УПРАВЛЯЕМАЯ ПОДВЕСКА ДВУХКОЛЕСНОГО БЛОКА
CONTROLLED SUSPENSION OF TWO-WHEEL UNIT

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к конструкции колесного блока, а именно к управляемой подвеске.
Известно, что у автомобилей классической компоновки передний мост является управляемым. У переднеприводных машин и у машин повышенной проходимости передний мост обычно является и ведущим, и управляемым. Управляемая подвеска грузового автомобиля может быть рычажного или шкворневого типа, имеющие упругие (рессоры, пружины, пневмоподушки, и т. д.) и демпфирующие элементы (амортизаторы). В основном управляющие колеса автомобилей имеют односкатную конструкцию. Установка двух колес не представляется возможным из-за особенностей конструкции.
Недостатком классических компоновок является низкая грузоподъемность 6-8 тонн при разрешенной нагрузке на ось 12-13 тонн на дорогах общего пользования и недостаточно большой угол поворота колес 50-60 градусов и как следствие низкая маневренность.
Известно, что подвеска должна иметь направляющие и демпфирующие элементы. При этом направляющие элементы должны обеспечивать соединение рамы автомобиля и оси колеса обеспечивать перемещение по строго определенной траектории, то есть направлять. Демпфирующие элементы располагаются между рамой и осью, и должны гасить удары.
Из уровня техники известен комплект всенаправленных ведущих колес с функцией упругой подвески (CN110626133 от 2019-12-31), содержащий комплект ведущих колес, расположенных в нижней части рамы через вращающийся узел, который обеспечивает поворот на 360° относительно рамы, при этом комплект колес включает механизм упругой подвески. Рама и ось данных колес соединены между собой рычагами через демпфирующие элементы. Нарушена топология подвески автомобиля. Траектория перемещения колеса нестабильна и зависит от деформации упругого элемента. В качестве упругого элемента используется резина или другой эластичный материал, жесткость которого невозможно регулировать. При повороте колесного блока возможна деформация упругого элемента. Обрыв демпфирующего элемента неминуемо приведет к аварии. Применение данной подвески в автомобилях на дорогах общего пользования является небезопасным.
Наиболее близким является механизм навигации направления движения автомобиля (CN 206781438 от 2017-12-22), который содержит приводной двигатель, дифференциал и ведущее колесо. Приводной двигатель установлен на поворотном опорном кронштейне, и двигатель через поворотный опорный кронштейн соединен с дифференциалом. Приводной вал смонтирован на опорном кронштейне и соединен с приводным валом. В данном патенте поворот блока производится электродвигателем через цилиндрическую зубчатую передачу. Во-первых, электродвигатели поворота и привода расположены между колесами, это увеличивает расстояние между колесами, и как следствие, габариты колесного блока, настолько, что два колесных блока, расположенных на одной оси, невозможно вписать в габариты автомобиля по ширине (2550 мм). Во-вторых, невозможно обеспечить механическую связь с рулевым колесом, что является обязательным для автомобилей на дорогах общего пользования.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка управляемой, независимой, ведущей подвески, обеспечивающей поворот колеса на 360 градусов, повышенной грузоподъемности.
Данная задача решается тем, что управляемая подвеска включает блок из двух колес со ступицами, установленными на одной оси, опорно-поворотное устройство с червячным валом управления, на оси также установлены два электродвигателя на каждое колесо отдельно и опора тормоза для каждого колеса, а тормозные диски установлены на ступицы, опорно- поворотное устройство состоит из внутреннего кольца, внешнего кольца и шариков, внутреннее кольцо закреплено на раме автомобиля, внешнее кольцо закреплено на корпусе колесного блока и выполнено входящим в зацепление с червячным валом рулевого управления, подвеска также содержит две пневмогидравлические стойки, которые одним концом закреплены к внешнему кольцу опорно-поворотного устройства, а вторым концом опираются на нижнюю опору, в которую установлена ось.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является:
- абсолютная свобода маневрирования - автомобиль может разворачиваться вокруг собственной оси, двигаться вдоль, поперек и под любым углом по отношению к дороге,
- высокая грузоподъемность,
- компактная простая подвеска, имеющая небольшой вес,
- максимальная адаптация для беспилотных транспортных средств.
Одноколесный блок имеет консольное расположение колеса, это создает большой изгибающий момент в кронштейне, закрепленном на раме. Одноколесная конструкция вполне применима для легковых автомобилей. Одно колесо несет в два раза меньшую нагрузку, чем два колеса. Колесный блок из двух колес рекомендуется для тяжелонагруженных подвесок грузовиков, автобусов, сельскохозяйственной и строительной техники.
Таким образом заявленная подвеска может быть использована в грузовых автомобилях, автобусах, погрузчиках, в строительной и сельскохозяйственной технике.
Предлагаемая подвеска имеет высокую грузоподъемность. Управляемые блоки колес могут быть ведущими, это позволяет устанавливать их не только на переднюю ось, но и на заднюю, а также на промежуточные оси. Угол управления колес 360 градусов, что обеспечивает абсолютную свободу маневрирования - автомобиль может разворачиваться на месте, двигаться вдоль, поперек и под любым углом по отношению к дороге.
Подвеска, состоящая из одинаковых колесных блоков, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по осям. При проектировании машин имеется возможность изменять грузоподъемность транспортного средства меняя количество унифицированных колесных блоков от 4 до 10 и более.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - общий вид колесного блока
на фиг.2 - продольный разрез блока
на фиг.3 - поперечный разрез блока,
где
1 - рама транспортного средства
2 - опорно-поворотное устройство
3 - пневмо-гидравлическая стойка
4 - колесо
5 - электродвигатель
6 - ось
7 - опора тормоза
8 - нижняя опора
9 - корпус
10 - червячный вал управления.
Управляемая подвеска включает два колеса 4 со ступицами, установленные на одной оси 6, две стойки 3, опорно-поворотное устройство 2 с червячным валом управления 10, электродвигатель 5, тормоза.
Направляющим элементом являются две пневмогидравлические стойки 3, которые одновременно выполняют роль упругого и демпфирующего элемента. Для обеспечения максимальной плавности хода при движении транспортного средства по дороге используются многокамерные пневмогидравлические амортизаторы, в которых функцию пружинного элемента выполняет технический газ, изменение давления которого позволяет менять жесткость подвески. При помощи гидравлической системы амортизаторов можно регулировать клиренс, а также наклон платформы относительно дороги.
Опорно-поворотное устройство 2 состоит из внутреннего кольца, внешнего кольца, стальных шариков и представляет собой поворотный круг с червячным приводом рулевого управления. Внутреннее кольцо при помощи болтов крепится к раме 1 автомобиля. Внешнее кольцо может свободно вращаться на внутреннем кольце при помощи шариков и представляет собой шестерню червячного редуктора, входящую в зацепление с червячным валом 10 рулевого управления. Поворот червячного вала может быть осуществлен от рулевого колеса водителем посредством передаточных валов и угловых редукторов при помощи гидро или электроусилителя. Или привод червячного вала может быть осуществлен посредством установки электродвигателя непосредственно на червячный вал в случае беспилотного транспорта. На внешнем кольце при помощи болтов закреплен корпус 9 колесного блока, представляющий собой сварную конструкцию из легированной стали. Внешнее кольцо поворачивает корпус колесного блока, к которому прикреплена одним концом стоечная конструкция. Вторым концом стойки 3 опираются на нижнюю опору 8, в которую запрессована с натягом ось 6. На оси установлены два электродвигателя 5 на каждое колесо отдельно. На оси также имеется опора тормоза 7 для каждого колеса. Тормозные диски установлены на ступицы, к которым при помощи шпилек крепятся колеса.
Привод на колеса может быть осуществлен при помощи передачи крутящего момента через систему приводных валов или с помощью двух электродвигателей, установленных непосредственно в колеса.
Установка электрического привода на вал червячного редуктора опорно-поворотного устройства позволяет упростить рулевую систему управления, адаптировать ее для беспилотных транспортных средств, появляется возможность объединять транспортные средства в колонны.
Подвеска, состоящая из одинаковых колесных блоков, обеспечивает равномерное распределение нагрузки по осям.
При проектировании машин имеется возможность изменять грузоподъемность транспортного средства, меняя количество унифицированных колесных блоков от 4 до 10 и более.
Осуществление привода колес от электродвигателей, установленных непосредственно в колесах (мотор-колесо) позволяет уменьшить габариты колесного блока и улучшить управление автомобилем за счет регулирования скорости вращения и крутящего момента отдельно для каждого колеса. Особенно это важно при повороте колесного блока на одном месте, когда колеса в блоке будут вращаться навстречу друг другу.
Использование глобоидной червячной пары в опорно-поворотном устройстве предлагаемой подвески позволяет обеспечить механическую связь с рулевым колесом через систему валов и электроусилитель. Глобоидный червяк имеет в зацеплении с червячной шестерней 5-6 зубьев одновременно, это повышает надежность рулевого механизма.