КОНСТРУКЦИЯ ТАНДЕМНЫХ КОЛЕС
TANDEM WHEELS

Изобретение, в общем, относится к конструкциям тандемных колес, в частности к конструкциям тандемных колес, которые содержат два колеса или больше, расположенных в тандемной конфигурации.
Конструкции тандемных колес имеют два колеса или больше, расположенных в один ряд друг с другом. Машины для земляных работ, например, используют конструкции тандемных колес для применений, требующих сцепления с грунтом и устойчивости во время эксплуатации на труднопроходимой местности. Такой машиной является, например, автогрейдер, который представляет собой машину, обычно используемую для получения ровной или наклонной поверхности ландшафта. Другими примерами машин или транспортных средств, имеющих тандемные приводы, являются грузовики, автопоезда, передвижные платформы, портальные краны и т.д. Конструкции тандемных колес могут использовать гидравлическую, электрическую или механическую энергию для приведения в движение одного или нескольких колес конструкции. Такие конструкции обычно имеют оба колеса, предназначенные для вращения за счет подаваемой энергии, предпочтительно с равными моментами, так чтобы тандемная конструкция оставалась сбалансированной и устойчивой.
Типовая конфигурация привода для тандемных колес содержит цепную шестерню, которая передает энергию одному или нескольким колесам конструкции через цепи. Цепная шестерня, цепи и относящиеся к ним шестерни обычно помещены в кожух или балку, которая шарнирно соединена с машиной в том месте, которое находится рядом с цепной шестерней. Цепи обычно расположены так, чтобы передавать равный по величине крутящий момент на каждое приводное колесо, поскольку в ином случае к тандемному приводу может прикладываться момент силы. Этот момент может вызывать неустойчивость, например, за счет поднимания участка конструкции тандемных колес относительно другого участка, так что одно или несколько колес конструкции не могут полностью контактировать с поверхностью, по которой осуществляется движение.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена машина, имеющая сбалансированную конструкцию тандемных колес. Машина содержит участок рамы, имеющий главное звено и стабилизирующее звено, соединенные шарнирно. Первая монтажная опора и вторая монтажная опора шарнирно соединены с основным звеном и стабилизирующим звеном, так что основное звено, стабилизирующее звено, первая монтажная опора и вторая монтажная опора образуют четырехзвенную конструкцию, предназначенную для передачи несбалансированных нагрузок крутящего момента от первой монтажной опоры и второй монтажной опоры к участку рамы.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен тандемный привод, который шарнирно соединен с рамой машины. Тандемный привод содержит первый двигатель, образующий первый участок статора и первый участок ротора. Первая монтажная опора присоединена к первому участку статора, а первый комплект бобышек пальцев присоединен к первой монтажной опоре. Первое отверстие под палец, которое образовано в первом комплекте бобышек пальцев, проходит параллельно первой оси вращения первого участка ротора относительно первого участка статора. Основное звено образует первое отверстие под основной палец рядом с первым концом звена, и отверстие опоры расположено посередине звена. Основное звено может поворачиваться относительно рамы. Первый основной палец расположен в первом отверстии под основной палец, и первое отверстие под палец расположено в первом комплекте бобышек пальцев. Конструкция для распределения нагрузок связана с тандемным приводом, так что конструкция для распределения нагрузок балансирует несбалансированные нагрузки в тандемном приводе за счет передачи несбалансированных нагрузок к раме.
Кроме того, предложен тандемный привод для машины. Тандемный привод содержит первую монтажную опору, образующую первое отверстие под палец и второе отверстие под палец. Вторая монтажная пара образует дополнительное первое отверстие под палец и дополнительное второе отверстие под палец. Первая штанга шарнирно соединена с рамой машины вокруг шарнира и образует первое отверстие под палец монтажной опоры и второе отверстие под палец монтажной опоры. Вторая штанга шарнирно соединена с рамой и образует первое дополнительное отверстие под палец монтажной опоры и второе дополнительное отверстие под палец монтажной опоры. Первый палец проходит через первое отверстие под палец и первое отверстие под палец монтажной опоры для шарнирного соединения первой штанги с первой монтажной опорой. Второй палец проходит через дополнительное первое отверстие под палец и второе отверстие под палец монтажной опоры для поворотного соединения первой штанги со второй монтажной опорой. Третий палец проходит через второе отверстие под палец и первое дополнительное отверстие под палец монтажной опоры для шарнирного соединения второй штанги с первой монтажной опорой. Четвертый палец проходит через второе дополнительное отверстие под палец и второе дополнительное отверстие под палец монтажной опоры для шарнирного соединения второй штанги со второй монтажной опорой. И, наконец, палец рамы шарнирно соединяет вторую штангу с рамой.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1А и фиг.1В - виды в перспективе соответственно сбоку и снизу автогрейдера согласно изобретению;
фиг.2 - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения конструкции распределения нагрузок согласно изобретению;
фиг.2А - вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения конструкции распределения нагрузок согласно изобретению;
фиг.3 - вид в перспективе другого предпочтительного варианта выполнения конструкции распределения нагрузок согласно изобретению;
фиг.4 - вид сбоку на конструкцию распределения нагрузок, показанную на фиг.3;
фиг.5 - вид сбоку предпочтительного варианта выполнения конструкции распределения нагрузок согласно изобретению;
фиг.6 - вид сбоку другого предпочтительного варианта выполнения конструкции распределения нагрузок согласно изобретению.
В описании в качестве примера для объяснения различных приводов и конструкций распределения нагрузок, которые могут использоваться на машинах, имеющих тандемные приводы, приводится автогрейдер.
Следует учесть, что можно извлечь выгоду из описанных здесь преимуществ в отношении любого другого транспортного средства, имеющего тандемный привод.
На фиг.1А показан вид сбоку на машину 100, представляющую собой в этом примере автогрейдер 101. Термин «машина», в общем, используется для описания любой машины, имеющей, по меньшей мере, одно приводное колесо, которое непосредственно приводится в действие двигателем, соединенным с колесом, например, за счет использования электрической или гидростатической энергии. Для пояснения здесь описывается машина, имеющая ходовой контур с гидростатическим приводом для перемещения машины по местности, и контур рабочего оборудования с гидравлическим приводом, приводящий в действие оборудование для выполнения различных задач, но может быть предусмотрен любой другой режим снабжения машины энергией, например, за счет использования двигателей с электрическим приводом и/или исполнительных механизмов. Например, в предпочтительном варианте выполнения машина 100 может содержать генератор или другое устройство, способное производить энергию в альтернативной форме, например электрическую энергию.
Автогрейдер 101, показанный на фиг.1, в общем, содержит состоящую из двух частей раму, составленную из рамы 102 двигателя и участка 104 оборудования. Как вариант, автогрейдер 101 может содержать цельную раму. В показанном варианте выполнения рама 102 двигателя соединена с участком 104 оборудования с помощью шкворня (не показан). Участок 104 оборудования содержит кабину 106 водителя и два ведомых колеса 108 (показано только одно колесо), которые контактируют с землей. Вдоль среднего участка на участке 104 оборудования подвешен лемех или отвал 110, Отвал 110 можно избирательно регулировать для контакта с землей на разных высотах и под разными углами для получения требуемого уклона или контура во время эксплуатации автогрейдера 101. Регулирование положения отвала 110 выполняется с помощью системы исполнительных механизмов, в общем, обозначенных на фиг.1А как поз.112, в то время как опора для восприятия нагрузок, испытываемых отвалом 110 во время эксплуатации, обеспечивается штангой 114, которая шарнирно соединяет участок 104 оборудования с отвалом 110.
Рама 102 двигателя поддерживает двигатель (не показан), который защищен от элементов крышкой 116 двигателя. Двигатель вырабатывает мощность, необходимую для приведения в движение автогрейдера 101, а также функционирования различных исполнительных механизмов и систем автогрейдера 101. Следует учесть, что другие машины могут иметь различные конфигурации и/или другое различное соответствующее оборудование.
В машине с гидростатическим приводом двигатель в раме 102 двигателя может быть связан с гидростатическим насосом (не показан), который может быть частью гидравлической системы, приводящий в действие систему хода автогрейдера 101. В показанном варианте выполнения автогрейдер 101 приводится в движение двумя парами приводных колес 118 (показана только одна пара); каждая пара содержит два колеса 118, которые расположены в тандемной конфигурации вдоль балки 120. Как более наглядно показано на фиг.1 В, которая представляет собой вид снизу на раму 102 двигателя автогрейдера 101, две балки 120 шарнирно соединены с концами вала или оси 122 с помощью пятового шарнира или шарнирной опоры 123, при этом одна балка 120 расположена с каждой из двух сторон автогрейдера 101.
Ось 122, используемая по усмотрению, соединена с рамой 102 двигателя автогрейдера 101 с помощью двух установочных плит 124 и двух стабилизаторов поперечной устойчивости, так что приводные колеса 118 могут эффективно перемещать автогрейдер 101. В альтернативном варианте выполнения ось 122 может не использоваться, и вместо этого балки 120 могут быть шарнирно соединены непосредственно с рамой 102 двигателя. По меньшей мере, одно или оба приводных колеса 118 на балке 120 могут интенсивно вращаться или приводиться в движение соответствующим двигателем 128. Если энергией снабжается только одно колесо 118, другое колесо 118 может быть ведомым или, иначе говоря, может свободно вращаться относительно балки 120. Например, в варианте выполнения на фиг.1 В к приводному колесу 11, показанному на фигуре справа, энергия подводится от двигателя 128, в то время как приводное колесо 118, показанное на фигуре слева, не имеет соответствующего двигателя 128. Два двигателя 128 могут быть соединены друг с другом у соответствующих концов двух балок 120. Комплект трубок 130 (показан только один комплект) может соединять каждый двигатель 128 с соответствующей трубкой автогрейдера 101, которая может подавать энергию для функционирования двигателей 128.
На фиг.2 показан первый вариант выполнения четырехзвенной конструкции 202, и на фиг.2А показан предпочтительный вариант. Компоненты машины, которые не являются частью четырехзвенной конструкции 202, не показаны для ясности. Четырехзвенная конструкция 202 содержит две монтажные опоры 204. Каждая монтажная опора 204 расположена на конце четырехзвенной конструкции 202 и может быть использована для установки множества других компонентов или систем, например гидростатического двигателя или электродвигателя, соединенного с ведущим колесом, или неснабжаемой энергией конструкции, соединенной с ведомым колесом. Каждая монтажная опора 204 образует отверстие 206, в котором может быть помещена часть статора двигателя или опора для ведомого колеса. Каждая монтажная опора 204 также образует две группы бобышек 208 пальцев, при этом каждая бобышка 208 пальца имеет выполненное в ней отверстие 210 под палец, которое проходит параллельно отверстию 206. Монтажные опоры 204 предпочтительно могут быть образованы симметрично друг другу, так чтобы они могли взаимозаменяемо использоваться в четырехзвенной конструкции 202.
Для комплектования четырехзвенной конструкции 202 используются две штанги или звена 212. Каждое звено 212 может образовывать отверстие 214 под палец рядом с любым из его концов и дополнительно может образовывать отверстие 216 под палец рамы, предназначенное для шарнирного соединения каждого звена 212 с основанием 218. Как показано на этой фигуре, отверстие 216 под палец рамы расположено примерно посередине каждого звена 212, но такое расположение является выборочным. Отверстие 216 под палец рамы, в общем, может быть отверстием под палец, выполненным в любом месте вдоль главного звена 212. Основания 218 могут быть жестко соединены с рамой 102 двигателя (фиг.1) автогрейдера 101 и могут обеспечивать поворотное движение каждого из звеньев вокруг отверстия 216 под палец рамы относительно автогрейдера 101 (фиг.1).
В альтернативном варианте выполнения для четырехзвенной конструкции 202, который показан на фиг.2А, подобные или схожие компоненты, описанные со ссылкой на вариант выполнения, показанный на фиг.2, описываются и обозначаются, используя те же самые ссылочные номера, что и ранее, для простоты изложения. Соответственно, как показано на фиг.2А, каждое из двух звеньев 212 соединено с соединителем 220. Каждый соединитель 220 образует две группы бобышек 208 пальцев, при этом каждая бобышка 208 пальца имеет образованное в ней отверстие 210 под палец, в котором помещается палец (не показан) для присоединения к двум звеньям 212. Как и в варианте выполнения по фиг.2, два соединителя 220 могут быть выполнены симметрично, так чтобы они могли взаимозаменяемо использоваться в четырехзвенной конструкции 202.
Каждый соединитель 220, как показано на фиг.2А, имеет ровный участок 222, образованный у его конца, т.е. напротив соединения с двумя звеньями 212. Каждый ровный участок 222 образует множество резьбовых крепежных отверстий, в которые ввертываются крепежные элементы. В варианте выполнения, показанном на фиг.2А, представлен гидростатический двигатель или электродвигатель 224, соединенный с одним из соединителей 220. Двигатель 224 образует монтажный блок 226, который выполнен как неотъемлемая часть вокруг участка 228 статора двигателя 224 или соединен с этим участком. Как вариант монтажный блок 226 может быть соединен с участком статора монтажной конструкции (не показано), не снабжаемого энергией, или ведомого колеса. Каждый монтажный блок 226 образует ровную поверхность 230, которая стыкуется с одним из ровных участков 222 соединителя 220, так чтобы соответствующий двигатель 224 был выровнен с соединителем 220. Крепежные элементы 232 соединяют монтажный блок 226 с концом соединителя 220.
На фиг.3 показан вид в перспективе предпочтительного варианта выполнения четырехзвенной конструкции 302, а на фиг.4 показан вид сбоку. Четырехзвенная конструкция 302 по структуре схожа с четырехзвенной конструкцией 202, показанной на фиг.2, но имеет усовершенствования конструкции, пригодные для применений при тяжелых режимах, например, крупные модели машин для земляных работ, используемых для ведения горных работ, или машин, используемых в военном деле. Как и на предыдущих фигурах компоненты машины, которые не являются частью четырехзвенной конструкции 302, не показаны для ясности.
Четырехзвенная конструкция 302 содержит две монтажных опоры 304. Каждая монтажная опора 304 расположена на конце четырехзвенной конструкции 302 или рядом с этим концом. Монтажные опоры 304 могут использоваться для установки колеса, которое или обеспечивается энергией от двигателя, или является ведомым, т.е. колесом, к которому не подается энергия от двигателя. Каждая монтажная опора 304 образует отверстие 306 и первый комплект бобышек 308 пальцев, при этом каждая бобышка 308 пальца имеет выполненное в ней отверстие 310 под палец, которое проходит параллельно отверстию 306. Каждая монтажная опора 304 может дополнительно образовывать второй комплект бобышек 309 пальцев, при этом каждая бобышка 309 пальца имеет выполненное в ней отверстие 311 под палец, которое проходит параллельно отверстиям 310 под палец. В этом варианте выполнения в отличие от монтажных опор 204, описанных со ссылкой на фиг.2, монтажные опоры 304 являются зеркальными отображениями друг друга и не могут взаимозаменяемо использоваться в четырехзвенной конструкции 302.
Основная штанга или основное звено 312 образует основное отверстие 314 под палец рядом с любым из ее концов и опорное отверстие 316 приблизительно посередине штанги. Основное звено 312 предназначено для шарнирного соединения каждой из двух монтажных опор 304 с опорой 318 рамы. Опора 318 рамы может быть соединена с рамой 102 двигателя автогрейдера 101 (фиг.1) и может обеспечивать поворотное движение основного звена 312 относительно автогрейдера 101 (фиг.1) или, как вариант, опора 318 рамы может быть соединена с ведущей осью, например осью 122, показанной на фиг.1 В. Несмотря на то, что опора 318 рамы показана приблизительно посередине основного звена 312, такое размещение является выборочным. В общем, опора 318 рамы может быть расположена в любом месте вдоль основного звена 312. Два основных пальца 320 шарнирно соединяют основное звено 312 с монтажными опорами 304. Каждый основной палец 320 проходит через соответствующее отверстие 314 под основной палец в основном звене 312 и через отверстие 310 под палец в бобышках 308 под пальцы.
Стабилизирующая штанга или стабилизирующее звено 322 образует отверстие 324 под стабилизирующий палец рядом с любым из ее концов и отверстие 326 под палец приблизительно в ее середине. Отверстие под палец может быть выполнено в любом месте по длине стабилизирующего звена 322. Отверстие 326 под палец предназначено для шарнирного соединения каждой из монтажной плит 304 с пальцем 328 рамы. Стабилизирующее звено 322 согласно этому варианту выполнения имеет V-образную форму для размещения большого диаметра опоры 318 рамы. Палец 328 рамы может быть соединен с рамой 102 двигателя автогрейдера 101 (фиг.1) и может обеспечивать поворотное движение стабилизирующего звена 322 относительно автогрейдера 101 (фиг.101). Два стабилизирующих пальца 330 шарнирно соединяют стабилизирующее звено 322 с монтажными плитами 304. Каждый стабилизирующий палец 330 проходит через соответствующее отверстие 324 под стабилизирующий палец в стабилизирующем звене 322 и через соответствующее отверстие 311 под палец во втором комплекте бобышек 309 под пальцы.
Как показано на фиг.4, основное звено 312 может поворачиваться относительно центральной точки 402 опоры в опоре 318 рамы. Кроме того, следует учесть, что конструкция двигателя для ведущего колеса или конструкция ненагруженного соединения для ведомого колеса будет состоять из участка ротора, который вращается относительно участка статора, который установлен в отверстии 306. Вращение каждого колеса может происходить относительно центральной точки 404, которая, вероятно, должна быть расположена в центральной точке отверстия 306 или рядом с этой точкой. В варианте выполнения, показанном на фиг.4, центральная точка 402 опоры находится от земли на такой же высоте H1, как и центральная точка 404. Кроме того, горизонтальное расстояние D1 между центральной точкой 402 опоры и одной из двух центральных точек 404 является равным для обеих центральных точек 404. В этой конструкции стабилизирующее звено 322 предназначено для балансировки неравномерной нагрузки или эффективного момента, имеющего тенденцию к поворачиванию основного звена 312 относительно центральной точки 402 опоры.
Относительное положение основных пальцев 320 и стабилизирующих пальцев 330 относительно центральной точки 402 опоры может быть отрегулировано так, чтобы предварительное нагружение можно было применить к пальцам, которые противодействуют нагрузке, прикладываемой во время эксплуатации. Варианты выполнения на фиг.5 и фиг.6 показывают внедрение таких вариантов относительного положения. В приведенном ниже описании элементы каждой описываемой четырехзвенной конструкции, которые являются такими же или сходными с уже описанными элементами, обозначены теми же ссылочными позициями, что использованы выше, для простоты объяснения.
Альтернативный вариант выполнения для четырехзвенной конструкции 502 показан на фиг.5. Четырехзвенная конструкция 502 содержит две монтажные плиты 304, которые соединены с основным звеном 512. Основное звено 512 имеет много технических особенностей, сходных с техническими особенностями основного звена 312, описанного со ссылкой на вариант выполнения, представленный на фиг.3 и 4, но отличается от него тем, что центральная точка C1 отверстия 516 опоры расположена на вертикальном расстоянии или высоте Н2 ниже центральных точек 404 каждого отверстия 306. Таким образом, вертикальные силы Fw, которые могут объясняться весом машины, могут способствовать в противодействии силам Ft, которые могут возникать из нарушений баланса момента, в результате чего имеется тенденция к поворачиванию основного звена 512 относительно центральной точки С1. В примерных условиях, показанных на фиг.5, вертикальная сила Fw. прикладываемая к правой стороне, будет противодействовать силе Ft так, что ведомое колесо (не показано), расположенное с правой стороны четырехзвенной конструкции 502, будет поддерживать контакт с землей. Таким образом, противодействие сил также может уменьшать действие сил со стороны четырехзвенной конструкции 502, что, в свою очередь, будет уменьшать напряжения среза, возникающие в основных пальцах 320 и стабилизирующих пальцах 330.
Предпочтительный вариант выполнения для четырехзвенной конструкции 602 показан на фиг.6. Четырехзвенная конструкция 602 содержит две монтажные плиты 304, которые соединены с основным звеном 612. Основное звено 612 имеет много технических особенностей, сходных с техническими особенностями основного звена 312, описанного со ссылкой на вариант выполнения, представленный на фиг.3 и 4, но отличается от него тем, что центральная точка С2 отверстия 616 опоры расположена на вертикальном расстоянии или высоте Н3 ниже центральных точек 404 каждого отверстия 306. Кроме того, в этом варианте выполнения центральная точка С2 расположена на разных горизонтальных расстояниях от каждой из центральных точек 404. Таким образом, центральная точка С2 расположена на горизонтальном расстоянии D2 от центральной точки 404 с правой стороны фигуры и на другом горизонтальном расстоянии D3 от центральной точки 404 с левой стороны фигуры. На фиг.6 ясно показано, что расстояние D3 превышает расстояние D2.
По этой схеме четырехзвенная конструкция 602 может быть спроектирована так, чтобы более эффективно уменьшать напряжения в главных пальцах 320 и стабилизирующих пальцах 330 в отношении нарушений баланса момента, являющихся результатом специфических условий эксплуатации. Например, четырехзвенная конструкция 602 может более эффективно уменьшать нарушения баланса момента при увеличении скорости машины, чем при снижении скорости машины, или когда тандемная конструкция содержит одно обеспечиваемое энергией колесо и одно ведомое колесо. Для пояснения, направление движения машины обозначено на фиг.6 сплошной горизонтальной стрелкой. В этом направлении движения увеличение скорости машины может создавать момент Т, который имеет тенденцию отрывать от земли приводное колесо (не показано), присоединенное с правой стороны фигуры. Для противодействия моменту Т будет прикладываться результирующий момент от силы Fw реакции на основном звене 612 из-за веса машины. По этой схеме сила Fw реакции действует на более длинном плече рычага, расстоянии D3, на одной стороне основного звена 612, чем на другой стороне, так что более легко обеспечивается противодействие моменту Т.
Настоящее описание применимо к машинам для земляных работ или другим типам тяжелых машин, использующих конфигурации тандемного привода, и может относиться к любой машине, которая выполняет некоторые виды работ в таких областях, как горные работы, строительство, сельское хозяйство, транспортировка или других областях, известных из уровня техники. Например, машина для земляных работ может быть колесным погрузчиком, экскаватором, самосвалом, канавокопателем, автогрейдером, укладчиком материалов и т.п. Для выполнения разнообразных задач, включающих, например, погрузку, уплотнение грунта, подъем, лесорасчистку, может применяться любое оборудование, например ковши, уплотнительные катки, вильчатые погрузочные устройства, щетки, захваты, режущие головки, ножи, отвалы, измельчители или ударники, валочные фрезы и др. Кроме того, несмотря на то, что конструкция тандемного привода описывается со ссылкой на использование автотранспорта, следует учесть, что описываемые здесь устройства и способы для балансировки нагрузки равно применимы к приводным конструкциям, использующим другие различные формы движущих устройств, например электродвигатели, пневматические устройства и т.д. или комбинации приводных и ведомых колес, присоединенных к одной балке, и даже могут использоваться в других отраслях, например колеса с электрическим приводом для тележек железнодорожных вагонов и т.д. Безотносительно к типу используемой машины или к типу используемого оборудования описываемые здесь способы преимущественно могут улучшить эксплуатационные характеристики машины за счет увеличения экономии топлива и уменьшения остановочного пути для машин, имеющих тандемные приводы, посредством этого все приводные колеса машины будут находиться в контакте с поверхностью грунта, нагрузка на них будет распределяться равномерно и будут уменьшаться напряжения в различных компонентах приводных конструкций.