Тележка для транспортных средств - RU2230680C2
Код документа: RU2230680C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию тележки, предназначенной для специальных тяжелых транспортных средств, таких как транспортные средства для горных работ, причем конструкция тележки включает в себя по меньшей мере две взаимосвязанные жесткие оси, которые образуют тележку, при этом по меньшей мере некоторые из указанных осей, принадлежащих тележке, выполнены с возможностью поворота, когда транспортным средством управляют по отношению к вертикальной оси поворота, расположенной между концами осей, которые являются управляемыми относительно рамы транспортного средства, соединяющей между собой принадлежащие тележке оси, причем конструкция тележки включает в себя качающийся рычаг (балансир), который установлен с возможностью поворота относительно поперечной оси транспортного средства между своими концами и движется в продольном направлении транспортного средства в результате движения управления осями тележки при помощи рулевого механизма.
Жесткие оси обычно используют на транспортных средствах, которые предназначены для специального тяжелого транспорта, такого как тяжелое транспортное и машинное оборудование, транспортные средства для горных работ и т.п. Такие транспортные средства преимущественно снабжают жесткими осями, так как нагрузки являются тяжелыми. Кроме того, конструкции такого рода являются более простыми и, следовательно, более долговечными. Более того, использование жестких осей экономически выгодно. Обычно в тяжелых транспортных средствах предусмотрено более двух осей и оси соединены с конструкцией тележки при помощи различных рычагов и пружин, что позволяет распределять нагрузку между различными осями. При конструировании специальных тяжелых транспортных средств необходимо учитывать эффект неравномерной загрузки транспортного средства и неровной поверхности движения, что влияет на нагрузку осей и поведение транспортного средства. Более того, так как тяжелые транспортные средства обычно имеют большие внешние размеры, то есть они являются длинными и широкими, то для облегчения процесса вождения обычно необходимо иметь возможность управления несколькими осями. Радиус поворота транспортного средства может быть существенно уменьшен, если все оси выполнены с возможностью поворота при повороте транспортного средства.
Жесткие оси, выполненные с возможностью поворота при повороте транспортного средства, обычно соединены друг с другом в конструкции тележки с использованием уравновешивающего рычага, обычно при помощи качающегося рычага, совершающего шарнирный поворот (поворот относительно своей оси) между концами тележки. Так как колеса с различных сторон транспортного средства при его повороте движутся по кругам поворота с различными радиусами, и, более того, так как последовательные оси должны иметь возможность поворота на различные углы в зависимости от их положения в продольном направлении транспортного средства, так что последовательные колеса могут двигаться по одному и тому же кругу поворота, в известных ранее решениях соединяющий оси качающийся рычаг выполнен с возможностью движения в продольном направлении транспортного средства за счет его закрепления и шарнирного поворота на оси вращения, а также за счет его соединения с другими осями при помощи различных подвесных тяг и сочленений. Известны также и такие решения, при которых качающийся рычаг закреплен и совершает поворот вокруг своей оси на раме, что приводит к шарнирному повороту подвесных тяг и позволяет осям совершать необходимое движение за счет установленного между осями рулевого управления и качающегося рычага.
Недостаток известного решения заключается в том, что требуется значительное пространство для того, чтобы рычаги могли совершать поворот, требующийся при вождении транспортного средства. Другая проблема связана с тем, что при вождении рама транспортного средства поднимается вверх и вниз, что требует значительных усилий от рулевого механизма. Так как элементы рулевого механизма должны поднимать массу транспортного средства и перевозимый им груз при повороте транспортного средства, то подвеска колес и элементы рулевого механизма существенно нагружаются.
Задачей настоящего изобретения является создание новой конструкции тележки, предназначенной для специальных тяжелых транспортных средств, таких как транспортные средства для горных работ, в которой устранены недостатки известных ранее устройств.
Конструкция тележки в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что качающийся рычаг установлен между осями, которые должны быть связаны друг с другом, причем качающийся рычаг совершает поворот относительно своей оси в шарнире между своими концами таким образом, что он может поворачиваться относительно рамы, при этом указанный шарнир выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении рамы, так что он следует движениям качающегося рычага в продольном направлении транспортного средства, вызванным за счет управления осями при помощи рулевого механизма, причем первый конец качающегося рычага соединен с первой осью при помощи подвесной тяги, а первый конец первой подвесной тяги совершает шарнирный поворот относительно первого конца качающегося рычага при нахождении ее второго конца на первой оси, при этом второй конец качающегося рычага совершает поворот в шарнире на второй оси, установленной с возможностью поворота в указанном шарнире, причем эта ось определяет смещение качающегося рычага в продольном направлении транспортного средства, при этом качающийся рычаг выполнен с возможностью перемещения главным образом только в горизонтальном направлении в результате управления транспортным средством при помощи рулевого механизма.
Основная идея настоящего изобретения заключается в том, что две или более последовательных жестких оси объединены в конструкцию тележки при помощи качающегося рычага или нескольких качающихся рычагов, в зависимости от числа осей. Оси тележки соединены с качающимся рычагом при помощи подвесных тяг или соответствующих держателей, причем качающийся рычаг выполнен с возможностью шарнирного поворота на раме между своими концами. Другим существенным признаком настоящего изобретения является то, что качающийся рычаг выполнен с возможностью перемещения в продольном направлении транспортного средства, что требуется для вождения, таким образом, что точка поворота (шарнир), которая находится между его концами и относительно которой качающийся рычаг совершает качание, совершает перемещение в продольном направлении транспортного средства. Степень смещения качающегося рычага в продольном направлении транспортного средства преимущественно определяется осью тележки, которая поворачивается в наименьшей степени. Качающийся рычаг совершает поворот на этой оси в шарнире, который допускает перемещение в направлении вверх и вниз, но передает движение управления осью на качающийся рычаг в виде его продольного движения. В этом случае качающийся рычаг выполнен с возможностью осуществления параллельного перемещения в соответствии с движениями управления рулевого механизма. Основная идея преимущественного варианта настоящего изобретения заключается в том, что качающийся рычаг совершает шарнирный поворот относительно свободного конца опорного кронштейна, совершающего шарнирный поворот относительно рамы. Основная идея другого преимущественного варианта настоящего изобретения заключается в том, что качающийся рычаг между осями транспортного средства совершает шарнирный поворот по меньшей мере относительно самой внешней (крайней) расположенной под ним оси, то есть относительно оси, которая совершает наибольший поворот, с использованием, например, кривой С-образной подвесной тяги, и совершает шарнирный поворот относительно другой оси с шарниром. Основная идея третьего преимущественного варианта настоящего изобретения заключается в том, что на нижних поверхностях по меньшей мере некоторых из осей предусмотрены держатели, выступающие относительно осей вниз. Держатель и, следовательно, совершающая в нем шарнирный поворот подвесная тяга дальше удалены от продольного центра транспортного средства. Такое построение позволяет компенсировать различные степени наклона подвесных тяг за счет различных углов поворота. Основная идея четвертого преимущественного варианта настоящего изобретения заключается в том, что тележки, образованные при помощи последовательных жестких осей, соединены вместе на обеих сторонах транспортного средства при помощи продольных уравновешивающих рычагов. Таким образом, создан рычажный механизм, позволяющий равномерно распределять нагрузки, приложенные к тележкам и их осям, при различных перевозимых грузах и ситуациях движения транспортного средства. Более того, рычажные механизмы на обеих сторонах рамы могут быть соединены при помощи поперечного уравновешивающего рычага или при помощи других приспособлений, которые допускают также вращательное движение между тележками.
Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что управление осями не приводит к существенному вертикальному движению рамы, а поэтому будут меньше нагрузки, приложенные к рычажному механизму и элементам рулевой тяги. Более того, устройство механического рычага в соответствии с настоящим изобретением является простым и долговечным, причем его параметры легко могут быть изменены за счет изменения жесткости пружины, плеч рычага, шарниров и пр. Другое преимущество заключается в том, что рычаги тележки могут быть проще встроены в конструкцию транспортного средства, чем в известных ранее решениях, что оставляет больше места для различных исполнительных механизмов и компонентов в нижних секциях транспортного средства. Преимуществом подвесной тяги, которая совершает шарнирный поворот ниже оси, является то, что эта подвесная тяга может быть длиннее, чем в случае ее шарнирного поворота над осью. Однако необходимость в наличии пространства над осями не возрастает, так как только часть подвесной тяги выступает над верхней поверхностью оси. Обеспечиваемое при помощи длинной подвесной тяги преимущество заключается в том, что она наклоняется меньше, чем более короткая подвесная тяга, в результате продольного движения качающегося рычага, вызванного движением рулевого механизма в его крайних положениях.
Благодаря наличию длинной подвесной тяги не будет существенных вертикальных перемещений между концами качающегося рычага, то есть качающийся рычаг не будет существенно наклоняться при его шарнирном повороте в результате движения рулевого механизма. Другое преимущество более длинной подвесной тяги, которая имеет меньший наклон, заключается в том, что усилия распределяются лучше, чем при наличии подвесной тяги с большим наклоном. К подвесной тяге, которая имеет меньший наклон, приложены в основном усилия сжатия и растяжения, что позволяет уменьшить жесткость тяги по сравнению с используемыми ранее тягами, причем может быть использована легкая подвесная тяга с меньшими внешними размерами. Более того, появляется возможность исключения существенной горизонтальной силы, создаваемой подвесной тягой с большим наклоном, что позволяет облегчить конструкцию рычагов, цилиндров и других элементов рулевого механизма. За счет шарнирного поворота под осью приложенные к оси крутящие моменты могут восприниматься без дополнительных опорных кронштейнов, установленных над или под осью. При этом поддержка оси может производиться при помощи треугольной опоры, главным образом, посредине оси и при помощи подвесных тяг на ее концах. Другое преимущество установленного между осями рычажного механизма в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что он позволяет производить более равномерное распределение между осями нагрузки, образованной массой транспортного средства и перевозимым грузом и приложенной к осям транспортного средства, что позволяет использовать более легкие оси, пружины и другие компоненты поддержки и подвески осей, чем в известных ранее решениях. За счет предложенного рычажного механизма нагрузки могут быть равномерно распределены даже при движении транспортного средства по неровной поверхности, причем в результате того, что все колеса плотно прижаты к грунту, транспортное средство продвигается быстрее. Кроме того, рычажный механизм в соответствии с настоящим изобретением допускает большие колебания между тележками. Все это обеспечивает более мягкое движение транспортного средства.
Настоящее изобретение будет описано далее более подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг.1а показан вид сбоку конструкции с четырьмя осями в соответствии с настоящим изобретением при повороте транспортного средства, а на фиг.1b показан вид сверху тех же осей в соответствующей ситуации.
На фиг.1с показан вид сбоку рычажного механизма в соответствии с настоящим изобретением, а на фиг.1d показано поперечное сочленение, которое соединяет рычажные механизмы, установленные с различных боковых сторон рамы.
На фиг.1е показан вид сбоку другой конструкции тележки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2а и 2b схематично показано сочленение тележки в соответствии с настоящим изобретением, установленное между осями, и его поведение в противоположных ситуациях управления.
На фиг.3 схематично показан вид в перспективе конструкции тележки с двумя осями в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.4 схематично показан вид сбоку трехосной тележки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.5а и 5b схематично показаны различные возможности осуществления шарнирного поворота подвесной тяги.
На фиг.6а-6с схематично показаны виды сбоку, где можно видеть, как ведет себя конструкция, состоящая из двух тележек с двумя осями, на различных поверхностях движения.
На фиг.7 показано, как ведет себя конструкция в соответствии с настоящим изобретением при наличии колебаний между последовательными тележками.
На фиг.8a-8d схематично показаны два различных четырехосных транспортных средства, которые имеют трехосные тележки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1а показан сильно упрощенный вид сбоку конструкции, в которой использована тележка в соответствии с настоящим изобретением. Можно видеть, что как на фиг.1а или 1b, так и на других описанных далее чертежах, не показаны все компоненты, связанные с рулевым механизмом и другим оборудованием для вождения транспортного средства, причем для простоты опущены по меньшей мере устройства, связанные с силовой трансмиссией, с использованными в рулевом механизме гидроцилиндрами и пр. Дополнительное упрощение чертежей произведено также для выделения элементов, имеющих наибольшее отношение к настоящему изобретению. Показанная на чертежах конструкция содержит четыре оси la-1d, которые можно видеть сбоку транспортного средства и которые образуют две тележки, соединенные при помощи рычагов, а именно переднюю тележку 2а и заднюю тележку 2b. Передняя и задняя тележки могут иметь одинаковые конструкции, которые однако являются зеркальным отображением относительно продольной центральной секции транспортного средства. Само собой разумеется, что между этими тележками могут существовать различия в жесткости пружин и в размерах компонентов, которые зависят, например, от назначения транспортного средства и распределения веса между тележками. Оси являются жесткими, так как их грузоподъемность (несущая способность) является высокой, а конструкция простой. Для упрощения чертежей одинарные колеса 3 показаны только на одной стороне транспортного средства, однако само собой разумеется, что колеса могут быть также сдвоенными, если это необходимо для обеспечения грузоподъемности и сцепления с поверхностью движения. Каждая из осей la-1d может принудительно вращаться, то есть все колеса транспортного средства являются управляемыми. Вращение осей может производиться, например, при помощи гидроцилиндров или при помощи соответствующих исполнительных механизмов (не показаны), в которых использованы тяги и рычаги рулевого управления, необходимые для управления транспортным средством, а также другие элементы рулевого управления, соединенные с осями и с исполнительными механизмами. Эти элементы также производят поворот осей, так что все оси при повороте транспортного средства параллельны касательным к кругам поворота одного и того же радиуса. В этом случае самая передняя ось 1а и самая задняя ось 1d больше всего повернуты в противоположных направлениях друг относительно друга, а соответствующие внутренние оси также повернуты в противоположных направлениях друг относительно друга, но меньше, чем внешние оси. Каждая ось связана с рамой 5 транспортного средства при помощи треугольной опоры 4, показанной на фиг.1b, так что предотвращено свободное продольное и поперечное движение оси относительно рамы. Средняя точка оси может также поддерживаться при помощи соответствующих продольных и боковых опорных кронштейнов. Рама 5 транспортного средства преимущественно имеет две балки 5а и 5b, которые идут главным образом параллельно с промежутком между ними, причем их поперечное сечение имеет форму буквы Z. Однако при необходимости могут быть использованы и другие конструкции рамы и образующих ее профилей. Треугольная опора 4 совершает шарнирный поворот между балками рамы относительно их внутренних поверхностей, так что эта треугольная опора позволяет осям перемещаться в направлении вверх и вниз относительно рамы, при этом ось управляется при помощи рычажного механизма, входящего в конструкцию тележки. Более того, у одного из концов треугольной опоры, ближайшего к оси, имеется шарнир 6, который соединен со средней точкой оси, причем этот шарнир позволяет производить поворот оси в горизонтальном направлении относительно вертикальной поворотной оси шарнира. Шарнир 6 позволяет также жесткой оси колебаться (качаться) относительно него в продольном направлении рамы, когда имеется разность высот между колесами на разных концах оси, например, за счет неровной поверхности движения транспортного средства и пр.
Таким образом, предложенная конструкция имеет подвеску, которая состоит из шарниров, подвесных тяг, качающихся рычагов и пружин, которые показаны в упрощенном виде на фиг.1с. Соответствующие рычажные механизмы предусмотрены с двух сторон рамы, преимущественно снаружи от нее. Самые передние оси, то есть первая ось 1а и вторая ось 1b, соединены между собой, а соответствующие задние оси, то есть третья ось 1с и четвертая ось 1d, также соединены между собой механически, так что оси образуют соответственно две тележки 2а и 2b, каждая из которых содержит две управляемые подвешенные на рессорах оси. Эти тележки соединены между собой при помощи уравновешивающего рычага 21, параллельного продольному направлению транспортного средства. Кроме того, рычажные механизмы, которые предусмотрены с двух сторон рамы, соединены между собой при помощи поперечного уравновешивающего рычага 24, описание которого приведено далее. Первая кривая подвесная тяга 8 в виде серпа или буквы С совершает шарнирный поворот под первой осью 1а, то есть на поверхности, приближенной к поверхности движения транспортного средства, при помощи шарнира 7. Первая подвесная тяга соединена с первым продольным качающимся рычагом 10 при помощи шарнира 9. Может быть предусмотрен первый пружинный элемент 11, который преимущественно представляет собой комплект плоских пружин, установленных между качающимся рычагом 10 и первой подвесной тягой 8. Эта конструкция может быть также образована и без упомянутого пружинного элемента, если, например, гибкость качающегося рычага обеспечивает необходимый пружинный эффект. Нет необходимости в наличии пружинных элементов во всех транспортных средствах, предназначенных для перемещения на малых скоростях. Между первой подвесной тягой 8 и качающимся рычагом 10 предусмотрен шарнир 9, который допускает поворот оси и движение оси в направлении вверх и вниз. Альтернативно, шарнир 7 может обеспечивать управление движением оси 1а. Таким образом, передний конец первого качающегося рычага 10 соединен с верхним концом пружинного элемента 11, установленного на первой подвесной тяге 8 при помощи соответствующего шарнира 9. На другом конце рычаг 10 соединен с другим продольным качающимся рычагом 12, который совершает поворот в первом держателе 13, установленном неподвижно относительно оси на верхней поверхности второй оси 1b. Другими словами, первый качающийся рычаг 10 совершает шарнирный поворот на нижней поверхности первой оси 1а и на верхней поверхности второй оси 1b за счет второго качающегося рычага 12 и держателя 13. Первый качающийся рычаг 10 также совершает шарнирный поворот на раме между своими концами при помощи первой подвесной тяги 14, которая установлена с возможностью шарнирного поворота относительно рамы. Более того, между опорным кронштейном 14 и первым качающимся рычагом 10 предусмотрен шарнир 14b, который совместно с шарниром 14а поддерживает концы качающегося рычага 10, главным образом, на одной и той же высоте, когда качающийся рычаг движется в продольном направлении транспортного средства за счет управления осями (от рулевого механизма). Опорный кронштейн 14 преимущественно имеет достаточную длину для того, чтобы вертикальное смещение качающегося рычага, вызванное горизонтальным перемещением верхнего конца опорного кронштейна, было возможно меньшим. Вместо поворота опорного кронштейна точка поворота (шарнир) качающегося рычага может двигаться в продольном направлении транспортного средства за счет использования соответствующего механизма скольжения. Первый качающийся рычаг преимущественно представляет собой параболическую пружину, комплект пластинчатых пружин (листовую рессору) или другой соответствующий пружинный элемент, который воспринимает нагрузки и одновременно передаст часть осевых нагрузок на другие оси. Второй качающийся рычаг 12 также может быть пружинным элементом указанного рода, однако следует иметь в виду, что как первый, так и второй качающиеся рычаги могут быть выполнены в виде жестких, главным образом, не имеющих упругости рычагов, причем в таком случае усилия могут восприниматься отдельными (другими) пружинными элементами. В соответствии с предложенным решением преимущественно производят равномерное распределение нагрузок между различными осями данной тележки и других связанных с ней тележек. Следовательно, единственная ось, пружина или опорная конструкция осей не должна быть такой массивной, как это было бы необходимо в случае отдельного подпружиненного крепления к раме каждой оси, без использования соединения в соответствии с настоящим изобретением. Функция и поведение соединения тележки в соответствии с настоящим изобретением и связанных с тележками рычагов в различных ситуациях вождения более полно будут описаны со ссылкой на фиг.6а- 6с и фиг.7.
Как это показано на фиг.1а-1с, рычаги передней и задней тележек 2а, 2b являются главным образом одинаковыми. Таким образом, четвертая подвесная тяга 15, которая также имеет С-образную форму, совершает шарнирный поворот на четвертой оси аналогично передней тележке. Также может быть предусмотрен другой пружинный элемент 17 между подвесной тягой 15 и четвертым продольным качающимся рычагом 16. Конец четвертого качающегося рычага 16, обращенный в сторону передней тележки, совершает шарнирный поворот относительно третьего продольного качающегося рычага 18, который закреплен на верхней поверхности третьей оси 1с при помощи третьего опорного кронштейна 19. Кроме того, четвертый качающийся рычаг 16 закреплен на раме при помощи четвертого опорного кронштейна 20, который совершает шарнирный поворот относительно рамы в соответствии с движением подвески и рулевого механизма.
Между передней тележкой 2а и задней тележкой продольно относительно рамы установлен уравновешивающий рычаг 21. Этот рычаг совершает шарнирный поворот относительно рамы или относительно установленного на раме держателя рычага, причем указанный уравновешивающий рычаг передает часть приложенных к передней тележке нагрузок на заднюю тележку, и наоборот. Обращенный в сторону задней тележки конец второго качающегося рычага 12 передней тележки соединен с другим опорным кронштейном 22, один конец которого совершает шарнирный поворот относительно уравновешивающего рычага 21. Третий качающийся рычаг 18 соединен аналогичным образом с третьей подвесной тягой 23, а нижний конец третьей подвесной тяги соединен с другой стороной уравновешивающего рычага 21. Описанное устройство может быть изменено путем использования гидроцилиндров вместо подвесных тяг 22 и 23, и за счет такого их соединения, что шток поршня первого цилиндра под действием нагрузки вдвигается в цилиндр, а шток поршня второго цилиндра под действием нагрузки выдвигается из цилиндра, на такое же или иное расстояние, при этом нет необходимости в использовании уравновешивающего рычага 21. Такое решение является предпочтительным, например, когда нет места для установки уравновешивающего рычага. Более того, цилиндры обеспечивают хорошую управляемость и поглощают движение (являются амортизаторами), поэтому они могут быть использованы для повышения маневренности транспортного средства.
Показанные на фиг.1с и 1d шарниры рычажного механизма имеют буквенные обозначения, соответствующие преимущественному типу шарниров. Буква Р обозначает шаровой шарнир, допускающий движение с тремя степенями свободы, а буква S обозначает петлевой шарнир, то есть такой шарнир, который допускает движение с одной степенью свободы вокруг вертикальной или горизонтальной оси поворота в этом шарнире.
На фиг.1d показано, каким образом произведено соединение друг с другом установленных с разных сторон рамы рычажных механизмов при помощи уравновешивающего рычага 24. Действие этого соединения особенно проявляется в тех случаях, когда тележки совершают наклон в различных направлениях по отношению к продольной оси транспортного средства, то есть когда между тележками есть колебания. Указанная конструкция допускает наличие колебаний между тележками, например, при движении по дороге с переменной степенью наклона. Более того, такое поперечное соединение предотвращает рывки транспортного средства при резком торможении и ускорении. Поперечное соединение преимущественно содержит поперечный уравновешивающий рычаг 24, установленный между балками рамы 5а, 5b, и монтажные штанги 25а, 25b, установленные между концами поперечного уравновешивающего рычага 24 и продольных уравновешивающих рычагов 21а, 21b обоих рычажных механизмов. Штанги передают усилие, приложенное к рычажному механизму на одной стороне транспортного средства, к рычажному механизму на другой стороне, и наоборот. Поперечный уравновешивающий рычаг и связанные с ним штанги могут быть заменены при помощи других средств, таких как гидроцилиндры. Такие цилиндры могут быть непосредственно соединены с продольными уравновешивающими рычагами при помощи соответствующих шарниров, причем в таком средстве с цилиндрами один шток поршня вдвигается в один цилиндр, а другой в это время выдвигается из другого цилиндра. При необходимости цилиндры могут быть также использованы в качестве амортизаторов (для поглощения движений).
На фиг.1е показан вид сбоку другого варианта конструкции в соответствии с настоящим изобретением. В принципе эта конструкция аналогична ранее описанным со ссылкой на предыдущие чертежи. Здесь качающийся рычаг 10 представляет собой набор отдельных пружин, прикрепленный к верхнему концу первой подвесной тяги 8 без отдельного пружинного элемента. Показанная пунктиром тяга 25, которая приводит в действие поперечный уравновешивающий рычаг, соединена с продольными уравновешивающими рычагами 21.
Могут быть произведены различные модификации показанного на фиг.1а-1е рычажного механизма. Можно также воздействовать на функцию рычажного механизма путем изменения размеров его различных компонентов, например, путем изменения размеров качающихся рычагов и уравновешивающих рычагов, а также изменения положения шарнирных соединений. При необходимости соответствующие узлы рычажного механизма также могут быть снабжены соответствующими амортизаторами.
На фиг.2а приведен сильно упрощенный схематический вид сбоку конструкции соединения тележки в соответствии с настоящим изобретением. Тележка содержит две управляемые оси, которые могут совершать в их средней части шарнирный поворот при помощи шарнира 6, установленного на треугольной опоре или другом аналогичном элементе, так что оси могут быть повернуты относительно этого шарнира при рулевом управлении транспортным средством. Более того, жесткая ось может качаться относительно этого шарнира в продольном направлении транспортного средства в зависимости от рельефа поверхности движения, то есть в зависимости от высоты расположения колес на разных концах оси. Можно видеть, что первая ось 1а, которая выдвинута наружу больше, чем вторая ось 1b, совершает поворот по большему кругу поворота. Таким образом, угол поворота γ первой оси 1а больше, чем угол поворота α второй оси 1b. Оси 1а и 1b объединены в тележку 2а при помощи первого качающегося рычага 10, причем первая ось 1а соединена с первым концом качающегося рычага 10 при помощи первой подвесной тяги 8. Второй конец качающегося рычага 10 соединен со второй осью 1b при помощи держателя 13, который идет вертикально вниз от оси. Та ось, с которой качающийся рычаг соединен только при помощи одного шарнирного соединения (вторая ось 1b в данном случае), определяет самое большое продольное перемещение качающегося рычага при движениях рулевого механизма. Ясно, что предпочтительно выбирать ось тележки, которая совершает меньший поворот, в качестве оси, определяющей степень продольного движения качающегося рычага, так чтобы движения рычагов были возможно меньшими. Качающийся рычаг совершает шарнирный поворот между своими концами, преимущественно в своей средней точке, при помощи шарнира 14b, установленного на верхнем конце опорного кронштейна 14, причем качающийся рычаг может колебаться относительно этого шарнира в результате возможной разности высот между осями тележки, например, при движении по неровной поверхности. Нижний конец опорного кронштейна 14 совершает шарнирный поворот в шарнире 14а, предусмотренном на раме 5, так что опорный кронштейн может поворачиваться относительно этого шарнира 14а в результате движений рулевого механизма. Другими словами, качающийся рычаг совершает шарнирный поворот, так что он может двигаться в своем продольном направлении в результате движений рулевого механизма. Движения рулевого механизма в основном не изменяют высоту рамы транспортного средства, в особенности если опорный кронштейн 14 является относительно длинным и наклоняется незначительно. В таком случае изменение высоты рамы несущественно в сравнении с ранее известными решениями. Перемещение качающегося рычага 10 и, следовательно, угол поворота β опорного кронштейна 14 определяются углом поворота α второй оси. Следует также иметь в виду, что на другой стороне рамы, то есть на стороне внутреннего круга поворота, качающийся рычаг движется в противоположном направлении. Так как углы α, β поворота осей имеют разное значение, то рычаги должны позволять производить изменение расстояния между концами осей. Это легко видеть при сравнении ситуаций, показанных на фиг.2а и 2b. На фиг.2а расстояние между ближайшими концами осей 1а и 1b больше, чем в ситуации на фиг.2b. Это может быть осуществлено при помощи прямой подвесной тяги, которая совершает шарнирный поворот относительно верхней поверхности первой оси, однако в таком случае подвесная тяга неблагоприятно наклоняется в крайних положениях рулевого механизма, что создает существенные горизонтальные силы. Однако если использовать подвесную тягу, которая совершает шарнирный поворот под осью, то она может быть сделана длиннее, то есть будет увеличено расстояние между шарниром 9 на первом конце качающегося рычага и шарниром 7 под осью. При этом рычажный механизм становится также ниже по высоте, что упрощает проектирование транспортного средства. Описанная ранее кривая подвесная тяга в виде серпа или буквы С может вращаться вокруг оси и соответственно удаляться от нее при движении качающегося рычага в своем продольном направлении. По этой причине используют подвесную тягу с достаточно широким зазором R между обращенной к оси изогнутой секцией подвесной тяги и осью, так чтобы имелось достаточно места для наклона подвесной тяги. На чертежах показано, что этот зазор R самый широкий в одном из крайних положений управления и самый малый в противоположном положении управления.
На фиг.3 показан вид в перспективе соединения тележки между двумя последовательными жесткими осями в соответствии с настоящим изобретением. Первая кривая подвесная тяга 8, преимущественно имеющая С-образную форму, совершает шарнирный поворот в шарнирном соединении 7 на нижней поверхности первой оси 1а, причем шарнир имеет одну степень свободы. Верхний конец подвесной тяги совершает шарнирный поворот в шарнирном соединении 9 на первом конце первого качающегося рычага 10, причем шарнир имеет две степени свободы. Шарнир 7 может также иметь две степени свободы, причем в таком случае шарнир 9 будет иметь одну степень свободы. В любом случае необходимо обеспечить достаточное пространство для поворота оси по отношению к подвесной тяге. Важно, чтобы шарниры 7 и 9 позволяли подвесной тяге совершать наклон при перемещении качающегося рычага в своем продольном направлении, и чтобы по меньшей мере один из шарниров позволял оси поворачиваться относительно качающегося рычага, оставаясь главным образом параллельной раме транспортного средства. Другой конец качающегося рычага 10 совершает шарнирный поворот в шарнире 13b держателя 13, который установлен на верхней поверхности второй оси 1b. Шарнир 13b должен позволять оси двигаться в вертикальном направлении и, следовательно, позволять качаться качающемуся рычагу. Этот шарнир также должен позволять второй оси 1b поворачиваться относительно качающегося рычага. Качающийся рычаг 10 совершает шарнирный поворот между своими концами в шарнире 14b на первом опорном кронштейне 14, так что он может иметь наклон относительно горизонтальной оси этого шарнира в результате продольных движений оси. Нижний конец опорного кронштейна 14 совершает шарнирный поворот в шарнире 14а держателя 5с, установленного на раме. Так как качающийся рычаг совершает шарнирный поворот относительно рамы при помощи двух шарниров 14а и 14b, то он может двигаться в продольном направлении транспортного средства так, как это требуется при рулевом управлении, так что высота его концов существенно не изменяется и дополнительные нагрузки не возникают.
На фиг.4 показан значительно упрощенный вид сбоку тележки с тремя жесткими и управляемыми осями. Конструкция включает в себя два качающихся рычага 10а и 10b, которые могут двигаться в своих продольных направлениях в результате движений рулевого механизма. Величина перемещения качающихся рычагов, вызванного движениями рулевого механизма, преимущественно определяется самой внутренней осью тележки, то есть осью 1с, которая поворачивается в наименьшей степени. Один конец внутреннего качающегося рычага 10b совершает шарнирный поворот на этой оси при помощи второго промежуточного рычага 26b и держателя 13. Между внешним качающимся рычагом 10а и внутренним качающимся рычагом 10b предусмотрен первый промежуточный рычаг 26а, который совершает шарнирный поворот на верхнем конце второй подвесной тяги 8b, между своими концами. Две самые внешние оси 1а и 1b соединены с рычажным механизмом тележки при помощи С-образных подвесных тяг 8а и 8b, которые совершают шарнирный поворот под этими осями. Подвесная тяга позволяет первой оси поворачиваться больше всего, то есть иметь самый большой угол поворота, причем вторая ось совершает больший поворот, чем третья ось. Более того, один конец промежуточного рычага 26b, который совершает шарнирный поворот относительно держателя 13 третьей оси 1с, соединен с уравновешивающим рычагом 21, параллельным продольному направлению транспортного средства, при помощи подвесной тяги 22. Уравновешивающий рычаг установлен между данной и последующей тележками и производит равномерное распределение нагрузок между ними. Первый качающийся рычаг 10а, первый промежуточный рычаг 26а, второй качающийся рычаг 10b и второй промежуточный рычаг 26b выполнены таким образом, что они движутся главным образом в горизонтальном направлении и перемещаются на равное расстояние, необходимое в зависимости от угла поворота оси 1с.
На фиг.5а показана трехосная тележка, аналогичная показанной на фиг.4. Штрихпунктирной линией с двумя точками показан наклон первой подвесной тяги в случае ее шарнирного поворота в шарнире 7а на верхней поверхности первой оси. Штриховой линией показан наклон С-образной подвесной тяги 8а, которая совершает шарнирный поворот в шарнире 7b на нижней поверхности оси, и штрих пунктирной линией показан наклон С-образной подвесной тяги (тяга не показана), которая совершает шарнирный поворот в шарнире 7с держателя 27 (показанного штриховой линией), который может быть установлен на нижней поверхности оси и идет вниз. В последнем случае наклон подвесной тяги 8а самый малый, так что пропорциональная компонента горизонтальной силы X, приложенная к рычажному механизму, меньше, чем в двух других случаях, особенно по сравнению со случаем крепления подвесной тяги над осью (пропорциональная компонента горизонтальной силы X'). При осуществлении шарнирного поворота ниже оси не возникает значительная компонента горизонтальной силы, приложенная к рычажному механизму, поэтому рычаги рулевого механизма и исполнительные элементы могут иметь более легкую чем обычно конструкцию. Можно влиять на углы наклона подвесных тяг за счет предусмотрения на нижних поверхностях осей направленных вниз держателей 27 желательной длины, в которых совершают шарнирный поворот нижние концы подвесных тяг. Следует иметь в виду, что чем ниже выступает держатель, тем дальше находится ось от оси тележки 1с, которая поворачивается в наименьшей степени (причем это определяет также продольное перемещение рычажного механизма в результате движения рулевого механизма). Длина держателей может быть выбрана таким образом, что угол наклона подвесных тяг является главным образом постоянным, вне зависимости от положения оси, при этом приложенная к подвесной тяге нагрузка является постоянной при данном наклоне. В таком случае могут быть использованы подвесные тяги стандартных размеров.
На фиг.5b показано другое решение, которое позволяет производить шарнирный поворот подвесной тяги 8 ниже оси тележки. В соответствии с этим решением вокруг оси тележки предусмотрена рама, которая шарнирно поворачивается относительно оси тележки. Следует иметь в виду, что шарнирный поворот ниже оси тележки может быть также осуществлен и иным образом, причем форма подвесной тяги может быть и другой.
На фиг.6а изображена конструкция с четырьмя осями, причем показано, как две связанные друг с другом тележки в соответствии с настоящим изобретением ведут себя при движении по поверхности с переменным рельефом. Видно, что колеса плотно прижаты к неровной поверхности движения, причем рычажный механизм воспринимает нагрузки и равномерно распределяет их между осями и тележками.
На фиг.6b показана ситуация, в которой транспортное средство с конструкцией в соответствии с фиг.6а находится в углублении. Можно видеть, что вертикальное движение осей тележки не создает перемещения качающихся рычагов в продольном направлении, то есть они наклоняются только за счет шарнирного поворота между своими концами.
На фиг.6с показано поведение конструкции в соответствии с настоящим изобретением при преодолении подъема, то есть в ситуации, противоположной показанной на фиг.6b. Из рассмотрения фиг.6а-6с можно сделать вывод о том, что рычажный механизм не занимает много места над осями тележки, даже при значительных движениях осей в показанных ситуациях вождения.
На фиг.7 приведен вид сбоку, который показывает, каким образом ведет себя конструкция при колебаниях. Можно видеть, что тележки 2а и 2b повернулись в противоположных направлениях относительно продольной оси транспортного средства. Продольные уравновешивающие рычаги на противоположных сторонах транспортного средства также повернуты в противоположных направлениях. Отметим, что на фиг.7 не показано поперечное соединение между рычажными механизмами.
На фиг.8а приведен вид сбоку четырехосного транспортного средства, причем три жесткие оси объединены в тележку при помощи соединения в соответствии с настоящим изобретением. Колеса на первой оси транспортного средства вращаются, например, вокруг шарнирных болтов, предусмотренных на концах оси, однако может быть также использована и жесткая передняя ось. Все имеющие возможность поворота колеса транспортного средства совершают поворот вокруг одной и той же точки поворота R, как это показано на фиг.8b. Из рассмотрения (фиг.8b) следует, что самая передняя ось трехосной тележки не имеет поворота, в то время как две последующие оси совершают поворот (поворачиваются). Конструкция содержит два продольных качающихся рычага, между которыми имеется уравновешивающий рычаг, который выполнен с возможностью шарнирного поворота относительно средней оси. Преимущественно предусмотрен шарнир между уравновешивающим рычагом и качающимися рычагами, который допускает контакт скольжения в горизонтальном направлении, так что уравновешивающий рычаг и качающиеся рычаги могут качаться. Оба продольных качающихся рычага выполнены с возможностью перемещения в своих продольных направлениях, как это требуется при управлении от рулевого механизма. Более того, для компенсации различных углов поворота на внешних концах качающихся рычагов предусмотрены подвесные тяги, которые совершают шарнирный поворот под наиболее удаленными от центра осями. В ситуациях, которые показаны на фиг.8с и 8d, жесткая средняя ось тележки не имеет поворота, в то время как две внешние оси имеют возможность поворота. В соответствии с этим решением нет необходимости использовать качающиеся рычаги с возможностью перемещения в продольном направлении транспортного средства, так как они могут совершать шарнирный поворот непосредственно относительно рамы. По желанию шарнирный поворот качающихся рычагов может быть осуществлен с использованием поворотных опорных кронштейнов, как это показано на фиг.8с штриховой линией.
Следует иметь в виду, что несмотря на то, что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения. Несмотря на то, что в описании изобретения описаны и на чертежах показаны поворотные оси тележки, настоящее изобретение может быть применено и к осям, которые не имеют поворота. В таком случае управление движением может быть осуществлено за счет управления рамой или за счет управления с использованием шарнирного пальца, причем в таком случае колеса могут поворачиваться относительно оси тележки. Кроме того, нет необходимости обязательно использовать качающиеся рычаги с возможностью перемещения в продольном направлении транспортного средства, так как они могут совершать шарнирный поворот непосредственно, например, относительно рамы. Более того, оси передней тележки могут быть поворотными, в то время как оси задней тележки могут быть неповоротными. Также имеется возможность объединения обоих концов жестких осей двухосного транспортного средства в тележку при помощи качающегося рычага в соответствии с настоящим изобретением, при их повороте в противоположных направлениях друг относительно друга, на одинаковые или различные углы поворота. Кроме того, изменение расстояния за счет различных углов поворота управляемых жестких осей можно обеспечить, например, при помощи качающегося рычага, оба конца которого являются телескопическими, причем такой рычаг позволяет увеличивать и уменьшать расстояние. Это решение требует, чтобы точка поворота качающегося рычага смещалась таким образом, чтобы плечи рычага сохраняли желательное отношение расстояний, вне зависимости от изменения длины качающегося рычага. Альтернативно, необходимо предусматривать соответствующую компенсацию усилия для устранения проблем, связанных с изменяющимися плечами рычага. Кроме того, при необходимости могут быть изменены степени свободы шарниров рычажного механизма.
Реферат
Изобретение относится к последовательно связанным жестким поворотным осям с центральными осями поворота. Тележка содержит по меньшей мере две жесткие оси (la-lb), которые соединены качающимся рычагом (10), который может быть выполнен в виде рессоры. Качающийся рычаг (10) имеет возможность шарнирного поворота в своей средней точке (14b), так что он может двигаться в своем продольном направлении в результате движений рулевого механизма. Качающийся рычаг (10) преимущественно соединен с той осью (1b) тележки, которая совершает наименьший поворот, при помощи шарнира (13b) держателя (13), поэтому указанная ось (1b) тележки определяет продольное перемещение качающегося рычага (10). Качающийся рычаг (10) соединен также с другими осями (1а) тележки, которые совершают больший поворот, при помощи подвесных тяг (8). Предпочтительно для необходимой возможно большей длины подвесной тяги (8) она шарнирно закреплена под осью (1а) тележки. В результате подвесная тяга (8) имеет меньший наклон при продольном движении качающегося рычага (10). Предлагаемое техническое решение направлено на обеспечение снижения нагрузок подвески и рулевого механизма. 11 з.п. ф-лы, 19 ил.
