Рекуперативное пневмогидравлическое сцепное устройство автопоезда
REGENERATIVE PNEUMOHYDRAULIC COUPLING DEVICE OF A ROAD 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. 25.03.1986), 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 его большие габаритные размеры при полном выдвижении двухсекционной телескопической стрелы, ограничивающие область применения устройства.
Известно сцепное устройство автопоезда (Патент № 2149765 РФ; B60D 1/145; опубл. 27.05.2000), содержащее дышло, гидроцилиндр, жестко соединенный с дышлом, 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 этого, оно не предусматривает использование 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. 20.11.2013), 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 преждевременному выходу из строя сцепного устройства 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 рекуперативный механизм, дышло, присоединительное кольцо, корпус цилиндрической формы с размещенным в нем гидроцилиндром, гидробак, предохранительный, редукционный и обратные клапаны, трубопроводы, два пневмогидравлических аккумулятора и присоединительный порт потребителя рекуперируемой рабочей жидкости. Принято за прототип.
Указанное сцепное устройство автопоезда обладает большой массой, ввиду наличия двух пневмогидравлических аккумуляторов, а также конструктивно сложным в изготовлении рекуперативным механизмом.
Целью изобретения является снижение массы и упрощение конструкции рекуперативного механизма сцепного устройства автопоезда.
Это достигается тем, что рекуперативное пневмогидравлическое сцепное устройство автопоезда, содержащее рекуперативный механизм, дышло, присоединительное кольцо, корпус цилиндрической формы с размещенным в нем гидроцилиндром, гидробак, предохранительный, редукционный и обратные клапаны, трубопроводы, пневмогидравлический аккумулятор и присоединительный порт потребителя рекуперируемой рабочей жидкости, согласно изобретению, дополнительно содержит амортизационный механизм, корпус цилиндрической формы выполнен с днищем и жестко закреплен в дышле соосно его продольной оси, причем в корпусе цилиндрической формы выполнен продольный паз, а внутри гидроцилиндра выполнена герметичная перегородка, делящая его на два гидроцилиндра – амортизационного и рекуперативного механизмов, при этом в каждый из гидроцилиндров 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 днищем корпуса цилиндрической формы; амортизационный механизм устройства включает в себя пневмогидравлический аккумулятор, соединенный с помощью гибкого трубопровода со штоковой полостью гидроцилиндра амортизационного механизма; рекуперативный механизм включает в себя поршневую полость гидроцилиндра рекуперативного механизма, которая посредством гибкого трубопровода и продольного паза в корпусе цилиндрической формы сообщается как с гидробаком с помощью обратного клапана и всасывающего трубопровода, так и с пневмогидравлическим аккумулятором, посредством обратного клапана и напорного трубопровода, кроме этого, пневмогидравлический аккумулятор с помощью напорного трубопровода соединен как с гидробаком посредством регулируемого предохранительного клапана, так и с присоединительным портом потребителя рекуперируемой рабочей жидкости посредством регулируемого редукционного клапана.
На фиг. 1 представлена схема рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства автопоезда; на фиг. 2 – то же, сечение по А-А в статическом состоянии; на фиг. 3 – схема, поясняющая работу устройства при ускорении автопоезда, на фиг. 4 – то же, при замедлении автопоезда.
Рекуперативное пневмогидравлическое сцепное устройство автопоезда (фиг. 1) содержит амортизационный и рекуперативный механизмы, которые размещаются 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. В дышле 6 соосно его продольной оси жестко закреплен корпус 7, выполненный цилиндрической формы, с днищем, и с размещенным в нем гидроцилиндром 9, причем в корпусе 7 цилиндрической формы выполнен продольный паз 8. Внутри гидроцилиндра 9 выполнена герметичная перегородка 10, делящая гидроцилиндр 9 на два гидроцилиндра – амортизационного и рекуперативного механизмов, при этом в каждый из гидроцилиндров помещены поршни 12, 14 со штоками 11, 15, в которых свободный конец штока 11 гидроцилиндра амортизационного механизма жестко соединен с присоединительным кольцом 13, а свободный конец штока 15 гидроцилиндра рекуперативного механизма жестко соединен с днищем корпуса 7 цилиндрической формы. Амортизационный механизм устройства включает в себя пневмогидравлический аккумулятор 23, соединенный с помощью гибкого трубопровода 16 со штоковой полостью А гидроцилиндра амортизационного механизма. Рекуперативный механизм включает в себя поршневую полость Б гидроцилиндра рекуперативного механизма, которая посредством гибкого трубопровода 17 и продольного паза 8 в корпусе 7 цилиндрической формы сообщается как с гидробаком 22 с помощью обратного клапана 18 и всасывающего трубопровода 20, так и с пневмогидравлическим аккумулятором 23, посредством обратного клапана 19 и напорного трубопровода 21. Пневмогидравлический аккумулятор 23 с помощью напорного трубопровода 21 соединен как с гидробаком 22 посредством регулируемого предохранительного клапана 24, так и с присоединительным портом 26 потребителя рекуперируемой рабочей жидкости посредством регулируемого редукционного клапана 25.
Работа рекуперативного пневмогидравлического 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 или двигателем, повороты, движение по неровностям поверхности дороги и накатом под уклон, переключение передач и др. Устройство позволяет преобразовывать эту энергию в потенциальную для ее дальнейшего полезного использования, например, в технологическом гидравлическом оборудовании автопоезда (манипуляторах, пильных и сучкорезных механизмах, аутригерах и др.). При этом эффективность предлагаемого устройства хорошо адаптирована 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 автомобиля 1 и прицепа 2 (фиг. 2) под воздействием давления рабочей жидкости в штоковой полости А гидроцилиндра амортизационного механизма, создаваемого пневмогидравлическим аккумулятором 23 посредством гибкого трубопровода 16, поршень 12 гидроцилиндра амортизационного механизма, шток 11 которого жестко соединен с присоединительным кольцом 13, втянут в нерабочую полость В гидроцилиндра амортизационного механизма до соприкосновения с герметичной перегородкой 10. При этом поршень 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма, шток 15 которого жестко соединен с днищем корпуса 7, расположен в крайнем положении нерабочей полости Г гидроцилиндра рекуперативного механизма.
При трогании с места или движении с ускорением автопоезда (фиг. 3) на корпус 7 посредством 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 13 начинают перемещаться с автомобилем 1 (влево на фиг. 3). При этом в начальный момент также перемещается и шток 11 с поршнем 12 гидроцилиндра амортизационного механизма, повышая давление рабочей жидкости в штоковой полости А гидроцилиндра амортизационного механизма, которая из этой полости поступает через гибкий трубопровод 16 в пневмогидравлический аккумулятор 23 амортизационного механизма, причем гидроцилиндр 9 ограничен в перемещении относительно корпуса 7 продольным пазом 8 и поршнем 14 гидроцилиндра рекуперативного механизма, шток 15 которого жестко соединен с днищем корпуса 7. В данном случае амортизационный механизм способствует снижению нагрузки на элементы конструкции автомобиля 1 и прицепа 2 при трогании с места или разгоне автопоезда, повышая плавность его хода в момент начала движения как за счет демпфирующих свойств пневмогидравлического аккумулятора 23 и самой рабочей жидкости, так и за счет сил трения (естественного дросселирования) при ее движении в гибком 16 и напорном 21 трубопроводах.
Возвращение рекуперативного пневмогидравлического 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 23 амортизационного механизма, которая поступает через гибкий трубопровод 16 в штоковую полость А гидроцилиндра амортизационного механизма.
Работа рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства при движении автопоезда с отрицательным ускорением (замедлением) или резком торможении заключается в следующем. Прицеп 2, соединенный с дышлом 6 корпус 7, а также шток 15 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 13 (влево из положения устройства, представленного на фиг. 2, в положение на фиг. 4). Одновременно с этим поршень 14 вдвигается в гидроцилиндр рекуперативного механизма и приводит к повышению давления рабочей жидкости в поршневой полости Б гидроцилиндра рекуперативного механизма, вытеснению ее посредством гибкого трубопровода 17, обратного клапана 19 и напорного трубопровода 21 в пневмогидравлический аккумулятор 23 амортизационного механизма. Этим обеспечивается рекуперация энергии рабочей жидкости, которая под возросшим давлением поступает либо непосредственно потребителю через регулируемый редукционный клапан 25 и присоединительный порт 26, либо, в случае полной зарядки пневмогидравлического аккумулятора 23, сбрасывается через регулируемый предохранительный клапан 24 в гидробак 22.
Возвращение рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства автопоезда в исходное положение (фиг. 2) после окончания его торможения происходит при последующем трогании и движении автопоезда. Вследствие этого кинематически связанные рама 3, крюк 4, присоединительное кольцо 13 и гидроцилиндр 9 смещаются влево относительно корпуса 7. Одновременно с этим объем поршневой полости Б гидроцилиндра рекуперативного механизма увеличивается, что ведет к образованию в ней разряжения рабочей жидкости, благодаря которому компенсирующий объем рабочей жидкости поступает в поршневую полость Б гидроцилиндра рекуперативного механизма из гидробака 22 посредством всасывающего трубопровода 20, обратного клапана 18 и гибкого трубопровода 17.
Далее, при движении автопоезда с ускорениями и замедлениями, обусловленными многочисленными факторами, воздействующими на автомобиль 1 и прицеп 2, рассмотренные ранее рабочие циклы рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства автопоезда, соответственно, чередуются аналогично описанной выше последовательности.
Как при движении автопоезда с ускорением, так и его движении с замедлением, вследствие демпфирующих свойств гидросистемы 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 24, 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 устройства.
Практическое использование заявляемого рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства позволяет повысить эффективность автопоезда за счет снижения расхода топлива благодаря рекуперации энергии рабочей жидкости, повышения надежности автопоезда вследствие демпфирующих свойств гидросистемы устройства и, соответственно, снижения динамических нагрузок на автомобиль и прицеп, обеспечивать как в ручном, так и в автоматическом режимах оптимальные параметры силовой и динамической характеристик устройства, улучшение плавности хода при движении автопоезда по недостаточно обустроенным дорогам и, таким образом, более благоприятные условия труда водителя, упростить конструкцию сцепного прибора автомобиля путем его замены на простой по устройству крюк и, как следствие, снизить ее стоимость.