МЕХАНИЗМ АВТОМАТИЧЕСКОГО НАТЯЖЕНИЯ ГУСЕНИЦ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях быстроходных гусеничных машин, оснащенных системой управления поворотом с гидроприводом.
Для обеспечения устойчивости гусеничного обвода при ограниченных затратах мощности на функционирование необходимо управлять натяжением гусениц в зависимости от дорожно-грунтовых условий и при изменении клиренса машины. Для исключения сброса гусениц с ведущих колес и ограничения схода опорных катков с гусениц в процессе поворота необходимо при входе в поворот увеличить натяжение гусеницы отстающего борта. Изменение натяжения гусеницы необходимо так же для стабилизации поперечных волновых процессов, возникающих в свободных ветвях гусениц при определенном скоростном режиме движения. Эти процессы дестабилизируют траекторию движения машины в горизонтальной плоскости, что ограничивает возможность реализации потенциальной подвижности машины по условиям безопасности движения. Кроме того, высокие динамические нагрузки, вызванные волновыми процессами, ограничивают долговечность элементов движителя.
Известна конструкция механизма автоматического натяжения гусениц транспортной машины, состоящая из силовой части и гидросистемы (Боевые машины десанта БМД-1, М.: Воениздат 1973 г., рис. 124-127, С. 288-294, аналог). Силовая часть состоит из наружного и внутреннего кронштейнов, кривошипа, на котором установлено натяжное колесо и рычаг; силовых гидравлических цилиндров двухстороннего действия. Штоки силовых цилиндров шарнирно соединены с рычагами. Корпуса цилиндров через шарнирную опору соединены с кронштейнами, закрепленными на лобовом листе корпуса машины. Гидравлическая система содержит золотниковую коробку, в которой расположены два гидрозамка для запирания жидкости и фиксации силовых цилиндров во включенном состоянии. Кроме того, в золотниковой коробке расположены трехпозиционный переключатель (натяжение-ослабление-выключено), кран-распределитель, регулятор давления, а также пополнительный бак, фильтр и гидронасос. Конструкция механизма позволяет синхронно или раздельно регулировать натяжение обеих гусениц при изменении клиренса или сопротивления движению. Недостатком является повышенное натяжение гусениц и соответственно затраты мощности в тяжелых условиях движения (песок, влажный грунт и др.). Кроме того, не представляется возможным регулировать натяжение гусеницы отстающего борта при входе в поворот, что приводит к «проскоку» гусениц относительно зубьев ведущего колеса и сбросу гусениц.
Наиболее близкой по технической сути и достигаемому результату является конструкция механизма автоматического натяжения гусениц транспортной машины (Теория и конструкция танка. Т. 6. Вопросы проектирования ходовой части военных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1985. 244 с, рис. 8.8 с. 225, прототип). Конструкция содержит силовую часть и золотниковую коробку. Силовая часть включает два силовых цилиндра натяжения гусениц левого и правого борта, соединенных с кривошипами, два трехполостных дозатора - сервоцилиндра с дифференциальным плавающим поршнем. В золотниковой коробке размещены четыре золотника с электромагнитным управлением, два гидрозамка, предохранительный и обратный клапаны, реле низкого и высокого давления. Эта конструкция позволяет создавать требуемое предварительное статическое натяжение гусениц при изменении клиренса и сопротивления движению. Кроме того, в автоматическом режиме можно обеспечить натяжение гусеницы отстающего борта при входе машины в поворот по сигналу перемещения водителя одного из рычагов управления поворотом на некоторый угол. Недостатком этой конструкции, как и аналога, является трудность размещения в корпусе мощной гидросистемы из-за плотной компоновки агрегатов машины. Для управления натяжением гусениц отстающего борта при входе в поворот требуется высокое быстродействие (в реальных условиях 0,42…0,75 с) и высокая мощность (требуемая сила натяжения достигает 0,50…0,85 силы веса машины). Учитывая отсутствие резерва электрической мощности бортовой сети не удается обеспечить требуемое качества переходного процесса натяжения гусениц. В связи с этим, при быстром входе в поворот наблюдается сброс гусеницы отстающего борта. Кроме того, не представляется возможным стабилизировать поперечные волновые процессы в свободных ветвях гусениц.
В предлагаемой конструкции для машин, оснащенных гидроприводом системы управления поворотом, обеспечение требуемого быстродействия натяжения гусеницы отстающего борта предлагается реализовать посредством энергии гидропривода управления поворотом, создаваемой при входе машины в поворот. Для стабилизации поперечных колебаний в свободных ветвях гусениц, в конструкцию механизма натяжения дополнительно вводятся блок мониторинга, идентификации условий возникновения поперечных волновых процессов и модулятор давления, создающий периодическое изменение давления с частотой, соответствующей частоте поперечных колебаний гусениц. Энергия гидропривода обеспечивает дополнительное натяжение гусениц с частотой процесса, описанного выше, и стабилизацию поперечных волновых процессов.
Предлагаемая конструкция механизма натяжения гусениц приведена на фиг. 1. Она содержит силовую часть и золотниковую коробку 1. Силовая часть включает два силовых блока для управления натяжением гусениц левого и правого борта. Силовые блоки содержат исполнительные цилиндры 2 и 3 механизма натяжения, штоки которых механически соединены с кривошипами осей натяжных колес движителя. Исполнительные цилиндры 2 и 3 гидравлически соединены с сервоцилиндрами 4 и 5 и через гидрозамки 6 и 7 с золотниковой коробкой 1. В поршневую полость исполнительных цилиндров 2 и 3 включены также датчики давления 8 и 9. Золотниковая коробка 1 включает два двухсторонних дистанционно управляемых гидрораспределителей 10 и 11 управления статическим натяжением гусениц, два электронно управляемых гидрораспределителя 12 и 13 динамического натяжения гусениц и два гидрозамка 14 и 15. Система управления поворотом содержит штурвал 16 кинематически соединенный с блоком управления гидропривода 17. Датчик 18 угла поворота штурвала электрически соединен с электромагнитными клапанами 19 и 20 гидропривода 17 и с электронными клапанами X5, X6 гидрораспределителей 10, 11. Выходы датчиков давления 9 и 10 силовых цилиндров 2 и 3 соединены через блок 21 мониторинга и идентификации условий возникновения поперечных колебаний в ветвях гусениц с модуляторами давления 22 и 23. С блоком 21 мониторинга соединен также датчик 24 угловой скорости поворота машины. Блок мониторинга содержит спектроанализатор поперечных колебаний гусениц, определяемых по колебаниям давления в поршневой полости исполнительных цилиндров 2, 3 и спектроанализатор колебаний угловой скорости поворота гусеничной машины. Анализаторы спектра через устройство сравнения соединины с модуляторами давления 22, 23, установленными в гидравлическую магистраль перед сервоцилиндрами 4 и 5, а также с электромагнитными клапанами X5, X6 гидрораспределителей 13 и 14.
Работает предлагаемая конструкция следующим образом.
Для регулирования статического натяжения гусениц при прямолинейном движении изменение дорожно-грунтовых условий - сопротивление движению или величины клиренса машины на электромагниты X1, X3 или X2, X4 гидрораспределителей 10, 11 подается электрический сигнал для открытия золотников. В зависимости от требуемой величины изменения натяжения при необходимости увеличения натяжения подается сигнал на электромагниты X1, X3, а при уменьшении X2, X4. В этом случае, рабочая жидкость от гидросистемы ходовой части через вход P золотниковой коробки 1 по магистралям A1, A2 или B1, B2 через гидрозамки 6, 7 попадает в поршневую или штоковую полость гидроцилиндров 2, 3. После выполнения операции статического натяжения рабочая жидкость в поршневой полости исполнительных гидроцилиндров 2 и 3 запирается гидрозамками 6 и 7.
Для изменения динамического натяжения гусениц отстающего борта при входе машины в поворот водитель поворачивает штурвал 16 на некоторый угол. В зависимости от направления поворота машины сигнал от датчика 18 угла поворота штурвала передается на вход электромагнитных клапанов X5 или X6 гидрораспределителей 13 или 14. При этом рабочая жидкость через вход P поступает в полость A сервоцилиндра отстающего борта гусеничной машины 4 или 5. Рабочая жидкость из полости A сервоцилиндров 4, 5 выдавливается и поступает в поршневую полость исполнительных цилиндров 2 или 3. Это обеспечивает соединение магистрали P золотниковой коробки с магистралью сервоцилиндра механизма натяжения отстающего борта. При изменении направления движения машины, т.е. при входе в поворот, отклонение штурвала 16 влево или вправо насос гидропривода 17 системы управления поворотом машины создает необходимое давление в силовой магистрали. Одновременно с поворотом штурвала 16 электрический сигнал с датчика 18 положения штурвала передается на электромагнитный клапан 19 или 20 гидропривода 17 и на один из электромагнитных клапанов гидрораспределителя 12 или 13 X5 или X6. Это обеспечивает соединение силовой магистрали сервоцилиндров 4 или 5 механизма натяжения отстающего борта, соединяя среднюю полость одного из сервоцилиндров 4 или 5 на слив (например, при повороте штурвала вправо включается клапан X5, а при повороте влево клапан X6). Поршень сервоцилиндров под давлением рабочей жидкости перемещается в крайнее положение до упора в днище малого цилиндра. Вытесняемая жидкость из средней полости поступает на слив, а из полости малого цилиндра в рабочую полость силового цилиндра 2 или 3. При этом средняя полость сервоцилиндров 4 или 5 сообщается с напорной магистралью. Вследствие повышения давления в средних сообщающихся полостях сервоцилиндров происходит дополнительное увеличение давления в силовых цилиндрах 2 или 3 и дополнительное натяжение гусеницы отстающего борта. Сюда же подается дополнительная жидкость под давлением из силовой магистрали гидропривода 17, что обеспечивает дополнительное натяжение гусеницы отстающего борта с необходимым быстродействием.
Дополнительный расход рабочей жидкости из гидропривода системы управления поворотом может привести к уменьшению динамических свойств машины при входе в поворот и снижению ее скорости движения. В связи с этим мощность гидропривода системы управления поворотом с отводом части рабочей жидкости в механизм автоматического натяжения гусениц должна быть повышенной. После выхода машины из поворота (после возвращения штурвала в исходное положение) разрывается цепь питания электромагнитов X5 или X6, а также электромагнитов 19, 20 в силовой магистрали гидропривода 17 системы управления поворотом.
Условие возникновения поперечных волновых процессов в свободных (верхних) ветвях гусениц определяется в блоке 21 мониторинга и идентификации на основе спектрального анализа колебательных процессов давления рабочей жидкости в силовых цилиндрах и угловой скорости поворота машины. Идентификация условий возникновения поперечных колебаний осуществляется по совпадению мажорных частот спектральной плотности процесса колебания давления и угловой скорости. Для гашения волновых процессов сигнал от блока 21 мониторинга через устройство сравнения передается в модуляторы давления 22, 23, и к электромагнитным клапанам X5, X6 гидрораспределителей 13, 14. Рабочая жидкость, проходя через модуляторы приобретает колебательный характер с частотой, соответствующей частоте поперечных волновых процессов в свободной ветви гусеницы и передается в полость сервоцилиндров. Повышение давления в полости сервоцилиндров приводит к перемещению поршней и штоков силовых цилиндров, соответственно и к дополнительному натяжению гусениц переменной силой. Это обеспечивает гашение волновых процессов.
Эффективность предлагаемой конструкции МАНГ заключается в повышении запаса устойчивости гусеничного обвода при входе в поворот, т.к. дополнительное натяжение гусеницы отстающего борта с необходимым быстродействием, снижает относительное число проскоков гусеницы отстающего борта относительно зубьев ведущего колеса с 1,6 до 0,1 на километр пути при движении в затяжном повороте по дернистому грунту, предотвращая сброс гусеницы. Возможность повышения натяжения гусениц обоих бортов в экстремальных дорожно-грунтовых условиях позволяет сократить среднестатистическое предварительное натяжение гусениц, соответственно сократить затраты мощности в движителе и расход топлива на 7…14%, а долговечность изнашиваемых элементов движителя повысить в 1,4…2,0 раза. Мониторинг, идентификация и гашение поперечных волновых процессов в свободных (верхних) ветвях гусениц регулированием натяжения гусениц периодической силой позволяет стабилизировать траекторию прямолинейного движения машины и повысить степень реализации потенциальных скоростных качеств при движении по дорогам с малодеформируемым основанием.