Пневмогидравлическое тягово-сцепное устройство автопоезда
PNEUMATIC-HYDRAULIC TOW HITCH DEVICE OF ROAD-TRAIN

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к устройствам для сцепления прицепа с тягачом.
Известно тягово-сцепное устройство транспортного средства (Патент №1243339 США; B60D 1/14; опубл. 18.10.1988), содержащее трубчатую поперечную балку, перемещающуюся в продольном направлении, раздвижную двухсекционную телескопическую стрелу, две буксирные цепи, буксирный крюк и фиксирующий винт.
Недостатком этого тягово-сцепного устройства являются большие габаритные размеры при полном выдвижении двухсекционной телескопической стрелы, ограничивающие область применения устройства.
Известно тягово-сцепное устройство автопоезда (Патент №2094282 РФ; B60D 1/145; опубл. 27.10.1997), содержащее дышло, два гидроцилиндра двойного действия, связанные гидромагистралями через четырехлинейный трехпозиционный электроуправляемый гидрораспределитель с пневмогидравлическим аккумулятором и гидронасосом, воздушный баллон, фиксатор дышла, датчик угла поворота управляемых колес, датчик обратной связи, концевой выключатель и двухпозиционный электроуправляемый пневмораспределитель.
Недостатком данного тягово-сцепного устройства является большая масса ввиду наличия двух гидроцилиндров.
Известно тягово-сцепное устройство автопоезда (Патент №2664469 Германия; B60D 1/155; опубл. 20.11.2013), содержащее сцепную петлю, продольные направляющие, выдвижную трубу для регулирования длины дышла, боковины вилки, заднюю поперечину, запирающий элемент, подшипники.
Недостатком этого тягово-сцепного устройства является малая степень демпфирования ударных нагрузок, приводящая к нагреву тягово-сцепного устройства при трогании, торможении, повороте автопоезда и наезде на препятствия.
Известно тягово-сцепное устройство многозвенного транспортного средства (Патент №2149765 РФ; B60D 1/145; опубл. 27.05.2000), содержащее корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемый предохранительный клапан, трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор. Принято за прототип.
Указанное тягово-сцепное устройство имеет сложную конструкцию, большие габариты, массу и, как следствие, дорого в изготовлении. Кроме того, оно не предусматривает использования гидравлической энергии, накапливаемой в пневмогидравлическом аккумуляторе при разгоне, торможении, поворотах, наезде на препятствия автопоезда с тягово-сцепным устройством, что приводит к увеличенному расходу топлива и высокой токсичности выхлопных газов автопоезда.
Изобретение расширяет функциональные возможности тягово-сцепного устройства автопоезда и повышает эффективность его работы.
Это достигается тем, что пневмогидравлическое тягово-сцепное устройство автопоезда, содержащее корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемый предохранительный клапан, трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор, согласно изобретению, корпус цилиндра выполнен с отогнутым внутрь буртиком на одном конце и с закрепленными ограничителями на другом; устройство также содержит рекуперативный и демпферный механизмы, помещенный внутри корпуса цилиндра соосно изготовленный подвижный цилиндр в виде стакана с выполненными на противоположном от днища конце в стенке на его поверхности продольными относительно оси подвижного цилиндра сквозными пазами и отогнутым внутрь буртиком, помещенный соосно в подвижный цилиндр гидроцилиндр одностороннего действия, на наружной поверхности которого со стороны днища закреплены ограничители, а внутри него размещены выполненные заодно поршень со штоком, при этом в сквозные пазы помещены ограничители, а между днищем гидроцилиндра одностороннего действия и буртиком подвижного цилиндра помещен фланец присоединительной петли; рекуперативный механизм устройства включает в себя пневмогидравлический аккумулятор и размещенную в штоке гидроцилиндра одностороннего действия плунжерную пару, плунжер которой прикреплен к днищу гидроцилиндра одностороннего действия, а плунжерная полость посредством канала и гибкого трубопровода сообщается как с гидробаком с помощью обратного клапана и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором посредством обратного клапана и напорного трубопровода, кроме того, пневмогидравлический аккумулятор с помощью напорного трубопровода соединен как с регулируемым предохранительным клапаном, обеспечивающим сброс излишков рабочей жидкости в гидробак, так и с регулируемым редукционным клапаном для подключения пневмогидравлического аккумулятора через порт к потребителю рекуперируемой рабочей жидкости; демпферный механизм устройства состоит из пневмогидравлического аккумулятора, соединенного с помощью гибкого трубопровода и выполненного в штоке канала с поршневой полостью гидроцилиндра одностороннего действия.
На фиг. 1 изображена схема пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда; на фиг. 2 - его сечение по А-А в статическом состоянии; на фиг. 3 - схема, поясняющая работу устройства при ускорении автопоезда, на фиг. 4 - то же, при замедлении; на фиг. 5 и 6 - сечения устройства по Б-Б и В-В соответственно.
Пневмогидравлическое тягово-сцепное устройство автопоезда (фиг. 1) содержит рекуперативный и демпферный механизмы, которые размещаются между автомобилем 1 и прицепом 2 с помощью закрепленного на раме 3 автомобиля 1 крюка 4 и шарнирно установленного на поворотной раме 5 передней колесной пары прицепа 2 дышла 6. Корпус 7 цилиндра жестко закреплен в дышле 6 и выполнен с отогнутым внутрь буртиком на одном конце и с закрепленными ограничителями 8 на другом. В корпусе 7 помещен соосно изготовленный в виде стакана подвижный цилиндр 9 с выполненными на противоположном от днища конце в стенке на его поверхности продольными относительно оси подвижного цилиндра сквозными пазами 10 и отогнутым внутрь буртиком. В свою очередь в подвижный цилиндр 9 помещен соосно гидроцилиндр 11 одностороннего действия, на наружной поверхности которого со стороны днища закреплены ограничители 12, а внутри него размещены выполненные заодно поршень 13 и шток 14. При этом в сквозные пазы 10 помещены ограничители 8 и 12, а между днищем гидроцилиндра 11 одностороннего действия и буртиком подвижного цилиндра 9 помещен фланец 15 присоединительной петли 16. Рекуперативный механизм пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда включает в себя размещенную внутри штока 14 плунжерную пару, плунжер 17 которой прикреплен к днищу гидроцилиндра 11 одностороннего действия, а цилиндр плунжера образует в штоке 14 плунжерную полость А, которая посредством канала 18 и гибкого трубопровода 19 сообщается как с гидробаком 20 с помощью обратного клапана 21 и всасывающего трубопровода 22, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 23 посредством обратного клапана 24 и напорного трубопровода 25. Кроме того, пневмогидравлический аккумулятор 23 с помощью напорного трубопровода 25 соединен как с регулируемым предохранительным клапаном 26, обеспечивающим сброс излишков рабочей жидкости в гидробак 20, так и с регулируемым редукционным клапаном 27 для подключения пневмогидравлического аккумулятора 23 через порт 28 к потребителю рекуперируемой рабочей жидкости. Демпферный механизм пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда состоит из пневмогидравлического аккумулятора 29, соединенного с помощью гибкого трубопровода 30 и выполненного в штоке 14 канала 31 с поршневой полостью Б гидроцилиндра 11 одностороннего действия.
Работа пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда основана на использовании кинетической энергии, неизбежно возникающей в его сцепке от сил инерции масс автомобиля и прицепа при многочисленных переходных процессах, таких, как: разгон, торможение тормозами и двигателем, повороты, движение по неровностям поверхности дороги и накатом под уклон, переключение передач и др. Устройство позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для дальнейшего ее полезного использования, например, в технологическом гидравлическом оборудовании автопоезда (манипуляторах, пильных и сучкорезных механизмах, аутригерах и др.). При этом эффективность предлагаемого устройства хорошо адаптирована к воздействию на автопоезд таких факторов, как: состояние дорожных условий, техническое состояние автомобиля и прицепа (синхронность торможения всеми колесами, степень изношенности шин и др.), профессионализм водителя и др.
В неподвижном (статическом) состоянии автопоезда (фиг. 2) поршень 13 гидроцилиндра 11 одностороннего действия находится в полностью выдвинутом положении под воздействием давления рабочей жидкости, создаваемого в поршневой полости Б гидроцилиндра 11 одностороннего действия пневмо-гидравлическим аккумулятором 29 демпферного механизма посредством гибкого трубопровода 30 и канала 18 в штоке 14. При этом жестко связанный со штоком 14 подвижный цилиндр 9 задвинут до упора его днища в буртик корпуса 7, а фланец 15 присоединительной петли 16 находится в зажатом состоянии между днищем гидроцилиндра 11 одностороннего действия и буртиком подвижного цилиндра 9.
При трогании с места или движении с ускорением автопоезда (фиг. 3) на корпус 7 посредством дышла 6 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы прицепа 2. По этой причине кинематически связанные между собой крюк 4, присоединительная петля 16 с фланцем 15 и подвижный цилиндр 9 начинают перемещаться с автомобилем 1 (влево на фиг. 3). При этом, в начальный момент также перемещаются, но с меньшим ускорением, прицеп 2 и соответственно дышло 6, корпус 7 и гидроцилиндр 11 одностороннего действия. Причем гидроцилиндр 11 одностороннего действия ограничен в перемещении вместе с выдвигающимся подвижным цилиндром 9 из-за упора в ограничители 8 корпуса 7 ограничителей 12 гидроцилиндра 11 одностороннего действия, расположенных в сквозных пазах 10 подвижного цилиндра 9. Так как подвижный цилиндр 9 вместе с поршнем 13 и штоком 14 выдвигаются из корпуса 7 при неподвижном относительно корпуса 7 гидроцилиндре 11 одностороннего действия, то плунжерная А и поршневая Б полости гидроцилиндра 11 одностороннего действия уменьшаются в объеме. Вследствие этого в обеих полостях А и Б повышается давление рабочей жидкости, которая из полости А вытесняется в пневмогидравлический аккумулятор 23 рекуперативного механизма посредством канала 18, гибкого трубопровода 19, обратного клапана 24 и напорного трубопровода 25, а из полости Б - в пневмогидравлический аккумулятор 29 демпферного механизма посредством канала 31 и гибкого трубопровода 30. В данном случае оба механизма выполняют роль амортизатора, снижающего нагрузки на элементы конструкции автомобиля 1 и прицепа 2 при трогании с места или разгоне автопоезда как за счет демпфирующих свойств обоих пневмогидравлических аккумуляторов 23, 29 и самой рабочей жидкости, так и за счет сил трения (естественного дросселирования) при ее движении в канале 18, трубопроводах 19, 22, 25, 30 и обратных клапанах 21, 24 пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда.
Возвращение устройства в исходное положение (фиг. 2) после окончания разгона и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 29 демпферного механизма. При этом из-за образующегося разряжения в штоковой полости А рабочая жидкость поступает в нее из гидробака 20 посредством канала 18, гибкого трубопровода 19, обратного клапана 21 и всасывающего трубопровода 22.
Работа пневмогидравлического тягово-сцепного устройства при движении автопоезда с отрицательным ускорением (замедлением) или резком торможении заключается в следующем. Прицеп 2 и соединенный с дышлом 6 корпус 7 цилиндра вместе с гидроцилиндром 11 одностороннего действия перемещаются под воздействием силы инерции от массы движущегося прицепа в сторону тормозящего автомобиля, т.е. крюка 4 и присоединительной петли 16 с фланцем 15 (влево из положения устройства, изображенного на фиг. 2, в положение на фиг. 4). Вследствие воздействия фланца 15 на днище гидроцилиндра 11 одностороннего действия и смещения последнего в сторону поршня 13 со штоком 14, в обеих полостях А и Б гидроцилиндра 11 одностороннего действия повышается давление рабочей жидкости. Благодаря этому из полости А рабочая жидкость вытесняется посредством канала 18, гибкого трубопровода 19, обратного клапана 24 и напорного трубопровода 25 в пневмогидравлический аккумулятор 23 рекуперативного механизма. При этом давление рабочей жидкости в плунжерной полости А по величине превышает давление рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 23 на величину, равную отношению площадей сечений поршня 13 и плунжера 17. Этим обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости, которая под возросшим давлением поступает либо непосредственно потребителю через порт 28, либо, в случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 23, сбрасывается через регулируемый предохранительный клапан 26 в гидробак 20. Одновременно с этим из поршневой полости Б рабочая жидкость вытесняется в пневмогидравлический аккумулятор 29 демпферного механизма посредством канала 31 и гибкого трубопровода 30, вследствие чего сохраняются демпфирующие свойства устройства.
Возвращение устройства в исходное положение (фиг. 2) после окончания торможения автопоезда происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 29 в обратном порядке аналогично приведенному выше описанию.
Далее, при движении автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на автомобиль 1 и прицеп 2, рассмотренные ранее рабочие циклы пневмогидравлического тягово-сцепного устройства автопоезда соответственно чередуются аналогично описанной выше последовательности.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и его движении с замедлением, вследствие демпфирующих свойств гидросистемы устройства, обеспечивается существенное снижение максимальных значений знакопеременных нагрузок на конструкции автомобиля 1 и прицепа 2. Это достигается, в том числе, за счет наличия в гидросистеме регулируемого предохранительного клапана 26, позволяющего как в ручном, так и в автоматическом режимах, в зависимости от массы перевозимого в прицепе груза и воздействия на автопоезд многочисленных факторов, обеспечивать оптимальные параметры силовой характеристики предлагаемого устройства.
Практическое использование предлагаемого пневмогидравлического тягово-сцепного устройства позволяет повысить эффективность автопоезда за счет снижения расхода топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости, повышения надежности автопоезда вследствие демпфирующих свойств гидросистемы устройства и соответственно снижения динамических нагрузок на автомобиль и прицеп, возможности как в ручном, так и в автоматическом режимах обеспечивать оптимальные параметры силовой и динамической характеристик устройства, улучшения плавности хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и обеспечения таким образом более благоприятных условий труда водителя, упрощения и удешевления конструкции сцепного прибора автомобиля путем его замены на простой по устройству крюк.