SE465564B

SE465564B - Motor-driven vehicle with central articulation

Info

Publication number: SE465564B
Application number: SE9000032A
Authority: SE
Inventors: L Bruun
Original assignee: Bruun Lars Fa
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1991-09-30
Also published as: SE9000032D0; SE9000032L

Abstract

The invention concerns a motor-driven vehicle with central articulation and at least one front controllable wheel pair forward of the centre, at least the rear car having a bogie unit with drive axle 22, differential 21 and two bogies 2i, 2o, between the differential and each bogie a driven bogie axle 20i, 20y, and in each bogie two wheels 5i, 6i, 5o, 6o driven by the bogie axle at the same speed of rotation via a mechanical transmission 24 in a bogie frame 23 which can turn relative to a coach frame around the centre of the bogie axle. One of the wheel pairs in the bogie unit, i.e. one wheel in each bogie, can be controlled, but not the other wheel, and means 10, 13, 15, 16 are provided which, in proportion to the actual angle of rotation of the control link at the centre, displace the wheels in each bogie which are located furthest away from the link 19, so that they have essentially the same turning radii Ri, Ry as those wheels on the same side of the vehicle which are nearest the link. <IMAGE>

Description

465 564 10 l5 20 25 30 35 brukligt att lägga midjans vrídningscentrum C mittemellan den fram- vagnens boggicentrum Bl och bakvagnens boggicentrum B2, Fig. l, i det fall både fram- och bakvagnen på fordonet är utrustade med boggis. I det fall fordonets främre del är försedd med endast ett hjulpar har man i samma syfte förlagt mídjans vrídningscentrum mittemellan den främre hjulaxeln och den bakre boggins centrum. Emellertid kommer i båda fallen de tvångsvis drivna, boggimmonterade hjulen att slira relativt varandra, då fordonet svänger. Denna slirning kan bli mycket stor, vilket skall förklaras med hänvisning till Fig. 2. 465 564 10 l5 20 25 30 35 It is customary to place the center of rotation C of the waist between the bogie center B1 of the front carriage and the bogie center B2 of the rear carriage, Fig. 1, in case both the front and rear carriages of the vehicle are equipped with bogies. In the case where the front part of the vehicle is fitted with only one pair of wheels, the center of rotation of the center has been placed between the front wheel axle and the center of the rear bogie for the same purpose. However, in both cases, the forcibly driven bogie-mounted wheels will slip relative to each other as the vehicle turns. This slip can become very large, which will be explained with reference to Fig. 2.

Fordonets framvagn uppvisar två parallella boggier li och lo (inner- boggi li och ytterboggi lo vid svängning) och bakvagnen uppvisar på motsvarande sätt två parallella boggis 2i och 20. Det främre boggi- paret li och lo uppvisar vidare främre hjul 3i respektive 30 och bakre hjul 4i respektive 40. De båda bakre boggiparen 21 och 20 uppvisar på motsvarande sätt främre hjul 5i och 50 respektive 6i och 60.The front carriage of the vehicle has two parallel bogies li and lo (inner bogie li and outer bogie lo when turning) and the rear carriage correspondingly has two parallel bogies 2i and 20. The front bogie pair li and lo further have front wheels 3i and 30 and rear, respectively. wheels 4i and 40, respectively. The two rear bogie pairs 21 and 20 correspondingly have front wheels 5i and 50 and 6i and 60, respectively.

Hittills har man betraktat det beskrivna fordonets vändradie som en radie med centrum i skärningspunkten mellan de främre och bakre boggi- parens centrumlinjer, dvs linjer vinkelräta mot fordonets längsaxel skärande respektive boggicentrum Bl respektive B2, Fig. l. I Fig. 2 har detta teoretiska vändradiecentrum betecknats Ot. I ett tänkt fall, som gäller ett existerande arbetsfordon av det slag som visas i Fig. 1, var avståndet D=17OO mm. Vridningsvinkeln i styrleden med vrid- ningscentrum C kunde vid detta fordon uppgå till max 42°, varvid den teoretiska vändradien Rt uppgick till 5600 mm. Emellertid har de båda hjulparen Si och 30 respektive 6i och 60, vilka befinner sig längst bort från styrledens vrídningscentrum C, i själva verket ett gemensamt vändradiecentrum Ol med en vändradie Rl. På motsvarande sätt har de hjulpar 4i och 40 respektive 5i och 50, vilka ligger närmast nämnda vrídningscentrum C, ett gemensamt vändradiecentrum 02 med vändradien R2. I det aktuella fallet var Rl=7300 mm och R2=39OO mm. De inbördes tandemkopplade hjulen, såsom hjulen 30 och 4o, respektive hjulen 50 och 6o är tvångsvis drivna, dvs drivs med samma rotationshastighet.Hitherto, the turning radius of the described vehicle has been regarded as a radius with center at the intersection of the center lines of the front and rear bogies, ie lines perpendicular to the longitudinal axis of the vehicle intersecting the bogie centers B1 and B2, respectively. Fig. 1. In Fig. 2 this theoretical turning radius center designated Ot. In an imaginary case, which concerns an existing work vehicle of the type shown in Fig. 1, the distance D = 1700 mm. The angle of rotation in the steering joint with the center of rotation C could in this vehicle amount to a maximum of 42 °, whereby the theoretical turning radius Rt amounted to 5600 mm. However, the two wheel pairs Si and 30 and 6i and 60, respectively, which are furthest from the center of rotation C of the guide joint, in fact have a common turning radius center O1 with a turning radius R1. Correspondingly, the pairs of wheels 4i and 40 and 5i and 50, respectively, which are closest to the said center of rotation C, have a common turning radius center 02 with the turning radius R2. In the present case, R1 = 7300 mm and R2 = 3900 mm. The mutually tandem-coupled wheels, such as the wheels 30 and 40, and the wheels 50 and 60, respectively, are forcibly driven, i.e. driven at the same rotational speed.

Detta medför, i det aktuella fallet, på grund av de ovan redovisade geometriska förhållandena, en relativ slirning på cirka 87% mellan de 10 15 20 25 30 35 465 564 främre och bakre ytterhjulen, såsom mellan hjulen 30 och 40 respektive mellan hjulen 50 och 60. Slirningen mellan de tandemmonterade inner- hjulen, såsom mellan hjulen 3i och 4i, respektive mellan hjulen 5i och 6i, blir ändå större eller cirka 150%, då axelbredden är 1750 mm.This results, in the present case, due to the geometric conditions reported above, a relative slip of about 87% between the front and rear outer wheels, such as between the wheels 30 and 40 and between the wheels 50 and 40, respectively. 60. The slip between the tandem-mounted inner wheels, such as between the wheels 3i and 4i, and between the wheels 5i and 6i, respectively, is still greater or about 150%, when the axle width is 1750 mm.

Ovanstående förhållanden ger en rad negativa effekter. De allvarligas- te är att slirningen gör att hjulen lätt gräver ner sig vid körning i terräng och därmed förorsakar markskador, att däckslitage och bränsle- förbrukning ökar, och att dragkraften minskar. Samtidigt blir fordo- nets verkliga svängradíe Rl och inte den väsentligt mindre radien Rt, som man normalt räknar med. Detta försämrar i sin tur fordonets fram- komlighet.The above conditions have a number of negative effects. The most serious is that the slippage means that the wheels easily dig down when driving in terrain and thus cause ground damage, that tire wear and fuel consumption increase, and that traction decreases. At the same time, the real turning radius R1 of the vehicle becomes and not the significantly smaller radius Rt, which is normally expected. This in turn impairs the passability of the vehicle.

I princip samma eller likartade effekter uppstår även vid sådana mid- jestyrda fordon där den främre delen har endast ett hjulpar.In principle, the same or similar effects also occur with such articulated vehicles where the front part has only one pair of wheels.

Kom REDoGöRELsE FöR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att eliminera eller åtminstone väsent- ligt reducera de problem som beskrivits ovan. Mer bestämt syftar upp- finningen till att vid fordon av i ingressen angivna slag uppfylla några eller samtliga av följande syften: - att eliminera eller kraftigt minska den relativa slirningen mellan de tandemmonterade hjulen för att därmed - minska fordonets skador på mark eller vägbeläggning, - minska bränsleförbrukningen, - minska däckslitaget och - öka fordonets dragförmåga samt - att minska fordonets effektiva vändradie och därmed - förbättra fordonets framkomlighet. 465 564 10 15 20 25 30 35 Ännu ett syfte är att kunna åstadkomma ovanstående med förhållandevis enkla medel och utan större ombyggnad av existerande boggikonstruk- tioner.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention is to eliminate or at least substantially reduce the problems described above. More particularly, in the case of vehicles of the type specified in the preamble, the invention aims to fulfill some or all of the following objects: - to eliminate or greatly reduce the relative slip between the tandem-mounted wheels, thereby - reducing the vehicle's damage to ground or road surface, - reducing fuel consumption, - reducing tire wear and - increasing the vehicle's towing capacity and - reducing the vehicle's effective turning radius and thereby - improving the vehicle's passability. 465 564 10 15 20 25 30 35 Another object is to be able to achieve the above with relatively simple means and without major rebuilding of existing bogie constructions.

Dessa och andra syften kan vid midjestyrda fordon uppnås därigenom att ett av hjulparen i boggistället, dvs det ena hjulet i vardera boggin, är styrbart, men icke det andra hjulet, och att medel är anordnade för registrering av vridningsvinkeln i midjans styrled för att i propor- tion till den aktuella vridningsvinkeln i styrleden tvångsvis för- ställa de hjul i vardera boggin vilka befinner sig längst bort från styrleden, så att de får väsentligen samma vändradier som de hjul på samma sida av fordonet vilka är närmast styrleden.These and other objects can be achieved in articulated vehicles in that one of the wheel pairs in the bogie stand, i.e. one wheel in each bogie, is steerable, but not the other wheel, and that means are provided for registering the angle of rotation in the steering joint of the waist to to the current angle of rotation in the steering joint, forcibly represent the wheels in each bogie which are furthest from the steering joint, so that they have substantially the same turning radii as the wheels on the same side of the vehicle which are closest to the steering joint.

Nämnda medel för registrering av vridningsvinkeln i midjans styrled kan exempelvis utgöras av en hydraulisk givarcylinder för varje boggí- par som skall styras, vilken givarcylinder anordnas i midjan vid sidan av styrleden och mellan framvagnens och bakvagnens ramar. Som givare, dvs medel för registrering av vridningsvinkeln i styrleden i midjan, kan även användas en doseringsapparat, som avger en mängd olja i proportion till rattens vridning. Ännu ett tänkbart medel för registrering av vridningsvinkeln är en elektrisk reostat eller potentiometer anordnad att avkänna vinkelläget och som kan styra en servoventil anordnad att kunna avge en mot ut- slaget motsvarande mängd hydraulolja, dvs en form av elektrohydraulisk reglering. Även medlen för att i proportion till vridningsvinkeln i styrleden i midjan tvångsvis förställa de hjul som ligger längst bort från styr- leden i midjan, kan ges olika praktiska utformningar. Företrädesvis anordnas ett parallellstag mellan det hjulpar som skall styras, vilket parallellstag påverkas av en slavcylinder anordnad att manövreras av nämnda givarcylinder eller motsvarande. Även andra rörelseorgan för att påverka nämnda parallellstag är givetvis tänkbara, såväl hydrau- liska som mekaniska, elektromekaniska etc, liksom kombinationer av dessa. 10 15 20 25 30 35 465 564 I denna text skall "boggí" ha den innebörd som ges i Tekniska Nomenklaturcentralens Publikation nr 71, Skogsordlista. Med boggi förstås sålunda två tandemmonterade hjul på mindre inbördes avstånd än två meter. Vidare skall med "förställning" av ett hjul förstås inställning av ett hjul i en viss vinkel mot hjulets neutralläge.Said means for registering the angle of rotation in the guide joint of the waist can for instance consist of a hydraulic sensor cylinder for each bogie to be controlled, which sensor cylinder is arranged in the waist next to the guide joint and between the frames of the front trailer and the rear trailer. As a sensor, ie means for registering the angle of rotation in the steering joint in the waist, a dosing device can also be used, which emits an amount of oil in proportion to the rotation of the steering wheel. Another possible means for detecting the angle of rotation is an electric rheostat or potentiometer arranged to sense the angular position and which can control a servo valve arranged to be able to deliver a corresponding amount of hydraulic oil to the deflection, ie a form of electrohydraulic control. The means for forcibly adjusting the wheels furthest from the guide joint at the waist in proportion to the angle of rotation of the steering joint in the waist can also be given different practical designs. Preferably, a parallel rod is arranged between the pair of wheels to be controlled, which parallel rod is actuated by a slave cylinder arranged to be operated by said sensor cylinder or the like. Other movement means for influencing the said parallel struts are of course also conceivable, both hydraulic and mechanical, electromechanical, etc., as well as combinations thereof. 10 15 20 25 30 35 465 564 In this text, "bogie" shall have the meaning given in Tekniska Nomenklaturcentralen's Publication no. 71, Skogsordlista. By bogie is thus meant two tandem-mounted wheels at a lesser distance than two meters. Furthermore, "adjustment" of a wheel means the setting of a wheel at a certain angle to the neutral position of the wheel.

BESKRIVNING AV FÖRDRAGEN UTFÖRINGSFORM Det vändradiediagram som visas i Fig. 3 avser liksom vändradiedíagram- met i Fig. 2 ett fordon av det slag som visas i Fig. 1. De båda dia- grammen i Fig. 2 och Fig. 3 är sålunda jämförbara. Därför har i til- lämpliga delar använts samma hänvisningsbeteckningar i Fig. 3 som i Fig. 2.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT The reversing radius diagram shown in Fig. 3, like the reversing radius diagram in Fig. 2, relates to a vehicle of the type shown in Fig. 1. The two diagrams in Fig. 2 and Fig. 3 are thus comparable. Therefore, in appropriate parts, the same reference numerals have been used in Fig. 3 as in Fig. 2.

Skillnaden i förhållande till ett konventionellt utrustat fordon, som har ett vändradiediagram enligt Fig. 2, är att i enlighet med uppfin- ningen de hjulpar 3i och 30, respektive 6i och 60, vilka befinner sig längst bort från styrleden i midjan med vridningscentrum C, förställs i proportion till vridningsvinkeln a i styrleden. Mer bestämt för- ställs hjulen 3i och 30, respektive 6i och 60, så att deras vändradier Rí respektive Ry får sina fotpunkter i hjulparens 4i, 40 och 5i, 50 vändningscentrum O2'. Om vridningsvinkeln a=35° får i detta fall vänd- radierna R2' för de ytterhjul 30 och 60 vilka ligger längst bort från styrledens vridningscentrum C en längd Ry=48OO mm. Vid samma vrid- ningsvinkel a=35° får ytterhjulen 40 och 20, vilka ligger närmast vrídningscentrum C, en vändradie R2'=465O mm. Skillnaden är alltså mycket liten och ger en relativ slirning mellan ytterhjulen på endast 3.2%, dvs i sammanhanget försumbar. Slirningen mellan innerhjulen, dvs mellanhjulen 3i och 4i, respektive mellan 5i och 6i, blir något större eller cirka 10%, vilket skall jämföras med cirka l50% utan den uppfin- ningsenliga förställningen.The difference in relation to a conventionally equipped vehicle having a turning radius diagram according to Fig. 2 is that according to the invention the wheel pairs 3i and 30, respectively 6i and 60, which are furthest from the steering joint at the waist with the center of rotation C, is adjusted in proportion to the angle of rotation a in the steering joint. More specifically, the wheels 3i and 30, 6i and 60, respectively, are represented so that their turning radii R 1 and Ry, respectively, have their footing points in the wheel center 4i, 40 and 5i, 50 turning center O2 '. If the angle of rotation a = 35 ° in this case the turning radii R2 'of the outer wheels 30 and 60 which are furthest from the center of rotation C of the guide joint have a length Ry = 4800 mm. At the same angle of rotation a = 35 °, the outer wheels 40 and 20, which are closest to the center of rotation C, have a turning radius R2 '= 465O mm. The difference is thus very small and gives a relative slip between the outer wheels of only 3.2%, ie in this context negligible. The slip between the inner wheels, ie the intermediate wheels 3i and 4i, and between 5i and 6i, respectively, becomes slightly larger or about 10%, which is to be compared with about 150% without the invention according to the invention.

Fig. 4 illustrerar schematiskt hur uppfinningen kan realiseras i prak- tiken. De hjul 3i, 30, 6i och 60, Fig. 3, vilka ligger längst bort från styrledens vridningscentrum C förses vart och ett med en vanlig vridled 10 av i princip samma slag som på drivna, styrande hjul på bilar. Mellan nämnda hjul, såsom mellan hjulen 6i och 60, Fig. 4, anordnas enligt konventionella principer ett parallellstag ll, vars 465 564 10 15 20 25 30 35 styrarmar 12 är anordnade att vrida respektive vridaxel i vridlederna 10 på känt sätt. Parallellstagets 11 rörelser åstadkommes med hjälp av en slavcylinder 13 kopplad mellan fordonsramen 14 och parallellstaget 11. Slavcylíndern 13 matas med hydraulolja via ett par hydraulled- ningar 15 och 16 från en givarcylinder (mastercylinder) 17 kopplad mellan framvagnsramen 18 och bakvagnsramen 14 vid sidan av styrleden 19, vars vrídningscentrum har betecknats C.Fig. 4 schematically illustrates how the invention can be realized in practice. The wheels 3i, 30, 6i and 60, Fig. 3, which are furthest from the center of rotation C of the steering joint, are each provided with a standard rotating joint 10 of substantially the same kind as on driven, steering wheels of cars. Between said wheels, as between the wheels 6i and 60, Fig. 4, a parallel rod 11 is arranged according to conventional principles, the guide arms 12 of which are arranged to rotate the respective pivot axis in the pivot joints 10 in a known manner. The movements of the parallel bar 11 are effected by means of a slave cylinder 13 connected between the vehicle frame 14 and the parallel bar 11. The slave cylinder 13 is fed with hydraulic oil via a pair of hydraulic lines 15 and 16 from a sensor cylinder 17 connected between the front frame 18 and the rear frame 14 next to the guide frame. 19, whose center of rotation has been designated C.

Boggierna 2i och 20 är i övrigt konstruerade på konventionellt sätt, dvs var och en är försedd med en boggiaxel 20í respektive 20y som via en differential 21 är kopplad till en kardanaxel 22. Vidare finns i respektive boggilåda eller boggiram 23 kugghjul 24 som överför driv- ningen från respektive boggiaxel 20i, 20y tvångsvis till respektive hjul i de båda tandemmonterade hjulparen, så att dessa på känt sätt tvångsvis drivs med samma rotationshastighet. Dessa delar i systemet kan alltså utformas på konventionellt sätt och utgör inte någon del i uppfinningen. För närmare detaljer angående konstruktionsprinciperna kan hänvisas exempelvis till Terrängmaskinen, del 1, utgiven 1978 av Forskningsstiftelsen Skogsarbeten, sid 145-149.The bogies 2i and 20 are otherwise constructed in a conventional manner, i.e. each is provided with a bogie shaft 20i and 20y, respectively, which is connected via a differential 21 to a propeller shaft 22. Furthermore, in the respective bogie box or bogie frame 23 there are gears 24 which transmit drive from the respective bogie axles 20i, 20y forcibly to the respective wheels in the two tandem-mounted wheel pairs, so that these are forcibly driven in the known manner at the same rotational speed. These parts of the system can thus be designed in a conventional manner and do not form any part of the invention. For further details regarding the design principles, reference can be made, for example, to the Terrain Machine, part 1, published in 1978 by the Research Foundation Forest Work, pages 145-149.

För förställning av de hjul 3í, 30 i framvagnen, vilka ligger längst bort från nämnda vridningscentrum C, anordnas en likadan utrustning som den som beskrivits med hänvisning till Fig. 4. Sålunda anordnas en separat givarcylinder för slavcylindern i framvagnen, vilken givarcy- linder kan monteras över eller under den visade givarcylindern 17 och på samma avstånd från vridningscentrum C som givarcylindern 17.To displace the wheels 3i, 30 in the front carriage, which are furthest from said center of rotation C, an equipment similar to that described with reference to Fig. 4 is thus arranged. Thus, a separate sensor cylinder for the slave cylinder is arranged in the carriage, which sensor cylinder can mounted above or below the displayed sensor cylinder 17 and at the same distance from the center of rotation C as the sensor cylinder 17.

Claims

10 l5 20 25 30 35 465 564 PATENT REQUIREMENTS

1. l. Motorized vehicle with articulated steering and at least one front, steerable pair of wheels in front of the waist, at least the rear trailer having a bogie stand with input drive shaft (22), differential (21) and two bogies (2i, 20), between the differential and each bogie a driven bogie shaft (20i, 20y), and in each bogie two wheels (5i, 61, 50, 60), which are forcibly driven by the bogie shaft at the same rotational speed via a mechanical transmission (24) in a bogie frame (23), which is rotatable relatively a carriage frame around the center of the bogie axle, characterized in that one of the pair of wheels in the bogie stand, ie one wheel in each bogie, is steerable but not the other wheel, and that means (10, 13, 15, 16) are arranged in order to forcibly, in proportion to the current angle of rotation of the guide joint at the waist, forcibly displace the wheels in each bogie which are furthest from the guide joint (19), so that they have substantially the same turning radii (Ri, Ry) as the wheels on the same side of the vehicle which are close st steering joint.

Vehicle according to claim 1, characterized by means for registering the angle of rotation in the steering joint of the waist for steering the forcibly steerable wheels in the bogie stand.