МОТОРНАЯ ПОВОЗКА Советский патент 1934 года по МПК B60G19/10 

Изобретение относится к моторным экипажам, в которых движения, вызываемые во время езды неровностями пути и другими причинами, и в частности всякого рода колебания около продольной и поперечной оси устраняются при помощи различных стабилизирующих средств с применением волчка.

Уже известно применение для стабилизации корпуса моторного экипажа центробежных элементов, составленных из одного или нескольких волчков с двумя степенями свободы движения.

В настоящем изобретении стабилизация моторных экипажей с центробежными устройствами осуществлена путем соответствующей подвески рамы и кузова.

Если корпус экипажа существующих конструкций снабдить волчком, то на неровной дороге происходит борьба между вращательными моментами экипажных осей, передаваемыми раме или кузову через рессоры, и тормозящей способностью вертящегося центробежного элемента. При этом происходит не только неполное выбалансировывание достигших корпуса экипажа вращательных моментов, так как центробежный элемент в моторном экипаже существующих конструкций с трудом можно сделать достаточно мощным для обеспечения абсолютной стабилизации корпуса экипажа, но еще создается опасность, что экипажные рессоры при особо сильных напряжениях будут сбиты из-за малой податливости экипажного корпуса. Тем более желательно исключить борьбу между рессорами и волчком в виду того, что при построении моторного экипажа с центробежным элементом стремятся этот элемент делать по возможности меньшего размера для уменьшения его веса и расхода на него энергии и для уменьшения напряжения такого элемента, чтобы снизить явления вибрации и жужжания, сопровождающие работу волчка в результате нагрузки.

Согласно изобретению для устранения борьбы между рессорами и центробежным элементом подвешивание выбалансированного от центробежных усилий экипажного корпуса на осях осуществлено карданным образом, так что экипажные оси, получая от неровностей пути вращательные движения, не производят вращения экипажного корпуса.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает боковой вид повозки; фиг. 2 - перспективный вид шасси; фиг. 3 - поперечный разрез повозки; фиг. 4 и 5 - торцевые виды вариантов шасси; фиг. 6 - деталь стабилизующего устройства; фиг. 7 - явление горизонтального колебания корпуса экипажа; фиг. 8, 9 и 10 - варианты волчков.

Могут быть использованы разнообразные и далеко идущие возможности для устранения передачи вращательных моментов от экипажных осей корпусу при карданном подвешивании последнего. Подвешивание корпуса может быть произведено таким образом, что получается освобождение от вращательных усилий по отношению к продольной оси или к поперечной оси или же освобождение от вращательных усилий распространяется одновременно на колебания около продольной и около поперечной оси.

При стабилизации по отношению к продольной оси целесообразно подвешивать весь экипажный корпус 1 (фиг. 2) на двух находящихся на продольной оси ab поворотных цапфах или подшипниках 4 и 5, покоящихся на осях 2, 3.

При стабилизации по отношению к поперечной оси (устранение ныряния), необходимо, в виду особенно желательного в этом случае низкого расположения центра тяжести корпуса экипажа, удерживаемого в горизонтальном положении центробежным элементом, допускать лишь небольшую свободу движений, так как при подъемах пути или при спусках концы корпуса ударялись бы о дорогу. Поэтому при стабилизации по отношению к поперечной оси ef (фиг. 3) целесообразно подвешивать на цапфах или подшипниках 19, 20 лишь часть корпуса экипажа, лучше всего лишь кузов 18.

При стабилизации по отношению к продольной и поперечной осям рама подвешивается на цапфах 4, 5 (фиг. 1), расположенных на осях экипажа, а кузов - на цапфах 19, 20, расположенных на раме экипажа.

В этом случае кузов 18 экипажа, поворотный около поперечной оси, стабилизируется по отношению к нырятельным движениям при помощи волчка 21 (фиг. 1), а рама 17, поворотная около продольной оси, стабилизируется по отношению к поперечному вращению при помощи волчка, вертящегося в продольной вертикальной плоскости.

Из трех видов подвешивания корпуса экипажа: устойчивого, индифферентного и неустойчивого, следует отдать предпочтение первому, при котором центр тяжести подвешенной системы располагается ниже оси цапф, при помощи коих осуществляется подвешивание. В этом случае момент относительно продольной оси, возникающий от центробежной силы при поворотах, уравновешивается стабилизирующим моментом, создаваемым силой тяжести. Точно так же создаются благоприятные условия для стабилизации при ускорении и замедлении движения экипажа, так как момент относительно поперечной оси, возникающий при положительном и отрицательном ускорении, уравновешивается стабилизующим моментом, создаваемым силой тяжести.

Применение устойчивого карданного подвешивания для моторных экипажей прежде всего требует исключительно низкого расположения центра тяжести экипажа. Такое расположение при одновременном использования волчков следует осуществить всеми средствами, например, путем применения горизонтальных цилиндров мотора, путем привода передних колес или путем помещения мотора позади, путем помещения экипажной рамы ниже осей, применением воздушного охлаждения и т.д.

Основные рессоры могут быть осуществлены различным образом. Так, например, на левой стороне фиг. 5 представлена известным уже образом снабженная винтовыми пружинами или воздушными камерами ось 6, укрепленная поворотным образом при помощи подшипников 4 на корпусе экипажа подобно тому, как это делается в машинах Sensaud de Lavaud с подвешиванием корпуса в трех точках. Можно указать на безрессорное подвешивание в трех точках на осях корпуса тракторов. На правой части той же фигуры изображено безъосевое поперечное подрессоривание, причем часть 8 соединяет рессоры 9 и 10, связывая их между собою, а вся система 8-10 вращается около цапфы 4.

На фиг. 7 показано маятниковое рессорное подвешивание, причем ось 12-13 и поперечная рессора 14 могут вращаться независимо друг от друга около общей цапфы.

Возможен целый ряд иных решений вопроса о подвешивании корпуса, свободного от вращательных усилий около продольной оси, каковые решения после сказанного не требуют описания.

Если ныряние должно быть полностью устранено, то, как сказано выше, соответствующая часть экипажа должна быть снабжена цапфами 19, 20 (фиг. 1, 3), идущими параллельно поперечной оси и помещенными в подшипники, имеющиеся на раме 17.

У подвешенного таким образом кузова 18 передняя и задняя стенки, как и обращенные к ним стенки остальной части корпуса экипажа, должны быть цилиндрическими, причем общая ось всех цилиндрических стенок должна совпадать с осью цапф 19, 20. Если сиденье для шофера при таком подвешивании кузова должно находиться внутри последнего, то при устройстве руля и других органов управления необходимо учитывать относительную подвижность кузова и рамы. В этом случае рулевая колонка составляется из трех движущихся друг по отношению к другу частей 22, 23, 24 (фиг. 1), из которых средняя часть может изменять свою длину. Передача к остальным органам управления, например, к дроссельной заслонке, муфте сцепления, тормозу и т.д. может быть достигнута посредством аналогичных устройств или при помощи тяг и т.д.

Так как карданным образом подвешенные системы даже при стабилизирующем вращающемся центробежном элементе (тормозное действие волчка достаточно для внезапных, но недостаточно для длительных вращательных моментов) оказываются особенно чувствительными к односторонним нагрузкам, например, при одностороннем давлении ветра или при одностороннем расположении пассажиров и т.д., следует ось вращения располагать лишь немного над центром тяжести, чтобы экипажный корпус при посадке пассажира мог наклониться лишь незначительно. Если стремятся к сохранению абсолютно горизонтального положения корпуса экипажа, нагрузку выравнивают при помощи передвижных грузов. На фиг. 6 изображено, в виде примера, устройство с передвижными грузами 26 в экипажном корпусе, расположенном поворотно около продольной оси, или в кузове, если последний расположен также поворотно около оси цапф 4, 5. Груз 26, целесообразно аккумуляторная батарея, передвигается поперек экипажа по рельсам 27 при помощи, например, рукоятки 28 на переднем щитке и тросов 29. На фиг. 1 изображено аналогичное устройство с передвижными грузами для кузова, освобожденного от колебаний около поперечной оси. Груз 26′ передвигается здесь назад или вперед для выравнивания передней или задней перегрузки.

Естественно, что приспособление для передвижения груза может быть автоматически действующим, например, таким, которое заключает в себе электромотор, включаемый контактами, замыкаемыми при наклоне подвешенной части корпуса экипажа, в результате чего получаются замыкание тока и перемещение груза в том или в другом направлении. При отказе от автоматического действия приспособление можно использовать для работы от руки.

Как при системе, подвешенной поворотно около продольной оси, так и при системе, поворотной около поперечной оси, рекомендуется избегать слишком большого размаха качания свободно подвешенных частей корпуса. Это ограничение поворачивания достигается применением жестких или упругих упоров, которые ограничивают повороты, например, углом в 25-35°.

Ясно, что при помощи вышеуказанных приспособлений еще нельзя достигнуть абсолютного устранения всех возникающих и заметных для пассажиров качаний. Остаются параллельные качания, которые могут быть вызваны, как видно из фиг. 7, раскачиванием осей около точки g опоры не приподнятого колеса, причем передвижение экипажного корпуса идет от с к d. Это явление может быть устранено при помощи пружины, действующей поперек направления езды. В примере выполнения по фиг. 4 такого рода пружинного устройства корпус экипажа подвешен при помощи цапф 4, 5 на плече 15, поворотно укрепленном на экипажной оси, причем благодаря рессорам 16 получается эластичное соединение в поперечном направлении.

В виду того, что стабилизация экипажа на закруглениях больше не зависит от основных рессор, для амортизации вертикальных движений можно применять значительно более мягкие рессоры, чем это до сих пор имело место. В качестве таких рессор можно брать до сих пор не подходившую по соображениям недостаточной стабилизации на закруглениях псевдогармоническую апериодичную рессору, в виду чего, если можно отказаться от шарнирного подвешивания по отношению к поперечной оси, достигается значительное уменьшение ныряния корпуса экипажа. В случае надобности можно к основным рессорам присоединить еще дополнительные рессоры, назначение которых состоит в компенсировании больших нагрузок экипажа. Такое добавочное подрессоривание экипажа с центробежными стабилизаторами становится необходимым, когда несущие рессоры, как сказано выше, сделаны очень мягкими или псевдогармоническими, в каковом случае пружинящее действие в середине пути колебания рессоры становится мягким, а в начале и в конце является жестким. Благодаря добавочным рессорам при апериодичных псевдогармонических основных рессорах положение покоя как будто смещается на середину пути рессоры. Конструкция добавочного подрессоривания может быть выполнена различно. При пневматическом подрессоривании добавочное подрессоривание можно заменить соответствующей регулировкой воздушного давления. Независимо от того, берется ли подрессоривание с помощью пружин или с помощью воздуха, регулировка добавочного подрессоривания может быть произвольной или автоматической.

В виду того, что при карданных подвешиваниях экипажей особенно важным, как было упомянуто, является низкое расположение центра тяжести экипажа, в связи с чем приходится иметь дело с небольшим расстоянием от почвы, необходимо применить еще приспособление для ограничения движений вниз. Этой цели можно достигнуть, например, при наличии пневматического подрессоривания и при езде на особенно ухабистой дороге путем увеличения давления воздуха. При подрессоривании же с помощью металлических пружин можно помимо дополнительных пружин применять еще пневматическое дополнительное подрессоривание или же какие-нибудь другие упругие средства.

Наконец, для подвешенных карданным образом экипажей с центробежными стабилизаторами рекомендуется еще приспособление, которое в случае порчи стабилизирующего устройства восстанавливает состояние равновесия бывшего ранее стабильного экипажа. Для этой цели достаточно предусмотреть приспособление, при помощи которого цапфы и подшипники свободно качающихся осей при свободно вращающейся около поперечной оси системы 18 могут быть в своем среднем положении жестко или упруго блокированы.

Перечисленные устройства для стабилизации, а также для дополнительного подрессоривания и приспособление для ограничения движения вниз могут комбинироваться между собою по желанию.

Вследствие свободы движения экипажных осей возникают особые требования к конструкции крыльев, которые должны быть поставленными очень высоко над колесами, а если этого не хотят, они должны быть подвижными вместе с колесами или с осями. На фиг. 5 (левая сторона) показано крыло 7, вращающееся вместе с поворотным колесом и пружинно с ним соединенное. На правой стороне той же фигуры, наоборот, показано крыло 11, устанавливаются вместе с осью и жестко с ней связанное. На фиг. 1 изображено крыло 25, задняя часть которого укреплена поворотно на корпусе экипажа. При закруглениях пути положение переднего края наружного щита остается неизменным, между тем как внутренний щит устанавливается в зависимости от равнодействующей силы тяжести и центробежной силы.

Для стабилизации экипажного корпуса, вращающегося около продольной оси, в отношении устойчивости относительно этой оси, а также для стабилизации экипажных частей, качающихся около поперечной оси, в отношении устойчивости относительно этой последней оси можно пользоваться известными центробежными приспособлениями с волчками, имеющими две степени свободы движения. Волчки должны, следовательно, обладать, кроме первой свободы движения (вращения), известной уже второй степенью движения (предварением, прецессией). Когда стабилизируемая система является неустойчивой или индифферентной, необходимо прибегать к так называемым прецессионным ускорительным приспособлениям, применяемым при однорельсовых путях и в других аналогичных случаях. При устойчивом карданном подвешивании экипажа, наоборот, достаточно применения волчковых элементов без прецессионных ускорителей. В качестве таковых прежде всего можно применять аггрегат из двух вращающихся в обратные стороны и обратным образом прецедирующих волчков, которые под действием особых устройств вынуждены производить одинаковые прецессионные колебания. На фиг. 10 дан пример такого аггрегата. Волчок 67 вертится в одну, а волчок 68 в другую сторону. Две тяги 69 и 70, производящие одинаковые движения благодаря салазкам 71, скользящим по рельсам 72, не позволяют волчкам прецедировать и останавливаться, для каковой цели салазки находятся под действием пружин 73 и 74.

На фиг. 8 изображен один волчок, служащий для стабилизации в отношении вращений около продольной оси. Этот волчок обладает идущей поперек экипажа осью вращения hg и вертикально идущей осью предварения ij, а также обладает вращением в обратную сторону по сравнению с направлением вращения экипажных колес. Эти условия должны быть выполнены, чтобы от известного центробежного эффекта по закону гомологического параллелизма не получались нежелательные центробежные действия. В то время, как до сих пор для устранения таких явлений, причиною которых является езда по кривой, переход на подъем или спуск или другие вращательные движения в плоскости, идущей перпендикулярно к плоскости стабилизации, необходимо было прибегать к аггрегату, составленному из двух друг против друга вращающихся волчков, достаточно применения одного вышеописанного волчка, чтобы обезвредить названные движения в отношении стабилизации. На кривой этот волчок образует по закону гомологического параллелизма за счет центростремительной силы вращающий момент, но этот момент направлен в виду обратного направления движения по сравнению с экипажными колесами опять-таки в середину закругления, в силу чего установка экипажного корпуса не только не затрудняется, но даже облегчается.

На фиг. 9 изображен аналогичный волчок 62, у которого ограничивающие прецессию пружины 63 и 64 натянуты тросом 65, идущим через ушко 66. Такое примерное устройство при движении экипажа по кривой затрудняет прецедирование волчка в ту или другую сторону и служит для создания вращательного момента, направленного в противоположную сторону по отношению к моменту центробежной силы.

На фиг. 8, кроме того, показана возможность избежать действия движений ныряния на прецедирующий волчок. Если бы волчок С цапфами 55, 56 был жестко укреплен в продольной вертикальной плоскости, он мог бы в сильно прецедирующем состоянии дать новые колебания. Этого можно избежать путем помещения между экипажем и волчком рамы 57, благодаря которой волчок поворотно располагается на горизонтально идущей поперечной оси . Горизонтальные цапфы вращения 58 и 59 этой промежуточной рамы удерживаются в экипаже при помощи опор 60 и 61.

Если стабилизация против вращений около продольной оси достигается с помощью аггрегата из двух волчков, можно достигнуть стабилизации при движении экипажа по кривой с помощью маховика, целесообразно маховика мотора, расположенного на поперечном валу и вращающегося в обратную сторону по отношению к экипажным колесам.

1. Моторная повозка с применением рессорного подвешивания опорных колес и жироскопов для предотвращения колебаний, сообщаемых кузову неровностями дороги, а также иных колебаний, возникающих во время езды, отличающаяся тем, что кузов 18 (фиг. 1, 3) посредством цапф 19, 20 подвешен поворотно около поперечной геометрической оси на раме 17 или иной части повозочного шасси, каковая рама или иная часть повозочного шасси посредством цапф 4, 5 (фиг. 1-5) подвешена поворотно же около продольной геометрической оси на известным уже образом снабженных рессорами повозочных осях.

2. Форма выполнения повозки по п. 1, отличающаяся тем, что для уравновешивания односторонних нагрузок применены грузы, произвольно или автоматически передвигаемые вдоль кузова и поперек рамы или иной части повозочного шасси.

3. Форма выполнения повозки по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью противодействия колебаниям кузова в поперечном направлении, между рамой и повозочными осями или между кузовом и рамой помещены действующие в поперечном направлении пружинящие органы.

4. Применение в повозке по пп. 1-3, в целях удерживания в устойчивом положении кузова относительно поперечной оси и рамы или иной части повозочном шасси относительно продольной оси, отдельных для кузова и для рамы или иной части повозочного шасси жироскопов.