Рекуперативное пружинно-гидравлическое седельно-сцепное устройство автопоезда
RECUPERATIVE SPRING-HYDRAULIC FIFTH-WHEEL COUPLING OF ROAD TRAIN

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для сцепления полуприцепа с тягачом.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (А.с. №515683 СССР; B62D 53/08; опубл. 30.05.1976), содержащее раму, опорный лист, шкворень, упорные стойки, направляющие, фрикционные накладки, упоры, буфера, упругие элементы, ребра жесткости, гнезда, детали крепления буферных элементов и шкворня, упоры.
Недостатком этого седельно-сцепного устройства автопоезда является отсутствие возможности производить гашение продольных колебаний, которые при резком торможении тягача с полуприцепом приводят к его складыванию и созданию аварийных ситуаций.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №4418934 США; B62D 53/08; опубл. 06.12.1983), содержащее поворотную опорную плиту, шкворень, опорные элементы, вал, упорные подшипники, фланец, распорные планки, центральный подшипник, трапециевидные крепежные пластины, латунные втулки, усиливающие элементы.
Недостатком данного седельно-сцепного устройства автопоезда является отсутствие способности изменять свои демпфирующие характеристики при многообразии воздействия внешних динамических составляющих сил.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №3606120 Германия; B62D 53/08; опубл. 06.08.1987), содержащее гидравлические цилиндры, шкворень, клин, скользящую пластину сцепления, вертикальный штифт, рычаг, опорный фланец, шарнирный палец, булавку, дугообразную направляющую, кронштейны, проушину, фланец консоли, концевые выключатели.
Недостатком этого седельно-сцепного устройства автопоезда является ограниченное применение, заключающееся в его использовании только с тягачами определенной конфигурации.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда (Патент №101314368 Китай; B62D 53/08; опубл. 03.12.2008), содержащее размещенные в раме полуприцепа между его поперечными передним и задним брусьями направляющие, корпус, состоящий из опорной плиты, снизу которой закреплен шкворень. Принято за прототип.
Указанное седельно-сцепное устройство автопоезда не предусматривает использования кинетической энергии, неизбежно возникающей от силы инерции массы полуприцепа при разгоне, торможении, повороте, движении по неровностям на дороге, путем ее преобразования в потенциальную энергию рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе для дальнейшего полезного использования.
Изобретение расширяет функциональные возможности седельно-сцепного устройства автопоезда и повышает эффективность его работы.
Это достигается тем, что в рекуперативном пружинно-гидравлическом седельно-сцепном устройстве автопоезда, содержащем размещенные в раме полуприцепа между его поперечными передним и задним брусьями направляющие, корпус, состоящий из опорной плиты, снизу которой закреплен шкворень, согласно изобретению, сверху опорной плиты закреплены продольные пластины, ориентированные параллельно продольной оси полуприцепа, и поперечные пластины, причем между продольными пластинами закреплены одна или несколько распорок, при этом корпусу устройства обеспечивается возвратно-поступательное перемещение вдоль продольной оси полуприцепа с помощью двух или более направляющих, концы которых установлены неподвижно с помощью втулок между передним и задним брусьями рамы полуприцепа, при этом скольжение корпуса устройства в направляющих осуществляется посредством втулок, смонтированных в поперечных пластинах и опорах, кроме этого, в корпусе устройства между продольными пластинами установлены передние по ходу движения автопоезда пружины, опирающиеся одними торцами в передние стороны распорок, а другими торцами в передние фланцы, противоположные концы которых посредством втулок опираются в передний брус рамы полуприцепа, а также аналогичное количество задних пружин, опирающихся одними торцами в задние стороны распорок, а другими торцами в задние фланцы, противоположные концы которых посредством втулок опираются в задний брус рамы полуприцепа; устройство также содержит рекуперативный механизм, состоящий из расположенных внутри задних пружин гидроцилиндров, днища которых прикреплены к задней стороне распорок, а свободные концы штоков закреплены посредством втулок в заднем брусе рамы полуприцепа, при этом полости гидроцилиндров, посредством сквозных каналов в выполненных заодно поршнях и штоках и гибких трубопроводов, сообщаются как с гидробаком с помощью обратного клапана и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором, посредством обратного клапана и напорного трубопровода, кроме этого, 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 с портом подачи рабочей жидкости потребителю.
На фиг. 1 изображена схема рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства автопоезда в статическом состоянии, на фиг. 2, 3 и 4 - сечения устройства по А-А, Б-Б и В-В соответственно.
Рекуперативное пружинно-гидравлическое седельно-сцепное устройство автопоезда (фиг. 1) размещено в раме передней части полуприцепа 1 между закрепленными поперечно относительно его продольной оси передним 2 и задним 3 брусьями. Для удобства монтажа и технического обслуживания устройства в полу полуприцепа 1 предусмотрен люк, закрываемый крышкой 4. Корпус устройства состоит из опорной плиты 5, снизу которой закреплен шкворень 6, а сверху закреплены продольные пластины 7, ориентированные параллельно продольной оси полуприцепа, и поперечные пластины 8, причем между продольными пластинами 7 закреплены одна или несколько распорок 9. Корпусу устройства обеспечивается возвратно-поступательное перемещение вдоль продольной оси полуприцепа 1 с помощью двух или более направляющих 10, концы которых установлены неподвижно с помощью втулок 11 между передним 2 и задним 3 брусьями рамы полуприцепа 1. При этом скольжение корпуса устройства в направляющих 10 осуществляется посредством втулок 12, смонтированных в поперечных пластинах 8 и опорах 13. Кроме этого, в корпусе устройства между продольными пластинами 7 установлены передние по ходу движения автопоезда пружины 14, опирающиеся одними торцами в передние стороны распорок 9, а другими торцами в передние фланцы 15, противоположные концы которых посредством втулок 16 опираются в передний брус 2 рамы полуприцепа 1, а также аналогичное количество задних пружин 17, опирающихся одними торцами в задние стороны распорок 9, а другими торцами в задние фланцы 19, противоположные концы которых посредством втулок 18 опираются в задний брус 3 рамы полуприцепа 1. Рекуперативный механизм устройства состоит из расположенных внутри задних пружин 17 гидроцилиндров 20, днища которых прикреплены к задней стороне распорок 9, а свободные концы штоков 22 закреплены посредством втулок 18 в заднем брусе 3 рамы полуприцепа 1. Полости А гидроцилиндров 20, посредством сквозных каналов 23 в выполненных заодно поршнях 21 и штоках 22 и гибких трубопроводов 24, сообщаются как с гидробаком 25 с помощью обратного клапана 26 и всасывающего трубопровода 27, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 28, посредством обратного клапана 29 и напорного трубопровода 30. Кроме этого, пневмогидравлический аккумулятор 28 с помощью напорного трубопровода 30 соединен как с регулируемым предохранительным клапаном 31, обеспечивающим сброс излишков рабочей жидкости в гидробак 25, так и с регулируемым редукционным клапаном 32 для подключения пневмогидравлического аккумулятора 28 с портом 33 подачи рабочей жидкости потребителю.
Работа рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства автопоезда основана на использовании кинетической энергии, неизбежно возникающей от силы инерции массы полуприцепа 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 в технологическом гидравлическом оборудовании автопоезда. При этом эффективность предлагаемого устройства хорошо адаптирована к воздействию на автопоезд таких факторов, действующих на автопоезд, как: состояние дорожных условий, техническое состояние автомобиля-тягача и полуприцепа (синхронность торможения всеми колесами, степень изношенности шин и др.), профессионализм водителя и др.
В неподвижном (статическом) состоянии автопоезда опорная плита 5 устройства с помощью шкворня 6 (фиг. 4) находится в зацепленном состоянии со шкворневым устройством автомобиля-тягача (на фиг. не показано). При этом опорная плита 5 в раме полуприцепа 1 находится в положении, при котором между ее по ходу движения автопоезда поперечными пластинами 8 и соответственно передним 2 и задним 3 брусьями рамы полуприцепа 1 предусмотрительно образованы передний  и задний  зазоры (фиг. 3). Такое положение опорной плиты 5 на раме полуприцепа 1 обеспечивается с помощью предварительно нагруженных передних 14 и задних 17 пружин (фиг. 2).
При трогании с места или движении с ускорением автопоезда на опорную плиту 5 устройства посредством шкворня 6 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы полуприцепа 1. По этой причине кинематически связанные между собой шкворень 6 с опорной плитой 5, распорками 9 и гидроцилиндрами 20 начинают перемещаться вместе с автомобилем-тягачом (влево на фиг. 2). Однако, благодаря скольжению втулок 12 по направляющим 10 устройства в начальный момент также перемещается в пределах переднего зазора , но с меньшим ускорением, и полуприцеп 1, а также жестко связанные с ним поперечные передний 2 и задний 3 брусья, втулки 16 и 18, поршни 21 со штоками 22 гидроцилиндров 20. Вследствие возросшего усилия от силы инерции, действующей со стороны полуприцепа 1, заключенные между передними фланцами 15 и распорками 9 передние пружины 14 начинают сжиматься, что способствует снижению нагрузок на элементы конструкции автопоезда и повышению плавности его хода в момент начала движения. Одновременно с этим гидроцилиндры 20, корпуса которых жестко соединены с опорной плитой 5 посредством распорок 9, перемещаются в направлении движения автомобиля-тягача (влево на фиг. 2) относительно движущихся с меньшим ускорением выполненных заодно поршней 21 и штоков 22 гидроцилиндров 20, закрепленных посредством втулок 18 в заднем брусе 3 рамы полуприцепа 1. Вследствие этого объемы рабочих полостей А гидроцилиндров 20 увеличиваются, что ведет к образованию в них разряжения рабочей жидкости, благодаря которому компенсирующий объем рабочей жидкости поступает в рабочие полости А гидроцилиндров 20 из гидробака 25 посредством всасывающего трубопровода 27, обратного клапана 26, гибких трубопроводов 24 и сквозных каналов 23, выполненных в поршнях 21 и штоках 22 гидроцилиндров 20.
После окончания разгона и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью усилие, воздействующее на передние пружины 14, снижается, вследствие чего они, разжимаясь, возвращают устройство в исходное состояние (фиг. 1, 2, 3).
Работа рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства при движении автопоезда с отрицательным ускорением (замедлением) при торможении заключается в следующем. Под воздействием на автомобиль-тягач силы инерции со стороны массы движущегося полуприцепа 1 рассмотренные ранее элементы конструкции устройства, закрепленные на раме полуприцепа 1, перемещаются с помощью втулок 12 и направляющих 10 вперед относительно опорной плиты 5 и закрепленного на ней шкворня 6 в пределах предусмотренного заднего зазора . При этом установленные между распорками 9 и задними фланцами 19 задние пружины 17 сжимаются, а поршни 21 со штоками 22 вдвигаются в гидроцилиндры 20, в результате чего в рабочих полостях А гидроцилиндров 20 давление рабочей жидкости повышается. Под повышенным давлением рабочая жидкость посредством сквозных каналов 23, гибких трубопроводов 24, обратного клапана 29 и напорного трубопровода 30 поступает либо в пневмогидравлический аккумулятор 28, подзаряжая его, либо через регулируемый редукционный клапан 32 непосредственно потребителю через порт 33 (фиг. 1). В случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 28 и отсутствия временной потребности у потребителя излишки рабочей жидкости сбрасываются через регулируемый предохранительный клапан 31 в гидробак 25. Таким образом обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости предлагаемым устройством. Кроме этого, за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 28, рабочей жидкости и задних пружин 17 осуществляется эффективное снижение пиковых значений нагрузок как на автомобиль-тягач, так и на полуприцеп 1.
Возвращение рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства автопоезда в исходное положение (фиг. 1, 2, 3) после окончания торможения и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью происходит аналогично рассмотренному выше случаю после окончания разгона и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью. Отличие заключается лишь в том, что здесь активную роль играют уже задние пружины 17 устройства.
Далее, при движении автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на автомобиль-тягач и полуприцеп, рабочие циклы рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства соответственно чередуются аналогично описанной выше последовательности.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и его движении с замедлением, вследствие демпфирующих свойств передних 14 и задних 17 пружин и гидравлического рекуперативного механизма предлагаемого устройства, обеспечивается существенное снижение максимальных значений знакопеременных нагрузок на конструкции автомобиля-тягача и полуприцепа 1. Это достигается, в том числе, за счет наличия в рекуперативном механизме регулируемого предохранительного клапана 31, 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 рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства позволяет повысить эффективность автопоезда за счет снижения расхода топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости и ее полезного использования, повысить надежность автопоезда благодаря демпфирующим свойствам пружин и гидравлического рекуперативного механизма, обеспечить как в ручном, так и в автоматическом режимах оптимальные параметры силовой характеристики устройства, улучшить плавность хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и обеспечить таким образом более благоприятные условия труда водителю.