Тягово сцепное устройство крюк петля

ВОПРОС 1. Сцепные устройства

Лекция 3. СЦЕПНЫЕ УСТРОЙСТВА АВТОПОЕЗДОВ. ПРИЦЕПНОЙ СОСТАВ

Сцепные устройства автопоездов предназначены для соединения автомобиля-тягача с прицепным составом, передачи тягового усилия, а у седельно-сцепного устройства и для передачи значительной вертикальной нагрузки от полуприцепа на тягач.

Общие требования к сцепным устройствам:

– обеспечение соответствующей типу устройств гибкости автопоезда;

– возможность быстрой и безопасной сцепки и расцепки;

– амортизация нагрузок в сцепном устройстве при движении автопоезда;

– уменьшение этих нагрузок и придание им благоприятного характера.

Сцепное устройство прицепа изображено на рисунке 3.1. и имеет треугольную форму с разнесенными шарнирами для перемещения конца дышла с петлей в вертикальной плоскости. Для фиксации дышла в положении для движения по прямой устроен стопор, а для удержания в горизонтальном положении – лебедочный механизм с тросом, оборудованным крюком.

Рис. 3.1.Сцепное устройство прицепа: 1 – дышло; 2 – сцепная петля; 3 – палец; 4 – кронштейн; 5 – стопор; 6 – механизм лебедки; 7 – трос; 8 – крюк

1. Тягово-сцепные устройства состоят из разьемно-сцепного, аморти­зационно-поглощающего механизмов и деталей крепления.

По международному стандарту ISО 1102-75 тягово-сцепное устройство шкворневого типа должно обеспечивать в вертикальной плоскости угол гибкости не менее ±20°, в горизонтальной – не менее ±75°, вокруг продольной оси сцепного устройства – не менее ±25°.

Основным классификационным признаком тягово-сцепных устройств является конструкция основной сопрягаемой пары. Различают:

– крюковые – пара крюк-петля;

– шкворневые – пара шкворень-петля;

– шаровые – пара шар-петля.

Дополнительный признак – тип упругого элемента амортизационно-поглощающего механизма:

– витые цилиндрические пружины;

Наиболее распространены в нашей стране крюковые устройства с упругим резиновым элементом, изображенным на рисунке 3.2.

Рис. 3.2.Тягово-сцепное устройство автомобиля тягача КамАЗ-5320: 1 – масленка; 2 – крюк; 3 – ось защелки крюка; 4 – собачка защелки; 5 – ось собачки; 6 – защел­ка; 7 – гайка; 8 – цепочка шплинта; 9 – упругий элемент; 10 – гайка крюка; 11 – шплинт; 12 – защитный кожух; 13, 14 – шайбы; 15 – корпус; 16 – крышка корпуса

Защелка, стопорящаяся собачкой, препятствует самоотпиранию крюка, а резиновый элемент предварительно сжат и имеет нелинейную характерис­тику, поэтому его жесткость когда автопоезд трогается с места относительно невелика, а при движении возрастает, т. е. оптимизирует нагрузку при работе крюка.

Недостатком крюковых устройств является быстрый износ зева крюка, что приводит к его поломке и появлению поперечных колебаний автопоезда.

Шкворневые полуавтоматические тягово-сцепные устройства при снижении гибкости автопоезда значительно упрощают и делают безопасной процесс сцепки и расцепки автопоезда, обеспечивают беззазорную сцепку или очень малый зазор. При вхождении петли прицепа в вилку шкворень автоматически опускается, фиксируя сцепку (петля приподнимает шкворень и спускает затвор). Шкворень фиксируется предохранителем.

Размеры тяговых крюков стандартизованы: пять типоразмеров в зависимости от полной массы буксируемого прицепа (не более):

Тяговые крюки и сцепные петли отковывают из сталей 40, 45 и др. Твердости сопрягаемых поверхностей: у тягового крюка не менее 45 HRC_Э, а у петли 35 HRC_Э.

Диаметр шкворня и отверстия сцепной петли – 50 мм.

2. Седельно-сцепные устройства состоят из разъемно-сцепного механизма, обеспечивающего гибкость автопоезда и деталей крепления.

Основной классификационный признак седельно-сцепных устройств –конструкция сопряженной пары. Различают:

Шкворневые устройства бывают:

– не обеспечивающие устранение зазора;

– обеспечивающие устранение зазора с ручной или автоматической его регулировкой.

Наиболее широко распространено двухзахватное, полуавтоматическое, без устранения зазора седельно-сцепное устройство, показанное на рис. 3.3.

На подрамнике тягача закреплены два кронштейна, в проушины которых с резинометаллическими втулками входят две оси седла. Втулки обеспечивают амортизацию и поворот седла в поперечном направлении до 3°. Поворот седла в продольной плоскости свободен.

Два захвата установлены на осях и фиксируются запорным кулаком со штоком и пружиной, защелкой с пружиной, а также предохранительной планкой.

Горизонтальная гибкость автопоезда обеспечивается возможностью поворота шкворня в захватах.

Рис. 3.3.Седельно-сцепное устройство автомобиля-тягача. КамАЗ-5410: 1 – ось предохранительной планки; 2 – предохранительная планка; 3 – кронштейн; 4 – седло; 5, 9, 10 – масленки; 6 – ось шарнира; 7, 16 – пружины; 8 – ось захвата; 11, 13 – захваты; 12 – шплинт; 14 – рычаг; 15 – запорный кулак; 17 – защелка.

Горизонтальная гибкость автопоезда обеспечивается возможностью поворота шкворня в захватах.

При сцепке шкворень, после входа в захваты, закрывает их, а кулак, войдя в пазы захватов, фиксирует соединение.

При расцепке необходимо вывести кулак из пазов захватов, которые свободно раскрываются и “выпускают” шкворень.

За рубежом широко распространены однозахватные седельно-сцепные устройства с косой прорезью на захвате для удержания шкворня. Захват поворачивается на оси и в закрытом положении фиксируется от поворота запорным кулаком.

Расчет тягово-сцепного прибора сводят к расчету тяговых крюков и вилок.

Диаметр тягового стержня рассчитывают, исходя из максимальных нагрузок (вес автомобиля) и допустимых напряжений, рог тягового крюка, имеющий форму кривого бруса, рассчитывают по напряжениям в наиболее опасном сечении (несколько ниже зева крюка), возникающими при действии изгибающего момента и растяжения.

При работе седельно-сцепного устройства возникают силы, направлен­ные на смятие опорной площади под замок (поверхность захвата, взаимодействующей с запорным кулаком). Другой расчет – на срез пальцев (осей) захватов. Расчеты подробно излагаются во втором учебном вопросе.

Сцепные устройства автомобильных поездов

Связь между звеньями автопоезда осуществляется с помощью сцепных устройств, которые воспринимают силы взаимодействия, обусловленные относительными продольными и поперечными перемещениями звеньев. Сцепные устройства должны обеспечивать надежное соединение тягача с прицепным звеном, возможность их относительного перемещения, плавность передачи усилий от тягача к прицепному звену, а также возможность быстрой сцепки и расцепки.

В зависимости от компоновки автопоезда сцепные устройства выполняют в виде тягово-сцепных устройств для прицепных автопоездов или в виде опорно-сцепных устройств для седельных автопоездов.

Существуют два типа тягово-сцепных устройств: тяговый крюк-петля и тяговая вилка-петля. Наиболее широкое распространение получили устройства первого типа. Они состоят из тягового крюка, установленного на тягаче, и жесткого дышла со сцепной петлей, связанного с прицепом.

Рис. Тяговый крюк

Тяговый крюк, как правило, монтируют на задней поперечине рамы 7. Однако на некоторых ТС он может размещаться и на передних бамперах рамы. Тяговый крюк включает в себя собственно крюк 4, накидную защелку 6 и предохранительный замок с запорным шплинтом 5. Предохранительный замок и шплинт предотвращают самопроизвольную расцепку автопоезда во время движения. На переднем конце стержня 3 крюка, установленного во втулке 8, навинчена гайка 10, которая вместе с втулкой обеспечивает правильное продольное перемещение крюка. Внутрь корпуса 1 вставлен резиновый упругий элемент 2, обжимаемый шайбами 9 и имеющий форму гиперболоида. При сжатии он выпучивается и заполняет пространство в корпусе. В других конструкциях тяговых крюков в качестве упругих элементов используют кольцевые, винтовые цилиндрические или конические пружины.

В качестве опорно-сцепного устройства седельных автопоездов наиболее широко применяется полуавтоматическое устройство с фиксацией сцепки шкворнем. На раме тягача установлена плита 2 с шарнирно закрепленным на ней опорным кругом 3, имеющим устье 4. Опорный круг может качаться в продольной и поперечной плоскостях. Для ослабления поперечных колебаний и последующей стабилизации полуприцепа в нормальном положении служат две цилиндрические пружины 5. В центре опорного круга на пальцах 7 шарнирно закреплены захваты 6 шкворня, имеющие скосы в передней части. Скосы в задней части захватов совпадают со скосами устья опорного круга.

Рис. Полуавтоматическое опорно-сцепное устройство с фиксацией сцепки шкворнем

В передней части захваты имеют фасонные вырезы, в которые вдвигается замок 9. В замке имеется стержень, на который надеты пружина 10 и рычаг 8 замка, а также продольный вырез, в который входит направляющий палец, закрепленный в нижней части опорного круга. Когда полуприцеп сцеплен с тягачом, захваты 6 сведены и охватывают шкворень полуприцепа. В этом случае расцепка невозможна, так как замок препятствует повороту захватов на пальцах.

Расцепка автопоезда осуществляется отводом в сторону планки 1 предохранителя и перемещением замка вперед при помощи рычага — пружина 10 сжимается. Защелка 11 упирается в выступ замка и удерживает его в переднем положении. При расцепке, когда тягач движется вперед, шкворень полуприцепа свободно выходит наружу, раздвигая в стороны захваты. Замок после расцепки возвращается в первоначальное положение и блокирует захваты.

Перед сцепкой автопоезда замок при помощи рычага перемещается вперед, освобождая захваты. Тягач подается назад, и шкворень полуприцепа, попадая в устье опорного круга, нажимает на внутренние скосы захватов, раздвигает и устанавливает их в рабочее положение. После этого замок автоматически возвращается назад я задирает сцепное устройство. Затем опускают планку 7, предупреждая тем самым возможность осевого перемещения замка и, следовательно, расцепку автопоезда в пути.

Цилиндрический шкворень полуприцепа в нижней части имеет фланец, препятствующий выходу шкворня из замка при относительных вертикальных перемещениях звеньев автопоезда.

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).

Тягово-сцепное устройство типа «крюк-петля»

Сцепка тягача с прицепом

1. Затормозить прицеп стояночной тормозной системой.
2. Открыть замок буксирного крюка (см. рис. Буксирный крюк):

• вытащить шплинт 1;
• отжать собачку 2;
• откинуть защелку 3 в верхнее положение относительно оси пальца 4.

Буксирный крюк
1 – шплинт; 2 – собачка; 3 – защелка; 4 – палец; 5 – крюк

3. Установить дышло прицепа так, чтобы сцепная петля прицепа находилась на уровне буксирного крюка автомобиля.
4. Осторожно подать автомобиль назад до упора буксирного крюка в сцепную петлю прицепа.
5. Затормозить тягач стояночной тормозной системой.
6. Накинуть сцепную петлю на буксирный крюк.
7. Закрыть замок буксирного крюка:

• опустить защелку 3 в нижнее положение;
• собачка 2 автоматически защелкивается;
• вставить шплинт 1, зафиксировав защелку 3 и собачку 2.

8. Соединить розетку автомобиля спиральным кабелем с соответствующей розеткой прицепа (см. рис. Розетка автомобиля).

9. Соединить головки шлангов пневмосистемы прицепа с соответствующими головками пневмосистемы автомобиля: соединительная головка питающей магистрали – цвет красный, соединительная головка управляющей магистрали – цвет желтый (см. рис. Соединительная головка пневмосистемы автомобиля).

Соединительная головка пневмосистемы автомобиля

10. Подключить систему АБС (см. рис Разъем системы АБС автомобиля).

Разъем системы AБС автомобиля

11. Растормозить стояночную тормозную систему прицепа.

Расцепка тягача с прицепом

1. Затормозить прицеп стояночной тормозной системой.
2. Отсоединить вилку спирального кабеля от розетки тягача.
3. Разомкнуть соединительные головки шлангов тормозной системы и укрепить их на кронштейнах дышла.
4. Открыть замок буксирного крюка (см. рис. Буксирный крюк):

• вытащить шплинт 1;
• отжать собачку 2;
• откинуть защелку 3 в верхнее положение относительно оси пальца 4.

5. Снять сцепную петлю дышла прицепа с буксирного крюка автомобиля.
6. Закрыть замок буксирного крюка:

• опустить защелку 3 в нижнее положение;
• собачка 2 автоматически защелкивается;
• вставить шплинт 1, зафиксировав защелку 3 и собачку 2.

При эксплуатации с прицепом необходимо избегать складывания автопоезда, так как это может привести к поломке крюка.