Система независимой подвески колес для кранов универсальной проходимости
Фирма "Krupp Industrietechnick" (ФРГ) разработала новую систему независимой подвески колес Megatrack для кранов универсальной проходимости, которая существенно улучшает ходовые качества при движении по дорогам с твердым покрытием и бездорожью.
Рис. 1. Схема ходового устройства крана Megatrack KMK 4070: 1 — двигатель, расположенный под кабиной, наклоняемой с помощью гидропривода; 2 — независимая подвеска; 3 — гидропневматическая система регулировки уровня до 300 мм; 4 — закрытая коробчатая секция ходового устройства с повышенной прочностью на кручение; 5 — гидропневматическая стойка независимой подвески.
Рис. 2. Схема вертикального смещения колес в мостах обычной конструкции (наверху) и системы Megatrack.
Рис. 3. Самоходный кран с новым шасси на испытательном участке.
Рис. 4. Конструкция жестких осей при преодолении препятствий на дорогах.
Рис. 5. Жесткие оси не дают возможности получить оптимальное поперечное сечение шасси крана.
Рис. 6. Разница в схеме приложения усилий (разница в нагрузках) на приводимых жестких осях.
Рис. 7. Варианты возможных независимых подвесок колес согласно информации Вайскопфа.
Рис. 8. С помощью торцевых портальных насадок для колес может достигать большой дорожный просвет.
Рис. 9. Независимая подвеска колес позволяет получить оптимальное расположение дифференциала на шасси крана.
Рис. 10. Идеальная с точки зрения статики шасси крана, выполненного в виде закрытого корпуса, к которому крепятся сбоку с помощью фланцев амортизационные блоки без использования шарниров.
Рис. 11 и 12. Изображение приводных и свободно вращающихся колесных пар на амортизационных блоках без использования шарниров.
Рис. 13. Новый амортизационные блок с независимой подвеской колес без использования шарниров.
Машина Megatrack KMK 4070 без жестких мостов может преодолевать глубокую грязь, наклоняться на 50° и передвигаться по магистрали со скоростью 80 км/ч.
В системе Megatrack с независимой подвеской колес и почти полностью закрытым коробчатым ходовым устройством используется набор стандартизированных компонентов (см. рис. 1): сибиоз систем вездеходовых грузовиков и посадочных механизмов самолетов. Каждое колесо на новом кране КМК 4070 работает самостоятельно, а стойка гидропневматической подвески с собственной опорой соединяет его непосредственно с шасси ходового устройства. Поршень каждой стойки свободно вращается в своем цилиндре, позволяя этим осуществлять управление колесом. Большим преимуществом системы Megatrack является устранение ошибки в управлении, свойственной для машин с жесткими мостами. Когда обычная многоколесная машина идет по неровному грунту, каждое вертикальное смещение колеса оказывает растягивающее действие на продольную рулевую тягу, соединяющую его с соседним колесом, что приводит к небольшой, но значащей ошибке в управлении на всех колесах. В системе Megatrack каждое колесо имеет упругую муфту, обеспечивающую перемещение колеса по всему интервалу подвески без какого-либо смещения продольных рулевых тяг по вертикали (см. рис. 2).
Такая конструкция независимой подвески колес значительно улучшает проходимость крана, позволяет достичь равномерного распределения нагрузки на мосты, хорошей устойчивости и точности управления. Независимая подвеска значительно снижает сопротивление качению и прогиб шины, уменьшая на 30% износ шин и потребление топлива по сравнению с кранами на жестких мостах.
Правила передвижения по дорогам стран Европейского Экономического Сообщества допускают нагрузку на ось 12 т. Первоначальный вариант крана КМК 4070 (4 моста, масса машины — 42 т плюс 10 т противовес) уже отвечает этим требованиям ЕЭС. Тем не менее, использовав более легкую инструментальную сталь и установив только один двигатель V 8 для привода хода и крановых механизмов, фирма "Krupp" значительно облегчила новую модель Megatrack (38 т плюс 10 т противовес).
Перемещение двигателя с рамы ходового устройства под двухместную кабину водителя (как в коммерческих автомобилях) позволило улучшить статическую форму рамы ходового устройства. Рама закрытой коробчатой конструкции имеет повышенную прочность на кручение и изгиб, а значит, и большую грузоподъемность. Наклон кабины с помощью гидропривода обеспечивает легкий доступ к двигателю. Новая гидропневматическая подвеска колес обеспечила увеличенный дорожный просвет (300 мм) и компенсацию наклона до 50°.
Использование стандартизированных компонентов также упростило производство и хранение запасных частей. Простой из-за повреждения ходового устройства теперь сведен к минимуму.
Компоненты для новой машины обходятся на 20% дороже, чем для старой модели 4070. Фирма делает упор не на себестоимость, а на технологию и выгоды заказчика. Первоначальная модель крана КМК 4070 продается за 750 тыс. немецких марок, а вариант Megatrack стоит 800 тыс. марок.
Конкуренция на рынке самоходных кранов становится все более жесткой, требуя снижения эксплуатационных расходов.
Так как первоначальная модель КМК 4070 оказалась популярной и уже продано свыше 250 машин, фирма "Krupp" продолжит выпуск этих кранов с жесткими мостами. Уже имеется система Megatrack для крана грузоподъемностью 40 т (модель КМК 3040 со стрелой 32 м и гуськом 13 м) и крана грузоподъемностью 55 т (модель КМК 4050 со стрелой 35 м и гуськом 16 м). В стадии разработки находятся модели, которые будут иметь грузоподъемность 90 и 140 т.
Покупателями кранов фирмы "Krupp" (12 моделей телескопических кранов грузоподъемностью от 10 до 1000 т) на 90% являются фирмы в Западной Европе и Северной Америке, сдающие их в аренду, и 10% — в Восточной Европе.
Разработка, конструкция и ходовые качества грузовых автокранов с независимой подвеской колес
С тех пор, как первые изготовители самоходных кранов применяют в качестве шасси для своих крановых конструкций сначала серийные, а затем и специально переоборудованные шасси грузовых автомобилей, стало традиционным применение жестких, качающихся, свободно вращающихся, приводных или ведущих ходовых осей. Позднее, когда для больших и тяжелых самоходных кранов были разработаны и построены уже специальные шасси, ходовая ось осталась дополнительной группой, которая была разработана специалистами в области приводов и соответственно рассчитывалась на особые нагрузки и учитывала особенности функционирования шасси грузового самоходного крана. Как и в случае других строительных машин, смонтированных на оригинальном или модифицированном шасси транспортного средства, конструкторы должны были постоянно учитывать размеры главных осей, существующих как неизменные стандарты, при конструировании рам шасси, прибегая ко многим, часто дорогостоящим, компромиссам.
С возрастанием требований к ходовым характеристикам передвижных и самоходных автокранов, используемых на дорогах и на открытых площадках, все более отчетливо проявлялись у обычных осевых шасси границы их динамических возможностей. Необходимо было заново пересмотреть схему нагрузки при применении шасси для современных подвижных грузовых кранов для того, чтобы поставить перед конструкторами актуальные и ориентированные на будущее цели при разработке конструкций. Имеющие оптимальные экономические характеристики подвижные краны должны иметь возможность передвигаться по открытым для движения транспорта трассам с допустимыми максимальными скоростями. Схема расположения колес на шасси должна быть выполнена таким образом, чтобы максимальная нагрузка на осевую линию во время движения по дороге не превышала 12000 кг. Колесные крепления и оси должны благодаря своим конструктивным размерам воспринимать максимальные нагрузки на ось до 40 000 кг (без дополнительных опор), чтобы удовлетворять требованиям применения кранов (см. рис. 3). Необходим достаточно большой дорожный просвет, чтобы сделать самоходные краны универсальными, то есть они должны на любой местности полностью использовать свои ходовые качества и перемещаться таким образом, чтобы, несмотря на большой транспортный вес, быть действительно вездеходными машинами. Большой вертикальный прогиб рессор каждого отдельного колеса должен в соединении с полосовыми пружинами обеспечить на неровных участках местности равномерное распределение нагрузки на грунт и тем самым обеспечить оптимальное тяговое усилие на приводные колеса. Амортизаторы колес должны иметь возможность блокироваться с помощью простых и приводимых из кабины водителя устройств для получения надежной опоры при заблокированных колесах. Оптимальный дорожный просвет, большие тяговые усилия и низкое расположение центра тяжести являются требованиями, обеспечивающими возможность перемещаться по крутым подъемам и спускам в условиях большого крена по очень крутым холмам и по ровной местности с мягкой почвой. Для повышения стабильности и устойчивости всей машины во время движения по наклонной местности в поперечном направлении ходовые колеса шасси с одной стороны должны располагаться вертикально до полной компенсации наклона. Краны на длинных многоосевых шасси должны применяться для маневрирования на ограниченных пространствах, благодаря хорошей управляемости и большому развороту колес. Все колеса должны иметь минимальный износ протектора при движении и сохранять дорожное покрытие. Необходимо уменьшить составляющую сопротивления движению, возникающую в результате ошибок в управлении, которая влияет на абсолютный расход топлива при движении по местности. Ходовая рама, выполненная в виде закрытой облегченной конструкции, рассчитанной на высокую нагрузку от изгиба и скручивания, должна передавать все возникающие при работе крана нагрузки на осевые опоры или опорные лапы.
При применении обычных жестких осей не может выполняться большая часть перечисленных выше требований. Из-за этого встал вопрос о поиске другого принципа подвески колес, улучшающего характеристики известных до настоящего времени ходовых осей.
Проблема была решена путем применения независимой подвески колес, выполненной на шасси крана, имеющем почти правильную форму ящика. С помощью такого решения были устранены многие конструктивные и функциональные недостатки известных до настоящего времени "конструкций из жестких осей".
При преодолении препятствий на пути движения только одним колесом ходовой части перемещается вся осевая система вертикально и горизонтально в сторону в пределах степени свободы, предоставляемой шарнирным креплением шасси. Происходит постоянно кратковременное искривление траектории движения обоих рядов колес и в результате поперечных смещений по грунту это приводит к повышенному износу протектора колес (см. рис. 4).
Осуществление высоких вертикальных прогибов рессор жестких осей обусловливают необходимость наличия соответствующего большого свободного пространства для амортизаторов между осью и шасси.
Между корпусом шасси и корпусом дифференциала должно иметься при использовании жестких приводных осей наряду с пространством для вертикального прогиба рессор, также и достаточное безопасное пространство (см. рис. 5). Это означает ограничение размеров рамы шасси как по высоте, так и по ширине, соответственно невыгодные статистические характеристики, сложность конструкции и технологии изготовления.
Приводные оси при возникновении высоких тяговых усилий, например, во время движения грузового крана по местности, производят в корпусе дифференциала возвратный момент, который вызывает разницу в нагрузках и тем самым приводит к возникновению различных усилий между колесами этой оси (см. рис. 6).
Исследователь Вайскопф разработал варианты возможных независимых подвесок колес самоходных кранов, их чертежи и расчеты основных узлов (см. рис. 7). Он сконструировал типы подвесок, с различным расположением в них привода, опоры и амортизации шасси крана. Эти исследования подтолкнули разработки, которые привели в настоящее время к реализации решения непосредственно фланцевого крепления амортизаторов без использования шарниров.
Независимая подвеска колес имеет конструктивные и эксплуатационные преимущества
С помощью независимой подвески колес можно перемещаться свободно по местности с различными свойствами, благодаря чему значительно улучшаются эксплуатационные характеристики грузового автокрана. Обычное для автотранспорта с жесткими осями регулирование уровня оставляет без изменения свободу движения по местности, так как изменяется только расстояние между осями и рамой. Благодаря применению независимой подвески колес задается регулируемый просвет до 300 мм между транспортным средством и дорожным покрытием и тем самым получается выигрыш для свободы перемещения. Оказалось также, что нет необходимости путем применения громоздких портальных насадок перед передними колесами увеличить это свободное пространство (см. рис. 8).
Благодаря независимой подвеске колес для изготовителя самоходных кранов предоставляется больше возможностей для варьирования при разработке дифференциала. Так, этот неподвижный составной элемент конструкции жестких осей может располагаться на корпусе шасси или внутри него (см. рис. 9).
Общие параметры амортизационного блока колеса с независимой подвеской в расчете на соответствующую нагрузку 20 000 кг (соответствует 40 т статической нагрузки на одну ось) и его загрузка по всему периметру автокрана позволяют использовать более современные технологические приемы, которые дают возможность учесть самые различные правила дорожного движения, а также пожелания клиентов.
Эти различные условия являлись до настоящего времени для изготовителей автокранов помехой для практического использования современных методов серийного изготовления на базе компьютерной техники и для использования самых современных технологических концепций в сотрудничестве с субпоставщиками. Эта проблема теперь практически решена, что может привести к созданию так называемых "мировых кранов" с учетом концепций развития мировой автомобильной промышленности.
Как для изготовителя самоходных кранов, так и для потребителей упрощается решение вопросов обеспечения запчастями, а также ремонт вышедших из строя элементов, поскольку сохранявшееся до настоящего времени количество конструктивных вариантов ходовых частей почти полностью упразднено и при появлении повреждений в одном колесе должна быть заменена только одна поврежденная конструктивная группа. Последняя операция дополнительно облегчается благодаря боковому фланцевому креплению отдельных новых амортизационных блоков к корпусу шасси.
Поскольку ходовая тележка крана в результате применяемых до настоящего времени жестких осей не могла иметь оптимального конструктивного исполнения в качестве несущей части, способной выдержать высокие нагрузки изгиба и кручения, то теперь, благодаря использованию независимой подвески колес, стало возможным добиться улучшения статических характеристик несущей части крана. Новая несущая часть крана выполнена в виде закрытой конструкции (см. рис. 10) и тем самым сохранила идеальную технологическую форму, к которой могут крепиться сбоку фланцами независимые подвески колес.
Новый гидропневматический амортизационный блок выполнен таким образом, что практически все усилия, возникающие при движении самоходного крана и подъеме груза, и действующие в различных направлениях нагрузки могут надежно восприниматься без поперечных опорных конструкций и сооружений. Прежде чем эти новинки, ломающие старые тенденции в производстве самоходных кранов, были применены практически без отрицательных последствий в результате проведенных продолжительных и объемных опытов на испытательном военном полигоне в Триере, необходимо было испытать много вариантов амортизационных блоков. При этом разработка амортизационного блока была только одним из аспектов в деле улучшения функционирования полностью переконструированной ходовой тележки самоходного крана. Иными стали, например, привод автомобиля и вся система управления.
Следующие схематические чертежи (см. рис. 11 и 12) приводимых и свободно вращающихся пар колес показывают конструктивные упрощения и схему функционирования конструкции шасси современных самоходных кранов с амортизационными блоками, не имеющими шарнирных креплений.
В новом амортизационном блоке для колеса с независимой подвеской (см. рис. 13) вмонтирован гидравлический цилиндр, который подсоединен к гидроаккумулятору. При полной разгрузке амортизационного блока соответствующий гидроаккумулятор подает гидравлическую жидкость в свободный от внешней нагрузки цилиндр амортизационного блока, который затем перемещается вниз до упора. Поперечные сечения гидравлических труб и соединительные узлы выполнены таким образом, что подобная "разамортизация" при определенной граничной скорости выполняется настолько быстро, что соответствующие колеса постоянно контактируют с землей. Воспринимаемое усилие упора изменяется затем в соответствии с величиной регулируемого изменения давления. Важно, чтобы характеристики амортизации накопителя давления оставались плавными. Так, в пределах всего амортизационного пути амортизационного блока остаются отностительно небольшими изменения усилий упора. Тем самым, при всех возможных режимах движения достигается, благодаря равномерному распределению нагрузки по амортизаторам, равномерная загрузка транспортного средства.
Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР
Рис. 1. Схема ходового устройства крана Megatrack KMK 4070: 1 — двигатель, расположенный под кабиной, наклоняемой с помощью гидропривода; 2 — независимая подвеска; 3 — гидропневматическая система регулировки уровня до 300 мм; 4 — закрытая коробчатая секция ходового устройства с повышенной прочностью на кручение; 5 — гидропневматическая стойка независимой подвески.
Рис. 2. Схема вертикального смещения колес в мостах обычной конструкции (наверху) и системы Megatrack.
Рис. 3. Самоходный кран с новым шасси на испытательном участке.
Рис. 4. Конструкция жестких осей при преодолении препятствий на дорогах.
Рис. 5. Жесткие оси не дают возможности получить оптимальное поперечное сечение шасси крана.
Рис. 6. Разница в схеме приложения усилий (разница в нагрузках) на приводимых жестких осях.
Рис. 7. Варианты возможных независимых подвесок колес согласно информации Вайскопфа.
Рис. 8. С помощью торцевых портальных насадок для колес может достигать большой дорожный просвет.
Рис. 9. Независимая подвеска колес позволяет получить оптимальное расположение дифференциала на шасси крана.
Рис. 10. Идеальная с точки зрения статики шасси крана, выполненного в виде закрытого корпуса, к которому крепятся сбоку с помощью фланцев амортизационные блоки без использования шарниров.
Рис. 11 и 12. Изображение приводных и свободно вращающихся колесных пар на амортизационных блоках без использования шарниров.
Рис. 13. Новый амортизационные блок с независимой подвеской колес без использования шарниров.
Машина Megatrack KMK 4070 без жестких мостов может преодолевать глубокую грязь, наклоняться на 50° и передвигаться по магистрали со скоростью 80 км/ч.
В системе Megatrack с независимой подвеской колес и почти полностью закрытым коробчатым ходовым устройством используется набор стандартизированных компонентов (см. рис. 1): сибиоз систем вездеходовых грузовиков и посадочных механизмов самолетов. Каждое колесо на новом кране КМК 4070 работает самостоятельно, а стойка гидропневматической подвески с собственной опорой соединяет его непосредственно с шасси ходового устройства. Поршень каждой стойки свободно вращается в своем цилиндре, позволяя этим осуществлять управление колесом. Большим преимуществом системы Megatrack является устранение ошибки в управлении, свойственной для машин с жесткими мостами. Когда обычная многоколесная машина идет по неровному грунту, каждое вертикальное смещение колеса оказывает растягивающее действие на продольную рулевую тягу, соединяющую его с соседним колесом, что приводит к небольшой, но значащей ошибке в управлении на всех колесах. В системе Megatrack каждое колесо имеет упругую муфту, обеспечивающую перемещение колеса по всему интервалу подвески без какого-либо смещения продольных рулевых тяг по вертикали (см. рис. 2).
Такая конструкция независимой подвески колес значительно улучшает проходимость крана, позволяет достичь равномерного распределения нагрузки на мосты, хорошей устойчивости и точности управления. Независимая подвеска значительно снижает сопротивление качению и прогиб шины, уменьшая на 30% износ шин и потребление топлива по сравнению с кранами на жестких мостах.
Правила передвижения по дорогам стран Европейского Экономического Сообщества допускают нагрузку на ось 12 т. Первоначальный вариант крана КМК 4070 (4 моста, масса машины — 42 т плюс 10 т противовес) уже отвечает этим требованиям ЕЭС. Тем не менее, использовав более легкую инструментальную сталь и установив только один двигатель V 8 для привода хода и крановых механизмов, фирма "Krupp" значительно облегчила новую модель Megatrack (38 т плюс 10 т противовес).
Перемещение двигателя с рамы ходового устройства под двухместную кабину водителя (как в коммерческих автомобилях) позволило улучшить статическую форму рамы ходового устройства. Рама закрытой коробчатой конструкции имеет повышенную прочность на кручение и изгиб, а значит, и большую грузоподъемность. Наклон кабины с помощью гидропривода обеспечивает легкий доступ к двигателю. Новая гидропневматическая подвеска колес обеспечила увеличенный дорожный просвет (300 мм) и компенсацию наклона до 50°.
Использование стандартизированных компонентов также упростило производство и хранение запасных частей. Простой из-за повреждения ходового устройства теперь сведен к минимуму.
Компоненты для новой машины обходятся на 20% дороже, чем для старой модели 4070. Фирма делает упор не на себестоимость, а на технологию и выгоды заказчика. Первоначальная модель крана КМК 4070 продается за 750 тыс. немецких марок, а вариант Megatrack стоит 800 тыс. марок.
Конкуренция на рынке самоходных кранов становится все более жесткой, требуя снижения эксплуатационных расходов.
Так как первоначальная модель КМК 4070 оказалась популярной и уже продано свыше 250 машин, фирма "Krupp" продолжит выпуск этих кранов с жесткими мостами. Уже имеется система Megatrack для крана грузоподъемностью 40 т (модель КМК 3040 со стрелой 32 м и гуськом 13 м) и крана грузоподъемностью 55 т (модель КМК 4050 со стрелой 35 м и гуськом 16 м). В стадии разработки находятся модели, которые будут иметь грузоподъемность 90 и 140 т.
Покупателями кранов фирмы "Krupp" (12 моделей телескопических кранов грузоподъемностью от 10 до 1000 т) на 90% являются фирмы в Западной Европе и Северной Америке, сдающие их в аренду, и 10% — в Восточной Европе.
Разработка, конструкция и ходовые качества грузовых автокранов с независимой подвеской колес
С тех пор, как первые изготовители самоходных кранов применяют в качестве шасси для своих крановых конструкций сначала серийные, а затем и специально переоборудованные шасси грузовых автомобилей, стало традиционным применение жестких, качающихся, свободно вращающихся, приводных или ведущих ходовых осей. Позднее, когда для больших и тяжелых самоходных кранов были разработаны и построены уже специальные шасси, ходовая ось осталась дополнительной группой, которая была разработана специалистами в области приводов и соответственно рассчитывалась на особые нагрузки и учитывала особенности функционирования шасси грузового самоходного крана. Как и в случае других строительных машин, смонтированных на оригинальном или модифицированном шасси транспортного средства, конструкторы должны были постоянно учитывать размеры главных осей, существующих как неизменные стандарты, при конструировании рам шасси, прибегая ко многим, часто дорогостоящим, компромиссам.
С возрастанием требований к ходовым характеристикам передвижных и самоходных автокранов, используемых на дорогах и на открытых площадках, все более отчетливо проявлялись у обычных осевых шасси границы их динамических возможностей. Необходимо было заново пересмотреть схему нагрузки при применении шасси для современных подвижных грузовых кранов для того, чтобы поставить перед конструкторами актуальные и ориентированные на будущее цели при разработке конструкций. Имеющие оптимальные экономические характеристики подвижные краны должны иметь возможность передвигаться по открытым для движения транспорта трассам с допустимыми максимальными скоростями. Схема расположения колес на шасси должна быть выполнена таким образом, чтобы максимальная нагрузка на осевую линию во время движения по дороге не превышала 12000 кг. Колесные крепления и оси должны благодаря своим конструктивным размерам воспринимать максимальные нагрузки на ось до 40 000 кг (без дополнительных опор), чтобы удовлетворять требованиям применения кранов (см. рис. 3). Необходим достаточно большой дорожный просвет, чтобы сделать самоходные краны универсальными, то есть они должны на любой местности полностью использовать свои ходовые качества и перемещаться таким образом, чтобы, несмотря на большой транспортный вес, быть действительно вездеходными машинами. Большой вертикальный прогиб рессор каждого отдельного колеса должен в соединении с полосовыми пружинами обеспечить на неровных участках местности равномерное распределение нагрузки на грунт и тем самым обеспечить оптимальное тяговое усилие на приводные колеса. Амортизаторы колес должны иметь возможность блокироваться с помощью простых и приводимых из кабины водителя устройств для получения надежной опоры при заблокированных колесах. Оптимальный дорожный просвет, большие тяговые усилия и низкое расположение центра тяжести являются требованиями, обеспечивающими возможность перемещаться по крутым подъемам и спускам в условиях большого крена по очень крутым холмам и по ровной местности с мягкой почвой. Для повышения стабильности и устойчивости всей машины во время движения по наклонной местности в поперечном направлении ходовые колеса шасси с одной стороны должны располагаться вертикально до полной компенсации наклона. Краны на длинных многоосевых шасси должны применяться для маневрирования на ограниченных пространствах, благодаря хорошей управляемости и большому развороту колес. Все колеса должны иметь минимальный износ протектора при движении и сохранять дорожное покрытие. Необходимо уменьшить составляющую сопротивления движению, возникающую в результате ошибок в управлении, которая влияет на абсолютный расход топлива при движении по местности. Ходовая рама, выполненная в виде закрытой облегченной конструкции, рассчитанной на высокую нагрузку от изгиба и скручивания, должна передавать все возникающие при работе крана нагрузки на осевые опоры или опорные лапы.
При применении обычных жестких осей не может выполняться большая часть перечисленных выше требований. Из-за этого встал вопрос о поиске другого принципа подвески колес, улучшающего характеристики известных до настоящего времени ходовых осей.
Проблема была решена путем применения независимой подвески колес, выполненной на шасси крана, имеющем почти правильную форму ящика. С помощью такого решения были устранены многие конструктивные и функциональные недостатки известных до настоящего времени "конструкций из жестких осей".
При преодолении препятствий на пути движения только одним колесом ходовой части перемещается вся осевая система вертикально и горизонтально в сторону в пределах степени свободы, предоставляемой шарнирным креплением шасси. Происходит постоянно кратковременное искривление траектории движения обоих рядов колес и в результате поперечных смещений по грунту это приводит к повышенному износу протектора колес (см. рис. 4).
Осуществление высоких вертикальных прогибов рессор жестких осей обусловливают необходимость наличия соответствующего большого свободного пространства для амортизаторов между осью и шасси.
Между корпусом шасси и корпусом дифференциала должно иметься при использовании жестких приводных осей наряду с пространством для вертикального прогиба рессор, также и достаточное безопасное пространство (см. рис. 5). Это означает ограничение размеров рамы шасси как по высоте, так и по ширине, соответственно невыгодные статистические характеристики, сложность конструкции и технологии изготовления.
Приводные оси при возникновении высоких тяговых усилий, например, во время движения грузового крана по местности, производят в корпусе дифференциала возвратный момент, который вызывает разницу в нагрузках и тем самым приводит к возникновению различных усилий между колесами этой оси (см. рис. 6).
Исследователь Вайскопф разработал варианты возможных независимых подвесок колес самоходных кранов, их чертежи и расчеты основных узлов (см. рис. 7). Он сконструировал типы подвесок, с различным расположением в них привода, опоры и амортизации шасси крана. Эти исследования подтолкнули разработки, которые привели в настоящее время к реализации решения непосредственно фланцевого крепления амортизаторов без использования шарниров.
Независимая подвеска колес имеет конструктивные и эксплуатационные преимущества
С помощью независимой подвески колес можно перемещаться свободно по местности с различными свойствами, благодаря чему значительно улучшаются эксплуатационные характеристики грузового автокрана. Обычное для автотранспорта с жесткими осями регулирование уровня оставляет без изменения свободу движения по местности, так как изменяется только расстояние между осями и рамой. Благодаря применению независимой подвески колес задается регулируемый просвет до 300 мм между транспортным средством и дорожным покрытием и тем самым получается выигрыш для свободы перемещения. Оказалось также, что нет необходимости путем применения громоздких портальных насадок перед передними колесами увеличить это свободное пространство (см. рис. 8).
Благодаря независимой подвеске колес для изготовителя самоходных кранов предоставляется больше возможностей для варьирования при разработке дифференциала. Так, этот неподвижный составной элемент конструкции жестких осей может располагаться на корпусе шасси или внутри него (см. рис. 9).
Общие параметры амортизационного блока колеса с независимой подвеской в расчете на соответствующую нагрузку 20 000 кг (соответствует 40 т статической нагрузки на одну ось) и его загрузка по всему периметру автокрана позволяют использовать более современные технологические приемы, которые дают возможность учесть самые различные правила дорожного движения, а также пожелания клиентов.
Эти различные условия являлись до настоящего времени для изготовителей автокранов помехой для практического использования современных методов серийного изготовления на базе компьютерной техники и для использования самых современных технологических концепций в сотрудничестве с субпоставщиками. Эта проблема теперь практически решена, что может привести к созданию так называемых "мировых кранов" с учетом концепций развития мировой автомобильной промышленности.
Как для изготовителя самоходных кранов, так и для потребителей упрощается решение вопросов обеспечения запчастями, а также ремонт вышедших из строя элементов, поскольку сохранявшееся до настоящего времени количество конструктивных вариантов ходовых частей почти полностью упразднено и при появлении повреждений в одном колесе должна быть заменена только одна поврежденная конструктивная группа. Последняя операция дополнительно облегчается благодаря боковому фланцевому креплению отдельных новых амортизационных блоков к корпусу шасси.
Поскольку ходовая тележка крана в результате применяемых до настоящего времени жестких осей не могла иметь оптимального конструктивного исполнения в качестве несущей части, способной выдержать высокие нагрузки изгиба и кручения, то теперь, благодаря использованию независимой подвески колес, стало возможным добиться улучшения статических характеристик несущей части крана. Новая несущая часть крана выполнена в виде закрытой конструкции (см. рис. 10) и тем самым сохранила идеальную технологическую форму, к которой могут крепиться сбоку фланцами независимые подвески колес.
Новый гидропневматический амортизационный блок выполнен таким образом, что практически все усилия, возникающие при движении самоходного крана и подъеме груза, и действующие в различных направлениях нагрузки могут надежно восприниматься без поперечных опорных конструкций и сооружений. Прежде чем эти новинки, ломающие старые тенденции в производстве самоходных кранов, были применены практически без отрицательных последствий в результате проведенных продолжительных и объемных опытов на испытательном военном полигоне в Триере, необходимо было испытать много вариантов амортизационных блоков. При этом разработка амортизационного блока была только одним из аспектов в деле улучшения функционирования полностью переконструированной ходовой тележки самоходного крана. Иными стали, например, привод автомобиля и вся система управления.
Следующие схематические чертежи (см. рис. 11 и 12) приводимых и свободно вращающихся пар колес показывают конструктивные упрощения и схему функционирования конструкции шасси современных самоходных кранов с амортизационными блоками, не имеющими шарнирных креплений.
В новом амортизационном блоке для колеса с независимой подвеской (см. рис. 13) вмонтирован гидравлический цилиндр, который подсоединен к гидроаккумулятору. При полной разгрузке амортизационного блока соответствующий гидроаккумулятор подает гидравлическую жидкость в свободный от внешней нагрузки цилиндр амортизационного блока, который затем перемещается вниз до упора. Поперечные сечения гидравлических труб и соединительные узлы выполнены таким образом, что подобная "разамортизация" при определенной граничной скорости выполняется настолько быстро, что соответствующие колеса постоянно контактируют с землей. Воспринимаемое усилие упора изменяется затем в соответствии с величиной регулируемого изменения давления. Важно, чтобы характеристики амортизации накопителя давления оставались плавными. Так, в пределах всего амортизационного пути амортизационного блока остаются отностительно небольшими изменения усилий упора. Тем самым, при всех возможных режимах движения достигается, благодаря равномерному распределению нагрузки по амортизаторам, равномерная загрузка транспортного средства.
Евгений МАРГАЙЛИК, инженер и патентовед ВОИР
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 46 за 1998 год в рубрике техника
