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.