УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОВОРОТНОГО ДВИЖЕНИЯ МЕЖДУ ТАНДЕМНЫМ ИЛИ ГУСЕНИЧНЫМ МОСТОМ И КОРПУСОМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, А ТАКЖЕ СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ
DEVICE FOR PROVIDING PIVOTAL MOTION BETWEEN A TANDEM OR CRAWLER AXLE AND A VEHICLE BODY  AND ALSO A RELEVANT METHOD

Уровень техники
[0001] Настоящее изобретение относится к устройству в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения для обеспечения поворотного движения между тандемным или гусеничным мостом и корпусом транспортного средства.
[0002] Настоящее изобретение относится также к устройству в соответствии с ограничительной частью пункта 8 формулы изобретения для обеспечения поворотного движения между тандемным или гусеничным мостом и корпусом транспортного средства.
[0003] Одной из важных областей применения технического решения такого типа является стабилизирующая система, предназначенная для стабилизации поперечного крена кабины транспортного средства, например, с шарнирно-сочлененной рамой. Одной из групп транспортных средств этого типа являются лесохозяйственные машины, водители которых вследствие рабочих условий в качающемся транспортном средстве подвергаются воздействию низкочастотных колебаний (от 0,5 до 10 Гц) с нерегулярно изменяющейся амплитудой, что вредно влияет на здоровье. Вредное воздействие колебаний на водителя проявляется в усталости, снижении эффективности работы и напряжении, направленном на мышечно-скелетную систему и позвоночник, особенно в нижней части спины. Кроме прочих исследований воздействие этих колебаний на здоровье человека обсуждалось в работах авторов Griffin (1990) и Dupris & Zerlett (1986). Известно, что в лесохозяйственных машинах, особенно - в форвардерах, наиболее вредны поперечные движения или поперечное раскачивание относительно продольной оси машины. Обычно это раскачивание вызывается тем, что колесо или гусеница форвардера наезжает с одной стороны на высокое препятствие, такое как камень или пень. Обычно раскачивание тем сильнее, чем больше неровность земли и чем выше скорость транспортного средства.
[0004] Раскачивание транспортного средства снижает не только комфорт водителя, но также устойчивость транспортного средства и сохранение почвы. Посредством демпфирования раскачивания можно повысить скорость транспортного средства, что непосредственно влияет на его производительность.
[0005] Указанные проблемы решены различными способами, например, в современных лесохозяйственных машинах. Простым путем является замена двухколесного моста специальным балансирным тандемным мостом, который за счет действия зубчатой передачи между колесами до некоторой степени выравнивает раскачивание транспортного средства, поскольку балансирный тандемный мост стремится, по существу, наполовину уменьшить вызываемое препятствием раскачивание. С другой стороны, данное решение приводит к двум меньшим раскачиваниям вместо только одного, зависящего от размера и формы препятствия, что само по себе не может приветствоваться. Направленные к водителю ускорения могут быть также снижены путем использования активной подвески, например, разработанной в автомобильной промышленности. Однако этот тип активной подвески не устраняет низкочастотные поперечные раскачивания, которые, в частности, направлены к кабине и согласно исследованиям наиболее вредны для здоровья.
[0006] Большинство лесохозяйственных машин имеют конструкцию из двух корпусов, и в этом случае передняя и задняя корпусные части соединены друг с другом посредством шарнирного узла с двумя степенями свободы, что делает возможным управление машиной и обычно также позволяет корпусным частям поворачиваться относительно друг друга, если мосты обеих частей жестко прикреплены к корпусам. Другая обычная конструкция предусматривает выполнение моста одного корпуса балансирным, если в шарнирном узле между корпусами не предусмотрена степень свободы, допускающая поворот корпусов, по существу, вокруг продольной оси машины.
[0007] В механической силовой трансмиссии в принципе используются как обычные, так и балансирные тандемные мосты. Ходовые мосты балансирных колесных пар обычно жестко прикреплены к корпусу. Балансирный тандемный мост более равномерно распределяет силу сцепления и давление на поверхность земли, а также до некоторой степени выравнивает раскачивание. В типовом случае балансирный тандемный мост обеспечивает лучшее движение на уклонах и на земле при плохих несущих условиях благодаря большей площади контакта и меньшему давлению на поверхность. Кроме того, за счет балансирных тандемных мостов центр тяжести машины может быть расположен ниже без существенного ущерба для клиренса, и это способствует устойчивости машины. Обычные мосты для двух колес могут быть прикреплены к корпусу как жестко, так и с возможностью поворота, т.е. как мост с независимой подвеской. Второй мост обычно является неподвижным, тогда как другой мост - с независимой подвеской.
[0008] В опубликованном патенте ЕР 0824413 раскачивание кабины транспортного средства контролируется устройством, в котором мост, который, по существу, раскачивается относительно продольной оси транспортного средства, расположен на переднем корпусе, выполненном с возможностью поворота относительно заднего корпуса. Передний корпус снабжен по меньшей мере одним исполнительным органом для управления мостом с независимой подвеской. Смещение центра тяжести переднего корпуса в поперечном направлении относительно продольной оси переднего корпуса вызывает толкающее или тянущее движение, которое выравнивает смещение центра тяжести до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие в исполнительном органе и, по существу, горизонтальное положение корпуса. Таким путем может быть снижено или устранено поперечное раскачивание переднего корпуса под действием неровностей земли. Масса, которую должно перемещать устройство этого типа, относительно невелика, так что требуемая гидравлическая мощность в устройстве не слишком высока.
[0009] Раскрытое выше устройство хорошо работает при управлении мостом с независимой подвеской, однако неприменимо как таковое для управления колесами, установленными на тандемном мосте. Поскольку использование тандемных мостов продолжает распространяться все больше, связанное с ними управление раскачиванием также становится все важнее.
[0010] Известные технические решения позволяют поддерживать кабину водителя, по существу, непрерывно в горизонтальном положении. Однако когда стабилизирующая ось расположена высоко, невозможно избежать поперечного возвратно-поступательного движения, которое вызывается указанным выше поперечным раскачиванием или креном, действующим на водителя. Эта является проблемой во многих стабилизирующих системах для кабин лесохозяйственных машин.
Сущность изобретения
[0011] Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание устройства и способа, которые позволяют, по меньшей мере, в основном устранить указанные проблемы. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что устройство и способ, обеспечивающие возможность поворотного движения между тандемным или гусеничным мостом и корпусом транспортного средства, имеют признаки, раскрытые в пунктах формулы изобретения.
[0012] В частности, указанные проблемы могут быть решены с помощью комбинации признаков, указанных в отличительных частях пунктов 1 и 8.
[0013] Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах.
[0014] При обеспечении возможности поворотного движения кабины или другой части транспортного средства относительно основного корпуса транспортного средства выгодно расположить ось поворота этой части насколько возможно близко к поверхности земли, по которой движется транспортное средство, при этом может быть также снижено до минимума поперечное раскачивание транспортного средства. Другими словами, действующее на водителя поворотное движение может быть демпфировано и даже полностью устранено также и по отношению к высоко расположенной стабилизирующей оси. Техническое решение очень просто для выполнения, когда транспортное средство содержит мост с независимой подвеской, управляющий парой колес. Очевидно, что в машине, оснащенной тандемным или гусеничным мостом, решение проблемы более сложно. Теоретически можно применить в транспортном средстве сходное решение путем замены моста с независимой подвеской новаторским типом балансирного тандемного моста. Такой тип балансирного тандемного моста затем можно было бы применить к раскачиванию относительно продольной оси транспортного средства и одновременно относительно его основного корпуса. Однако сочлененная конструкция такого балансирного тандемного моста была бы громоздкой и дорогостоящей вследствие данных требований. Высокая стоимость конструкции обусловлена тем фактом, что из-за четырех точек контакта с поверхностью земли, расположенных относительно далеко друг от друга, балансирный тандемный мост передавал бы на корпус значительно более высокие усилия, чем более обычный мост с независимой подвеской двух колес, который не срезает грунт в поперечном направлении при управлении транспортным средством с шарнирно-сочлененной рамой. Это явление особенно сильно выражено в транспортных средствах с шарнирно-сочлененной рамой, таких как лесохозяйственные машины.
[0015] При более крупной конструкции возрастали бы также габаритные размеры и масса машины, что ухудшало бы рабочие и транспортные характеристики транспортного средства.
[0016] В настоящем техническом решении указанные проблемы были устранены благодаря оснащению транспортного средства отдельным вспомогательным корпусом. В свою очередь этот вспомогательный корпус сочленен, по существу, концентрично с основным корпусом транспортного средства, который оснащен обычным тандемным или гусеничным мостом, снабженным дифференциальной зубчатой передачей. При применении технического решения к транспортному средству с шарнирно-сочлененной рамой основной корпус известным образом соединяет рулевой шарнир транспортного средства с шарнирно-сочлененной рамой, а тандемный или гусеничный мост жестко прикреплен к основному корпусу. При этом нагрузка передается от рулевого шарнира на болтовое крепление тандемного или гусеничного моста, как и раньше, без необходимости наличия промежуточной системы подшипников, как это потребовалось бы для тандемного или гусеничного моста с независимой подвеской.
[0017] Благодаря тому, что в техническом решении согласно изобретению не требуется отдельного сочленения балансирного тандемного моста с корпусом транспортного средства, который воспринимает усилия от земли и силовой трансмиссии, можно также предотвратить увеличение собственного веса транспортного средства. В то же время это дало возможность сделать шарнирную механику транспортного средства насколько это возможно простой, а гидравлическая система или управление поворотом не стали значительно сложнее, чем раньше.
[0018] При установке кабины на подвижном вспомогательном корпусе кабели и трубопроводы систем отопления, вентиляции и устройства управления между кабиной и вспомогательным корпусом не могут повреждаться из-за направленного на них непрерывного трения, как это имеет место в обычных противодействующих раскачиванию и стабилизирующих технических решениях для кабины. Таким образом, эксплуатационная надежность транспортного средства значительно улучшается по сравнению с конструкцией, которая регулирует только горизонтальное положение кабины.
[0019] Настоящее изобретение обеспечивает также другие значительные преимущества. Поэтому в дополнение к повышению комфорта и улучшению эргономики для водителя транспортное средство может приводиться в движение с более высокой скоростью, что повышает его производительность. Так, например, способность проходить поверх высокого и так называемого «короткого» препятствия, такого как камень или пень на грунте, явно лучше, чем в решениях из уровня техники, так как вспомогательный корпус, поддерживающий кабину относительно основного корпуса, или какой-либо другой установленный на основном корпусе вспомогательный корпус может удерживаться в более прямом положении, чем раньше. Благодаря возможности использовать конструкцию тандемного моста как на переднем, так и на заднем корпусе транспортного средства поверхностное давление колес распределяется более равномерно, чем раньше, так что снижается повреждение грунта и корневой системы, обычно вызываемое лесохозяйственной машиной, а движение по мягкой базовой поверхности становится легче. Соответственно может быть снижена пиковая нагрузка на отдельную половину системы тандемного или гусеничного моста (пары колес системы тандемного или гусеничного моста с одной стороны машины) при более равномерном распределении нагрузки на все колеса машины.
[0020] При использовании настоящего решения в лесохозяйственной машине, например, в высокой лесохозяйственной машине, используемой на участке прореживания, и особенно в машине с высоким расположением грузовой площади машина может проезжать даже по узкой трелевочной дороге без повреждения деревьев сбоку от дороги. Это возможно благодаря тому, что корпус транспортного средства может поддерживаться в вертикальном состоянии лучше, чем раньше. За счет этого можно избегать повреждения окружающих деревьев от поперечного раскачивания.
[0021] Кроме того, снижено напряжение корпуса и ходовых мостов транспортного средства, что уменьшает потребность в техническом обслуживании и ремонте.
[0022] Другие преимущества изобретения раскрыты в последующем подробном раскрытии конкретных примеров осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
[0023] Далее будут подробно представлены некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 схематично изображает в аксонометрии конструкцию существующего корпуса лесохозяйственной машины,
фиг. 2 изображает более подробно часть конструкции переднего корпуса лесохозяйственной машины по фиг. 1,
фиг. 3 схематично изображает соединение вспомогательного корпуса и основного корпуса друг с другом,
фиг. 4 и 5 изображают поведение системы при проходе поверх препятствия,
фиг. 6 изображает конструкцию корпуса в альтернативном варианте осуществления,
фиг. 7 изображает грузовое помещение на вспомогательном корпусе по фиг. 6.
Подробное раскрытие предпочтительных вариантов осуществления изобретения
[0024] На чертежах конструкция, обеспечивающая возможность поворота между тандемным или гусеничным мостом и корпусом транспортного средства, показана не в масштабе, чертежи имеют схематичный вид и иллюстрируют принцип действия предпочтительных примеров выполнения. Конструктивные компоненты обозначены на чертежах теми же позициями, которыми они обозначены в описании.
[0025] В дальнейшем описание конструкции и ее действия дано применительно к лесохозяйственной машине. Хотя показанный пример выполнения относится к лесохозяйственной машине с шарнирно-сочлененной рамой, изобретение не ограничивается данной конструкцией, а может использоваться также в других транспортных средствах как с одним, так и с несколькими корпусами, независимо от того, оснащены они шарнирно-сочлененной рамой или нет.
[0026] Как показано на фиг. 1, в предпочтительном варианте осуществления транспортное средство представляет собой лесохозяйственную машину, причем на фиг. 1 показаны ее передний корпус 1 и установленная на нем кабина 2. Передний корпус 1 оснащен тандемным мостом 3, который выходит на обе стороны корпуса, причем на чертеже только правая по направлению движения сторона тандемного моста показана оснащенной колесами 4. Задний корпус 5 соединен с передним корпусом шарнирным узлом 6 корпусов, имеющим две степени свободы. Задний корпус также оснащен тандемным мостом 7, который выходит на обе стороны корпуса, причем на чертеже только правая по направлению движения сторона тандемного моста показана оснащенной колесами 8. Шарнирный узел, соединяющий передний и задний корпуса, известным образом позволяет переднему и заднему корпусам поворачиваться относительно продольной оси транспортного средства (вращающийся шарнир, обеспечивающий возможность адаптации к рельефу местности) и поворачиваться относительно друг друга вокруг вертикальной оси, пересекающей шарнирный узел (шарнирный узел шарнирно-сочлененной рамы).
[0027] Хотя в дальнейшем решение раскрыто применительно к тандемному мосту с колесами, данная конструкция может быть также оснащена, например, мостом с гусеницами на обеих сторонах корпуса. Этот тип тандемного или гусеничного моста предпочтительно имеет независимую подвеску, однако раскрываемая далее изобретательская идея применима также к тандемному или гусеничному мосту без независимой подвески.
[0028] По меньшей мере один из переднего корпуса 1 или заднего корпуса 5 состоит из основного корпуса 9 и вспомогательного корпуса 11, соединенного с ним с возможностью поперечного поворота относительно продольной оси 10 транспортного средства или, по существу, параллельной ей оси. Здесь продольной осью является ось, по существу, параллельная направлению движения транспортного средства. Поскольку передний и задний корпуса предпочтительно оснащены тандемными мостами 3 и 7 предпочтительно с независимой подвеской колес, то по меньшей мере один из этих тандемных мостов, по существу, жестко соединен с основным корпусом 9 такого типа. Рассматриваемый корпус дополнительно содержит по меньшей мере один исполнительный орган 12 для управления поворотным движением между основным корпусом и вспомогательным корпусом. Действующий на кабину 2 поперечный наклон и вызываемые им изменения режима движения, а также изменения положения за счет вектора ускорения вследствие гравитационной силы приводят в действие исполнительный орган 12 для компенсации изменения положения.
[0029] Благодаря этому поворотному движению может поддерживаться, по существу, горизонтальное положение вспомогательного корпуса, так что его поперечное раскачивание при движении транспортного средства по неровной поверхности может быть уменьшено или устранено. В данном контексте под горизонтальным положением понимается нормальное положение помещения, при котором нижняя поверхность помещения,  в данном случае, например, пол кабины,  по существу, горизонтален, а водитель транспортного средства в кабине сидит, по существу, в вертикальном положении.
[0030] В качестве примера на фиг. 2 и 3 более подробно показан основной корпус 9, образующий передний и/или задний корпус, и вспомогательный корпус 11, который поворачивается относительно продольной оси 10 транспортного средства или, по существу, параллельной ей оси. Как показано в варианте осуществления, представленном на чертежах, вспомогательный корпус предпочтительно должен быть прикреплен к основному корпусу с помощью вращающегося шарнира, который в данном примере образован по меньшей мере двумя подшипниковыми системами 13 и 14 для обеспечения достаточной конструктивной жесткости. Далее, целесообразно расположить ось вращения вращающихся шарниров так, чтобы она, по существу, была совмещена с осью вращения шарнирного узла 6 корпусов, что обеспечивает возможность поворота переднего и заднего корпусов относительно продольной оси транспортного средства. Здесь ось вращения вращающихся шарниров представлена продольной осью 10, обозначенной на фиг. 2 и 3. В простейшем примере исполнения вращающийся шарнир может быть обеспечен путем использования шарнирного узла 6 корпусов, обеспечивающего возможность поворота переднего и заднего корпусов относительно продольной оси транспортного средства, в качестве второй подшипниковой системы 14, как показано на фиг. 2.
[0031] В варианте осуществления, представленном на фиг. 3, вспомогательный корпус 11 соединен с основным корпусом 9 с помощью, по существу, параллельных поперечных конструкций, выполненных в них. При этом по меньшей мере два фланца 15 проходят от вспомогательного корпуса до поперечных стенок 16 основного корпуса, при этом на чертеже показана только передняя пара стенок. Поперечные стенки и фланцы соединены друг с другом с помощью подшипников и предпочтительно немного отстоят друг от друга в направлении продольной оси транспортного средства, чтобы допускать их относительный поворот вокруг продольной оси 10.
[0032] В простейшем виде исполнительный орган 12, управляющий относительным поворотом основного корпуса 9 и вспомогательного корпуса 11, содержит гидравлический или пневматический исполнительный орган, прикрепленный к противолежащим проушинам 17 и 18 двух корпусных частей, как показано на фиг. 2. Однако это не препятствует использованию линейного двигателя или другого исполнительного органа, способного к достаточно быстрому движению, в сочетании с подходящей трансмиссией или механическими средствами передачи движения.
[0033] В одном из вариантов осуществления, где оба тандемных или гусеничных моста 3 и 7 в транспортном средстве прикреплены к основному корпусу 9 и 9b корпуса 1 и 5, принимающего тандемный или гусеничный мост, оба вспомогательных корпуса 11 и 11b также выполнены с возможностью поворота относительно продольной оси 10 транспортного средства или, по существу, параллельной ей оси. Этот тип транспортного средства имеет предпочтительно две системы управления для исполнительного органа 12 и 12b, независимые друг от друга. Первая система управления управляет, например, поперечным раскачиванием между основным и вспомогательным корпусами переднего корпуса 1. Вторая система управления управляет, например, поперечным раскачиванием между основным и вспомогательным корпусами заднего корпуса 5. Одновременно система этого типа управления работой исполнительного органа заднего корпуса предпочтительно взаимодействует с системой управления шарнирным узлом 6 корпусов, соединяющим передний и задний корпуса транспортного средства.
[0034] Последний упомянутый пример выполнения показан на фиг. 6 и 7. В этом примере выполнения вспомогательный корпус 11b, соединенный с помощью подшипников с основным корпусом 9b, на своем противоположном конце соединен с помощью подшипников с передним корпусом посредством шарнирного узла 6 корпусов, который одновременно образует вторую подшипниковую систему поворотного соединения, необходимого в системе. Как показано на фиг. 7, грузовое пространство 19 лесохозяйственной машины, по существу, жестко соединено со вспомогательным корпусом, и это означает, что поддержание горизонтального положения грузового пространства во время движения может обеспечиваться путем использования двух исполнительных органов, управляющих действием шарнирного узла корпусов и исполнительного органа в соединении с основным корпусом 9b.
[0035] Фиг. 4 и 5 иллюстрируют действие данной системы и способа. Так, на фиг. 4 транспортное средство приближается к препятствию, которое выступает вертикально из окружающего грунта 20 и расположено на одной стороне транспортного средства. Как показано на фиг. 5, левая сторона колесного тандемного моста начинает проходить поверх препятствия 21 с выравниванием посредством качательного движения вызванного препятствием бокового крена, которое направлено, помимо прочего, к кабине 2. Одновременно система управления и управляющие ее действием датчики в транспортном средстве выявляют изменение в режиме движения транспортного средства и особенно изменение положения по вектору ускорения, вызванное гравитацией, и инициируют тянущее движение исполнительного органа 12 для компенсации изменения положения.
[0036] Вспомогательный корпус 11 обычно поддерживается горизонтально в боковом направлении положении и при нулевой угловой скорости поворота вокруг продольной оси вспомогательного корпуса. В некоторых ситуациях может быть также предпочтителен временный наклон вспомогательного корпуса, если он улучшает компенсацию поперечного раскачивания. Это может выполняться, например, в ситуациях, когда механический свободный ход управляемого шарнирного узла или исполнительного органа препятствует полной компенсации поперечного крена относительно горизонтали, однако компенсация поперечного раскачивания должна быть возможной в обоих направлениях.
[0037] Тянущее движение исполнительного органа 12 вызывает поворот несущего кабину 2 вспомогательного корпуса 11 вокруг продольной оси 10, что обеспечивает быструю и энергетически экономичную компенсацию вредного поперечного раскачивания. Когда система работает достаточно быстро и надлежащим образом, указанный вспомогательный корпус 11 предпочтительно может удерживаться, по существу, без вращения, по меньшей мере, относительно осей, параллельных продольной оси 10, а шарнирно прикрепленный под вспомогательным корпусом 11 основной корпус 9 с его тандемными мостами движется в соответствии с рельефом местности.
[0038] Для специалиста в данной области очевидно, что по мере развития технологии основная идея описанного решения может осуществляться различными путями. Таким образом, раскрытое изобретение не ограничивается примерами его осуществления, которые могут изменяться в пределах объема защиты, определяемого пунктами формулы изобретения.
[0039] Так, в соответствии с раскрытым выше, система может содержать транспортное средство в виде всего одной корпусной части 1, оснащенной тандемным мостом 3 или гусеничным мостом. Этот тип корпуса содержит основной корпус 9 и вспомогательный корпус 11, прикрепленный к нему с возможностью поворота относительно продольной оси в основном направлении движения транспортного средства, тогда как тандемный или гусеничный мост, по существу, жестко прикреплен к основному корпусу.
[0040] За счет оснащения корпусной части 1 по меньшей мере одним исполнительным органом 12, расположенным между основным корпусом 9 и вспомогательным корпусом 11, можно обеспечить управляемое относительное поворотное движение основного корпуса и вспомогательного корпуса. Это тип управления срабатывает, когда на транспортное средство направлены силы, действующие в направлении, поперечном продольной оси транспортного средства. При этом положение вспомогательного корпуса, который поддерживается горизонтально относительно силы тяжести (то есть в горизонтальной плоскости), может измеряться, например, с помощью известных инерционных датчиков, таких как инклинометр, гироскоп, различных одноосных или многоосных датчиков ускорения или комбинации указанных датчиков. В то же время целесообразно также непрерывно отслеживать угловую скорость и угловое ускорение вспомогательного корпуса, например, с помощью гироскопа. На основании измеренных данных достигается толкающее или тянущее движение исполнительного органа для управления вспомогательным корпусом и его поворота относительно основного корпуса и поддержания, по существу, горизонтального положения вспомогательного корпуса. Для обеспечения адекватного толкающего или тянущего движения можно также измерять угол поворота между основным и вспомогательным корпусами.
[0041] Предпочтительно имеется возможность интегрирования указанных датчиков в качестве компонентов модуля управления системы управления, которая сама по себе известна, с расположением датчиков внутри модуля управления или в непосредственной близости к нему.
[0042] В предпочтительном примере осуществления вспомогательный корпус 11 соединен с основным корпусом 9 с помощью вращающегося шарнира, который может содержать по меньшей мере две концентричные подшипниковые системы, расположенные на расстоянии друг от друга в направлении оси вращения.