Конструкция тягово сцепного устройства

Тягово-сцепное устройство выполняется на усиленной задней поперечине рамы и служит для буксирования прицепов. Тягово-сцепное устройство грузовых автомобилей двустороннего действия позволяет смягчать осевые толчки, возникающие во время движения автопоезда в обоих направлениях.

Тягово-сцепное устройство представляет собой стальной крюк, проходящий внутри упругого резинового элемента, зажатого между двух опорных шайб. Опорные шайбы вместе с упругим элементом размещаются в массивном цилиндрическом корпусе, с одной стороны закрытом колпаком, а с другой — крышкой, которая болтами крепится к поперечине рамы. Упругий резиновый элемент смягчает ударные нагрузки при трогании автомобиля с прицепом с места при движении по неровной дороге. На крюке имеется защелка, которая застопорена собачкой и шплинтом с цепочкой, предотвращающими самопроизвольный выход дышла прицепа из зацепления с крюком. На автомобилях, не имеющих тягово-сцепного устройства, устанавливают петли, предназначенные только для кратковременного буксирования автомобиля, но исключающие работу с прицепом.

Конструкция тягово сцепного устройства:

1 — колпак гайки; 2 — гайка; 3 и 14 — опорные шайбы; 4 — упругий элемент; 5 — корпус; 6 — задняя поперечина рамы; 7 — собачка; 8 — отверстие для шплинта; 9 — ось собачки; 10 — цепочка шплинта; 11 — защелка; 12 — крюк; 13 — крышка корпуса.

1.2. Тягово-сцепное устройство грузовых автомобилей

Тягово-сцепное устройство выполняется на усиленной задней поперечине рамы и служит для буксирования прицепов. Тягово-сцепное устройство грузовых автомобилей двустороннего действия позволяет смягчать осевые толчки, возникающие во время движения автопоезда в обоих направлениях.

Тягово-сцепное устройство (рис. 106) представляет собой стальной крюк, проходящий внутри упругого резинового элемента, зажатого между двух опорных шайб. Опорные шайбы вместе с упругим элементом размещаются в массивном цилиндрическом корпусе, с одной стороны закрытом колпаком, а с другой — крышкой, которая болтами крепится к поперечине рамы. Упругий резиновый элемент смягчает ударные нагрузки при трогании автомобиля с прицепом с места при движении по неровной дороге.

Рис. 106.
Тягово-сцепное устройство:
1 — колпак гайки; 2 — гайка; 3 и 14 — опорные шайбы; 4 — упругий элемент; 5 — корпус; 6 — задняя поперечина рамы; 7 — собачка; 8 — отверстие для шплинта; 9 — ось собачки; 10 — цепочка шплинта; 11 — защелка; 12 — крюк; 13 — крышка корпуса

На крюке имеется защелка, которая застопорена собачкой и шплинтом с цепочкой, предотвращающими самопроизвольный выход дышла прицепа из зацепления с крюком. На автомобилях, не имеющих тягово-сцепного устройства, устанавливают петли, предназначенные только для кратковременного буксирования автомобиля, но исключающие работу с прицепом.

Когда тянуть, а когда и толкать (Часть 1)
Конструкции тягово-сцепных устройств

В автопоездах для шарнирного соединения тягача и прицепа и возможности их быстрой сцепки-расцепки, а также передачи вертикальной и продольной нагрузок используются тягово-сцепные устройства различной конструкции.

Выпуском тягово-сцепных устройств (ТСУ) занимается значительное число компаний-изготовителей, среди которых самые известные Jost, Rockinger (c 2001 г. входит в состав Jost. – Прим. ред.), Ringfeder (с 1997 г. входит в состав VBG – Прим. ред.), Helmut Buer GmbH & Co. KG (Германия), Georg Fisher (Швейцария), Coder Ture (Франция), V. Orlandi (Италия), VBG (Швеция), York (Великобритания), Fontaine Truck Equipment, SAF-Holland, Utility Trailer (США) и др. В этот список надо добавить и российских производителей.

Тягово-сцепные устройства рассчитаны на передачу больших продольных и незначительных вертикальных сил, которые не должны превышать 10…15 кН. Это является их главной функциональной особенностью. Такие механизмы должны быть высоконадежными, обеспечивать соответствующие углы складывания автопоезда, возможность быстрой и безопасной сцепки-расцепки, амортизацию динамических нагрузок во время движения автопоезда. Принципиально ТСУ состоят из разъемно-сцепного и амортизационно-поглощающего механизмов, а также элементов крепления. Понятно, что конструктивное исполнение тягово-сцепных устройств существенно влияет на такие важнейшие эксплуатационные качества автопоезда, как управляемость, курсовая устойчивость, маневренность, плавность хода, проходимость, надежность и безопасность.

По типу разъемно-сцепного механизма ТСУ подразделяют на три основных типа: крюковые (пара крюк–петля), вилочные или шкворневые (пара шкворень–петля) и шаровые (пара шар–полусфера). Другие разновидности значительного распространения в коммерческом автотранспорте не нашли, а потому не рассматриваются.

ТСУ шарового типа

Тягово-сцепные устройства типа шар–полусфера (шар–петля) нередко, хотя и несколько ошибочно называют фаркопами. Они служат для буксировки транспортным средством караванов и легких прицепов полной массой до 3,5 т. Конструктивно такие механизмы выполнены в виде одноосных прицепов или прицепов со сдвоенной или трехосной центрально расположенной тележкой. Обычно в роли тягачей выступают легковые автомобили, пикапы, микроавтобусы и малотоннажные грузовики. Все требования к ТСУ этого типа изложены в стандарте ISO 1103 и соответствующих отечественных ГОСТ 28248–89, ГОСТ 30600–97 и ОСТ 37.001.096–84.

На автомобиле-тягаче устанавливается сцепной шар (ГОСТ 28248 предусматривает единственный диаметр шара – 50 мм), а на дышле буксируемого прицепа монтируется ответная сцепная головка (сфера). Важным моментом для всей конструкции ТСУ является крепление его к таким элементам кузова или рамы тягача, которые выдержат необходимое число циклов нагружений периодическими нагрузками и предельные статические нагрузки. Следовательно, достаточная несущая способность ТСУ определяется правильным выбором его конструктивных размеров, т. е. соответствием прочности устройства нагрузкам, воздействующим на него в процессе эксплуатации. ТСУ шарового типа согласно требованиям стандартов должны испытываться на усталостную прочность конструкции. Помимо механического соединения тягово-сцепное устройство обеспечивает электрическое соединение электрооборудования тягового автомобиля с оборудованием буксируемого прицепа.

Буксируемые прицепы делятся на легкие и тяжелые – разрешенной максимальной массой соответственно не более 750 и свыше 750 кг. По типу шара и креплению ТСУ шарового типа различаются по исполнениям – А, В, С, F, G, H и N. Малотоннажные «Соболи», «ГАЗели» и «Бычки» в большинстве случаев комплектуют ТСУ типа F грузоподъемностью до 2 т, оснащенным кованым шаром с двумя крепежными отверстиями.

ТСУ крюкового типа

В нашей стране устройства типа «крюк–петля» ввиду далеко не оптимальных дорожных условий применяют наиболее широко. Такие ТСУ отличаются простотой конструкции, легкостью в изготовлении, относительно малой массой и большими углами гибкости. Последнее обстоятельство делает их незаменимыми при движении автопоездов в тяжелых дорожных условиях и на местности с разнообразным рельефом. Описанная конструкция подразумевает наличие больших зазоров (до 10 мм) в соединении крюк–петля для облегчения сцепки-расцепки. Эти зазоры приводят к повышению динамических нагрузок и интенсивному изнашиванию деталей устройства (сопряженной пары), а также являются причиной выхода сцепки (крюка и петли дышла) из строя. Конструкция крюковых устройств предусматривает, как правило, ручную сцепку-расцепку звеньев автопоезда.

Типоразмер крюковых ТСУ выбирается в зависимости от полной массы прицепа. Основные параметры регламентируются международными стандартами ISО 1102, ISО 3584 и ISО 8755 либо национальными нормативными документами. Устройства «крюк–петля» выпускают под внутренний диаметр петли 76, 85 и 95 мм. Диаметр прутка петли первого типоразмера составляет 42 мм, двух остальных – по 50 мм. Сцепка тягачей и прицепов, оборудованных тягово-сцепными устройствами различной размерности, обеспечивается заменой соответствующих элементов этих механизмов или установкой переходных устройств. Масса ТСУ крюкового типа обычно не превышает 30 кг.

На практике устройство «крюк–петля» позволяет осуществлять поворот сцепной петли вокруг горизонтальной продольной оси крюка на 360°, поворот в вертикальной плоскости на ±45°, поворот в горизонтальной плоскости на ±90°. Существуют ручные и полуавтоматические конструкции крюковых сцепок. Последние получили меньшее распространение из-за большой сложности и увеличенной массы.

В России действует ГОСТ 2349–75. В зависимости от типоразмера ТСУ регламентируются высота установки над опорной поверхностью и присоединительные размеры. Для крюковых сцепок типоразмеров от 0 до 3 геометрические параметры сопрягаемых поверхностей зева крюка и петли одинаковые (диаметр прутка петли 42 мм). Типоразмер 4 предусматривает применение петли из прутка диаметром 45 мм. Согласно отечественному стандарту крюковые устройства должны обеспечивать углы гибкости относительно поперечной оси, проходящей через зев крюка, не менее ±40°, относительно вертикальной оси ±55° (для автомобилей общетранспортного назначения высокой проходимости не менее ±62°) и продольной оси ±15°. Крюк должен свободно вращаться вокруг своей продольной оси, а по заказу потребителя он может снабжаться стопорными устройствами, позволяющими фиксировать его при отцепленном прицепе. Конструкция замка должна исключать возможность саморасцепки автопоезда при движении, а также иметь не менее двух предохранительных механизмов, действующих независимо один от другого, причем хотя бы один из них не должен быть под действием сил, появляющихся во время движения транспортного средства.

Для первых четырех категорий типоразмеров принят один размер зева, равный 48 мм, размер губки – 74 мм, что позволяет при комплектации автопоездов использовать широкую номенклатуру тягачей и прицепного состава. В пятой группе размер зева составляет 52 мм, тогда как геометрия губки остается такой же.

Стандартное соединение крюкового типа, снабженное двусторонней амортизацией, состоит из тягового крюка, установленного на тягаче, и жесткого дышла со сцепной петлей, связанного с прицепом. Тяговый крюк обычно монтируют на задней поперечине рамы, однако на некоторых автомобилях он может не менее эффективно выполнять свою функцию, будучи расположен на переднем бампере (поперечине) рамы или на задней поперечине прицепа (полуприцепа) для буксировки второго прицепа. Система «крюк–петля» состоит из собственно крюка, накидной защелки, предохранительного замка с запорным шплинтом. Наличие предохранительного замка и шплинта предотвращают самопроизвольную расцепку автопоезда во время движения. На переднем конце стержня крюка, установленного во втулке, навинчена гайка, которая со втулкой обеспечивает правильное продольное перемещение крюка. Внутри корпуса вставлен резиновый упругий элемент в форме гиперболоида, обжимаемый шайбами. При сжатии он изменяет форму таким образом, что заполняет пространство в корпусе. В других конструкциях тяговых крюков в качестве упругих элементов используются кольцевые, винтовые цилиндрические или конические пружины.

В процессе эксплуатации гайку нельзя использовать для регулировки осевого перемещения крюка, так как ее навертывание-свертывание приводит к увеличению осевого перемещения крюка. При появлении усадки резинового буфера устанавливают дополнительные кольцевые прокладки между фланцами и резиновым буфером. Применение сцепной петли прицепов с меньшим сечением увеличивает износ и сокращает срок службы ТСУ, а также задней поперечины рамы автомобиля.

Несмотря на присущие сцепным устройствам типа «крюк–петля» недостаткам, все ведущие изготовители такого рода продукции продолжают их совершенствовать и выпускать. Крюковые устройства отличаются большим разнообразием исполнений как самого крюка, так и замка. Для осуществления беззазорной сцепки ряд фирм разработали специальные конструкции ТСУ типа «крюк–петля», в которых зазор может выбираться автоматически с помощью конических роликов (фирма Coder Ture) либо с помощью пружин или пневматических устройств по принципу «беззазорный крюк» или «беззазорная петля» (фирма Utility Trailer). Аналогичные системы для крюковых ТСУ выпускают компании V. Orlandi и SAF-Holland. Они оснащены пневмоприводом, автоматически выбирающим зазор в замке устройства. В качестве силового элемента используется пневматическая камера с подвижным штоком, смонтированная с тыльной стороны задней поперечины рамы. Тем не менее беззазорные сцепки не нашли широкого применения по причине значительного усложнения конструкции и обслуживания, а также увеличения собственной массы (до 60 кг).

Когда тянуть, а когда и толкать (Часть 2)
Конструкции тягово-сцепных устройств

ТСУ шкворневого типа

В отличие от России во многих зарубежных странах подавляющее большинство прицепных автопоездов общетранспортного назначения оборудуют сцепными системами типа шкворень–петля. Конструкция вилочных или шкворневых тягово-сцепных устройств (ТСУ) состоит из вилки, в которую входит сцепная петля прицепа, которая в свою очередь фиксируется шкворнем. Для кратковременного пользования на тягачах иногда применяют буксирные приспособления упрощенной конструкции – пальцевого типа. Известны и более сложные ТСУ, оборудованные направляющим аппаратом (ловителем) и полуавтоматическим или автоматическим затвором.

Вилочные ТСУ отличаются малыми зазорами соединений, обеспечивают быструю и безопасную сцепку-расцепку автопоезда, у них значительный ресурс благодаря возможности замены шкворня и втулки сцепной петли. ТСУ такой конструкции выгодно отличаются от пары крюк–петля за счет лучшей ремонтопригодности. Обычно при восстановительном ремонте вилочных ТСУ достаточно заменить детали шкворня, его втулки и втулки сцепной петли. К недостаткам вилочных ТСУ относятся сложность конструкции и до недавнего времени трудность обеспечения больших углов гибкости автопоезда, что немаловажно для эксплуатационных условий России.

Параметры вилочной сцепки выбирают согласно международным и национальным стандартам. В мировой практике применяются ТСУ системы шкворень–петля с внутренним диаметром отверстия сцепной петли 40, 50 и 90 мм. При этом международными стандартами в качестве единой размерности рекомендован диаметр 50 мм.

Конструкция и расположение ТСУ на тягаче как минимум обеспечивает поворот сцепной петли вокруг горизонтальной продольной оси тяговой вилки на ±25°, отклонение в вертикальной плоскости – на ±20° (при наличии шарниров вертикальной гибкости – на ±50°), поворот сцепной петли в горизонтальной плоскости вокруг оси сцепного шкворня на ±75°. Масса таких ТСУ доходит до 40 кг.

В соответствии с отечественным ГОСТом шкворневые устройства должны обеспечивать углы гибкости относительно поперечной оси, проходящей через центр сцепной петли или шарнир вертикальной гибкости, ±25°, относительно вертикальной оси ±75°, относительно продольной оси ±20°. Шкворневые ТСУ изготавливают в четырех исполнениях: А, В – без шарнира вертикальной гибкости; С – с шарниром вертикальной гибкости; D – без шарнира с ограниченной подвижностью. Исполнения В и D рассчитаны на применение сцепной петли с отверстием диаметром 40 мм, а исполнения А и С – на применение сцепной петли с отверстием диаметром 50 мм. Полная масса прицепов шкворневых ТСУ зависимости от типоразмера приведена в таблице.

Вилочная сцепка обеспечивает возможность автоматической сцепки-расцепки звеньев автопоезда: при подаче тягача к прицепу сцепная петля вводится в ловитель сцепного устройства и шкворень автоматически замыкает ТСУ. Для расцепки необходимо вручную поднять шкворень в верхнее положение и отогнать тягач от прицепа. Шкворневое устройство с одинаковым успехом устанавливается как на передней, так и на задней поперечине тягача, позволяя работать в тянущем или толкающем режимах.

Современные системы шкворень–петля состоят из полуавтоматического затвора, направляющего аппарата-ловителя, сменных сцепных шкворней и амортизационно-поглощающих элементов с высокими демпфирующими свойствами, установленных с предварительным поджатием. Затвор ТСУ обычно имеет два предохранительных механизма, действующих независимо. В качестве амортизирующих элементов применяют пружины или резиновые демпферы. Последние получили большее распространение благодаря нелинейной характеристике и большому гистерезису. Для увеличения нелинейности характеристики упругие элементы ТСУ устанавливают с предварительным поджатием, а для разделения во времени момента начала движения тягача и прицепа в амортизационно-поглощающем механизме предусматривается зазор.

В некоторых конструкциях применены гидравлические или пневматические амортизаторы. В устройствах без шарниров вертикальной гибкости применяются шкворни бочкообразной формы, в ТСУ с шарнирами вертикальной гибкости – цилиндрические шкворни. Сцепные петли обычно выполняют со вставными цилиндрическими втулками. Начальный зазор в сцепном узле системы шкворень–петля составляет 1…2 мм, допустимый зазор в результате износа не должен превышать 3…4 мм. Необходимые углы вертикальной гибкости обеспечиваются наличием шарнира между вилкой и элементами крепления ТСУ либо сферической формой рабочей части шкворня.

Для улучшения вертикальной гибкости ТСУ, так необходимой во время движения по проселку или в условиях бездорожья, все известные производители выпускают конструкции с дополнительной степенью свободы. Она обеспечивается тем, что вилка, куда входит сцепная петля прицепа, снабжена горизонтальной поперечной осью. Ось увеличивает угол вертикального перемещения устройства. Самопроизвольный поворот вилки под действием ее веса предотвращает гибкая фрикционная пластина. Правда, в описанном ТСУ возрастают масса и габариты, усложняется конструкция. Однако устройства данного типа все большее признание находят и в нашей стране.

В производственных программах ведущих компаний Jost, Rockinger, Ringfeder, Georg Fisher есть шкворневые устройства, сцепка-расцепка в которых происходит с помощью пневматического привода, обеспечивающего вертикальное перемещение шкворня. Таким образом, с помощью управления в кабине водителя, на раме или кузове, удается автоматизировать технологический процесс и заметно его ускорить. В некоторых конструкциях устанавливается электрический датчик положения шкворня, обеспечивающий дистанционный контроль за состоянием тягово-сцепного устройства. К самым совершенным ТСУ типа шкворень–петля можно отнести системы, в которых используется несколько сенсорных датчиков, отображающих на электронном табло состояние устройства, а также правильность сцепки-расцепки тягача с прицепом.

По статистике ТСУ шкворень–петля с диаметром шкворней 40 и 50 мм обеспечивают гарантийный срок службы на автомобилях-тягачах соответственно не менее 100 тыс. и 200 тыс. км.

В странах Евросоюза типоразмер применяемых ТСУ как крюкового, так и вилочного типов определяется коэффициентом D, отражающим относительную расчетную величину продольных сил, возникающих между буксирующим транспортным средством и полуприцепом. Наибольшее распространение получили устройства, у которых 70 ≤ D ≤ 120 кН.

На прицепных автопоездах для перевозки легковесных грузов распространены специальные системы сцепки, позволяющие сократить расстояние между автомобилем-тягачом и прицепом и увеличить вместимость кузова: Речь идет о длинном дышле и переносе точки сцепки вперед, в зону заднего моста автомобиля-тягача, об ограничении горизонтального угла складывания между автомобилем-тягачом и дышлом прицепа с принудительным управлением передней осью прицепа, об увеличении длины дышла при поворотах.

Для повышения устойчивости прицепных автопоездов в течение ряда лет ведутся исследования и разработаны тягово-сцепные устройства с иной, чем у традиционных ТСУ, кинематикой работы. К ним относятся четырехзвенный механизм с двумя продольными тягами, связанными шаровыми шарнирами с буксирующим и буксируемым звеньями автопоезда, устройство с двумя шарнирами с ограниченными степенями свободы, допускающее поворот подкатной тележки относительно буксируемого звена в вертикальной плоскости, ТСУ, обеспечивающие минимальное расстояние между тягачом и прицепом и др.