Балансирная тележка колесного транспортного средства

 

Изобретение относится к балансирным тележкам колесных транспортных средств, используемых в лесной промышленности. Балансирная тележка содержит балансиры 2, которые установлены на подшипниках 3 с возможностью углового поворота относительно рамы 1. Против плеч корпусов 4 каждого балансира 2 расположены колеса 5 (6). В корпусе 4 каждого плеча размещена силовая передача, которая имеет входной элемент (шестерню) 7, вал последней связан с выходным валом главной передачи 8. Ось вращения элемента 7 соосна оси поворота (О) балансира 2. Силовая передача каждого плеча балансира имеет ведомый (выходной) элемент (шестерню) 10, вал 11 которой соосен оси вращения колес 5 (6) и кинематически связан с последним посредством реверсивного соосного колесного редуктора 12, которым оснащено каждое колесо. Колесный редуктор 12 выполнен в виде соосной зубчатой передачи, состоящей из центральной ведущей шестерни 13, установленной на выходном валу 11 элемента 10, соосной с ведущей шестерней 13 ведомой шестерни 14 с внутренним зацеплением, соединенной с колесом 5 (6), промежуточных шестерен 15, которые обеспечивают передачу крутящего момента от ведущей шестерни 13 к ведомой шестерне 14. Вследствие выполнения ведомой шестерни 14 с внутренним зацеплением направление вращения ее противоположно (реверсивно) направлению вращения ведущей шестерни 13. Оси вращения промежуточных шестерен 15 размещены на ступице 16, которой оснащен каждый редуктор, при этом ступица 16 имеет подшипники 17, посредством которых она размещается в корпусе 4 каждого плеча балансира с возможностью углового поворота относительно оси вращения выходного вала 11. Каждая ступица 16 кинематически связана с рамой 1 транспортного средства посредством реактивной тяги 18. Каждая силовая передача выполнена с направлением вращения выходного вала 11 ведомого элемента 10 противоположным (реверсивным) направлению вращения входного вала ведущего элемента 7 этой передачи. Техническим результатом является улучшение экологических характеристик по воздействию на почву внедорожных транспортных средств, ходовые системы которых оснащены балансирными тележками, путем улучшения равномерности распределения вертикальных нагрузок на колеса указанного средства в случаях, когда ось поворота балансиров расположена выше оси вращения колес, а также путем снижения массы балансирной тележки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к ходовым системам колесных транспортных средств, в частности к балансирным тележкам, преимущественно внедорожных многоосных самоходных машин, используемых в том числе в лесной промышленности.

Известна балансирная тележка колесного транспортного средства, содержащая расположенные по обе стороны рамы транспортного средства продольно ориентированные балансиры, против плеч корпусов которых размещены колеса указанного средства, оси вращения колес расположены по уровню ниже оси поворота балансиров, в корпусе каждого плеча балансиров размещена силовая передача с ведущим элементом, связанным с выходным валом главной передачи транспортного средства и соосным оси поворота балансиров, а выходной вал ведомого элемента каждой силовой передачи обращен в сторону колеса тележки, каждое из которых оснащено простым планетарным колесным редуктором, ведущая шестерня которого соединена с выходным валом ведомого элемента силовой передачи, водило планетарного редуктора соединено с колесом транспортного средства, эпициклическая шестерня размещена на ступице, которая установлена на консольной части корпуса плеча балансира на подшипниках с возможностью углового поворота относительно оси выходного вала силовой передачи плеча балансира и кинематически связана с рамой транспортного средства посредством реактивной тяги, один конец которой шарнирно закреплен на ступице, а второй на раме транспортного средства (см. а. с. РФ 1763250, кл. В 60 К 17/04, 29.05.90 г. ). Наличие реактивных тяг в балансирной тележке по указанному техническому решению позволяет частично уменьшить неравномерность распределения вертикальных нагрузок на передние и задние колеса балансиров, что улучшает экологические характеристики транспортного средства по воздействию на почву (грунт).

Однако оснащение каждого колеса транспортного средства колесным редуктором, конструктивно выполненным в виде простого планетарного механизма, водило которого соединено с колесом транспортного средства, приводит к совпадению направлений вращения колеса и выходного вала ведомого элемента силовой передачи каждого плеча балансира, вследствие чего на балансир действует реактивный момент, увеличивающий неравномерность распределения вертикальных нагрузок на передние и задние колеса балансиров, что не позволяет достигнуть равномерного распределения вертикальных нагрузок на колеса, когда ось поворота балансира расположена по уровню выше оси вращения колес, что необходимо для обеспечения требуемого дорожного просвета внедорожных транспортных средств.

Известное техническое решение по совокупности конструктивных признаков и их взаимосвязи наиболее близко к заявляемому изобретению и выбрано в качестве его прототипа.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение экологических характеристик по воздействию на почву внедорожных транспортных средств, ходовые системы которых оснащены балансирными тележками, путем улучшения равномерности распределения вертикальных нагрузок на колеса указанного средства в случаях, когда ось поворота балансиров расположена выше оси вращения колес, а также путем снижения массы балансирной тележки.

Поставленная техническая задача достигается следующим образом.

В балансирной тележке колесного транспортного средства, содержащей расположенные по обе стороны рамы транспортного средства продольно ориентированные балансиры, против плеч корпусов которых размещены колеса указанного средства, ось вращения колес расположена ниже оси поворота балансиров, в корпусе каждого плеча балансиров размещена силовая передача с ведущим элементом, связанным с выходным валом главной передачи транспортного средства и соосным оси поворота балансиров, а выходной вал ведомого элемента каждой силовой передачи обращен в сторону колеса тележки, каждое из которых оснащено колесным редуктором, ведущая шестерня которого соединена с выходным валом ведомого элемента силовой передачи, при этом колесный редуктор каждого колеса оснащен ступицей, установленной на подшипниках с возможностью углового поворота относительно оси указанного выходного вала и кинематически связанной с рамой транспортного средства посредством реактивных тяг, в соответствии с изобретением предложено выполнение колесного редуктора в виде реверсивной соосной зубчатой передачи, ведомая шестерня которой имеет внутреннее зацепление и соединена с колесом, а оси промежуточных шестерен соединены со ступицей названного редуктора, при этом каждая силовая передача плеч балансиров выполнена реверсивной с противоположным направлением вращения валов ведущего и ведомого элементов.

В соответствии с изобретением обращенная к раме транспортного средства консольная часть ступицы каждого колесного редуктора расположена внутри корпуса плеча балансира с размещением ее подшипников по обе стороны от ведомого элемента силовой передачи этого корпуса, при этом ступица имеет полость с окном для размещения в них соответственно названного ведомого элемента и кинематической связи этого элемента с ведущим элементом силовой передачи.

В соответствии с изобретением каждая ступица в зоне расположения ведомого элемента выполнена из двух частей, соединенных между собой цилиндрической обечайкой, имеющей полость для ведомого элемента силовой передачи и окно для кинематической связи ведомого и ведущего элементов силовой передачи.

В соответствии с изобретением реактивная тяга каждого плеча балансира расположена со стороны внешней поверхности корпуса этого плеча, обращенной к раме транспортного средства, при этом тяга кинематически связана с консольным участком ступицы, обращенным к раме транспортного средства.

При реализации изобретения на ступицу колесного редуктора каждого из колес действует реактивный момент, равный сумме реактивного момента на колесе и входного момента на ведущей шестерне его колесного редуктора, при этом действующий на ступицу реактивный момент передается на раму транспортного средства, вследствие чего он не вызывает перераспределения нормальных нагрузок на колеса тележки, а действующие на балансиры дополнительные неуравновешенные моменты, равные сумме моментов на ведущем и ведомых элементах силовой передачи и противоположные по направлению моменту сил от тягового усилия с учетом расположения оси поворота балансиров выше оси вращения колес, обеспечивают выравнивание вертикальных нагрузок на колеса балансирной тележки, что и подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая кинематическая схема балансирной тележки колесного транспортного средства; на фиг.2 - конструктивная схема балансирной тележки (вариант); на фиг.3 - то же, что на фиг.1, вид сбоку с изображением действующих на балансиры сил и моментов; на фиг.4 - конструктивное исполнение части ступицы внутри колесного редуктора.

Балансирная тележка колесного транспортного средства содержит смонтированные с противоположных сторон от продольной оси I-I рамы 1 транспортного средства балансиры 2, продольно ориентированные в направлении оси I-I. Балансиры 2 установлены на подшипниках 3 с возможностью углового поворота относительно рамы 1.

Против плеч корпусов 4 каждого балансира 2 расположены соответственно переднее 5 и заднее 6 колеса балансирной тележки. В корпусе 4 каждого плеча балансира размещена силовая передача, например зубчатая с цилиндрическими шестернями. Каждая силовая передача имеет входной элемент, например шестерню 7, вал которой связан с выходным валом главной передачи 8 транспортного средства. Преимущественно главная передача указанного средства выполнена в виде редуктора с выходным валом 9, поперечно ориентированным относительно продольно оси I-I. Ось вращения входного элемента 7 соосна оси поворота (О) балансира 2. Силовая передача каждого плеча балансира имеет ведомый (выходной) элемент (шестерню) 10, выходной вал 11 которой соосен оси вращения колес 5 (6) и кинематически связан с последним посредством реверсивного соосного колесного редуктора 12, которым оснащено каждое колесо.

Колесный редуктор 12 выполнен в виде соосной зубчатой передачи, состоящей из центральной ведущей шестерни 13, установленной на выходном валу 11 ведомого элемента 10 силовой передачи, соосной с ведущей шестерней 13 ведомой шестерни 14 с внутренним зацеплением, соединенной с колесом 5 (6) балансирной тележки, промежуточных шестерен 15, которые обеспечивают передачу крутящего момента от ведущей шестерни 13 к ведомой шестерни 14. Вследствие выполнения ведомой шестерни 14 с внутренним зацеплением направление вращения ее противоположно (реверсивно) направлению вращения ведущей шестерни 13. Оси вращения промежуточных шестерен 15 размещены на ступице 16, которой оснащен каждый редуктор, при этом ступица 16 имеет подшипники 17, посредством которых она размещается в корпусе 4 каждого плеча балансира с возможностью углового поворота относительно оси вращения выходного вала 11. Каждая ступица 16 кинематически связана с рамой 1 транспортного средства посредством реактивной тяги 18. Концы тяги 18 шарнирно соединены с рамой транспортного средства и ступицей 16. Каждая тяга 18 преимущественно ориентирована в направлении продольной оси соответствующего корпуса 4 каждого плеча балансира.

Каждая силовая передача выполнена с направлением вращения выходного вала 11 ведомого элемента 10, противоположным (реверсивным) направлению вращения входного вала ведущего элемента 7 этой передачи, что при выполнении силовой передачи в виде зубчатых цилиндрических шестерен обеспечивается четным количеством промежуточных шестерен 19 между ведущей 7 и ведомой 10 шестернями. Преимущественно количество промежуточных шестерен 19 соответствует двум, что обеспечивает оптимальные параметры и массу силовой передачи. Возможно и иное конструктивное исполнение силовой передачи, например зубчато-цепной, с обеспечением реверсивности в направлении вращения входного и выходного элементов силовой передачи.

Реверсивная силовая передача плеча балансира, связанная через ее выходной вал с реверсивным колесным редуктором 12, обеспечивает совпадение направлений вращения вала входного элемента силовой передачи и колеса 5 (6) балансирной тележки.

При конструктивном исполнении балансирной тележки ступица 16 каждого колесного редуктора размещена внутри корпуса 4 каждого плеча балансира, при этом подшипники 17 ступицы расположены по обе стороны от ведомого элемента 10 силовой передачи, а ступица 16 (при указанном расположении ее подшипников) имеет полость для размещения в них названного ведомого элемента 10 и окно для кинематической связи элемента 10 с ведущим элементом 7 силовой передачи через промежуточные элементы 19.

При конструктивном исполнении ступицы 16 последняя преимущественно выполнена из двух разъемных частей, соединенных между собой цилиндрической обечайкой 20, в полости которой размещен ведомый элемент (шестерня) 10, при этом в цилиндрической обечайке выполнено окно 21 для обеспечения кинематической связи (зацепления) элемента 10 с входным элементом 7 силовой передачи (через промежуточные шестерни 19).

Размещение подшипников 17 ступицы 16 по обе стороны от ведомого элемента (шестерни) 10 увеличивает длину опоры ступицы относительно выходного вала 11 и тем самым снижает нагруженность подшипникового узла в целом, уменьшается масса и повышается долговечность. Установка консольного конца ступицы внутри корпуса с размещением ведомого элемента 10 в полости ступицы 16 позволяет вывести часть ее консольного участка в сторону, обращенную к раме транспортного средства, и разместить шарнирное крепление реактивной тяги 18, а следовательно, и расположение последней в защищенной от механических повреждений зоне между корпусом балансира и рамой 1 транспортного средства. Конструктивное исполнение ступицы из двух частей, соединенных между собой цилиндрической обечайкой 20, улучшает монтажно-демонтажные работы.

На фиг.3 приведены следующие дополнительные обозначения: Q₁, Q₂, T₁, Т₂ - соответственно вертикальные и горизонтальные реакции сил, возникающие при силовом воздействии переднего 5 и заднего 6 колес одного из балансиров 2 тележки с опорной поверхностью, например почвой, причем Q₁+Q₂=G; T₁+T₂=Т; R₁= R₂= R - усилие в реактивных тягах 18 соответственно на переднем 5 и заднем 6 колесах; Т - тяговое усилие на колесах одного из балансиров 2 тележки; G - вертикальная нагрузка со стороны транспортного средства на балансир; М - входной момент на ведущей шестерни 7 силовой передачи балансира;
M_f1, M_f2 - моменты сопротивления соответственно на переднем и заднем колесах балансира;
M_f1+M_f2=M_f - суммарный момент сопротивления на колесах балансира;
r_k - радиус качения колеса;
а - расстояние по горизонтали от оси поворота балансира до оси вращения колеса;
е - расстояние по вертикали от оси вращения колеса до оси поворота балансира;
b - плечо действия силы в реактивной тяге.

При работе балансирной тележки колесного транспортного средства крутящий момент (М) от выходного вала 9 главной передачи 8 передается на входной элемент (ведущую шестерню) 7 реверсивной силовой передачи в корпусе 4 балансира 2, причем направление вращения входного элемента 7 совпадает с направлением вращения колес 5 и 6 балансирной тележки; далее крутящий момент через выходной вал 11 силовой передачи передается на центральную ведущую шестерню 13 реверсивного соосного колесного редуктора 12, от нее через промежуточные шестерни 15 на ведомую шестерню 14 с внутренним зацеплением, соединенную с колесом 5 (6) балансирной тележки, благодаря чему направление вращения колес 5 (6) противоположно направлению вращения центральной ведущей шестерни 13 колесного редуктора. На ступицу 16 колесного редуктора каждого из колес действует реактивный момент, равный сумме реактивного момента (Mi/2) на колесе 5 (6) и входного момента (М_b) на ведущей шестерне 13 редуктора 12, который через установленную на подшипниках 17 ступицу 16 и шарнирно соединенную с ней реактивную тягу 18 передается на раму 1 транспортного средства. Действующий реактивный момент не воздействует на балансир 2 как опрокидывающий момент и не вызывает перераспределения нормальных нагрузок на колесах балансирной тележки.

Одновременно на балансир 2 действует дополнительный неуравновешенный момент, равный сумме моментов на входном 7 и выходном 10 элементах силовой передачи балансира и противоположный по направлению опрокидывающему моменту, действующему на балансир 2 от тягового усилия Т вследствие расположения оси поворота балансира выше оси вращения колес 5 (6), чем обеспечивается дополнительное выравнивание нормальных нагрузок на колесах балансирной тележки. Приведенные положения подтверждаются расчетом вертикальных реакций Q₁ и Q₂, действующих на колеса тележки.

Условие равновесия каждого балансира относительно оси его поворота (O) определяется из выражения (см. фиг.3):
Т(r_k+е)+M_f1+M_f2-М-2Rb+Q₁a-Q₂а=0 (1)
Входной момент М связан с тяговым усилием Т и моментами сопротивления на колесах M_f1 и M_f2 выражением:
Тr_k+M_f1+M_f2=Мi (2)
где -i = i_бp• i_кр - суммарное передаточное отношение силовой передачи балансира и колесного редуктора;
i_бp - передаточное отношение силовой передачи;
i_кр - передаточное отношение колесного редуктора.

Из выражений (2) и (1) следует:
Mi+Те-М-2Rb=a(Q₂-Q₁) (3)
Условие равенства нагрузок на колеса балансира (Q₂-Q₁)=0 выполняется при:
Mi+Те-М-2Rb=0 (4)
Значение усилия (R) в реактивной тяге может быть определено из условия равновесия каждого колеса балансирной тележки относительно оси его вращения:
0.5Тr_k+0.5M_f+М_b-Rb=0,
где М_b - момент на ведущей шестерне колесного редуктора.

Так как
0.5Tr_k+0.5M_f=0.5Mi, а М_b=0.5Mi_бp, то:
R=(Mi+Mi_бp)/2b (5)
После подстановки (5) в (4) с учетом, что Т=(Mi-M_f)/r_k, получим условие равномерного распределения нагрузок по колесам:

Но так как M_f существенно меньше Mi, то последнее выражение можно упростить и окончательно условие равномерного распределения нагрузок по колесам:

Все члены выражения (6) положительны, поэтому е>0, т.е. ось поворота балансира расположена выше оси вращения колес тележки. Кроме того, поскольку по условиям кинематического соответствия угловых скоростей передних и задних колес транспортного средства i = i_kp • i_бp - величина постоянная, то изменением i_kр и i_бp можно получить требуемую величину "е", т.е. требуемое значение дорожного просвета.

При аналогичном расчете действующих сил и моментов для балансирной тележки по известному техническому решению 1763250 имеем, что в выражении (1) значение входного момента (М) будет положительно:
Т(r_k+е)+M_f1+М_f2+М-2Rb+Q₁a-Q₂a=0 (7)
Условие равенства нагрузок на колеса этой тележки:
Mi+Те+М-2Rb=0 (8)
Т. к. направление вращения ведущей шестерни простого планетарного колесного редуктора и колеса, соединенного с водилом, совпадают, то в уравнении равновесия колеса относительно оси его вращения знак (Mb) поменяется на обратный и выражение усилия в реактивной тяге примет вид:
R=(Mi-Mi_бp)/2b (9)
Из выражений (9) и (8) следует:

Таким образом, из выражения (10) следует, что равенство нагрузок на колесах известной балансирной тележки (см. а.с. 1763250) обеспечивается при расположении оси поворота балансира ниже оси вращения колес тележки, что неприемлемо для внедорожного транспортного средства по условиям требуемого дорожного просвета.

Таким образом, балансирная тележка по изобретению обеспечивает равномерное распределение вертикальных нагрузок на колеса, в том числе в тех случаях, когда ось поворота балансиров расположена выше оси вращения колес транспортного средства, что позволяет получить требуемый дорожный просвет. Выполнение силовой передачи каждого плеча балансира с противоположным направлением вращения ведущего и ведомого элементов позволяет также оптимизировать параметры этой силовой передачи по количеству промежуточных шестерен в ней, что уменьшает габариты и массу этой передачи. Балансирная тележка используется преимущественно на внедорожных транспортных средствах с высокими технологическими требованиями по экологическому воздействию на почву (грунт) и проходимости при преодолении дорожных препятствий.

Формула изобретения

1. Балансирная тележка колесного транспортного средства, содержащая расположенные по обе стороны рамы транспортного средства продольно ориентированные балансиры, против плеч корпусов которых размещены колеса указанного средства, в корпусе каждого плеча балансиров размещена силовая передача с ведущим элементом, связанным с выходным валом главной передачи транспортного средства и соосным оси поворота балансиров, выходной вал ведомого элемента каждой силовой передачи обращен в сторону колеса тележки, каждое из которых оснащено колесным редуктором, ведущая шестерня которого соединена с выходным валом ведомого элемента силовой передачи, колесный редуктор каждого колеса оснащен ступицей, установленной на подшипниках с возможностью углового поворота относительно оси указанного выходного вала и кинематически связанной с рамой транспортного средства посредством реактивных тяг, при этом силовая передача каждого плеча балансира выполнена с противоположным направлением вращения валов ведущего и ведомого элементов, отличающаяся тем, что каждый колесный редуктор выполнен в виде соосной зубчатой передачи, ведомая шестерня которой имеет внутреннее зацепление и соединена с колесом, оси промежуточных шестерен соединены со ступицей названного редуктора, консольная часть ступицы расположена внутри корпуса плеча балансира с размещением ее подшипников по обе стороны от ведомого элемента силовой передачи этого корпуса, названная часть ступицы имеет полость для размещения ведомого элемента и окно для кинематической связи этого элемента с ведущим элементом силовой передачи, при этом реактивная тяга каждого плеча балансира расположена со стороны внешней поверхности корпуса этого плеча, обращенной к раме транспортного средства, и кинематически связана с консольным участком ступицы, обращенным к указанной раме.

2. Балансирная тележка по п. 1, отличающаяся тем, что консольная часть ступицы, расположенная в зоне ведомого элемента силовой передачи корпуса плеча балансира, выполнена из двух частей, соединенных между собой цилиндрической обечайкой, имеющей полость для ведомого элемента силовой передачи и окно для кинематической связи последнего с ведущим элементом силовой передачи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4