Рекуперативное пневмогидравлическое дышло сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания
REGENERATIVE PNEUMOHYDRAULIC ROD OF THE COUPLER OF A ROAD TRAIN WITH SELF-PULLING FUNCTION

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности, к устройствам для сцепления прицепа с тягачом.
Известно дышло сцепного устройства автопоезда (Патент №4577883 США; МПК B60D 1/14; опубл. 25.03.1986), содержащее трубчатую поперечную балку, перемещающуюся в продольном направлении, раздвижную двухсекционную телескопическую стрелу, две буксирные цепи, буксирный крюк и фиксирующий винт.
Недостатком этого дышла сцепного устройства автопоезда являются большие габаритные размеры при полном выдвижении двухсекционной телескопической стрелы, ограничивающие область его применения.
Известно дышло сцепного устройства автопоезда (Патент №2149765 РФ; МПК B60D 1/145; опубл. 27.05.2000), содержащее корпус цилиндра, жестко закрепленный в дышле, гидробак, регулируемый предохранительный клапан, трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор.
Недостатками данного дышла 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 дышло сцепного устройства автопоезда (Патент №2664469 Германия; МПК B60D 1/155; опубл. 14.05.2013), содержащее сцепную петлю, продольные направляющие, выдвижную трубу для регулирования длины дышла, боковины вилки, заднюю поперечину, запирающий элемент, подшипники.
Недостатком этого дышла 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 дышло сцепного устройства автопоезда (Патент №2772141 РФ; МПК B60D 1/14, B60D 1/145, B60D 1/155; опубл. 18.05.2022), содержащее присоединительное кольцо, амортизационный и рекуперативный механизмы, жестко закрепленный в дышле, соосно его продольной оси, корпус с размещенным в нем гидроцилиндром, снабженным герметичной перегородкой, делящей гидроцилиндр на гидроцилиндры амортизационного и рекуперативного механизмов, гидробак, регулируемые предохранительный и редукционный клапаны, обратные клапаны, пневмогидравлический аккумулятор, присоединительный порт.Принято за прототип.
Однако указанное дышло сцепного устройства обладает ограниченными функциональными возможностями, не позволяющими осуществлять самовытаскивание автопоезда, эксплуатируемого в сложных дорожных и природно-климатических условиях.
Целью изобретения является повышение надежности автопоезда, обеспечение рекуперации энергии, а также придание дышлу сцепного устройства функции самовытаскивания автопоезда.
Это достигается тем, что рекуперативное пневмогидравлическое дышло сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания, содержащее присоединительное кольцо, амортизационный и рекуперативный механизмы, жестко закрепленный в дышле, соосно его продольной оси, корпус с размещенным в нем гидроцилиндром, снабженным герметичной перегородкой, делящей гидроцилиндр на гидроцилиндры амортизационного и рекуперативного механизмов, гидробак, регулируемые предохранительный и редукционный клапаны, обратные клапаны, пневмогидравлический аккумулятор, присоединительный порт, согласно изобретению, дополнительно содержит управляемые пилотными электромагнитами два трехпозиционные четырехлинейные стандартной схемы №44 и двухлинейный нормально закрытый гидрораспределители, поперечину дышла, всасывающий, сливной, всасывающе-сливные, напорные и гибкие трубопроводы; в гидроцилиндры амортизационного и рекуперативного механизмов помещены поршни со штоками, в которых свободный конец штока гидроцилиндра амортизационного механизма жестко соединен с присоединительным кольцом, а свободный конец штока гидроцилиндра рекуперативного механизма жестко соединен с поперечиной дышла; амортизационный механизм включает в себя пневмогидравлический аккумулятор, соединенный с помощью напорного трубопровода с входом первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя и гибкого трубопровода со штоковой полостью гидроцилиндра амортизационного механизма, а выход первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, посредством всасывающе-сливного трубопровода, сообщает поршневую полость гидроцилиндра амортизационного механизма с гидробаком; рекуперативный механизм включает в себя поршневую полость гидроцилиндра рекуперативного механизма, соединенную с помощью напорных трубопроводов с пневмогидравлическим аккумулятором через соединенные последовательно входы второго трехпозиционного четырехлинейного и двухлинейного нормально закрытого гидрораспределителей, при этом напорный трубопровод, установленный между их входами, посредством обратного клапана и всасывающего трубопровода, сообщается с гидробаком, который с помощью всасывающе-сливного трубопровода сообщается с выходом второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя, причем параллельно двухлинейному нормально закрытому гидрораспределителю установлен обратный клапан; пневмогидравлический аккумулятор с помощью напорного и сливного трубопроводов соединен как с гидробаком, посредством регулируемого предохранительного клапана, так и с присоединительным портом посредством регулируемого редукционного клапана.
На фиг.1 представлена схема рекуперативного пневмогидравлического дышла сцепного устройства автопоезда c функцией самовытаскивания; на фиг.2 - его сечение по А-А в статическом состоянии; на фиг.3 - схема, поясняющая работу дышла сцепного устройства при ускорении автопоезда; на фиг.4 - то же, при замедлении автопоезда; на фиг.5 - то же, при самовытаскивании автопоезда.
Рекуперативное пневмогидравлическое дышло сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания размещается между автомобилем 1 и прицепом 2 с помощью закрепленного на раме 3 автомобиля 1 крюка 4. Оно содержит амортизационный и рекуперативный механизмы, присоединительное кольцо 15, жестко закрепленный в дышле 6, соосно его продольной оси, корпус 8 с размещенным в нем гидроцилиндром 9, снабженным герметичной перегородкой 10, делящей гидроцилиндр 9 на гидроцилиндры амортизационного и рекуперативного механизмов, гидробак 22, регулируемый предохранительный 27, регулируемый редукционный 28 и обратные 20 и 21 клапаны, присоединительный порт 29, управляемые пилотными электромагнитами два трехпозиционные четырехлинейные стандартной схемы (№44) 23 и 24 и двухлинейный нормально закрытый 25 гидрораспределители, всасывающий 30, сливной 35, всасывающе-сливные 36 и 37, напорные 31-34 и гибкие 16-19 трубопроводы. При этом в гидроцилиндры амортизационного и рекуперативного механизмов помещены поршни 11 и 12 со штоками 13 и 14, в которых свободный конец штока 13 гидроцилиндра амортизационного механизма жестко соединен с присоединительным кольцом 15, а свободный конец штока 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма жестко соединен с поперечиной 7 дышла 6, шарнирно установленного на поворотной раме 5 передней колесной пары прицепа 2. Амортизационный механизм включает в себя пневмогидравлический аккумулятор 26, соединенный с помощью напорного трубопровода 31 с входом первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 и гибкого трубопровода 16 со штоковой полостью А гидроцилиндра амортизационного механизма, а выход первого трехпозиционного черырехлинейного гидрораспределителя 24, посредством всасывающе-сливного трубопровода 36, сообщает поршневую полость Б гидроцилиндра амортизационного механизма с гидробаком 22. Рекуперативный механизм включает в себя поршневую полость В гидроцилиндра рекуперативного механизма, соединенную с помощью напорных трубопроводов 31-34 с пневмогидравлическим аккумулятором 26 через соединенные последовательно входы второго трехпозиционного четырехлинейного 23 и двухлинейного нормально закрытого 25 гидрораспределителей, при этом напорный трубопровод 33, установленный между их входами, посредством обратного клапана 21 и всасывающего трубопровода 30, сообщается с гидробаком 22, который с помощью всасывающе-сливного трубопровода 37 сообщается с выходом второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 23, причем параллельно двухлинейному нормально закрытому гидрораспределителю 25 установлен обратный клапан 20. Пневмогидравлический аккумулятор 26, в свою очередь, с помощью напорного 31 и сливного 35 трубопроводов соединен как с гидробаком 22, посредством регулируемого предохранительного клапана 27, так и с присоединительным портом 29 посредством регулируемого редукционного клапана 28.
Работа рекуперативного пневмогидравлического дышла сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания основана на использовании кинетической энергии, возникающей в его сцепке от сил инерции масс автомобиля 1 и прицепа 2 при многочисленных переходных процессах движения автопоезда, таких, как: разгон, торможение тормозами и двигателем, повороты, движение по неровностям поверхности дороги и накатом под уклон, переключение передач и др. Дышло 6 сцепного устройства позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для ее дальнейшего полезного использования как для автономной работы самого дышла 6 сцепного устройства, включая обеспечение им режима самовытаскивания автопоезда в условиях бездорожья, временных и недостаточно обустроенных грунтовых дорог (лесовозных дорог, дорог при строительстве магистральных трубопроводов и др.), так и для применения, например, в технологическом гидравлическом оборудовании автопоезда (манипуляторах, пильных и сучкорезных механизмах, аутригерах и др.). При этом дышло 6 сцепного устройства 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. Кроме того, при использовании в дышле 6 сцепного устройства двух трехпозиционных четырехлинейных 23 и 24, одного двухлинейного нормально закрытого 25 гидрораспределителей и предохранительного клапана с регулируемыми дистанционно, с помощью пилотных электромагнитов, золотниками (на фиг.не показаны), дышло 6 сцепного устройства может сопрягаться с бортовой ЭВМ автопоезда, что позволяет автоматически в реальном времени реализовать оптимальные рабочие параметры управления дышлом 6 сцепного устройства.
В неподвижном (статическом) состоянии автомобиля 1 и прицепа 2 (фиг.2) все три гидрораспределителя 23-25 находятся в среднем (нейтральном, нормально закрытом) положении, при этом полости А и В гидроцилиндра 9, заполненные рабочей жидкостью, заблокированы и не находятся под давлением, а штоки 13 и 14 находятся, соответственно, полностью во втянутом и выдвинутом крайних положениях.
Перед началом движения автопоезда водитель из кабины автомобиля 1 с помощью пилотных электромагнитов управления золотниками двух трехпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей 23 и 24 дистанционно, вручную или с помощью бортовой ЭВМ переводит их из положения «нейтральное» (среднее) в положение «включено», а двухлинейный нормально закрытый гидрораспределитель 25 - из положения «выключено» в положение «включено». В этом случае под воздействием давления рабочей жидкости в полостях А и В гидроцилиндра 9, создаваемого пневмогидравлическим аккумулятором 26, благодаря открытым напорным и сливным линиям гидрораспределителей 23-25 и посредством напорных 31-33, всасывающе-сливных 36 и 37 и гибких 16-19 трубопроводов, шток 13 оказывается полностью втянутым в поршневую полость Б гидроцилиндра амортизационного механизма до упора его поршня 11 в герметичную перегородку 10. Одновременно с этим шток 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма находится в крайнем выдвинутом положении под давлением рабочей жидкости в поршневой полости В гидроцилиндра рекуперативного механизма. Для данного случая схема расположения штоков 13 и 14 в гидроцилиндре 9 аналогична схеме, представленной на фиг.2.
l
l
1
2
При трогании с места или движении с ускорением автопоезда (фиг.3) на гидроцилиндр 9 посредством поперечины 7 дышла 6 начинает действовать сила инерции сопротивления движению со стороны массы прицепа 2. По этой причине кинематически связанные между собой крюк 4 и присоединительное кольцо 15 начинают перемещаться с автомобилем 1 (влево на фиг.3) относительно стоящего или отстающего при движении прицепа 2. При этом в начальный момент времени также перемещаются и шток 13 с поршнем 11 гидроцилиндра амортизационного механизма на некоторую величину , повышая давление рабочей жидкости в штоковой полости А гидроцилиндра амортизационного механизма, которая из этой полости поступает через гибкий трубопровод 16 и открытую линию входа первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 в пневмогидравлический аккумулятор 26. При этом, благодаря разряжению, образующемуся в поршневой полости Б гидроцилиндра амортизационного механизма, она заполняется рабочей жидкостью из гидробака 22 через гибкий трубопровод 16, открытую сливную линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 и всасывающе-сливной трубопровод 36. В данном случае амортизационный механизм способствует снижению динамических нагрузок на элементы конструкции автомобиля 1 и прицепа 2 при трогании с места или разгоне автопоезда, повышая плавность его хода как за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 26 и рабочей жидкости, так и за счет сил трения (естественного дросселирования) при ее движении в гибком 16 и напорном 31 трубопроводах. Рекуперативный механизм в данном случае остается в неизменном положении, так как поршневая полость В гидроцилиндра рекуперативного механизма находится под давлением рабочей жидкости благодаря открытым линиям второго трехпозиционного четырехлинейного 23 и двухлинейного нормально закрытого 25 гидрораспределителей, сообщающих эту полость с пневмогидравлическим аккумулятором 26, а штоковая полость Г гидроцилиндра рекуперативного механизма соединена с помощью всасывающе-сливного трубопровода 37 с гидробаком 22. При этом поршень 12 и шток 14 полностью выдвинуты из поршневой полости В гидроцилиндра рекуперативного механизма на величину .
Возвращение дышла 6 сцепного устройства в исходное положение (фиг.2) после окончания разгона и движения автопоезда с установившейся постоянной скоростью происходит за счет давления рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе 26, которая под давлением поступает через открытую входящую линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 и гибкий трубопровод 16 в штоковую полость А гидроцилиндра амортизационного механизма. При этом из поршневой полости Б гидроцилиндра амортизационного механизма рабочая жидкость через гибкий трубопровод 17, открытую выходную линию первого трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 24 и всасывающе-сливной трубопровод 36 вытесняется в гидробак 22.
Работа рекуперативного пневмогидравлического дышла сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания при его движении с отрицательным ускорением (замедлением) или резком торможении заключается в следующем. Трехпозиционные четырехлинейные гидрораспределители 23 и 24 дистанционно переводятся из положения «нейтральное» в положение «включено», а двухлинейный нормально закрытый гидрораспределитель 25 остается в исходном положении «выключено». Прицеп 2 вместе с шарнирно соединенным дышлом 6 и жестко связанными с ним корпусом 8 и поперечиной 7, а также штоком 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма перемещаются под воздействием силы инерции от массы движущегося прицепа 2 в сторону тормозящего автомобиля 1, то есть в сторону рамы 3 автомобиля 1, крюка 4 и присоединительного кольца 15 (влево из положения дышла 6 сцепного устройства, представленного на фиг.2, в положение, представленное на фиг.4). При этом поршень 12 вдвигается в гидроцилиндр рекуперативного механизма и приводит к повышению давления рабочей жидкости в его поршневой полости В и вытеснению рабочей жидкости посредством гибкого трубопровода 18, напорных трубопроводов 31-33 и обратного клапана 20 в пневмогидравлический аккумулятор 26. Этим обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости, которая либо используется для автономной работы самого дышла 6 сцепного устройства в режиме самовытаскивания автопоезда, либо под возросшим давлением поступает непосредственно потребителю через регулируемый редукционный клапан 28 и присоединительный порт 29. В случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 26 рабочая жидкость сбрасывается через регулируемый предохранительный клапан 27 в гидробак 22.
Возвращение дышла 6 сцепного устройства в исходное положение (фиг.2) после окончания торможения автопоезда и его полной остановки или замедления происходит при последующем трогании и дальнейшем движении автопоезда. Это обеспечивается тем, что кинематически связанные между собой рама 3 автомобиля 1, крюк 4, присоединительное кольцо 15 и гидроцилиндр 9 смещаются влево (на фиг.2) относительно дышла 6, корпуса 8, поперечины 7 и штока 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма. При этом в поршневой полости В гидроцилиндра рекуперативного механизма образуется разряжение рабочей жидкости, благодаря которому компенсирующий ее объем поступает в поршневую полость В гидроцилиндра рекуперативного механизма из гидробака 22 посредством всасывающего трубопровода 30, обратного клапана 21, напорных трубопроводов 33 и 34, открытой линии входа второго трехпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 23 и гибкого трубопровода 18.
Далее, при движении автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на автомобиль 1 и прицеп 2, рассмотренные рабочие циклы дышла 6 сцепного устройства чередуются аналогичным образом в описанной выше последовательности.
l
l
l
+l
l
l
l
min
max
min
1
max
2
max
1
max
2
max
Самовытаскивание автопоезда, застрявшего, например, при движении по недостаточно обустроенным грунтовым дорогам, осуществляется за счет толкающего воздействия дышла 6 сцепного устройства при принудительно заторможенном прицепе 2. С этой целью перед началом самовытаскивания поршни 11 и 12 с соответствующими штоками 13 и 14 гидроцилиндров амортизационного и рекуперативного механизмов приводятся в положение, представленное на фиг.4, в котором минимальная длина гидроцилиндра 9 с полностью втянутыми штоками 13 и 14 составит . Это обеспечивается переключением трехпозиционных четырехлинейных гидрораспределителей 23 и 24 в положение «включено», а двухлинейного нормально закрытого гидрораспределителя 25 - в положение «реверс», при которых с помощью напорных 31-33, всасывающе-сливных 36 и 37 и гибких 16-19 трубопроводов полости А и Г гидроцилиндра 9 заполняются рабочей жидкостью под давлением из пневмогидравлического аккумулятора 26, а из полостей Б и В гидроцилиндра 9 рабочая жидкость вытесняется в гидробак 22. После этого ручным способом или дистанционно тормоза прицепа 2 переключаются во включенное положение, а если прицеп 2 оборудован устройством, стопорящим от поворота его поворотную ось, то осуществляется и стопорение этой оси. Затем водитель переключает второй трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 23 в положение «включено», а первый трехпозиционный четырехлинейный гидрораспределитель 24 - в положение «реверс», в результате чего полости Б и В гидроцилиндра 9 заполняются рабочей жидкостью под давлением из пневмогидравлического аккумулятора 26, а рабочая жидкость из полостей А и Г гидроцилиндра 9 вытесняется в гидробак 22. Таким образом, поршни 11 и 12 с соответствующими штоками 13 и 14 гидроцилиндров амортизационного и рекуперативного механизмов занимают положение, представленное на фиг.5, при котором благодаря максимально выдвинутым штокам 13 и 14 наибольшая длина гидроцилиндра 9 достигнет величины =+. То есть толкающее усилие гидроцилиндра 9 будет воздействовать на застрявший автомобиль 1 относительно заторможенного прицепа 2 на величину перемещения, равную +. При необходимости, после передвижения автомобиля 1 на указанную величину, но еще недостаточную для полного самовытаскивания автопоезда, процесс поэтапно повторяется аналогичным образом с той лишь разницей, что в этом случае предварительно затормаживается автомобиль 1, а прицеп 2 растормаживается и подтягивается дышлом 6 сцепного устройства к автомобилю 1 на минимальное расстояние (фиг.4) путем соответствующего переключения трехпозиционных четырехлинейных 23 и 24 и двухлинейного нормально закрытого 25 гидрораспределителей.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и его движении с замедлением, вследствие демпфирующих свойств гидросистемы, обеспечивается существенное снижение максимальных значений знакопеременных динамических нагрузок на конструкции автомобиля 1 и прицепа 2, вследствие чего повышается их надежность. Это достигается, в том числе, за счет наличия в гидросистеме дистанционно управляемого, регулируемого предохранительного клапана 27, позволяющего как в ручном, так и в автоматическом режимах с применением бортовой ЭВМ автомобиля 1, в зависимости от массы перевозимого в прицепе 2 груза и воздействия на автопоезд других многочисленных факторов, обеспечивать оптимальные параметры дышла 6 сцепного устройства.
Такое исполнение заявляемого рекуперативного пневмогидравлического дышла сцепного устройства автопоезда с функцией самовытаскивания позволяет повысить его эффективность за счет снижения расхода топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости, увеличить надежность автопоезда вследствие демпфирующих свойств гидросистемы дышла сцепного устройства и, соответственно, снизить динамические нагрузки на автомобиль и прицеп, дает возможность как в ручном, так и в автоматическом режимах обеспечивать улучшение плавности хода при движении автопоезда, и, таким образом, более благоприятные условия труда водителя, упростить и удешевить конструкции малоэффективных традиционных сцепных устройств автомобиля путем их замены на простой по устройству крюк. Кроме этого, заявляемое дышло обеспечивает эффект самовытаскивания автопоезда, что существенно повышает его проходимость при движении по недостаточно обустроенным грунтовым дорогам.