РАМА ШАССИ БОЛЬШЕГРУЗНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И БОЛЬШЕГРУЗНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
CHASSIS FRAME FOR HEAVY-LOAD VEHICLE AND HEAVY-LOAD VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к большегрузным транспортным средствам, в частности к мусоровозам и т.п.
Уровень техники
Большегрузное транспортное средство (heavy goods vehicle, HGV) отличается от малотоннажного транспортного средства значительной разностью между порожним весом и весом в нагруженном состоянии. Вес в нагруженном состоянии может в полтора раза превышать порожний вес. Транспортное средство HGV в законодательстве некоторых стран определяется как превышающее 3500 кг в нагруженном состоянии.
Типичное HGV содержит обычную двухбалочную раму, которая компенсирует изменение нагрузки кузова, дизельный двигатель, линейный привод и жесткий ведущий мост. Кабина водителя обычно расположена над двигателем, чтобы получить максимальный размер кузова в допустимых пределах длины, ширины и высоты. Максимизация грузового объема может быть важным фактором в случае грузов с относительно низкой плотностью. Минимизация порожнего веса может быть важной, если теоретический максимальный вес груза приближается к допустимому пределу. Традиционная рама, привод и задний ведущий мост могут накладывать существенные конструктивные ограничения, особенно, если небольшие увеличения грузоподъемности или объема могут в значительной степени повышать экономичность эксплуатации транспортного средства во время его срока службы. В городской среде повышение маневренности является важным конструктивным фактором, однако, он ограничен необходимостью применения жесткого ведущего моста и карданного вала.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечена рама шасси большегрузного транспортного средства, имеющего продольную ось, содержащая основание, имеющее верхнюю обшивку, нижнюю обшивку и множество боковых балок, расположенных между ними, при этом указанное основание имеет непрерывный пониженный центр на указанной оси.
Такая конструкция позволяет использовать часть пространства, которую обычно занимают карданная передача и жесткий ведущий мост, для увеличения грузового объема, а также облегчает погрузку и разгрузку. Пониженное основание проходит в продольном направлении транспортного средства и может занимать, по существу, всю имеющуюся ширину транспортного средства между его задними колесами. Пониженное основание может определять клиренс транспортного средства и может проходить, по существу, под осью вращения задних колес. Пониженное основание может определять ось вращения задних колес, и, в частности, образовывать опору для их вращения. Задние колеса предпочтительно снабжены индивидуальными приводными двигателями, что позволяет исключить применение традиционного карданного вала и дифференциальной зубчатой передачи. Приводные двигатели колес предпочтительно являются электрическими.
Пониженное основание предпочтительно содержит прямолинейный желоб, имеющий, по существу, плоское днище и раскрывающийся в поперечном направлении над колесами до определенной ширины, которая может непосредственно приближаться к максимально допустимой ширине транспортного средства. Плоское днище является предпочтительным для обеспечения максимально возможного увеличения объема груза. Желоб может иметь наклон вниз к задней части, а также может иметь коническую горловину позади задних колес транспортного средства. Перед задними колесами желоб может иметь параллельные стороны или может сужаться в переднем направлении. Боковые стороны желоба являются прямолинейными, однако могут иметь большую ширину в верхней части, чем в нижней.
В предпочтительном варианте осуществления стандартная пневматическая подвеска присоединяется вблизи задних колес, чтобы получить максимальную ширину желоба. Задняя подвеска может быть образована воздушными полостями, расположенными впереди и позади задних колес на боковых сторонах желоба. Альтернативно этому пониженное основание может образовывать крепления для задней подвески в основании желоба, при этом можно обеспечить адекватную жесткость для обеспечения сопротивления нагрузкам, прилагаемым к подвеске.
В одном варианте осуществления верхняя обшивка выполнена из цельного листового материала. Нижняя обшивка может быть цельной и/или состоять из отдельных секций, при этом нижняя обшивка может иметь отверстия. Боковые балки содержат ребра жесткости, которые присоединены к верхней и нижней обшивке, чтобы получить единую самонесущую конструкцию. Такое расположение компонентов обеспечивает жесткую конструкцию по типу сэндвича.
В одном варианте осуществления боковые балки проходят, по существу, от одной стороны пониженного основания до другой и являются цельными. Цельные балки являются предпочтительными. Боковые балки могут выступать из нижней обшивки, чтобы обеспечивать точки соединения для компонентов и арматуры транспортного средства. Таким образом, могут быть обеспечены, например, крепления для амортизаторов.
Боковые балки могут иметь прямолинейные боковые стороны и любое пригодное сечение, в частности плоское сечение, C-образное сечение или Z-образное сечение. В одном варианте осуществления пониженное основание представляет собой сварную конструкцию.
Боковые балки могут включать части, не перпендикулярные продольной оси. Поэтому эти балки являются скрученными, коленчатыми или изогнутыми таким образом, что они могли стоять без дополнительной опоры при подготовке к сварке с верхней или нижней обшивкой. Другими достоинствами такой конструкции являются некоторая дополнительная жесткость и предотвращение ромбовидности.
Пониженное основание является предпочтительно открытым с боковых сторон между верхней и нижней обшивками. На каждой боковой стороне могут быть предусмотрены одна или несколько ненесущих закрывающих пластин. Отверстия между обшивками и соседними балками могут быть использованы для хранения и размещения элементов оборудования транспортного средства, например, электрических компонентов, и для прокладки электрических и/или жидкостных соединений от одной стороны транспортного средства до другой.
По сравнению с традиционным шасси транспортного средства пониженное основание согласно изобретению приспособлено для непосредственной установки на корпус без применения подрамников или уплотнительных направляющих. Верхняя обшивка обычно образует пол кузова транспортного средства.
Нижняя обшивка может иметь отверстия, чтобы обеспечить зазор для компонентов транспортного средства, в частности неподрессоренных компонентов, которые в процессе эксплуатации перемещаются относительно верхней обшивки.
В одном предпочтительном варианте осуществления пониженное основание приспособлено для размещения компонентов электрической тяги, при этом один или более корпусов аккумуляторов установлены на нижней стороне желоба, обычно перед осью задних колес. Указанные один или все корпуса предпочтительно имеют коробчатую форму и встроены в пониженное основание таким образом, чтобы вносить вклад в его жесткость, обеспечивая при этом минимизацию массы. Альтернативно этому коробчатые корпуса аккумуляторов могут быть расположены на одной или обеих боковых сторонах желоба.
В одном варианте осуществления пониженное основание имеет сварную стальную конструкцию, верхняя обшивка которой, по существу, не содержит отверстий и имеет толщину в пределах 3-8 мм, нижняя обшивка имеет толщину в пределах 2-5 мм, а боковые балки имеют толщину в пределах 2-10 мм. Обычно может требоваться 8-12 таких балок, которые размещаются близко друг к другу и вблизи креплений подвески. Верхняя и нижняя обшивки могут быть расположены на номинальном расстоянии друг от друга 100-150 мм, при этом указанное расстояние может изменяться по ширине основания. Пониженное основание может иметь глубину 200-800 мм, в зависимости от клиренса, размера колес и типа заднего моста транспортного средства.
Изобретение обеспечивает также способ изготовления пониженного основания согласно изобретению, включающий установку верхней обшивки в перевернутое положение, позиционирование боковых балок и сварку их с верхней обшивкой, а также установку нижней обшивки в перевернутое положение на балки и сварку ее на месте через предусмотренные в ней отверстия.
Боковые балки могут проходить сквозь первые отверстия нижней обшивки, устанавливая при этом нижнюю обшивку в нужную позицию для сварки с балками через вторые отверстия. Таким образом, боковые балки образуют позиционирующий кондуктор для нижней обшивки. Нижняя обшивка может быть присоединена частями и сварена, чтобы получить единую поверхность.
В одном предпочтительном варианте осуществления пониженное основание предназначено для мусоровоза, при этом желоб может иметь наклон вниз в заднем направлении (под небольшим углом 1°-3°) для обеспечения дренажа и выброса мусора. Кузов мусоровоза может быть установлен на основании и может содержать передний и задний бандажные пояса. При этом пониженное основание можно использовать для любого вида кузова промышленного транспортного средства, который можно также встретить на традиционном шасси с двойной рельсовой направляющей.
Для того чтобы обеспечить зазор для передних поворотных колес и доступ к двигателю внутреннего сгорания, пониженное основание может включать направленные вперед ножки, которые присоединены к его передней части, например, при помощи сварки. При этом пониженное основание воспринимает, по существу, всю грузоподъемность транспортного средства, к которому оно присоединено. Пониженное основание может иметь цельную переднюю поперечную перегородку, к которой могут быть присоединены рельсовые направляющие.
Пониженное основание согласно изобретению предпочтительно обеспечивает ограниченную артикуляцию задних колес для управления в пределах ±30°. Таким образом, в прямой передней позиции оси вращения задних колес устанавливаются параллельно друг другу, в то время как для маневрирования при низкой скорости задние колеса могут независимо поворачиваться вокруг соответствующей оси или шкворня. Если управление задними колесами не требуется, боковые стороны пониженного основания могут быть расположены ближе к задним шинам транспортного средства.
В транспортном средстве водитель может осуществлять управление задними колесами независимо от управления передними колесами, однако, предпочтительно, чтобы управление задними колесами было автоматическим и зависимым от воздействия водителя на рулевое колесо и другие управляющие устройства. Управление задними колесами предпочтительно блокируется при превышении предварительно заданной скорости, например, 15 миль в час, при этом задние колеса блокируются в конфигурации прямого хода вперед. Может быть обеспечена возможность выбора блокируемой скорости и диапазона разрешенных углов поворота. Задние колеса могут иметь различные углы поворота, чтобы минимизировать износ шин. Кроме того, индивидуальные приводные двигатели колес могут обеспечить векторизацию крутящего момента или вращение с различными скоростями, чтобы получить движение на повороте с минимальным износом шин.
В альтернативном аспекте изобретения обеспечено большегрузное транспортное средство, задние колеса которого находятся, по существу, на общей оси вращения в положении прямого хода вперед, при этом указанные задние колеса имеют независимые приводные двигатели и являются управляемыми, указанное транспортное средство содержит пониженное основание, расположенное между указанными колесами, с пониженным центром, проходящим в продольном направлении, и открытое в заднем направлении, а указанные колеса при помощи подвески присоединены к указанному основанию.
Пониженный центр может не пересекать общую ось вращения, чтобы получить пространство для размещения механизма, который обеспечивает управление задними колесами, однако, тем не менее, может вносить существенный вклад в жесткость кузова с пониженным центром, и в особенности - его основания. Пониженное основание может до некоторой степени заходить на шины транспортного средства.
Большегрузное транспортное средство согласно изобретению является особенно пригодным в качестве мусоровоза, в котором требуются максимальный объем кузова и непосредственная выгрузка всего груза через заднюю часть.
Транспортное средство и пониженное основание согласно изобретению являются особенно пригодными для гибридной технологии, в частности, для дизельно-электрической конфигурации с накоплением и хранением энергии. Соответствующие средства управления могут обеспечивать непосредственную передачу энергии от двигателя внутреннего сгорания к приводным двигателям колес и/или подачу энергии в аккумулятор, при этом средства управления могут обеспечивать управление приводными двигателями колес при помощи аккумулятора энергии. Устройство для накопления и хранения энергии обычно выполнено в виде одной или более тяговых батарей.
Таким образом, транспортное средство согласно второму аспекту изобретения обычно содержит двигатель внутреннего сгорания, электрический генератор, одну или более тяговых батарей и электрические приводные двигатели колес. Векторизация крутящего момента приводных двигателей колес обеспечивает увеличение маневренности и уменьшение износа шин.
Благодаря приводу от аккумулятора энергии, транспортное средство согласно изобретению может эксплуатироваться, по существу, бесшумно, например, во время раннего сбора мусора по утрам в густонаселенной местности.
Электрические тяговые батареи могут быть удобно расположены на нижней стороне или на одной, или на обеих боковых сторонах пониженного основания, на наружной поверхности желоба и обычно - между передними и задними колесами транспортного средства. Такое расположение обеспечивает низкий центр тяжести транспортного средства и создает превосходный доступ для технического обслуживания и замены компонентов. Пониженное основание предпочтительно содержит крепления для тяговых батарей. Такое предпочтительное расположение позволяет также устанавливать тяговую батарею в непосредственной близости от соответствующего приводного двигателя колеса, минимизируя, таким образом, потери энергии в силовых кабелях. Указанная одна или каждая батарея может быть расположена в кожухе на нижней стороне или на боковых сторонах пониженного основания, при этом такие кожухи могут вносить существенный вклад в жесткость узла пониженного основания.
В одном предпочтительном варианте осуществления каждый приводной двигатель колеса соединен с тяговой батареей, установленной в непосредственной близости от него, и предпочтительно - впереди соответствующего колеса.
Приводные двигатели колес могут быть выполнены с возможностью генерирования энергии с обеспечением тормозного эффекта транспортного средства. Так, например, электрические приводные двигатели колес могут действовать в качестве электрических генераторов для аккумулятора энергии.
Краткое описание чертежей
Другие характеристики изобретения являются очевидными из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов осуществления, показанных только в качестве примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фиг. 1 - вид сверху в перспективе рамы согласно изобретению;
фиг. 2 - вид сверху боковой балки рамы;
фиг. 3 - вид с торца боковой балки рамы;
фиг. 4 - одна сторона альтернативной боковой балки, соответствующей фиг. 3;
фиг. 5 - вид сбоку части рамы с фиг. 1;
фиг. 6 - полезная площадь поперечного сечения традиционного кузова/шасси мусоровоза;
фиг. 7 - полезная площадь поперечного сечения мусоровоза со встроенной рамой шасси согласно изобретению;
фиг. 8 - вид сбоку мусоровоза, содержащего пониженное основание шасси;
фиг. 9 - вид сверху шасси с фиг. 8;
фиг. 10 - вид снизу шасси с фиг. 8.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг. 1-3, рама шасси большегрузного транспортного средства содержит основание 10, имеющее верхнюю обшивку 11, нижнюю обшивку 12 и множество боковых балок 13, расположенных между обшивками и присоединенных к ним. Обычно основание представляет собой сварную конструкцию из стали, однако, оно может быть выполнено, например, из алюминия; возможны также другие способы соединения обшивок и балок.
Центральная ось транспортного средства представлена осью 21, а центральная ось заднего колеса - осью 22. Основание имеет пониженный центр в направлении оси 21 для того, чтобы максимизировать емкость кузова, установленного на основании, как подробнее поясняется ниже.
В примере, показанном на фиг. 1, представлены восемь боковых балок, однако может использоваться большее или меньшее количество в соответствии с предполагаемым назначением рамы.
Верхняя обшивка 11 предпочтительно, по существу, не содержит отверстий и выполнена из листовой стали, имеющей толщину в пределах 3-8 мм. Нижняя обшивка 12 также выполнена из листовой стали, однако, она может содержать отверстия и может также состоять из нескольких секций. Нижняя обшивка может иметь толщину в пределах 2-5 мм. Боковые балки 13 выполнены из листовой стали с толщиной в пределах 2-10 мм и расположены, по существу, перпендикулярно верхней и нижней обшивкам.
Балки 13 могут иметь фланцы на верхней и нижней кромках для сварки с обшивками, при этом указанные фланцы могут быть сплошными или разрезными. Балки могут иметь полное или частичное С- или Z-образное сечение.
Нормальное расстояние между обшивками 11, 12 может составлять 100-200 мм, при этом основание 10 образует самонесущую раму шасси, предназначенную для опоры ходовой части и кузова транспортного средства.
На фиг. 2 показан вид в плане балки 13, выполненной из листовой стали. Концы 14 балки изогнуты в боковой плоскости, что позволяет устанавливать балку на ее верхнюю или нижнюю кромку. Такая конструкция дает возможность помещать балку 13 на верхнюю и нижнюю обшивку для сварки. При этом какие-либо отверстия в балке могут быть расположены за пределами боковой плоскости, и такие не боковые части придают дополнительную жесткость общей конструкции шасси, препятствуя возникновению ромбовидности.
Типичная боковая балка показана на фиг. 3. Размеры преувеличены, чтобы показать параметры балки. Основание 31 имеет расходящиеся наружу, поднимающиеся боковые части 32, которые разворачиваются, образуя свободные концы 33, при этом наружный угол во внутренней части желоба относительно вертикали может лежать в пределах 1-75°, но предпочтительно - в пределах 20-60°, и наиболее предпочтительно - в пределах 45-55°. Как дополнительно показано на фиг. 1, верхняя сторона образует неглубокий V-образный канал 34, имеющий внутренний угол менее 10°, чтобы обеспечить дренаж верхней обшивки во время эксплуатации, при этом соответствующая нижняя сторона обычно является плоской и настолько широкой, насколько это позволяют колеса транспортного средства. Внутренние щеки 35 имеют наклон вниз для обеспечения дренажа, в то время как наружные щеки 36 являются, по существу, горизонтальными. Канал 34 может также иметь наклон вниз к задней части под небольшим углом - в пределах 1-3°.
В примере, показанном на фиг. 3, плоские треугольные косынки 37 приварены к наружной кромке боковых частей 32 или выполнены как единое целое с ними для того, чтобы расширить базу основания и, например, обеспечить опору для узла подвески заднего колеса, показанного стрелками 39.
На фиг. 4 показана половина сечения без таких косынок, однако, включающая боковой выступ 38, расположенный примерно на середине боковой части 32. Выступ 38 может иметь любую пригодную форму, и в сборе он проходит через нижнюю обшивку, образуя крепежный элемент для установки компонента шасси, в частности амортизатора. Такие выступы могут быть предусмотрены на каждой боковой балке 13 для обеспечения лучшей опоры для нагрузок основания 10 или для передачи нагрузок в основание.
Выступы 38 также помогают позиционировать нижнюю обшивку 12 или части нижней обшивки для сборки. Как показано на фиг. 5, такой выступ 38 имеет коробчатую форму и обеспечивает позиционирование нижней обшивки 12 как горизонтально, так и вертикально. При этом предусмотрен ряд отверстий 40 для сварки, соответствующих каждой боковой балке 13.
Таким образом, согласно одному способу изготовления верхнюю обшивку 11 переворачивают и помещают на нее боковые балки 13 в требуемых позициях. Эти балки устанавливают на выступы, как показано на фиг. 2, и приваривают в нужных местах. Верхняя обшивка является сплошной и, по существу, не содержит отверстий.
Затем на балки 13, возможно, отдельными секциями помещают нижнюю обшивку и позиционируют ее при помощи выступов 38. При таком позиционировании отверстия 40 для сварки совмещаются с кромками боковых балок (или с их фланцами), чтобы обеспечить присоединение нижней обшивки. Затем готовый узел переворачивают для установки, и видимые сварочные соединения в области отверстий 40 становятся, по существу, скрытыми.
На фиг. 6 показано поперечное сечение традиционного транспортного средства 41, в частности мусоровоза, с рельсовыми направляющими 42 шасси, которые имеют С-образное сечение и на которых установлен кузов. Обычно традиционный кузов может иметь нижнюю раму или подрамники, расположенные между рельсовыми направляющими шасси и кузовом. На фиг. 7 показана такая форма кузова, установленного на верхней обшивке рамы согласно изобретению. Пониженное основание обеспечивает увеличение емкости в пределах 5-10%.
Сборная рама шасси согласно изобретению может быть выполнена с множеством видоизменений формы, а толщина и качество конструкционных материалов выбирается специалистом в данной области техники таким образом, чтобы обеспечить конструкцию с требуемой прочностью и жесткостью при кручении. При этом, однако, очевидно, что пониженное основание, по существу, увеличивает жесткость и прочность, обеспечивая, кроме того, больший потенциально перевозимый объем.
На фиг. 8 показан мусоровоз, установленный на пониженной раме шасси согласно изобретению. Бандажные пояса 51 спереди и сзади служат опорой для выталкивающего поршня (не показан) и задней откидной двери 52. Ножки 53 выступают вперед и являются опорой для двигателя внутреннего сгорания и компонентов трансмиссии, если таковые используются. Ножки образуют пространство для поворота управляемых колес. На ножках 53 установлена кабина 57.
На указанной раме шасси может быть установлен любой пригодный кузов промышленного транспортного средства. Транспортное средство может представлять собой гибрид, например последовательный гибрид, в котором двигатель внутреннего сгорания снабжает электрической энергией тяговую батарею, которая, в свою очередь, питает электрические приводные двигатели задних колес.
Вид сверху рамы 10 и ножек 53 показан на фиг. 9. На фиг. 10 показан вид снизу. Боковые балки 13 показаны штриховыми линями. Плоская накладка 54 обеспечивает опору для компонентов подвески заднего моста, в частности камер пневматической подвески. Указанная накладка имеет большую ширину, чем база пониженного основания, и увеличенные боковые стороны опираются на косынки, аналогичные показанным на фиг. 3. Такая конструкция лучше приспособлена к нагрузкам подвески, передаваемым на пониженное основание.
Тяговая батарея может быть установлена в удлиненном отсеке 58 на нижней стороне желоба впереди задних колес и задней подвески. Указанный отсек предпочтительно является цельным, чтобы увеличивать прочность и жесткость пониженного основания, и соединяется с одной или несколькими боковыми балками.
Альтернативно этому на одной или на обеих боковых сторонах основания 10 перед задними колесами для тяговой батареи может быть предусмотрен контейнер 55. Такой контейнер может представлять собой сварную стальную конструкцию, а также может вносить вклад в повышение жесткости узла пониженного основания и опираться непосредственно на боковые балки, проходящие через нижнюю обшивку.
Пространство 56 между верхней и нижней обшивками открыто для доступа с боковых сторон и может использоваться для размещения оборудования или 5 кабелей в защищенных условиях. В случае необходимости можно предусмотреть соответствующие дверцы или другие закрывающие панели.