МЕХАНИЗМ ПОДВЕСКИ ЗАДНЕГО ОПОРНОГО КОЛЕСА

Полезная модель относится к подвескам транспортных средств, в частности к торсионным подвескам тракторов.
Наиболее распространенная конструкция подвески заднего опорного колеса, для ходовой системы с треугольным гусеничным обводом, испытывает повышенную нагрузку: от вертикальной реакции опорной поверхности и от сил, с которыми гусеница действует на заднее опорное колесо. Суммарная сила, приложенная гусеницей к заднему опорному колесу, создает момент, стремящийся повернуть балансир, на котором крепится заднее опорное колесо. В результате существенно изменяется жесткость подвески и динамический ход опорного колеса, что снижает эффективность работы подвески. Также, существует конструкция механизма подвески заднего опорного колеса, в которой оно поднято над опорной поверхностью и установлено так, чтобы силы, действующие в гусенице, удерживали его в заданном положении. Однако, уменьшение длины опорной поверхности, увеличивает вредное воздействие на почву. Если заднее опорное колесо опустить на опорную поверхность, то использование такой подвески окажется неэффективным. Таким образом, необходимо разработать механизм подвески заднего опорного колеса, для ходовых систем с треугольным гусеничным обводом, в котором опущенное на поверхность заднее опорное колесо связано с упругим элементом через рычаг качания.
Известна независимая торсионная подвеска транспортного средства, содержащая поперечный торсион, соединенный внутренним концом с охватывающей его трубой, несущий опорный каток рычаг, поворотно установленный на внешнем конце трубы и жестко связанный с торсионом (А.с. СССР 487793, В 60 G 11/18, БИ №38 15.10.75).
Известна подвеска опорного катка транспортного средства, содержащая рычаг, одним концом соединенный осью опорного катка, имеющего внутренний и наружный бандажи, а другим концом связанный с трубой, надетой на торсион (А.с. СССР 562530, В 60 G 11/18, БИ №32 30.08.76).
При применении данных подвесок в ходовых системах тракторов с треугольным гусеничным обводом для подвески заднего опорного колеса, суммарная сила, приложенная гусеницей к заднему опорному колесу, создает момент, стремящийся повернуть балансир, на котором крепится заднее опорное колесо. В результате существенно изменяется жесткость подвески и динамический ход катка, что снижает эффективность работы подвески.
Известен механизм подвески опорного колеса, принятый в качестве прототипа, содержащий коленчатый рычаг установленный на раме, с возможностью качания, и рычаг качания, установленный на одном конце коленчатого рычага, с возможностью качания, на рычаге качания установлено опорное колесо. Другой конец коленчатого рычага связан с упругим элементом в виде упругих подушек, использованных как установочные площадки для опорных роликов, установленных так, чтобы упругие подушки выполняли функцию подвески опорных роликов и средства возврата опорного колеса при повороте коленчатого рычага. Рычаг качания согласует вертикальное перемещение опорного колеса, через поворот рычага качания относительно коленчатого рычага. (Патент США 3938606, В 62 D 55/12, 17.02.76).
В такой подвеске заднее опорное колесо удерживается в заданном положении силами, действующими в гусенице. Подвеска колеса воспринимает его вертикальные перемещения и смягчает удары колеса о неровности грунта. В начале хода подвески, суммарная сила, приложенная гусеницей к заднему опорному колесу, создает момент, стремящийся повернуть рычаг качания и вернуть колесо в исходное положение, выполняя функцию упругого элемента. В зависимости от режима работы трактора меняется сила, приложенная гусеницей к заднему опорному колесу, соответственно меняется и жесткость подвески, но при малом динамическом ходе подвеска мягкая. При приближении хода подвески к максимальному, в работу включаются упругие подушки, но из-за малого плеча коленчатого рычага с которым, через рычаг качания, соединено заднее опорное колесо и уже сжатых упругих подушек жесткость подвески резко возрастает, что идентично пробою подвески на раму, в результате эффективность работы подвески снижается. Если заднее опорное колесо опустить на почву так, чтобы оно постоянно несло часть массы трактора, то в результате снизится динамический ход опорного колеса и увеличится жесткость подвески, что снижает эффективность работы подвески. Уменьшенная, по
причине поднятого заднего опорного колеса над опорной поверхностью, площадь контакта ходовой системы с почвой, увеличивает вредное воздействие на почву ходовой системы.
Технический результат - повышение эффективности работы подвески, путем получения нелинейной упругой характеристики подвески, изменяющейся в зависимости от режима работы трактора и снижение вредного воздействия на почву ходовой системы.
Технический результат достигается тем, что в механизме подвески заднего опорного колеса, содержащем связанный с упругим элементом рычаг качания, на одном конце которого установлено заднее опорное колесо, а его второй конец установлен с возможностью угловых перемещений относительно рамы, при этом второй конец рычага качания установлен между осью опорного колеса и участком гусеницы, охватывающим заднее опорное колесо, так что, угол между продольной осью рычага качания и линией действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу, определяется равенством
cm
где φ - угол закрутки упругого элемента при статическом ходе подвески, рад;
кр
φ - угол закрутки упругого элемента от изменения реакции под задним опорным колесом, при работе трактора с наиболее вероятным усилием на крюке, рад;
R - реакция грунта под задним опорным колесом вследствие работы трактора с наиболее вероятным усилием на крюке, Н;
z
l - длина рычага качания, м;
сφ - угловая жесткость упругого элемента, Н*м/рад;
δ - угол наклона линии действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу, рад.
Отличием полезной модели является установка второго конца рычага качания таким образом, что при отклонении рычага качания от линии действия силы, приложенной к заднему опорному колесу, охватывающей его гусеницей, появляется плечо и возникает момент создаваемый этой силой, который стремится повернуть рычаг качания в сторону противоположенную повороту, до тех пор, пока продольная ось рычага качания не совпадет с линией действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу. Изменение силы и
кр
угла между продольной осью рычага качания и линией действия силы, меняет момент создаваемый ею, тем самым, изменяется нелинейная упругая характеристика подвески. На режиме холостого хода трактора момент влияет на жесткость подвески заднего опорного колеса, т.е. жесткость подвески определяется свойствами упругого элемента. На режиме работы трактора с наиболее вероятным усилием на крюке, за счет увеличения силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу, момент оказывает существенное влияние на жесткость подвески заднего опорного колеса. Рычаг качания установлен под заданным углом (φ) к линии действия суммарной силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу. Поскольку при работе с номинальным усилием на крюке увеличивается реакция грунта под задним опорным колесом, рычаг качания поворачивается на заданный угол до совмещения его продольной оси с линией действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу. На режиме холостого хода трактора увеличен динамический ход заднего опорного колеса, а на режиме работы с наиболее вероятным усилием на крюке, улучшается нелинейная упругая характеристика подвески. В итоге, повышается эффективность работы подвески. Установка второго конца рычага качания между осью опорного колеса и участком гусеницы, охватывающим заднее опорное колесо, позволяет опустить его на опорную поверхность, увеличивается площадь контакта ходовой системы с почвой, что обеспечивает снижение вредного воздействия на почву ходовой системы.
На фиг.1 изображена конструктивная схема подвески заднего опорного колеса, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 показаны характеристики предлагаемой подвески и подвески прототипа на режимах работы трактора холостым ходом и с наиболее вероятным усилием на крюке.
кр
Механизм подвески заднего опорного колеса содержит рычаг качания 1 (фиг 1, 2), соединенный с упругим элементом 2, в качестве которого использован торсион, на одном конце рычага качания установлено заднее опорное колесо 3, другим концом рычаг качания поворотно установлен на втулках 4 в раме 5, осевая фиксация рычага качания 1 осуществляется фланцем 6. Рычаг качания 1 крепится к раме 5 так, чтобы ось его качания располагалась между осью заднего опорного колеса 3 и охватывающим заднее опорное колесо участком 7 гусеницы, при этом, угол φ между продольной осью рычага качания 1 и углом δ наклона линии действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу, определялся равенством
cm
где φ - угол закрутки упругого элемента при статическом ходе подвески, рад;
кр
φ - угол закрутки упругого элемента от изменения реакции под задним опорным колесом, при работе трактора с наиболее вероятным усилием на крюке, рад;
R - реакция грунта под задним опорным колесом вследствие работы трактора с наиболее вероятным усилием на крюке, Н;
z
l - длина рычага качания, м;
φ
с - угловая жесткость упругого элемента, Н*м/рад;
δ - угол наклона линии действия силы, приложенной гусеницей к заднему опорному колесу, рад.
Г
Г
р
z
кр
Г
р
z
Г
Т
ст
φ
На заднее опорное колесо 3 действует реакция грунта R и сила Р, которая приложена к заднему опорному колесу 3 участком 7 гусеницы. Суммарная сила Р приложена к плечу l, в результате того, что рычаг качания 1 длиной l повернут на угол φ, на рычаг качания 1 действует момент M. Величина плеча 1 зависит от величины угла поворота рычага качания 1 и его длины l. Момент М и реакция грунта R уравновешены моментом М, который зависит от величины угла закрутки φ упругого элемента 2 при статическом ходе подвески и угловой жесткости с упругого элемента 2 подвески.
Г
Г
р
Г
φ
Г
кр
Т
cm
кр
φ
Г
р
Работает подвеска следующим образом. При движении трактора на режиме холостого хода, угол между линией действия силы Р приложенной к заднему опорному колесу 3 участком 7 гусеничной цепи и продольной осью рычага качания 1 практически не меняется, вследствие малости силы Р и плеча l, которые определяют величину момента M. Жесткость подвески, при этом определяется угловой жесткостью с упругого элемента и углом поворота рычага качания 1 (фиг.3, график I). При работе трактора с наиболее вероятным усилием на крюке увеличиваются сила Р и реакция R грунта под задним опорным колесом 3. Рычаг качания 1 поворачивается на угол φ, дополнительно закручивая упругий элемент 2, в результате, реакция R грунта уравновешивается моментом М, зависящим от углов φ и φ поворота рычага качания 1 и угловой жесткости с упругого элемента 2 подвески. Момент М=0, т.к. плечо, l=0.
Г
Т
При подъеме заднего опорного колеса 3, рычаг качания 1 поворачивается по часовой стрелке, момент М стремится совместно с моментом М повернуть рычаг качания 1 и заднее опорное колесо 3 против часовой стрелки, в результате совместного действия моментов характеристика подвески, по сравнению с характеристикой на режиме холостого хода, прогрессивнее (фиг.3, график II). На графиках III и IV показаны характеристики подвески прототипа на режимах работы трактора холостым ходом и с наиболее вероятным усилием на крюке. Из графиков видно, что на одинаковых режимах работы трактора, характеристика предлагаемого механизма подвески прогрессивнее, по сравнению с прототипом. Таким образом, на режиме холостого хода трактора увеличен динамический ход заднего опорного колеса 3, а на режиме работы с наиболее вероятным усилием на крюке, улучшается характеристика подвески. В результате повышается эффективность работы подвески в зависимости от режима работы трактора. Опущенное на поверхность заднее опорное колесо 3 увеличивает площадь контакта ходовой системы с опорной поверхностью, в результате снижается вредное воздействие на почву.