СЕДЕЛЬНО-СЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО С СИСТЕМОЙ БЛОКИРОВКИ И ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОСТИ АВТОПОЕЗДА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к автомобилестроению, и может быть использована в конструкциях автопоездов.
Известна система блокировки складывания автопоезда [1], включающего тягач, снабженный седсльно-сцепным устройством, взаимодействующим со шкворнем, жестко закрепленным на раме полуприцепа, параллельно продольной оси которого установлен гидроцилиндр с блоками на концах штоков, трубопровод, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, направляющий диск, шарнирно установленный на шкворне полуприцепа с возможностью фиксации относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с тягачом, электронный блок управления автомобиля, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе, металлический канат, прикрепленный в одной точке к направляющему диску со стороны передней части полуприцепа, и огибающий направляющий диск, датчик удара, установленный на трубопроводе и связанный с электронным блоком управления, при этом гидроцилиндр закреплен вдоль одного из бортов полуприцепа, электромагнитный клапан соединяет штоковые полости гидроцилиндра друг с другом, а концы металлического каната связаны между собой на седельно-сцепном устройстве через блоки на штоке гидроцилиндра.
Известно седельно-сцепное устройство автопоезда [2], включающее корпус, закрытый крышкой, жестко прикрепленный к опорной раме полуприцепа, в корпусе установлена втулка, в которую запрессован сцепной шкворень, снабженный за пределами корпуса хвостовиком с ограничительным шипом, выполненным с возможностью прохода через раздвижной направляющий зев седельно-сцепного устройства, установленный на раме тягача, между корпусом и втулкой размещены кольцеобразные стальные диски с зубчатым зацеплением, при этом хвостовик шкворня выполнен шестигранным с возможностью размещения в раздвижном шестигранном зеве седельно-сцепного устройства, верхняя часть втулки соединена посредством шлицевого соединения с наружной ступицей, внешняя шлицевая поверхность которой соединена со шлицами первого кольцеобразного стального шлицевого диска, размещенного под/над вторым кольцеобразным стальным шлицевым диском, соединенным с внутренней кольцеобразной шлицевой поверхностью корпуса, рабочая полость внутри корпуса, в которой размещены кольцеобразные стальные шлицевые диски с возможностью перемещения вдоль шлиц корпуса и ступицы, заполнена ферромагнитной жидкостью и перекрыта обоймой из кольцеобразного немагнитного материала, в пазах которой размещен электромагнит над кольцеобразными стальными шлицевыми дисками, а в пазах периферийных участков обоймы размещены уплотнительные магнитные кольца, представляющие собой набор постоянных магнитов, при этом электромагнит выполнен с возможностью периодического подключения к источнику электропитания посредством устройства управления, снабженного оптическим датчиком относительного углового поворота тягача и полуприцепа и пультом управления с индикацией режимов управления, кроме того, две бронзовые втулки установлены между корпусом и втулкой шкворня и между ступицей и крышкой корпуса.
Прототипом к заявляемому техническому решению является устройство системы блокирования складывания и обеспечения управляемости автопоезда [3], включающее тягач, снабженный седельно-сцепным устройством, взаимодействующим со шкворнем, жестко закрепленным на раме полуприцепа, параллельно продольной оси которого установлен гидроцилиндр с блоками на концах штоков, трубопровод, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, направляющий диск, шарнирно установленный на шкворне полуприцепа с возможностью фиксации относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с тягачом, электронный блок управления автомобиля, электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе, металлический канат, прикрепленный в одной точке к направляющему диску со стороны передней части полуприцепа и огибающий направляющий диск, датчик удара, установленный на трубопроводе и связанный с электронным блоком управления, при этом гидроцилиндр закреплен вдоль одного из бортов полуприцепа, электромагнитный клапан соединяет штоковые полости гидроцилиндра друг с другом, а концы металлического каната связаны между собой на седельно-сцепном устройстве через блоки на штоке гидроцилиндра, при этом конструктивно предусмотрена возможность фиксации направляющего диска относительно седельного устройства при стыковке полуприцепа с седельным тягачом, дополнительно содержащий масляный насос с электрическим приводом, емкость для масла, два трехходовых и один сдвоенный нормально закрытый электромагнитные клапаны, связанные трубопроводами с гидроцилиндром, и датчик положения частей автопоезда, при этом управление трехходовыми электромагнитными клапанами и масляным насосом осуществляется автоматически посредством имеющейся связи с электронным блоком управления автомобиля, а электромагнитный клапан, соединяющий штоковые полости гидроцилиндра, выполнен с возможностью управления как в ручном, так и в автоматическом режимах.
Недостатки данных технических решений заключаются в сложности конструкции, в их узкой направленности, связанной с повышением безопасности эксплуатации большегрузных автопоездов за счет уменьшения вероятности их складывания в процессе резкого или экстремального торможения, а также при возникновении внешнего удара в процессе движения автопоезда, но применение в иных условиях, например, когда снижено или непостоянно сцепление шин колес автопоезда с дорожным покрытием (мокрая или обледенелая дорога) не обеспечивают курсовую устойчивость автопоезда и исправление ситуации, когда складывание тягача и полуприцепа уже произошло.
Задачей данной полезной модели является повышение безопасности эксплуатации, повышение управляемости и курсовой устойчивости автопоезда в разных дорожных условиях.
Требуемый технический результат достигается за счет того, что седельно-сцепное устройство с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда, включает седельно-сцепное устройство, размещенное на тягаче и взаимодействующее со шкворнем, закрепленным на раме полуприцепа, на котором установлен гидроцилиндр, трубопровод, соединяющий полости гидроцилиндра, датчик удара, установленный на трубопроводе и связанный с электронным блоком управления, масляный насос с электрическим приводом, емкость для масла, датчик положения частей автопоезда.
Особенностью является то, что хвостовик шкворня, запрессованный во втулку, выполненный шестигранным с возможностью размещения в раздвижном шестигранном зеве седельно-сцепного устройства, установленным на раме тягача, верхняя часть шкворня соединена посредством шлицевого соединения с шестерней, закрепленной гайкой и входящей в зацепление с зубчатым сектором, который посредством втулки и гайки шарнирно закреплен на оси корпуса, а поводок зубчатого сектора, шарнирно соединенный со штоком гидроцилиндра, имеющим шарнирную опору, позволяющую ему качаться в горизонтальной плоскости, а также электромагнитный распределитель, управление которым осуществляется как автоматически, посредством имеющейся связи с электронным блоком управления, так и в ручную.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется фигурами: на фиг. 1 дана принципиальная схема седельно-сцепного устройства с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда, на фиг. 2 - конструкция механической передачи седельно-сцепного устройства.
Седельно-сцепное устройство с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда состоит из: седельно-сцепного устройства 1, размещенного на тягаче 2, обеспечивающего свободную кинематическую связь седельного тягача 2 со шкворнем 3 полуприцепа 4. Для управления положением седельного тягача 2 относительно оси шкворня 3 полуприцепа имеющаяся кинематическая связь дополнительно оснащается механизмом блокировки складывания и обеспечения управляемости автопоезда с автоматической системой управления. Седельно-сцепное устройство с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда включает в себя взаимосвязанные гидравлическую систему и кинематическую цепь. Гидравлическая система заполняется специальным маслом, имеющим вязкостно-температурную характеристику, мало изменяющуюся в пределах температурных условий при эксплуатации автопоезда. Гидравлическая система состоит из гидроцилиндра 5, закрепленного на днище полуприцепа, полости гидроцилиндра 5 связаны между собой трубопроводом 6. Трубопровод 6 подбирается исходя из обеспечения наименьшего сопротивления перетекания жидкости. На трубопроводе 6, соединяющем штоковые полости гидроцилиндра 5, установлен датчик удаpa 7 связанный с электронным блоком управления 8. Для осуществления действий по обеспечению управляемости автопоезда, а именно для организации переменной управляемой силовой связи между седельным тягачом 2 и полуприцепом 4, предусмотрен масляный насос 9, имеющий предохранительный клапан и привод от электродвигателя 10, связанный с бортовой сетью автопоезда через электронный блок управления 8, емкость 11 масла, датчик 12 положения полуприцепа относительно седельного тягача, связанный электрически с электронным блоком управления 8 и механически с частями автопоезда. Кинематическая цепь построена в виде механической передачи дополнительно, кроме седельно-сцепного устройства 1, связывающей седельный тягач 2 с полуприцепом 4. Хвостовик 13 шкворня 3 выполнен шестигранным с возможностью размещения в раздвижном шестигранном зеве седельно-сцепного устройства 1, установленного на раме тягача 2. Такое взаимодействие деталей обеспечивает вращение шкворня 3 вокруг своей оси заодно с седельно-сцепным устройством 1, установленным на тягаче 2. Верхняя часть шкворня 3, запрессованная во втулку 14, соединена посредством шлицевого соединения с шестерней 15, которая на шкворне фиксируется от осевого перемещения гайкой 16. Шестерня 15 входит в зацепление с зубчатым сектором 17, шарнирно закрепленным посредством втулки 18 и гайки 19 на оси 20 корпуса 21. Зубчатый сектор 17 через поводок 22 шарнирно соединен со штоком гидроцилиндра 5. Специальная опора 23 обеспечивает шарнирное соединение гидроцилиндра 5 с корпусом полуприцепа 4. Такая связь позволяет гидроцилиндру 5 качаться в горизонтальной плоскости и обеспечить правильную кинематическую связь при установке и регулировке механической передачи. Управление седельно-сцепным устройством с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда осуществляется электромагнитным распределителем 24, управление которого осуществляется как автоматически посредством имеющейся связи с электронным блоком управления 8 так и в ручную.
Заявляемое седельно-сцепное устройство с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда работает следующим образом.
Свободный поворот седельного тягача 2 относительно полуприцепа 4, например, влево, при малых скоростях до 5 км/ч движения автопоезда, в т.ч. и при трогании с места, или качании полуприцепа относительно тягача примерно ±3°, которое практически не влияет на устойчивость движения автопоезда происходит следующим образом. Электромагнитный распределитель 24 находится в положении I (соединение полостей гидроцилиндра 5), при этом сигнал на привод масляного насоса 9 не подается. Воздействие кинематической цепи на гидроцилиндр 5, вызывает выход штока с поршнем из гидроцилиндра 5. При этом происходит вытеснение жидкости из надпоршневой полости гидроцилиндра 5 и перетекание ее через электромагнитный распределитель 24 в другую. Так осуществляется относительно свободное взаимодействие полостей гидроцилиндра 5 в замкнутом гидравлическом контуре. Ход штока гидроцилиндра 5 выбирается таким образом, чтобы обеспечить максимально допустимый угол поворота полуприцепа 4 относительно седельного тягача 2, что необходимо для удовлетворительного маневрирования автопоезда, в т.ч. и для разворота автопоезда.
Для безопасности движения автопоезда в различных условиях его эксплуатации возникает необходимость не только блокировки положения полуприцепа 4 от поворота относительно седельного тягача 2 в горизонтальной плоскости относительно оси шкворня 3, но также и в управлении взаимным положением седельного тягача 2 и полуприцепа 4.
При свободном повороте частей автопоезда по отношению друг к другу относительно оси шкворня 3, происходит вынужденное перемещение поршня гидроцилиндра 5 за счет связанных между собой полостей гидравлически и механически. Задача по блокировке составных частей автопоезда решается тем, что подается сигнал на электромагнитный распределитель 24 с целью перевода его в положение II (запирание полостей гидроцилиндра 5), сигнал на привод масляного насоса 9 не подается. При этом свободное перетекание жидкости в гидравлической системе становится невозможным, а шток гидроцилиндра 5 не может перемещаться. При таком состоянии гидроцилиндра 5 возникает реакция механической передачи: зубчатый сектор 17 - шестерня 15 - шкворень 3, которая, также не имеет свободы перемещения, и не дает возможность поворачиваться относительно оси сцепки, проходящей через ось шкворня 3 полуприцепу 4 относительно седельного тягача 2. Таким образом, при срабатывании электромагнитного распределителя 24, поршень гидроцилиндра 5, расположенный на полуприцепе 4 гидравлически блокируется, тем самым не дает возможности свободно перемещаться механической передаче, связанной с седельно-сцепным устройством 1 тягача 2. Это приводит к блокировке положения полуприцепа 4 относительно седельного тягача 2. При движении автопоезда в штатной ситуации электромагнитный распределитель 24 находится в положении I, а при необходимости блокировки автоматически переводится в запертое положение II, препятствуя протоку жидкости в гидравлической системе. Возможна ручная постоянная принудительная блокировка водителем с панели приборов на рабочем месте водителя специальной клавишей «блокировка автопоезда», например, при движении назад.
Датчик 12 положения полуприцепа относительно седельного тягача, связанный электрически с электронным блоком управления 8 автопоезда и механически с его частями позволяет организовать обратную связь в автоматической системе управления при задающем воздействии определяемого датчиком 25 положения рулевого колеса.
Предварительно в электронном блоке управления 8 закладывается алгоритм соответствия значений датчиков 12 и 25, связанные с маневром автопоезда и относительным положением его частей для организации процесса «подруливания», а также анализируются действия водителя и фактические дорожные условия по сигналам с автомобильных датчиков 26 положения педали тормоза, с антиблокировочной системы 27 и датчика удара 7. Для реализации рабочего алгоритма с учетом сигнала с датчика 12 положения полуприцепа относительно седельного тягача происходит соответствующее генерирование управляющих сигналов на электродвигатель 10 привода насоса 9 электромагнитный распределитель 24 и воздействие самого седельно-сцепного устройства с системой блокировки на автопоезд.
При необходимости «подруливания» автопоезда в движении электронный блок управления 8 подает соответствующие дискретные сигналы на электромагнитный распределитель 24, также подается сигнал и на привод масляного насоса 9. Для перемещения штока гидроцилиндра 5 с целью поворота седельного тягача 2 относительно полуприцепа 4, например, влево, электромагнитный распределитель 24 принимает положение III (подача масла в подпоршневую полость и слив из надпоршневой полости гидроцилиндра 5), при этом масло под действием насоса 9 попадает в подпоршневую полость и покидает надпоршневую полость гидроцилиндра 5. Для перемещения штока гидроцилиндра 5 с целью поворота седельного тягача 2 относительно полуприцепа 4, например, вправо, электромагнитный распределитель 24 принимает положение IV (подача масла в надпоршневую полость и слив из подпоршневой полости гидроцилиндра 5), при этом масло под действием насоса 9 попадает в надпоршневую полость и покидает подпоршневую полость гидроцилиндра 5. Покидая гидроцилиндр 5, масло через электромагнитный распределитель 24 направляется на слив в емкость 11 масла. Нагнетаемое насосом 9 масло по соединительным трубопроводам гидравлической системы через секции III и IV электромагнитного распределителя 24 поступает и отводится от полостей гидроцилиндра 5, перемещая его поршень, воздействуя на кинематическую цепь. Датчики 25 положения рулевого колеса и 12 положения частей автопоезда определяют необходимое взаимное силовое воздействие гидравлической системы и кинематической цепи на части автопоезда при его движении в соответствии с заложенным в электронном блоке управления 8 рабочим алгоритмом.
Сигнал с датчика удара 7, направляемый в электронный блок управления 8 автопоезда свидетельствует о столкновении тягача с каким-либо препятствием и приводит к блокировке положения составных частей автопоезда, тем самым повышая курсовую устойчивость и предотвращение складывания автопоезда.
Таким образом, реализуется задача повышения безопасности путем фиксации или изменения положения седельного тягача 2 относительно полуприцепа 4, связанного с тягачом через седельно-сцепное устройство 1. Такое устройство предусматривает наименьшее число силовых элементов, соответственно общая масса седельно-сцепного устройства с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда за счет простой конструкции снижается.
Предлагаемое седельно-сцепное устройство с системой блокировки и обеспечения управляемости автопоезда требует для срабатывания только поступления сигнала на электромагнитный распределитель, причем сам сигнал может быть подан как связанный с различными видами торможения автопоезда и дорожной ситуацией, так и принудительный - с панели водителя для постоянной ручной блокировки от поворота полуприцепа автопоезда, например, при движении автопоезда назад. Техническое решение не влияет на надежность шкворня полуприцепа, при этом имеет широкое предназначение по условиям эксплуатации автопоезда: не только предотвращает складывание автопоезда при резком торможении, но может быть задействовано для обеспечения управляемости автопоезда при движении в различных дорожных условиях, связанных со снижением коэффициента сцепления со скользким дорожным покрытием в условиях дождя, гололеда и др.
Заявляемое техническое решение позволяет повысить безопасность эксплуатации автопоезда в составе седельного тягача с полуприцепом путем применения конструктивных мероприятий (связанных с применением специальной системы), препятствующих складыванию и позволяющих обеспечить дополнительную управляемость автопоезда.
Использованные источники
1. RU №177344.
2. RU №2554717.
3. RU №186978.