МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО ПРИЦЕПА
MULTIFUNCTIONAL TRAILER HITCH MECHANISM

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности, к сцепным устройствам прицепов.
Известно буксирное устройство [1], содержащее выполненные в виде петель первый и вторые сцепные элементы, последние из которых установлены в пазах замкового механизма, с которым шарнирно одними концами связаны продольно расположенный жесткий элемент, снабженный размещенным в нем дополнительным гидроцилиндром, шток которого жестко соединен с первым сцепным элементом, и симметрично размещенные относительно продольной оси тяги, каждая из которых выполнена в виде гидроцилиндра, причем вторые концы жесткого элемента и тяг шарнирно соединены с поперечиной.
Недостатками данного устройства являются: большая масса (ввиду наличия трех гидроцилиндров и жесткого элемента), невозможность трогания прицепа за счет накопленной инерции тягача, отсутствие функции компенсации толкающих усилий в сцепке эвакопоезда и предотвращения складывания его звеньев, отсутствие функции обеспечения совпадения колеи колес звеньев автопоезда при криволинейном движении на слабонесущем грунте, низкая степень автоматизации работы устройства.
Технический результат направлен на снижение массы устройства, повышение проходимости автопоезда за счет раздельного трогания его звеньев и совпадения колеи колес тягача и прицепа при криволинейном движении на слабонесущих грунтах, обеспечение совместной работы противобуксовочной системы тягача и гидроцилиндров, повышение курсовой устойчивости автопоезда при торможении, снижение износа сцепного элемента, повышение автоматизации и быстродействия работы устройства.
Технический результат достигается тем, что многофункциональное сцепное устройство прицепа, содержащее сцепной элемент, жестко соединенный с поперечиной, оснащенной упорами и замковым устройством, симметрично размещенные относительно продольной оси тяги, каждая из которых выполнена в виде гидроцилиндра, причем первые концы тяг шарнирно соединены с поперечиной, а вторые с передней осью прицепа, при этом многофункциональное сцепное устройство прицепа дополнительно снабжено электронным блоком управления, электрическими обмотками поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, шиной управления электрическими обмотками гидроцилиндров, экранированием поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, кроме того, в гидросистеме устройства в качестве рабочей жидкости вместо масла использована магнитореологическая жидкость [2] и из конструкции устройства исключен жесткий элемент со встроенным гидроцилиндром.
Отличительными признаками от прототипа является то, что устройство дополнительно снабжено электронным блоком управления, электрическими обмотками поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, шиной управления электрическими обмотками гидроцилиндров, экранированием поршневых и штоковых полостей гидроцилиндров, кроме того, в гидросистеме устройства в качестве рабочей жидкости вместо масла использована магнитореологическая жидкость и из конструкции устройства исключен жесткий элемент со встроенным гидроцилиндром.
Схема многофункционального сцепного устройства прицепа представлена на фиг. 1; принципиальное устройство гидроцилиндра - на фиг. 2.
Многофункциональное сцепное устройство прицепа состоит из механической части, гидросистемы и электрической части.
Механическая часть многофункционального сцепного устройства прицепа включает: сцепной элемент 1, жестко закрепленный на поперечине 2, шарнирно соединенной со штоками гидроцилиндров 3, корпусов гидроцилиндров 4, заполненных магнитореологической жидкостью, шарнирно связанных с передней осью 5 прицепа 6. Гидросистема многофункционального сцепного устройства прицепа включает: масляный бак 7, гидронасос 8, золотниковое устройство 9, шланги гидросистемы 10. Электрическая часть многофункционального сцепного устройства прицепа включает: пульт управления 11, электронный блок управления 12, шину управления электрическими обмотками гидроцилиндров 13, электрические обмотки поршневой 14 и штоковой 15 полостей гидроцилиндров, экранирование поршневой и штоковой полостей гидроцилиндров 16 (фиг. 2), провода 17 (фиг. 1).
Устройство работает следующим образом.
1
При движении автопоезда по твердой опорной поверхности пульт управления 11 (фиг. 1) переключен в положение «А», соответствующее работе устройства в автоматическом режиме. Поршни гидроцилиндров 27 находятся в положении OO (фиг. 2). При этом тяговое усилие с тягово-сцепного устройства 18 тягача 19 передается через сцепной элемент 1, поперечину 2, шарниры поперечины 20, штоки гидроцилиндров 3, поршни гидроцилиндров 27 и корпуса гидроцилиндров 4 (гидроцилиндры заблокированы - золотники золотникового устройства закрыты, от генератора тягача 21 через шину управления электрическими обмотками гидроцилиндров 13 (фиг. 1) на электрические обмотки 14 и 15 (фиг. 2) гидроцилиндров подается электрический ток, создающий внутри корпуса гидроцилиндров напряжение магнитного поля, соответствующее высокой вязкости магнитореологической жидкости), шарниры передней оси прицепа 22 и на переднюю ось прицепа 5.
1
1
При повороте водителем тягача рулевого колеса тягач начинает поворачивать относительно прицепа - происходит складывание автопоезда относительно его продольной оси. При этом изгибающие усилия в сцепке тягача и прицепа передаются через задний буфер тягача (не показан), замковые устройства 23, упоры 24, поперечину 2, шарниры поперечины 20 на штоки 3 заблокированных гидроцилиндров. Одновременно сигнал от датчика угла поворота рулевого колеса тягача (не показан) передается на электронный блок управления 12, который в соответствии с заложенным в его вычислительное устройство алгоритмом (не рассматривается в настоящей заявке) подает команды на шину управления электрическими обмотками гидроцилиндров 13, замыкая электрические цепи обмоток 14 и 15 и создавая магнитное поле, снижающее вязкость магниторелогической жидкости. При этом по команде электронного блока управления 12 производится открытие (закрытие) золотников золотникового устройства 9, в результате чего магнитореологическая жидкость нагнетается (сливается) в соответствующие полости гидроцилиндров, вызывая движение поршней гидроцилиндров 27 и штоков гидроцилиндров 3 внутри корпусов гидроцилиндров 4 (при повороте автопоезда налево левый уходит внутрь корпуса, по направлению к положению АА правый - выходит из корпуса гидроцилиндра по направлению к положению ВВ, при повороте направо - наоборот). Соответствие угла поворота рулевого колеса тягача и ходов поршней внутри корпусов гидроцилиндров (следящее действие) обеспечивается за счет наличия датчиков положения поршней гидроцилиндров 25, подающих сигнал на электронный блок управления 11. Разность ходов поршней и поворот тягача относительно прицепа вызывают поворот передней оси прицепа 5, установленной на поворотном круге 28, в результате чего траектория движения прицепа изменяется вслед за траекторией движения тягача и автопоезд совершает криволинейное движение.
1
После возвращения рулевого колеса тягача в положение, соответствующее прямолинейному движению, электронный блок управления 12 подает команды на открытие (закрытие) золотников золотникового устройства 9 и штоки гидроцилиндров 3, увлекаемые поршнями 27, двигающимися под давлением поступающей в соответствующие полости гидроцилиндров магнитореологической жидкости, возвращаются в положение OO (фиг. 2).
В автоматическом режиме работы устройства происходит демпфирование продольных толкающих усилий в сцепке тягача и прицепа. Усилия оцениваются электронным блоком управления 12 по сигналам пьезоэлектрических датчиков давления магнитореологической жидкости 26 (фиг. 2), находящихся в нижних частях поршней гидроцилиндров 27 (фиг. 1).
1
1
При незначительных толкающих усилиях в сцепке, вызванных, например, неровностями дороги, по команде электронного блока управления 12 происходит снижение вязкости магнитореологической жидкости в поршневых полостях гидроцилиндров с одновременным кратковременным открытием золотников поршневых полостей золотникового устройства 9. В результате поршни 27 двигаютcя к положению АА (фиг. 2) и за счет дросселирования магнитореологической жидкости через каналы в поршневых полостях гидроцилиндров осуществляется демпфирование толкающих усилий в сцепке. После снятия усилия в сцепке электронный блок управления 12 подает команду на золотниковое устройство 9, магнитореологическая жидкость поступает в поршневые полости гидроцилиндров, возвращая поршень в положение ОО.
При значительных толкающих усилиях в сцепке, вызывающих появление угла складывания звеньев автопоезда, электронный блок управления 12 подает команды на золотниковое устройство 9 и шину управления электрическими обмотками гидроцилиндров 13, изменяя вязкость магнитореологической жидкости и открывая (закрывая) соответствующие золотники золотникового устройства 9, вследствие чего штоки 3 входят внутрь корпусов гидроцилиндров 4 на разную длину, компенсируя изгибающие усилия в сцепке и препятствуя складыванию автопоезда.
При криволинейном движении автопоезда на слабонесущем грунте водитель переводит пульт управления устройством 11 в положение «С» и электронный блок управления 12, в соответствии с заложенным в нем алгоритмом, обеспечивает работу устройства в режиме, обеспечивающем совпадение колеи колес его звеньев, что снижает потери мощности на колееобразование, тем самым повышая проходимость автопоезда.
1
1
1
1
При потере автопоездом проходимости (на подъеме или при движении по деформируемому грунту) водитель переводит пульт управления 12 в положение «О». В соответствии с заложенным в электронный блок 12 управления алгоритмом затормаживаются колеса прицепа 6, через шину управления катушками гидроцилиндров 13 на электрические обмотки гидроцилиндров 14 и 15 подается электрический ток, в результате чего вязкость магнитореологической жидкости снижается, открываются золотники золотникового устройства 9 и магнитореологическая жидкость начинает поступать в поршневые полости гидроцилиндров, перемещая вперед поршни 27 и штоки 3, усилие от которых через шарниры поперечины 20, поперечину 2 и упоры 24 передается на задний буфер тягача, отталкивая его от заторможенного прицепа. Одновременно водитель осуществляет трогание тягача с места, в результате чего на тягач действует результирующая силы тяги от его ведущих колес и силы отталкивания от прицепа. Дополнительные усилия отталкивания от заторможенного прицепа сообщаются тягачу в ходе движения поршней гидроцилиндров от положения AA до ВВ (фиг. 2). При достижении поршнями гидроцилиндров 27 положения ВВ тягач набирает некоторую скорость. В этот момент по команде электронного блока управления 12 на электрические обмотки штоковых полостей гидроцилиндров 15 подается ток, снижающий вязкость магнитореологической жидкости в штоковых полостях до минимального значения, одновременно открываются золотники золотникового устройства 9, обеспечивая слив магнитореологической жидкости из штоковых полостей. В результате сопротивление гидроцилиндров становится минимальным и тягач продолжает разгон без тяги на крюке. При достижении поршнями 27 положения CC по команде электронного блока управления 12 на электрические обмотки штоковых полостей гидроцилиндров 15 подается ток, обеспечивая плавное повышение вязкости магнитореологической жидкости в штоковых полостях до максимального значения, вследствие чего за счет дросселирования магнитореологической жидкости через каналы штоковых полостей корпусов гидроцилиндров 4 демпфируется рывок в сцепке и осуществляется трогание с места прицепа за счет накопленной силы инерции тягача и силы тяги на его ведущих колесах. Таким образом, за счет изменения сопротивления гидроцилиндров удается разделить во времени моменты трогания тягача и прицепа, что повышает проходимость автопоезда [3]. В отличие от тягово-сцепного устройства прицепа (авторское свидетельство SU 1220933 А [4]) в предлагаемом устройстве отсутствуют пружины, а следовательно и дополнительные продольные усилия в сцепке, возникающие при затухании колебаний деформированных пружин, а также реализована функция автоматического регулирования жесткости гидроцилиндров в зависимости от массы буксируемого прицепа.
Электронный блок управления 12, связанный с блоком управления противобуксовочной системы (не показан), не допускает кинематического рассогласования окружной скорости вращения ведущих колес тягача и скорости его отталкивания от тягача, предотвращая тем самым явления буксования колес тягача и юза колес прицепа (экскавационно-бульдозерные эффекты), существенно повышающие сопротивление движению автопоезда на несвязных грунтах [5]. При движении по несвязным грунтам при буксовании более 50% передвижение тягача осуществляется только за счет отталкивания тягача от прицепа [6].
1
1
В случае если из-за высокого сопротивления движению трогание прицепа с места осуществить не удалось, тягач начинает буксовать. При этом по команде блока управления противобуксовочной системой тягача (не показан) колеса тягача затормаживаются и в кабине тягача срабатывают звуковой и световой сигналы, установленные в пульте управления многофункциональным сцепным устройством прицепа 11, указывающие на необходимость снятия усилия с педали управления подачей топлива. Водитель убирает ногу с педали управления подачей топлива и переводит пульт управления в положение «П». В соответствии с заложенным алгоритмом по команде электронного блока управления 12 затормаживаются колеса тягача, растормаживаются колеса прицепа, открываются золотники золотникового устройства 9 и магнитореологическая жидкость начинает поступать в штоковые полости гидроцилиндров, перемещая поршни из положения СС в АА, в результате чего прицеп подтягивается к тягачу. Для продолжения движения циклы отталкивания и подтягивания повторяют.
Таким образом, предлагаемое многофункциональное сцепное устройство прицепа имеет более простую конструкцию, чем прототип, более высокий уровень автоматизации, повышает характеристики устойчивости движения и проходимости автопоезда, в том числе при криволинейном движении по слабонесущим грунтам.
Источники информации
1. Пат. 2101196. Российская Федерация. Буксирное устройство [Текст] / Савиновских А.Г.; заявитель и патентообладатель Савиновских А.Г. - опубл. 10.01.1998.
2. Добромиров В.Н. Конструкции амортизаторов: Учебное пособие для студентов ВУЗ, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение». - М: МГТУ «МАМИ», 2007. - 47 с.
3. Жирный Р.И. Математическая модель прямолинейного движения автопоезда с жесткой и гибкой связью между звеньями // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. - 2010. - №4 (83), стр. 138-144.
4. Авторское свидетельство SU 1220933 А Российская Федерация. Тягово-сцепное устройство прицепа [Текст] / Денисов А.А.; заявитель и патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструторский институт по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве. - опубл. 30.03.1986.
5. Гончаров К.О. Оценка экскавационно-бульдозерных эффектов на проходимость многоосных колесных и гусеничных машин при криволиненом движении по снегу [Текст]: автореферат дис. … кандидата технических наук: 05.05.03 / К.О. Гончаров; [Место защиты: Нижегородский гос. техн. ун-т]. - Санкт-Петербург, 2011. - 23 с.: ил. РГБ ОД, 9 11-5/501.
6. Платонов В.Ф. Повышение проходимости автопоездов способом раздельного перемещения тягача и прицепа. //Автомобильная промышленность. - 1979. - №7 (83), стр. 14-16.
Технико-экономическое обоснование на изобретение «Многофункциональное сцепное устройство прицепа»
Отсутствие в прототипе функций трогания прицепа за счет накопленной инерции тягача, обеспечения совпадения колей колес звеньев автопоезда при криволинейном движении на слабонесущем грунте, компенсации толкающих усилий в сцепке и предотвращения складывания его звеньев при вождении автопоезда на обледенелых, мокрых дорогах требуют от его водителя высокого уровня подготовки в целях обеспечения безопасности движения и проходимости. Поэтому необходимо осуществлять подготовку водителей и выбирать маршруты движения автопоездов, минуя труднопроходимые участки маршрута, существенно снижать скорости движения в сложных дорожных условиях.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить безопасность движения автопоезда, повысить его проходимость и средние скорости на маршрутах.
В экономическом выражении эксплуатация автопоездов, оснащенных многофункциональным сцепным устройством прицепа, позволяет увеличить ресурс двигателя и трансмиссии тягача, снизить расход топлива за счет предотвращения застревания автопоезда, выбирать более короткие маршруты для перевозок, повысить средние скорости движения в сложных дорожных условиях, снизить вероятность дорожно-транспортных происшествий, вызванных потерей автопоездом устойчивости и выездом на полосу встречного движения, тем самым повышая производительность автопоездов, сокращая расходы на ремонт, горюче-смазочные материалы, страховые выплаты и судебные издержки в случае дорожно-транспортного происшествия.