Патент на изобретение №2380266

(54) АВТОМОБИЛЬ-ТЯГАЧ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Автомобиль-тягач содержит раму, к которой прикреплены передний и задний мосты с подвесками и на которой установлены кабина, двигатель с муфтой сцепления, соединенный с коробкой передач, раздаточная коробка, которая соединена с передним и задним мостами, и механизмы управления. Позади кабины на раме дополнительно закреплены два центробежных инерционных усилителя тяги – один для переднего, другой для заднего хода, одинаковые по конструкции. Каждый усилитель выполнен в форме нескольких пустотелых колец прямоугольного или круглого сечения, размещенных горизонтально, соосно и симметрично друг другу, продольные оси которых перпендикулярны раме автомобиля. Одна половина каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что внутреннее сечение расширенных полуколец в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец. Внутренняя полость каждого кольца заполнена ртутью или жидкостью с большим удельным весом. Расширенные части колец усилителя тяги переднего хода направлены в сторону задней части рамы автомобиля, а расширенные части колец усилителя тяги заднего хода направлены в сторону передней части рамы автомобиля. На расширенной части каждого из колец установлен отдельный насос для перекачивания ртути или жидкости. Насосы усилителя тяги переднего хода закреплены на одном вертикальном валу, имеющем муфту свободного хода. На корпусе муфты закреплена цилиндрическая шестерня, входящая в зацепление с цилиндрической шестерней, установленной на корпусе муфты свободного хода противоположного вращения, закрепленной на втором вертикальном валу привода насосов. На первом вертикальном валу закреплена коническая шестерня, входящая в зацепление с конической шестерней, закрепленной на горизонтальном валу, который посредством карданного вала соединен с валом отбора мощности раздаточной коробки. Достигается повышение проходимости автомобиля-тягача. 10 ил.

Настоящее изобретение относится к области автомобильного транспорта и может найти применение в качестве автомобиля-тягача.

Известен седельный автомобиль-тягач ГАЗ-51П (4×2), содержащий раму, к которой прикреплена ходовая часть с передней балкой, задним мостом и подвесками, на которой закреплены кабина, двигатель с муфтой сцепления, коробка передач, которая посредством карданного вала соединена с задним мостом, седельный сцепной прибор, закрепленный на задней части рамы, механизмы управления. Масса автомобиля 2500 кг, грузоподъемность прицепа 5000 кг, мощность двигателя 70 л.с. при 2300 об/мин. /Краткий автомобильный справочник, НИИАТ, изд.8. М.: Транспорт, 1979, с.116, 163-164, 278/.

Недостатками известного седельного автомобиля-тягача ГАЗ-51П являются: недостаточная сила тяги, невысокая проходимость, малая мощность двигателя, небольшая грузоподъемность.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией автомобиля-тягача.

Известен также седельный автомобиль-тягач MAЗ-509A (4×4), содержащий раму, к которой прикреплены передний и задний мосты с подвесками, на которой закреплены кабина, двигатель с муфтой сцепления, коробка передач, которая посредством карданного вала соединена с раздаточной коробкой, которая карданными валами соединена с передним и задним мостами, седельный сцепной прибор, закрепленный на задней части рамы, механизмы управления. Собственная масса 6600 кг, масса прицепа 21000 кг, мощность двигателя 180 л.с. при 2100 об/мин /там же, с.135-140, 283-284/.

Недостатком известного автомобиля-тягача MAЗ-509A, принятого за прототип как наиболее близкого по технической сущности и достигаемому полезному результату из числа имеющихся аналогов, является недостаточная проходимость на грунтовых и горных дорогах, особенно в условиях ненастной погоды.

Указанный недостаток обусловлен конструкцией автомобиля-тягача, а также тем, что вся мощность двигателя используется для привода колес.

Целью настоящего изобретения является повышение тяговых характеристик автомобиля-тягача.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что седельный сцепной прибор заменен двумя центробежными инерционными усилителями тяги – один для переднего, другой для заднего хода, одинаковыми по конструкции, закрепленными на раме позади кабины, каждый из которых выполнен в форме нескольких пустотелых колец прямоугольного или круглого сечения, прикрепленных горизонтально, размещенных соосно и симметрично друг другу, продольные оси которых перпендикулярны раме автомобиля, причем одна половина каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что внутреннее сечение расширенных полуколец в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец, причем внутренняя полость каждого кольца заполнена ртутью или жидкостью с большим удельным весом, кроме того, расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода направлены в сторону задней части рамы автомобиля, а расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода направлены в сторону передней части рамы автомобиля, кроме того, на расширенной части каждого из колец установлен отдельный насос для перекачивания ртути или жидкости, причем насосы центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода закреплены на одном вертикальном валу, имеющем муфту свободного хода, на корпусе которой закреплена цилиндрическая шестерня, входящая в зацепление с цилиндрической шестерней, установленной на корпусе муфты свободного хода противоположного вращения, закрепленной на втором вертикальном валу привода насосов, установленных на расширенных частях колец центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода, кроме того, на первом вертикальном валу закреплена коническая шестерня, входящая в зацепление с конической шестерней, закрепленной на горизонтальном валу, который посредством карданного вала соединен с валом отбора мощности раздаточной коробки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид автомобиля-тягача, на фигуре 2 – схема силовой передачи автомобиля-тягача, на фигуре 3 – схема расположения центробежных инерционных усилителей тяги переднего и заднего хода, на фигуре 4 – разрез по АА фигуры 3, на фигуре 5 – вид сбоку на кольцо центробежного инерционного усилителя тяги, на фигуре 6 – вид сверху на кольцо центробежного инерционного усилителя тяги, на фигуре 7 – устройство насоса для перемещения жидкой массы внутри кольца центробежного инерционного усилителя тяги, на фигуре 8 – кинематическая схема раздаточной коробки, на фигуре 9 – общий вид кольца с насосом центробежного инерционного усилителя тяги в аксонометрической проекции, на фигуре 10 – схема возникновения силы тяги на кольце центробежного инерционного усилителя тяги.

Автомобиль-тягач содержит раму 1, к которой посредством подвесок прикреплены передний и задний мосты с передними 2 и задними 3 колесами. На раме закреплены: кабина 4, двигатель 5 с муфтой сцепления 6, соединенный с коробкой передач 7, которая посредством карданного вала 8 соединена с раздаточной коробкой 9, которая карданными валами 10, 11 соединена с передним и задним мостами. Позади кабины на раме закреплены центробежный инерционный усилитель тяги переднего хода 12 и центробежный инерционный усилитель тяги заднего хода 13, одинаковые по конструкции. Каждый центробежный инерционный усилитель тяги выполнен в форме нескольких пустотелых колец 14 прямоугольного или круглого сечения, прикрепленных горизонтально, размещенных соосно и симметрично друг другу, продольные оси которых перпендикулярны раме автомобиля-тягача. Каждое кольцо состоит из двух основных частей. Первая часть – это расширенное с обеих торцевых сторон полукольцо 15, а второе – нерасширенное полукольцо 16, имеющее заливную пробку 17. Оба полукольца соединены между собой посредством пустотелых конусных втулок 18. Сечение расширенных полуколец в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец. Внутренние полости колец заполнены ртутью или жидкостью с большим удельным весом. Расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода направлены в сторону задней части рамы. Расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода направлены в сторону передней части рамы автомобиля. Все кольца имеют площадки 19 с отверстиями для крепления. На расширенной части каждого кольца закреплен насос 20 для перекачки ртути или жидкости. Каждый из них содержит корпус 21, внутрь которого вставлен ротор 22, соединенный с вертикальным валом. На роторе выполнены радиальные пазы 23, в которые вставлены лопасти 24. В передней части корпус контактирует с боковой поверхностью ротора, а в задней части корпус имеет полость 25, связанную с внутренней полостью расширенной полуокружности. Лопасти имеют пальцы 26, которые входят в профилированный паз 27, выполненный на одной из крышек корпуса насоса. Все насосы одинаковы по конструкции.

На вертикальном валу 23 центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода закреплена муфта свободного хода 29, на корпусе которой закреплена цилиндрическая шестерня 30, входящая в зацепление с цилиндрической шестерней 31, закрепленной на корпусе муфты свободного хода 32 противоположного вращения, установленной на вертикальном валу 33 привода насосов центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода. Кроме того, на вертикальном валу центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода закреплена коническая шестерня 34, входящая в зацепление с конической шестерней 35, закрепленной на горизонтальном валу 36, который посредством карданного вала 37 соединен с валом отбора мощности 38 раздаточной коробки. Раздаточная коробка содержит корпус 39, закрытый крышкой 40. В подшипнике корпуса установлен ведущий вал 41, на котором закреплена шестерня постоянного зацепления 42, взаимодействующая с шестерней постоянного зацепления 43, закрепленной на промежуточном валу 44, который также имеет шестерню привода 45, входящую в зацепление с шестерней 46 дифференциала 47, и шестерню 48, входящую в зацепление с зубьями каретки 49, установленной с возможностью перемещения на шлицах вала отбора мощности, один конец которого установлен в подшипнике корпуса, а другой вставлен в торец ведущего вала, при этом каретка кинематически связана с ручкой управления 50. Передний ведомый вал 51 и задний ведомый вал 52, имеющий шестерню 53, установлены в подшипниках корпуса и через соединительные муфты 54 связаны с дифференциалом. На шлицах промежуточного вала установлена с возможностью перемещения каретка 55, которая входит в зацепление с шестерней заднего ведомого вала и вместе с соединительными муфтами кинематически связана с ручкой управления 56.

Работа автомобиля-тягача.

После проверки, запуска и прогрева двигателя 5 включается соответствующая передача в коробке передач 7, а рычагом 56 раздаточной коробки 9 включается задний мост автомобиля-тягача и он начинает движение. При этом вращающийся момент от ведомого вала коробки передач 7 через карданный вал 8, ведущий вал 41 раздаточной коробки 9, шестерни постоянного зацепления 42, 43, промежуточный вал 44, каретку 55 и шестерню 53 поступает на задний ведомый зал 52, а с него посредством карданного вала 2 на задний мост автомобиля-тягача. Если условия движения сложные, то рычаг 56 перемещается в противоположную сторону и при этом каретка 55 выходит из зацепления с шестерней 53 заднего ведомого вала 52, а включаются обе муфты 54. В этом случае крутящийся момент с промежуточного вала 44 через шестерни 45, 46, дифференциал 17 передается на передний 51 и задний 52 ведомые валы, а с них посредством карданных валов 10, 11 на передний и задний мосты автомобиля-тягача, увеличивая его силу тяги. Если при обоих включенных мостах сила тяги все-таки недостаточна, то рычагом 50 перемещается каретка 49, зубья которой входят в зацепление с шестерней 48 промежуточного вала 44 и вал отбора мощности 38 приходит во вращение. Вместе с ним вращаются карданный вал 37 и ведущий вал 36, который через конические шестерни 35, 34 приводит во вращение цилиндрические шестерни 30, 31. Если автомобиль движется вперед, то муфта свободного хода 29 соединяет вертикальный вал 28, который выполнен из двух частей, с ведущим валом 36, а вторая муфта свободного хода 32 вращается вхолостую и вертикальный вал 33 с насосами центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода неподвижен. Если в коробке передач 7 включена передача заднего хода и автомобиль движется назад, то включается муфта свободного хода 32, которая соединяет теперь вертикальный вал 33 с насосами 20 с ведущим валом 36, а муфта свободного хода 29 вращается вхолостую и вертикальный вал 28 центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода неподвижен. Как видно из вышеизложенного, при движении вперед вращается вертикальный вал 28, который приводит во вращение насосы 20, которые, вращаясь с большой скоростью, заставляют ртуть или иную жидкость перемещаться внутри колец 14, причем в расширенных полукольцах 15 она движется в несколько раз медленнее, чем в нерасширенных полукольцах 16, потому, что сечение первых в несколько раз больше сечения вторых. При движении ртути внутри колец 14 возникают центробежные инерционные силы F и F_1. Несмотря на то что в каждый отдельный момент количество ртути в нерасширенных полукольцах 16 меньше, чем в расширенных полукольцах 15, центробежная инерционная сила F, возникающая в нерасширенных полукольцах 16, за счет значительно большей скорости движения значительно больше центробежной инерционной силы F₁, возникающей в расширенных полукольцах 15. Эти силы направлены в противоположные стороны, и центробежная инерционная сила F₁ уравновешивается частью центробежной инерционной силы F. Эта часть силы обозначена Fу, а ничем не уравновешенная оставшаяся центробежная инерционная сила F обоих колец направлена вперед, приложена к раме автомобиля-тягача, увеличивает тягу и проходимость последнего (фиг.10). На практике часто наблюдается, как несколько человек подталкивают застрявший и буксующий автомобиль, вытаскивая его, при этом они прикладывают незначительное усилие к раме или кузову. Центробежные инерционные силы F нескольких колец 14 складываются, образуя дополнительную силу тяги, вектор которой совпадает c направлением движения автомобиля-тягача. При включении рычагом коробки передач 7 заднего хода включаются насосы 20 заднего центробежного инерционного усилителя тяги 13 и процесс протекает, как было описано выше, создавая тягу, направленную назад. Таким образом при неравномерном движении ртути в кольцах возникают однонаправленные ничем не уравновешенные центробежные инерционные силы, идущие на увеличение силы тяги автомобиля-тягача и повышение его проходимости. Центробежные инерционные силы F₂ и F₃, действующие в поперечном направлении, равны и взаимно уравновешивают друг друга. Величина центробежной инерционной силы зависит от скорости перемещения ртути в кольцах и от вращения вала отбора мощности. Возможна установка вариатора для изменения частоты вращения вала отбора мощности в больших пределах (на чертежах не показано). Предлагаемое инерционное устройство для увеличения тяги имеет много аналогов. Из уровня современной техники известны центробежные инерционные механизмы, создающие однонаправленные силы инерции, которые могут быть использованы для перемещения транспортного средства, подразделяющиеся на следующие типы:

ИМГ – инерцойды с машущими грузами. В них массы движутся, как крылья птиц. Массы колеблются в вертикальной или горизонтальной плоскости (Инерцойд Пермского государственного университета, патент РФ 2184045 или журнал “Изобретатели – машиностроению”, 2, 2007, с.21-22).

ИУГ – инерцойды с ускоряющимися грузами. Грузы двигаются по кругу с переменными скоростями. Такие модели рывками смещались вперед (статья А.Прохорова, журнал “Природа”, 8, 1978).

ИПР – инерцойды с переменным рычагом. Здесь момент инерции увеличивается из-за смещения шаровых поршней (авт. свид. 731031, 1976 и авт. свид. 589150).

ИГШ – инерцойды с переменной массой (такие еще не созданы.

Возможно, к этому классу можно отнести инерцойд, предложенный в данном изобретении).

ИХ – инерцойд-хранитель, выполнен в виде игрушки. Лошадь скачет из-за ударов маятника, закрепленного на ней и ударяющего по ее передним ногам (Н.Гулиа. Инерция. М.: Наука, 1982).

К экому можно также добавить:

1. Г.Шиферштейн, патент 10467, 1926 г. Повозка с колеблющимися грузами может двигаться по снегу, земле и воде.

2. М.Колмаков, ант. свид. 45781, 1934 г. Движущаяся повозка.

3. С.Кунцов, К.Кармухин, авт. свид. 151574, 1961 г. Самоходная система с эксцентриками, создающими центробежные силы.

4. Н.Бобоед, П.Колосов, авт. свид. 731031, 1976 г.

5. Евразийская заявка. Бюл.

7. Вибродвижитедь c преобразованием вращательного движения в поступательное. Патент РФ 2274574 или журнал “Изобретатели – машиностроению”, 2, 2007, с.25-25.

8. Центробежно-силовой движитель. Патент РФ 2223192 или журнал “Изобретатели – машиностроению”, 2, 2007, с.22-23.

9. Центробежный движитель. Патент РФ 2280513 или в том же журнале с.25-28.

10. Способ передвижения транспортного средства и устройство для его осуществления. Патент РФ 2282054 или в том же журнале с.28-29.

11. Центробежный инерционный движитель. Патент РФ 2263819 или в том же журнале с.47-48.

Примерный расчет силы тяги предлагаемого центробежного инерционного усилителя.

Дано:

Количество колец – 2 шт.

Диаметр колец – 1,2 м.

Инерционная масса – ртуть.

Уд. вес ртути Y – 1355 кг/м³ = 13,55 г/см³.

Частота перемещения ртути в расширенном полукольце

И₁=480 об/мин = 8 об/сек.

1. Внутреннее сечение нерасширенной полуокружности.

(высота h – 3 см, ширина l – 3 см) S=hl; S=3 см × 3 см = 9 см².

2. Внутреннее сечение расширенной полуокружности.

(высота h₁ – 3 см, ширина l₁ – 9 см) S₁=h₁l₁; S₁=3 см × 9 см = 27 см².

3. Длина окружности кольца.

С=2Р; С=2×3,14×0,6 м = 6,28×0,6 м = 3,76 м.

4. Половина длины окружности кольца.

1/2 С=3,76 м: 2=1,88 м = 188 см.

5. Внутренний объем нерасширенного полукольца.

V=S1/2 C; V=9 см² × 188 см = 1692 см³.

6. Внутренний объем расширенного полукольца.

V₁=S₁1/2 C; V₁=27 см² × 188 см = 5076 см³.

7. Масса ртути, вмещающаяся в нерасширенном полукольце.

m=VY; m=1692 см³ × 13,55 г = 22926,6 г = 22,926 кг.

8. Масса ртути, вмещающаяся в расширенном полукольце.

m₁=V₁Y; m₁=5076 см³ × 13,55 г = 68779,8 г = 68,779 кг.

9. Угловая скорость перемещения ртути в нерасширенном полукольце

=2n (С.Э.Фриш, А.В.Тиморева. Курс общей физики, т.1, Госиздат физ.-мат. литературы, М., 1961, с.39),

где n – частота перемещения ртути в нерасширенном полукольце. Она в 3 раза больше, чем в расширенном полукольце.

=2×3,14×24 об/сек = 150,7 рад/сек.

10. Угловая скорость перемещения ртути в расширенном полукольце.

₁=2n₁; ₁=2×3,14×8 об/сек = 50,2 рад/сек.

11. Линейная скорость перемещения ртути в нерасширенном полукольце.

V=R (там же, c.39)

V=150,7 рад/сек × 0,6 м = 90,4 м/сек.

12. Линейная скорость перемещения ртути в расширенном полукольце.

V₁=₁R; v₁=50,2 рад/сек × 0,6 м = 30,1 м/сек

13. Центробежная сила инерции, действующая на нерасширенное полукольцо.

14. Центробежная сила инерции, действующая на расширенное полукольцо.

15. Сила тяги, создаваемая одним кольцом.

Fк=F-F₁; Fк=93677,4 Н=31156,8 Н=62520,6 Н=6252 кг.

16. Сила тяги, создаваемая двумя кольцами.

Fобщ=2Fк; Fобщ=2×62520,6 Н=125041,2 Н=12504 кг.

17. Давление ртути в расширенном полукольце.

(М.Д.Лемберг. Элементы гидроавтоматики, вып.70, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, с.18).

18. Давление ртути в нерасширенном полукольце. Оно в 3 раза меньше, чем в расширенном полукольце, потому, что скорость перемещения ртути в нерасширенном полукольце в 3 раза больше, чем в расширенном полукольце.

19. Общее давление ртути в кольце.

Робщ=Р+Р₁; Робщ=2,08 кг/см² + 6,24 кг/см² = 8,32 кг/см².

20. Производительность одного насоса при перекачивании ртути по нерасширенному полукольцу.

Q=mn; Q=22,926 кг × 24 об/сек = 550,2 кг/сек = 40,6 л/сек = 2436 л/мин.

21. Производительность одного насоса при перекачивании ртути по расширенному полукольцу.

Q₁=m₁n₁; Q=68,779 кг × 8 об/сек = 550,2 кг/сек = 40,6 л/сек = 2436 л/мин.

22. Полная производительность одного насоса.

Qобщ=Q+Q₁; Qобщ=2436 л/мин + 2436 л/мин = 4872 л/мин.

23. Мощность одного насоса. N=C₂pQ, где С₂ – переводной коэффициент. Для выражения мощности в кВт при Q в л/мин, а р в кгс/см² C₂=1/612. Для выражения мощности в л.с. С₂=1/450 (П.С.Гринкевич. Строительные машины, изд. 3, учебник для студентов гидротехнических специальностей высших учебных заведений. M.: Машиностроение, 1975, с.30).

24. Мощность двух насосов.

Nобщ=2N; Nобщ=2×90 л.с. = 180 л.с.

Положительный эффект – увеличение силы тяги, повышение проходимости, увеличение количества груза, перевозимого за один рейс.

Формула изобретения

Автомобиль-тягач, содержащий раму, к которой прикреплены передний и задний мосты с подвесками и на которой установлены кабина, двигатель с муфтой сцепления, соединенный с коробкой передач, которая посредством карданного вала соединена с раздаточной коробкой, которая посредством карданных валов соединена с передним и задним мостами, механизмы управления, отличающийся тем, что позади кабины на раме дополнительно закреплены два центробежных инерционных усилителя тяги – один для переднего, другой для заднего хода, одинаковые по конструкции, каждый из которых выполнен в форме нескольких пустотелых колец прямоугольного или круглого сечения, прикрепленных горизонтально, размещенных соосно и симметрично друг другу, продольные оси которых перпендикулярны раме автомобиля, причем одна половина каждого из колец расширена с обеих торцевых сторон таким образом, что внутреннее сечение расширенных полуколец в несколько раз больше сечения нерасширенных полуколец, причем внутренняя полость каждого кольца заполнена ртутью или жидкостью с большим удельным весом, кроме того расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода направлены в сторону задней части рамы автомобиля, а расширенные части колец центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода направлены в сторону передней части рамы автомобиля, кроме того, на расширенной части каждого из колец установлен отдельный насос для перекачивания ртути или жидкости, причем насосы центробежного инерционного усилителя тяги переднего хода закреплены на одном вертикальном валу, имеющем муфту свободного хода, на корпусе которой закреплена цилиндрическая шестерня, входящая в зацепление с цилиндрической шестерней, установленной на корпусе муфты свободного хода противоположного вращения, закрепленной на втором вертикальном валу привода насосов, установленных на расширенных частях колец центробежного инерционного усилителя тяги заднего хода, кроме того, на первом вертикальном валу закреплена коническая шестерня, входящая в зацепление с конической шестерней, закрепленной на горизонтальном валу, который посредством карданного вала соединен с валом отбора мощности раздаточной коробки.

РИСУНКИ