Рекуперативное пневмогидравлическое двухкамерное сцепное устройство автопоезда
REGENERATIVE PNEUMOHYDRAULIC TWO-CHAMBER COUPLING DEVICE OF A TRAIN

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для сцепления прицепа с тягачом.
Известно сцепное устройство автопоезда (Патент № 4577883 США; B60D 1/14; опубл. 25.03.86), содержащее трубчатую поперечную балку, перемещающуюся в продольном направлении, раздвижную двухсекционную телескопическую стрелу, две буксирные цепи, буксирный крюк и фиксирующий винт.
Недостатком этого сцепного устройства автопоезда являются большие габаритные размеры при полном выдвижении двухсекционной телескопической стрелы, ограничивающие область его применения.
Известно сцепное устройство автопоезда (Патент № 2149765 РФ; B60D 1/145; опубл. 27.05.2000), содержащее дышло, корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемый предохранительный клапан, трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор.
Недостатками данного сцепного устройства автопоезда являются сложная конструкция, большие габариты, масса, и, как следствие, дороговизна в изготовлении. Кроме того, оно не предусматривает использования гидравлической энергии, накапливаемой в пневмогидравлическом аккумуляторе при торможении, поворотах и наезде автопоезда на препятствия.
Известно сцепное устройство автопоезда (Патент № 2664469 Германия; B60D 1/155; опубл. 14.05.2013), содержащее дышло, сцепную петлю, продольные направляющие, выдвижную трубу для регулирования длины дышла, боковины вилки, заднюю поперечину, запирающий элемент, подшипники.
Недостатком этого сцепного устройства автопоезда является малая степень демпфирования ударных нагрузок, приводящая к его преждевременному выходу из строя при торможении, поворотах и наезде автопоезда на препятствия.
Известно сцепное устройство автопоезда (Патент № 2729005 РФ; B60D 1/14, B60D 1/145, B60D 1/155; опубл. 03.08.2020), содержащее дышло, рекуперативный и демпферный механизмы, корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемые предохранительный и редукционный клапаны, обратные клапаны, гибкие, всасывающий и напорный трубопроводы, каналы, пневмогидравлические  аккумуляторы, присоединительный порт потребителя рекуперируемой рабочей жидкости, при этом корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, выполнен с отогнутым внутрь буртиком на одном конце и с закрепленными ограничителями на другом, а внутрь корпуса цилиндра помещен, соосно ему, изготовленный в виде стакана подвижный цилиндр с выполненными на противоположном от днища конце, на поверхности его стенки, продольными относительно оси подвижного цилиндра сквозными пазами и отогнутым внутрь буртиком. Принято за прототип.
Однако указанное сцепное устройство автопоезда в процессе его торможения рекуперирует небольшой объем рабочей жидкости.
Целью изобретения является увеличение объема рекуперируемой рабочей жидкости сцепным устройством при торможении автопоезда.
Это достигается тем, что рекуперативное пневмогидравлическое двухкамерное сцепное устройство автопоезда, содержащее дышло, рекуперативный и демпферный механизмы, корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемые предохранительный и редукционный клапаны, обратные клапаны, гибкие, всасывающий и напорный трубопроводы, каналы, пневмогидравлические  аккумуляторы, присоединительный порт потребителя рекуперируемой рабочей жидкости, при этом корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, выполнен с отогнутым внутрь буртиком на одном конце и с закрепленными ограничителями на другом, а внутрь корпуса цилиндра помещен, соосно ему, изготовленный в виде стакана подвижный цилиндр с выполненными на противоположном от днища конце, на поверхности его стенки, продольными относительно оси подвижного цилиндра сквозными пазами и отогнутым внутрь буртиком, согласно изобретению, дополнительно содержит помещенный в подвижный цилиндр, соосно ему, двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия, внутри которого размещены неподвижная перегородка, шток и два поршня, разделяющие двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия на поршневую, штоковую и промежуточную полости, при этом один поршень выполнен со штоком заодно, а второй поршень жестко соединен со штоком.
На фиг. 1 представлена схема рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда; на фиг. 2 – его сечение по А-А в статическом состоянии; на фиг. 3 – схема, поясняющая работу сцепного устройства при ускорении автопоезда; на фиг. 4 – то же, при замедлении автопоезда; на фиг. 5 и 6 – сечения рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда по Б-Б и В-В соответственно.
Рекуперативное пневмогидравлическое двухкамерное сцепное устройство автопоезда (фиг. 1) размещается между автомобилем 1 и прицепом 2 с помощью закрепленного на раме 3 автомобиля 1 крюка 4 и шарнирно установленного на поворотной раме 5 передней колесной пары прицепа 2 дышла 6 и содержит рекуперативный и демпферный механизмы. В дышле 6 жестко закреплен корпус 7 цилиндра, выполненный с отогнутыми внутрь буртиком на одном конце и с закрепленными ограничителями 8 на другом. Внутрь корпуса 7 цилиндра помещен, соосно ему, изготовленный в виде стакана подвижный цилиндр 10 с выполненными на противоположном от днища конце, на поверхности его стенки, продольными относительно оси подвижного цилиндра 10 сквозными пазами 18 и отогнутым внутрь буртиком. В свою очередь, в подвижный цилиндр 10 помещен, соосно ему, двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия 11, на наружной поверхности которого со стороны днища закреплены ограничители 9, а внутри него размещены неподвижная перегородка 15, шток 14 и поршни 12 и 13, разделяющие двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия 11 на поршневую А, штоковую Б и промежуточную В полости, при этом поршень 12 выполнен со штоком 14 заодно, а поршень 13 жестко соединен со штоком 14. В сквозные пазы 18 подвижного цилиндра 10 помещены ограничители 8 и 9, а между днищем двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 и буртиком подвижного цилиндра 10 помещен фланец 19 присоединительной петли 20. Рекуперативный механизм сцепного устройства автопоезда включает в себя штоковую полость Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11, которая посредством канала 17 и гибкого трубопровода 22 сообщается как с гидробаком 27 с помощью обратного клапана 23 и всасывающего трубопровода 25, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 31 посредством обратного клапана 24 и напорного трубопровода 26. Кроме того, пневмогидравлический аккумулятор 31 с помощью напорного трубопровода 26 соединен как с гидробаком 27 посредством регулируемого предохранительного клапана 28, так и с присоединительным портом 32 потребителя рекуперируемой рабочей жидкости посредством регулируемого редукционного клапана 29. Демпферный механизм сцепного устройства автопоезда включает в себя поршневую полость А двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11, которая посредством канала 16 и гибкого трубопровода 21 соединена с пневмогидравлическим аккумулятором 30.
Работа рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда основана на использовании кинетической энергии, неизбежно возникающей в его сцепке от сил инерции масс автомобиля 1 и прицепа 2 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. Рекуперативное пневмогидравлическое двухкамерное сцепное устройство позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для дальнейшего ее полезного использования, например, в технологическом гидравлическом оборудовании автопоезда (манипуляторах, пильных и сучкорезных механизмах, аутригерах и др.). При этом заявляемое сцепное устройство хорошо адаптировано к воздействию на автопоезд таких факторов, как: состояние дорожных условий, техническое состояние автомобиля 1 и прицепа 2 (синхронность торможения всеми колесами, степень изношенности шин и др.), профессионализм водителя и др.
В неподвижном (статическом) состоянии автопоезда (фиг. 2) поршни 12 и 13 двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 находятся в полностью выдвинутом положении под воздействием давления рабочей жидкости, создаваемого в поршневой полости А двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 пневмогидравлическим аккумулятором 30 демпферного механизма устройства посредством гибкого трубопровода 21 и канала 16. При этом жестко связанный со штоком 14 двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 подвижный цилиндр 10 задвинут до упора его днища в буртик корпуса 7 цилиндра, а фланец 19 присоединительной петли 20 находится в зажатом состоянии между днищем двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 и буртиком подвижного цилиндра 10.
При трогании с места или движении с ускорением автопоезда (фиг. 3) на корпус 7 цилиндра посредством дышла 6 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы прицепа 2. По этой причине кинематически связанные между собой крюк 4, присоединительная петля 20 с фланцем 19 и подвижным цилиндром 10 начинают перемещаться с автомобилем 1 (влево на фиг. 3). При этом, в начальный момент также перемещаются, но с меньшим ускорением, прицеп 2 и, соответственно, дышло 6, корпус 7 цилиндра и двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия 11. Причем двухкамерный гидроцилиндр одностороннего действия 11 ограничен в перемещении вместе с выдвигающимся подвижным цилиндром 10 из-за упора в ограничители 8 корпуса 7 цилиндра ограничителей 9 двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11, расположенных в сквозных пазах 18 подвижного цилиндра 10. Так как подвижный цилиндр 10 вместе с поршнями 12 и 13 и штоком 14 выдвигаются из корпуса 7 цилиндра при неподвижном относительно корпуса 7 цилиндра двухкамерном гидроцилиндре одностороннего действия 11, то поршневая полость А, а также штоковая полость Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 за счет неподвижной перегородки 15 уменьшаются в объеме. Вследствие этого в обеих полостях А и Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 повышается давление рабочей жидкости, которая из поршневой полости А вытесняется в пневмогидравлический аккумулятор 30 демпферного механизма устройства посредством канала 16 и гибкого трубопровода 21, а из штоковой полости Б – в пневмогидравлический аккумулятор 31 рекуперативного механизма устройства посредством канала 17, гибкого трубопровода 22, обратного клапана 24 и напорного трубопровода 26. В данном случае рекуперативный и демпферный механизмы устройства выполняют роль амортизатора, снижающего нагрузки на элементы конструкций автомобиля 1 и прицепа 2 при трогании с места или разгоне автопоезда как за счет демпфирующих свойств пневмогидравлических аккумуляторов 30 и 31 и рабочей жидкости, так и за счет сил трения (естественного дросселирования) при ее движении в каналах 16 и 17, гибких 21 и 22, напорном 26, всасывающем 25 трубопроводах и обратных клапанах 23 и 24. Возвращение рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда в исходное положение (фиг. 2) после окончания разгона и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 30 демпферного механизма устройства. При этом из-за образующегося разряжения в штоковой полости Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 рабочая жидкость поступает в нее из гидробака 27 посредством канала 17, гибкого трубопровода 22, обратного клапана 23 и всасывающего трубопровода 25.
Работа рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда при его движении с отрицательным ускорением (замедлением) или резком торможении заключается в следующем. Прицеп 2 и соединенный с дышлом 6 корпус 7 цилиндра вместе с двухкамерным гидроцилиндром одностороннего действия 11 перемещаются под воздействием силы инерции от массы движущегося прицепа 2 в сторону тормозящего автомобиля 1, то есть крюка 4 и присоединительной петли 20 с фланцем 19 (влево из положения сцепного устройства, изображенного на фиг. 2, в положение, изображенное на фиг. 4). Вследствие воздействия фланца 19 на днище двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 и его смещения в сторону поршней 12 и 13 и штока 14, в полостях А и Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 повышается давление рабочей жидкости. Благодаря этому из штоковой полости Б двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 рабочая жидкость вытесняется посредством канала 17, гибкого трубопровода 22, обратного клапана 24 и напорного трубопровода 26 в пневмогидравлический аккумулятор 31 рекуперативного механизма устройства. Этим обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости, которая под возросшим давлением поступает или непосредственно потребителю через присоединительный порт 32, или, в случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 31, сбрасывается через регулируемый предохранительный клапан 28 в гидробак 27. Одновременно с этим из поршневой полости А двухкамерного гидроцилиндра одностороннего действия 11 рабочая жидкость вытесняется в пневмогидравлический аккумулятор 30 демпферного механизма устройства посредством канала 16 и гибкого трубопровода 21, вследствие чего сохраняются его демпфирующие свойства. Возвращение рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда в исходное положение (фиг. 2) после окончания торможения автопоезда происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 30 в обратном порядке аналогично приведенному выше описанию.
Далее, при движении автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на автомобиль 1 и прицеп 2, рассмотренные ранее рабочие циклы рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства чередуются аналогично описанной выше последовательности.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и его движении с замедлением, вследствие демпфирующих свойств гидросистемы сцепного устройства, обеспечивается существенное снижение максимальных значений знакопеременных нагрузок на конструкции автомобиля 1 и прицепа 2. Это достигается, в том числе, за счет наличия в гидросистеме регулируемого предохранительного клапана 28, позволяющего как в ручном, так и в автоматическом режимах, в зависимости от массы перевозимого в прицепе 2 груза и воздействия на автопоезд многочисленных факторов, обеспечивать оптимальные параметры силовой характеристики заявляемого сцепного устройства.
Такое исполнение рекуперативного пневмогидравлического двухкамерного сцепного устройства автопоезда позволяет повысить его эффективность за счет снижения расхода топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости, повышения надежности автопоезда вследствие демпфирующих свойств гидросистемы сцепного устройства и, как следствие, снижения динамических нагрузок на автомобиль и прицеп, возможности как в ручном, так и в автоматическом режимах обеспечивать оптимальные параметры силовой и динамической характеристик сцепного устройства, улучшения плавности хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и обеспечения, таким образом, более благоприятных условий труда водителя.