков гидроцилиндров соединяются с насосной установкой через двухпозиционный гидрораспределитель с гидроуправлением от гидростатической передачи (или с любым другим управлением) и предназначенный для соединения гидролинии, питающей полости штоков гидроцилиндров, с насосной установкой или сливным гидробаком при переднем или заднем ходе машины соответственно. Запорный проходной кран разделяет полости поршней и штоков гидроцилиндров и предназначен для обеспечения слива рабочей жидкости из гидросистемы.
К недостаткам прототипа следует отнести невозможность эффективной работы натяжного устройства при повороте машины, обусловленное тем, что гидросистемы бортов соединены друг с другом ввиду отсутствия явно выраженного разделения гидролиний бортов; сложность конструкции натяжного устройства, обусловленную тем, что для каждой ходовой части имеются несколько гидрораспределителей со сложным гидроуправлением, состоящим из дополнительных гидромашин и гидроаппаратов; отсутствие своевременного эффективного взаимодействия полостей поршней и штоков гидроцилиндров при движении машины, обусловленное тем, что соединение полостей гидроцилиндров осуществляется через длинную систему фитингов и гидрораспределителей.
Техническим результатом предложенного гидрофицированного натяжного устройства является упрощение конструкции натяжного устройства за счет обеспечения возможности управления натяжением гусеницы борта одним гидрораспределителем, и своевременное эффективное взаимодействие его гидроагрегатов за счет раздельного автоматического управления натяжением гусениц бортов машины.
Технический результат достигается тем, что гидрофицированное натяжное устройство для гусеничных машин, имеющих правую и левую ходовые части, содержит емкость для рабочей жидкости, насосную установку с, по меньшей мере, одним управляемым насосом, по меньшей мере, два расположенных побортно поршневых гидроцилиндра, имеющих поршневую и штоковую полости и соединенные с соответствующими узлами натяжных колес ходовых частей, коммуникационные гидролинии, аккумуляторы пружинные гидравлические, запорную арматуру, два обратных клапана и два разнесенных побортно гидравлических распределителя с электромагнитным управлением, имеющих по одному гидравлическому входу и по два гидравлических выхода, при этом гидравлические входы соединены со штоковыми полостями соответствующих гидроцилиндров, а один из гидравлических выходов каждого гидрораспределителя соединен с емкостью для рабочей жидкости, другой выход которых соединен с поршневой полостью соответствующего гидроцилиндра, обратные клапаны установлены таким образом, что препятствуют циркуляции рабочей жидкости между полостями гидроцилиндров, расположенных в разных ходовых частях.
Насосная установка включает в себя регулируемый редукционный клапан, настроенный на величину давления в коммуникационных гидролиниях, обеспечивающую необходимое усилие натяжения гусениц.
На Фиг. 1 представлена схема гидрофицированного натяжного устройства, принятого за прототип.
На Фиг. 2 представлена схема предложенного гидрофицированного натяжного устройства для гусеничных машин.
На Фиг. 3 представлена схема блока управления гидрораспределителями.
На Фиг. 1 и 2 приведены следующие обозначения позиций гидрофицированного натяжного устройства для машин с задним расположением ведущих звездочек:
1 - фильтр;
2 - насос нерегулируемый нереверсивный;
3 - клапан редукционный регулируемый;
4 - клапаны обратные;
5 - распределители гидравлические двухпозиционные с возвратными пружинами и электромагнитным управлением;
6 - узлы натяжных колес ходовой системы машины;
7 - гидроцилиндры двуполостные одностороннего (двустороннего) действия;
8 - аккумуляторы пружинные гидравлические;
9 - запорная арматура;
10 - емкость для рабочей жидкости (гидробак);
11 - блок управления распределителями;
12 - коммуникационные гидролинии;
13 - система питания тормозного механизма;
14 - тормозной механизм;
15 - гидростатическая передача;
На Фиг. 3 приведены следующие обозначения позиций блока управления гидрораспределителями:
КП - датчик коробки передач;
СТ - датчик стояночного тормоза;
МП - датчики механизмов поворота;
ОТ - датчики тормозной системы;
ИП - источник электропитания;
К1 и К3 - ключи электроцепи управления первым распределителем;
К2 и К4 - ключи электроцепи управления вторым распределителем;
1
2
U и U - напряжение на выходах блока управления.
Гидрофицированное натяжное устройство (фиг. 2) содержит фильтр 1 насосной установки, нерегулируемый нереверсивный насос 2 или насос любого другого типа, редукционный клапан 3, обратные клапаны 4, два распределителя гидравлических двухпозиционных 5 с электромагнитным управлением одностороннего действия и возвратными пружинами, гидроцилиндры 7 двуполостные одностороннего или двустороннего действия, пружинные гидравлические аккумуляторы 8, запорную арматуру 9, емкость для рабочей жидкости 10 (гидробак) и коммуникационные гидролинии 12.
Гидроцилиндры 7 двуполостные одностороннего или двустороннего действия установлены по бортам машины, причем шток каждого цилиндра шарнирно связан с узлами натяжных колес 6 машины, а корпуса цилиндров шарнирно связаны с рамой машины. Полости штоков цилиндров 7 по гидромагистралям соединены с распределителями гидравлическими двухпозиционными 5 с электромагнитным управлением одностороннего действия и возвратными пружинами, которые, в зависимости от своего положения, соединяют полости штоков цилиндров 7 с гидробаком 10 через запорную арматуру 9 или напрямую. Запорная арматура предназначена для возможности слива рабочей жидкости из поршневых полостей гидроцилиндров.
Гидрораспределители 5 имеют два положения: первое положение соответствует соединению полости штока гидроцилиндра со сливной магистралью, а второе положение соответствует соединению полостей гидроцилиндра между собой. При этом в первом положении на штоке гидроцилиндра действует усилие от давления в полости поршня, а во втором -разность усилий от давления полостей поршня и штока.
1
2
Управление положением гидрораспределителей 5 осуществляется блоком управления 11, который содержит источник питания, датчики органов управления узлами трансмиссии: коробкой передач, механизмами поворота, остановочными и стояночным тормозами, и ключи К1-К4 электроцепи блока управления. Соответствующие датчики реагируют на определенное движение машины (вперед, назад, торможение, поворот) и управляют соответствующими ключами электроцепи, от положения которых зависит наличие либо отсутствие напряжения U или U на выходах блока управления 11, которые подключены к управляющим входам гидрораспределителей 5. При наличии напряжения U на управляющем входе гидрораспределителя, его золотник, преодолевая усилие возвратных пружин, переключается в другое положение, в случае прекращении подачи напряжения на управляющий вход золотник, под действием усилия возвратных пружин, возвращается в исходное положение. При этом подача напряжения на управляющие входы распределителей осуществляется независимо для каждого борта.
Полости штоков и поршней цилиндров 7 в зависимости от положения распределителей 5 соединяются или разъединяются. Полости поршней цилиндров 7 связаны гидромагистралями с аккумуляторами пружинными гидравлическими 8, которые предохраняют гусеницы от многократных перегрузок при преодолении машиной препятствий и изменении периметра обвода, с распределителями двухпозиционными гидравлическими 5, с клапанами обратными 4 и через запорную арматуру 9 с гидробаком 10.
Клапаны обратные 4 расположены на выходе насосной установки перед запорной арматурой и гидроаккумуляторами и соединены гидромагистралью с гидробаком 10 через клапан редукционный регулируемый 3 и насос нерегулируемый нереверсивный 2 с фильтром 1. Причем насос обеспечивает постоянную подпитку системы и может приводиться в действие различными способами, например, с помощью выходного вала двигателя, первичного вала коробки передач машины, аккумуляторной батареи и т.д. Обратные клапаны 4 исключают циркуляцию рабочей жидкости между гидроцилиндрами разных бортов машины и к насосу 2, что обеспечивает независимую работу цилиндров бортов машины.
Посредством регулирования усилия срабатывания клапана редукционного 3 задается предварительное статическое натяжение гусеницы, который срабатывает при достижении давления жидкости в системе, заданного предварительным статическим натяжением, тем самым предохраняя гусеницы от перенатяжения.
Пример выполнения заявленного устройства
В качестве примера осуществления предложенной полезной модели ниже будет описана работа заявленного натяжного устройства при различных движениях гусеничной машины с задним расположением ведущей звездочки
При движении машины на величину усилия натяжения гусениц помимо внешних сопротивлений действует тяговое усилие на ведущих звездочках, изменяющееся в зависимости от сопротивления качению машины. Причем для каждого режима ее движения характер действия нагрузок на величину усилия натяжения гусениц различен.
На работу системы главным образом влияет изменение натяжения участков ветвей гусеницы, взаимодействующих с натяжными колесами машины. Поэтому далее под натяжением гусениц подразумевается натяжение этих ее участков.
- Предварительное статическое натяжение:
Двигатель запущен, сцепление включено, в коробке передач включена нейтральная передача, органы управления узлами трансмиссии находятся в исходном положении, при этом ключи К1 и К2 блока управления 11 разомкнуты, а ключи К3 и К4 - в замкнутом положении, запорная арматура 9 перекрыта, редукционный клапан 3 настроен на величину давления в гидросистеме, обеспечивающую оптимальное значение усилия натяжения гусениц, гидрораспределители 5 находятся в первом положении (штоковые полости гидроцилиндров соединены с гидробаком 10). Управление арматурой 9 и настройка редукционного клапана 3 осуществляется централизовано. Насос 2 качает рабочую жидкость из гидробака 10 через фильтр 1 к обратным клапанам 4. При достижении заданного давления поступающая из насоса 2 жидкость сбрасывается через редукционный клапан 3 в гидробак 10. От обратных клапанов 4 рабочая жидкость подается в полости поршней цилиндров 7. Штоки цилиндров 7, воздействуя на узлы натяжных колес 6, создают усилие предварительного статического натяжения гусениц.
Прямолинейное движение машины:
- Передний ход:
В коробке передач включена передача переднего хода. Составляющие тягового усилия на ведущих звездочках уменьшают усилие натяжения гусениц, а составляющие усилий внешних сопротивлений увеличивают его. При включении передачи переднего хода датчик коробки передач КП блока управления 11 воздействует на ключи К1 и К2, которые замыкают электрические цепи блока управления 11 и золотники распределителей 5, преодолевая усилие возвратных пружин, включаются во второе положение. При таком положении золотников полости штоков и поршней цилиндров 7 соединяются между собой, и жидкость имеет возможность перетекать из полости в полость, что облегчает сдавание натяжного устройства.
При увеличении тягового усилия на ведущих звездочках (увеличение сопротивления качению) и при износе гусениц величина натяжения уменьшается, и для обеспечения необходимого натяжения насос 2 подпитывает систему, поддерживая заданную величину давления рабочей жидкости в гидросистеме посредством редукционного клапана 3.
- Задний ход машины:
В коробке передач включена передача заднего хода. Составляющие тягового усилия на ведущих звездочках и усилий внешних сопротивлений увеличивают усилие натяжения гусениц. При движении машины задним ходом усилие давления на штоки цилиндров 7 со стороны гусеницы увеличивается вследствие влияния тягового усилия на ведущих звездочках на усилие натяжения гусениц (см. В.Ф. Платонов. Динамика и надежность гусеничного движителя. М. "Машиностроение", 1973, стр. 16), давление в полостях поршней цилиндров 7 повышается. При включении передачи заднего хода в блоке управления датчик коробки передач КП воздействует на ключи К1 и К2, которые размыкают электрические цепи блока управления 11 с датчиками, и золотники распределителей 5, под действием возвратных пружин, включаются в первое положение. Рабочая жидкость из полостей штоков цилиндров 7 полностью сливается в гидробак 10, а в полостях поршней цилиндров 7 запирается, ограничивая сдавание штоков цилиндров 7, что препятствует внешнему сопротивлению. Таким образом, обеспечивается работоспособность гусеницы в зацеплении.
При включении передачи переднего хода электрические цепи привода 11 с датчиками вновь замыкаются, и золотники распределителей 5, преодолевая усилие возвратных пружин, переключаются во второе положение. Необходимо также отметить, что выключение передачи переднего или заднего хода (включение нейтральной передачи) в КП золотники гидрораспределителей 5 под действием возвратных пружин возвращаются в исходное (первое) положение.
- Торможение и стоянка машины:
При экстренном торможении машины под действием силы ее инерции и тормозных усилий на ведущих звездочках величина усилия натяжения гусениц резко возрастает, что ведет к повышению давления в системе. При воздействии на органы управления остановочными и стояночным тормозами ОТ и СТ, как при экстренном и рабочем торможении, так и при стоянке машины, ключи К3 и К4 размыкают электрические цепи блока управления 11, и золотники распределителей 5 возвращаются в первое положение. Рабочая жидкость из полостей штоков цилиндров 7 полностью сливается в гидробак 10, а в полостях поршней цилиндров 7 - запирается, ограничивая сдавание штоков цилиндров 7, что препятствует внешнему сопротивлению. Таким образом, обеспечивается работоспособность гусеницы в зацеплении и предотвращается ее спадание с обвода. При этом блок управления 11 распределителями 5 работает аналогично при торможении на переднем и заднем ходе машины, на горизонтальной или наклонной поверхности, а также стоянке машины, в т.ч. на уклоне даже при разряженной аккумуляторной батарее или без нее. После прекращения действия тормозного усилия, гидрораспределители 5 возвращаются во второе положение или остаются в первом, в зависимости от направления движения машины.
- Поворот машины:
- Поворот машины с радиусом B/2:
Двигатель запущен, сцепление включено, трансмиссия обеспечивает разнонаправленное вращение ведущих звездочек. Тяговые усилия на гусеницах равны, но разнонаправлены. При этом, в зависимости от изначально включенной передачи (переднего или заднего хода) от которой зависит положение ключей К1 и К2, один из датчиков механизмов поворота МП управляет положением ключа К1 или К2 таким образом, что для борта, вращение которого соответствует переднему ходу, ключ будет замкнут, а, соответственно, для другого борта - ключ разомкнут. После завершения поворота ключ, изменивший положение, возвращается в исходное положение, а золотники гидрораспределители 5 возвращаются в первое или второе положение, в зависимости от направления движения машины.
- Поворот машины с радиусом B и больше:
Двигатель запущен, сцепление включено, в коробке передач включена передача переднего хода, отстающая гусеница заторможена или притормаживается. При этом контур системы забегающего борта работает как при переднем ходе машины, а контур системы отстающего борта - работает как при торможении машины. Т.е. при воздействии на остановочный тормоз отстающего борта датчик остановочных тормозов ОТ воздействует на один из ключей К3 или К4, который размыкает электрическую цепь блока управления 11, и один из распределителей 5 соответствующего борта, под действием возвратной пружины, включается в первое положение. В случае поворота при движении задним ходом электрическая цепь остается разомкнутой, и гидрораспределители 5 остаются в первом положении.
Заявленное устройство обеспечивает возможность раздельного управления натяжением гусеницы каждого борта машины с применением минимального количества гидроагрегатов и его использование позволит повысить проходимость гусеничной машины, поскольку она находится в прямой зависимости от натяжения гусениц (Носов Н.А., Галышев В.Д., Волков Ю.П. и др. Расчет и конструирование гусеничных машин. Л., «Машиностроение», 1972, стр. 513).