TW201700329A - 履帶模組之轉向架懸吊系統 - Google Patents

履帶模組之轉向架懸吊系統 Download PDF

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Abstract

履帶模組之轉向架懸吊裝置，其用於附接至具有框架、驅動輪及無端履帶之履帶模組。該轉向架懸吊裝置包含(a)轉向架總成，其具有轉向架機架、該轉向架機架上之至少一可旋轉地面嚙合之轉向架輪，及向前轉向架機架連接及向後轉向架機架連接；(b)負載及地面回應之第一懸吊接頭與第二懸吊接頭，其在向前/向後方向上彼此隔開；以及(c)前懸吊元件及後懸吊元件，其各自具有上末端及下末端，該前懸吊元件及該後懸吊元件之所述上末端分別可旋轉地附接至該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭，且該前懸吊元件及該後懸吊元件之所述下末端分別可旋轉地附接至該向後轉向架機架連接及該向前轉向架機架連接。

Description

履帶模組之轉向架懸吊系統
本發明大體而言係關於通常用於代替車輛輪而使用的類型之車輛履帶模組系統之領域，且更特定而言係關於具有前輪及後輪以及介於前輪與後輪之間的至少一負載支撐轉向架輪之履帶模組，該前輪、該後輪及該至少一負載支撐轉向架輪全部藉由無端履帶嚙合，該無端履帶圍繞輪延伸以沿地面驅動車輛。
諸如曳引機、聯合收穫機等之農用車輛通常在農業領域中用於各種工作，且建築用車輛及其他大作業車輛用於各種地表面上的許多不同工作。通常，此等車輛具有帶有輪胎之大輪，車輛在該等輪胎上支撐於地面上。然而，對於改良之牽引，使用車輛履帶模組系統(或「履帶模組」或「履帶模組裝置」)來代替具有輪胎之輪，且此類履帶模組系統提供支援車輛重量的大得多的地表面嚙合區域且傾向於防止車輛變得陷入泥或其他軟地表面中。
在使用車輛履帶模組裝置中所遭遇的挑戰之中，需要在各種輪之間分佈由履帶模組支援的負載。此等負載為靜態的及動態的，且可在車輛之操作期間改變。當車輛遭遇不平整地面時，當車輛轉彎時及當正穿越的地面之坡變改變時，負載改變。理想地，所有輪經由無端皮帶保持與 地面接觸，且一直分擔負載之一部分。
意欲相對均勻地分佈負載的一履帶模組單元揭示於CLAAS Industrietechnik GmbH(Paderhorn,Germany)擁有之美國專利第7,628,235號(Satzler等人)中。揭示了車輛履帶滾輪單元，該車輛履帶滾輪具有至少一可樞轉子框架及至少一較遠可樞轉子框架，且子框架中每一者可旋轉地適應至少一接地輪。至少一子框架可樞轉地安設於車輛上，且至少一較遠子框架可樞轉地安設於至少一可樞轉子框架上。
另一車輛履帶模組單元揭示於CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH(Harsewinkel,Germany)擁有之美國公開專利申請案第2013/0154345號(Schultz等人)中。揭示了車輛履帶單元，該車輛履帶單元具有多個支撐滾輪，該等多個支撐滾輪在車輛之行進方向上一個接一個地佈置，且皮帶捲繞該等多個支撐滾輪。滾輪藉由所有支撐滾輪經負載之第一組態與支撐滾輪中至少一外滾輪經解除之第二組態之間的至少一致動器調整。能量原輸送調整組態所需要的驅動能量。能量累積器藉由驅動能量源充電，且連接至致動器以便為致動器提供調整組態所需要的驅動能量。
CLAAS亦具有其Lexion Terra Trac生產線，該生產線包括意欲解決此等挑戰中一些的組態。然而，此等先前技術系統中無一者包括本發明之所有元件且滿足如以上所概括之需求。
發明目標
本發明之目標將提供履帶模組之轉向架懸吊裝置，該履帶模組之轉向架懸吊裝置具有高負載支撐能力，同時藉由自更均勻的負載分佈 提供每輪軸較低的負載來維持地面上的較低接觸力。
本發明性履帶模組之轉向架懸吊裝置之另一目標將最小化履帶模組裝置之非簧載質量。
發明性車輛履帶模組之轉向架懸吊裝置之另一目標將提供履帶模組之轉向架懸吊裝置，該履帶模組之轉向架懸吊裝置在輪軸之間分擔負載變化。
發明性車輛履帶模組之轉向架懸吊裝置之另一目標將提供履帶模組裝置，其中輪上的負載分佈與垂直負載無關。
發明性車輛履帶模組之轉向架懸吊裝置之又一目標將提供履帶模組裝置，該履帶模組裝置具有用於所有轉向架軸之獨立滾轉模式移動。
本發明之額外目標將提供履帶模組之轉向架懸吊裝置，該履帶模組之轉向架懸吊裝置包括關節式轉向架總成，且該履帶模組之轉向架懸吊裝置包括轉向架滾轉運動之獨立適應。
本發明之此等及其他目標將自以下描述且自圖式顯而易見。
發明概述
本發明為用於附接至履帶模組的履帶模組之轉向架懸吊裝置，該履帶模組包括框架、驅動輪及無端履帶。發明性轉向架懸吊裝置包含：(1)轉向架總成，其具有一轉向架機架、該轉向架機架上之至少一可旋轉地面嚙合轉向架輪，及向前轉向架機架連接及向後轉向架機架連接；(2)第一負載及地面回應懸吊接頭及第二負載及地面回應懸吊接頭，其在向前/向後方向上彼此隔開；以及(3)前懸吊元件及後懸吊元件，其各自具有上末 端及下末端，該前懸吊元件及該後懸吊元件之該等上末端分別可旋轉地附接至該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭，且該前懸吊元件及該後懸吊元件之該等下末端分別可旋轉地附接至該向後轉向架機架連接及該向前轉向架機架連接。
如本文所使用之「懸吊元件」一詞指代懸吊系統中之組件，該等組件在系統中提供彈簧力及/或阻尼。
如本文關於輪所使用之「地面嚙合」一詞意味該輪經由無端履帶支承於地面上，該無端履帶在正常操作條件下嚙合輪。
如本文所使用之「轉向架輪」一詞指代在履帶模組之中間地面嚙合區域中為車輛提供支撐的一或多個輪，其中其他地面嚙合支撐件提供在轉向架輪後方及/或前方。
「其間」一詞在涉及地面嚙合轉向架輪之位置時意味，轉向架輪沿行進方向定位於前地面嚙合輪後面且在後地面嚙合輪前面。
如本文所使用之「惰輪」一詞指代並非驅動輪但僅籍助於其與無端履帶之嚙合轉動的輪。
如本文關於懸吊接頭所使用之「負載及地面回應」一詞意味此類接頭之地上位置為可變的，包括相對於框架，然而，且取決於履帶下方的地面之輪廓並取決於履帶模組上之總負載所引起。
如本文在描述負載及地面回應懸吊接頭之集合之移動中所使用之「相互依賴的」一詞指代如下事實：在一此接頭中之移動在集合中之所有接頭中引起移動。此相互依賴可藉由具有剛性結構產生，該等剛性結構連接此類相互依賴的懸吊接頭。此類相互依賴的接頭之移動未必在同 一方向上，亦未必具有同一量級；此等關係取決於連接此類懸吊接頭之結構組態。
如申請專利範圍第1項之發明性轉向架懸吊裝置之某些較佳實施例進一步包括第三負載及地面回應懸吊接頭，且該轉向架總成進一步包括轉向架總成臂，該轉向架總成臂(a)在轉向架總成臂遠側末端處可旋轉地附接至該第三懸吊接頭，且(b)在轉向架總成臂近側末端處可旋轉地附接至該轉向架機架。在此等實施例中之一些中，該前懸吊臂及該後懸吊元件在該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭處之該等可旋轉附接分別經構造以容許具有至少兩個自由度之旋轉，且該向後可旋轉轉向架機架連接及該向前可旋轉轉向架機架連接經構造以容許具有至少兩個自由度之旋轉。
在轉向架懸吊裝置之一些較佳實施例中，該至少一轉向架輪包括至少一前轉向架輪及至少一後轉向架輪，且該轉向架機架包括(a)轉向架機架向前部分，其具有該至少一前轉向架輪，該至少一前轉向架輪在前轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向前部分，該轉向架機架向前部分包括該向前轉向架機架連接，及(b)轉向架機架向後部分，其具有該至少一後轉向架輪，該至少一後轉向架輪在後轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向後部分，該轉向架機架向後部分包括該向後轉向架機架連接。
某些較佳實施例包括至少兩個前轉向架輪及至少兩個後轉向架輪，該前轉向架軸繞垂直於該前轉向架軸的前轉向架滾轉軸旋轉，且該後轉向架軸繞垂直於該後轉向架軸的後轉向架滾轉軸旋轉。
在一些其他實施例中，該轉向架機架向前部分及該轉向架機架向後部分在第三轉向架總成軸處經可旋轉地附接。
在一些較佳實施例中，該轉向架機架進一步包括轉向架機架中間部分，該轉向架機架中間部分具有至少一中間轉向架輪，該至少一中間轉向架輪在中間轉向架軸處附接至該轉向架機架中間部分。此等實施例中之一些包括至少兩個前轉向架輪、至少兩個後轉向架輪及至少兩個中間轉向架輪。在此等實施例中，(a)該前轉向架軸繞垂直於該前轉向架軸的前轉向架滾轉軸旋轉，(b)該中間轉向架軸繞垂直於該中間轉向架軸的中間轉向架滾轉軸旋轉，且(c)該後轉向架軸繞垂直於該後轉向架軸的後轉向架滾轉軸旋轉。此外，在此等實施例中之一些中，轉向架機架向前部分及轉向架機架中間部分在第三轉向架總成軸處經可旋轉地附接。
在發明性轉向架懸吊裝置之一些極佳實施例中，該前懸吊元件及該後懸吊元件各自包括充氣組件以提供彈簧力。在此等實施例中之一些中，該前懸吊元件及該後懸吊元件各自進一步包括液壓組件，且在此等實施例中之一些中，該前懸吊元件及該後懸吊元件在共用液壓管路上。另外，此等實施例中之一些包括外部累積器，該外部累積器液壓地連接至該共用液壓管路。
在具有複數個轉向架輪的一些實施例中，該等轉向架輪具有大體上彼此相同的直徑。
在一些極佳實施例中，該第一負載及地面回應懸吊接頭及該第二負載及地面回應懸吊接頭獨立地回應負載及地面變化。在一些其他實施例中，該第一負載及地面回應懸吊接頭及該第二負載及地面回應懸吊接頭之移動係相互依賴的。
一些極佳實施例亦包括第三負載及地面回應懸吊接頭，且該 轉向架總成進一步包括轉向架總成臂，該轉向架總成臂(a)在轉向架總成臂遠側末端處可旋轉地附接至第三懸吊接頭，且(b)在轉向架總成臂近側末端處可旋轉地附接至該轉向架機架。在此類實施例中，該等懸吊接頭之移動係相互依賴的。
10‧‧‧履帶模組裝置
10a‧‧‧履帶模組裝置之第一替代性實施例
10b‧‧‧履帶模組裝置之第二替代性實施例
10c‧‧‧履帶模組裝置之第三替代性實施例
10d‧‧‧履帶模組裝置之第四替代性實施例
11‧‧‧至車輛之連接
12‧‧‧模組框架
14‧‧‧驅動輪
14g‧‧‧驅動齒輪箱
14p‧‧‧驅動動力輸入軸桿
16‧‧‧驅動輪軸
18‧‧‧前惰輪
20‧‧‧後惰輪
22‧‧‧無端聚合物履帶
24‧‧‧前懸吊臂
26‧‧‧前臂軸
28‧‧‧前臂遠側末端
30‧‧‧前惰輪總成
32‧‧‧向後懸吊末端
34‧‧‧後懸吊臂
36‧‧‧後臂軸
38‧‧‧後臂遠側末端
40‧‧‧向前懸吊末端
42‧‧‧後惰輪總成
44‧‧‧懸吊臂軸
46‧‧‧轉向架總成
48‧‧‧轉向架機架
50‧‧‧轉向架機架向前部分
52‧‧‧轉向架機架向後部分
54‧‧‧轉向架機架中間部分
56‧‧‧前轉向架輪
58‧‧‧前轉向架軸
60‧‧‧後轉向架輪
62‧‧‧後轉向架軸
64‧‧‧中間轉向架輪
66‧‧‧中間轉向架軸
68‧‧‧前懸吊元件
68U‧‧‧元件68之上末端
68L‧‧‧元件68之下末端
70‧‧‧後懸吊元件
70U‧‧‧元件70之上末端
70L‧‧‧元件70之下末端
72‧‧‧轉向架總成臂
74‧‧‧轉向架總成臂遠側末端
76‧‧‧轉向架總成臂近側末端
78‧‧‧第一轉向架總成軸/第三懸吊接頭
80‧‧‧第二轉向架總成軸
82p‧‧‧前懸吊元件樞軸/第一懸吊接頭
84p‧‧‧第一轉向架總成樞軸
86p‧‧‧後懸吊元件樞軸/第二懸吊接頭
88p‧‧‧第二轉向架總成樞軸
90‧‧‧第三轉向架總成軸
92‧‧‧向後轉向架機架連接
94‧‧‧向前轉向架機架連接
96‧‧‧前轉向架滾轉軸
96a‧‧‧前轉向架輪軸總成
96b‧‧‧前轉向架滾轉軸軸承
98‧‧‧後轉向架滾轉軸
98a‧‧‧後轉向架輪軸總成
98b‧‧‧後轉向架滾轉軸軸承
100‧‧‧中間轉向架滾轉軸
100a‧‧‧中間轉向架輪軸總成
100b‧‧‧中間轉向架滾轉軸軸承
102‧‧‧轉向架機架臂
104‧‧‧前惰輪軸
106‧‧‧張力元件
108‧‧‧張力元件第一末端
110‧‧‧張力元件第二末端
112p‧‧‧近側張力樞軸
112b‧‧‧樞軸112p之球形軸承滾珠
112c‧‧‧樞軸112p之連接器
112s‧‧‧樞軸112p之球形軸承套座
114‧‧‧惰輪偏移軸
116p‧‧‧遠側張力樞軸
118‧‧‧後惰輪軸
120‧‧‧惰輪連桿組
122‧‧‧行進方向箭頭
124‧‧‧地面
126‧‧‧地面上之路面高突
128‧‧‧地面之上坡部分
130‧‧‧地面之下坡部分
132‧‧‧樞軸連接
134‧‧‧液壓管路
136‧‧‧液壓缸
138‧‧‧充氣缸
140‧‧‧活塞
142‧‧‧密封件
144‧‧‧液壓流體
146‧‧‧氣體
148‧‧‧液壓導管
150‧‧‧外部累積器
152‧‧‧累積器活塞
154‧‧‧累積器密封件
156‧‧‧累積器導管
200‧‧‧第五替代性模組實施例
202‧‧‧單一前及後惰輪臂
FL‧‧‧所支撐負載
F1‧‧‧合成前惰輪負載
F2‧‧‧合成前轉向架輪負載
F3‧‧‧合成中間轉向架輪負載
F4‧‧‧合成後轉向架輪負載
F5‧‧‧合成後惰輪負載
圖1A為本發明之車輛履帶模組裝置之實施例的透視圖。
圖1B為如自圖1A中所示的相對側觀察的圖1A之實施例的透視圖。
圖2為圖1A及圖1B之車輛履帶模組裝置之實施例之部分的透視圖，其例示無驅動輪、無端聚合物履帶、輪、框架及懸吊元件的懸吊連桿組組件。
圖3為圖1A及圖1B之實施例的分解透視圖。
圖4為在惰輪及轉向架輪之近集合經移除以展示連桿組的情況下的圖1A及圖1B之實施例的側視圖。
圖5為圖1A及圖1B之車輛履帶模組裝置之實施例之部分的側視圖，其展示在無驅動輪及無端履帶及輪的情況下的懸吊連桿組組件。
圖6A為圖1A及圖1B之車輛履帶模組裝置之轉向架總成之轉向架機架部分的透視圖。
圖6B為圖6A之轉向架機架的透視圖，其展示相對於轉向架機架向後部分圍繞第三轉向架總成軸旋轉的轉向架機架向前部分。
圖7A至圖7F為圖1A及圖1B之實施例的側視圖，其例示當車輛履帶模組裝置沿其行進路徑穿越小路面高突時該車輛履帶模組裝置之移動。圖 7A展示剛好在遭遇路面高突之前的履帶模組裝置。
圖7B展示在履帶模組裝置之前惰輪在路面高突上的情況下的履帶模組裝置。
圖7C展示在履帶模組裝置之前轉向架輪在路面高突上的情況下的履帶模組裝置。
圖7D展示在履帶模組裝置之中間轉向架輪在路面高突上的情況下的履帶模組裝置。
圖7E展示在履帶模組裝置之後轉向架輪在路面高突上的情況下的履帶模組裝置。
圖7F展示在履帶模組裝置之後惰輪在路面高突上的情況下的履帶模組裝置。
圖8A為圖1A及圖1B之實施例的側視圖，其例示當車輛履帶模組裝置穿過上坡路徑時的該發明性車輛履帶模組裝置之移動。
圖8B為圖1A及圖1B之實施例的側視圖，其例示當車輛履帶模組裝置穿過下坡路徑時的該發明性車輛履帶模組裝置之移動。
圖9為液壓管路中之前懸吊元件及後懸吊元件的示意圖。
圖10為圖1A及圖1B之實施例的示意圖，其例示所支撐負載FL及五個合成輪負載F1至F5。
圖11為本發明之車輛履帶模組裝置之第一替代性實施例的側視圖(類似於圖4)。此實施例類似於圖4之實施例，但包括僅前轉向架輪及後轉向架輪，該等轉向架輪具有對懸吊系統中所使用之組件的對應修改。
圖12為本發明之車輛履帶模組裝置之第二替代性實施例的側視圖(類 似於圖4)。此實施例類似於圖11之實施例，但不包括張力元件，且前惰輪總成包括僅前惰輪。
圖13為本發明之車輛履帶模組裝置之第三替代性實施例的側視圖(類似於圖4)。此實施例類似於圖4之實施例，但不包括張力元件，且前惰輪總成包括僅前惰輪。
圖14為本發明之車輛履帶模組裝置之第四替代性實施例的側視圖(類似於圖4)。此實施例類似於圖13之實施例，但不包括第三轉向架總成軸。
圖15A為圖1之車輛履帶模組裝置之實施例之部分的側視圖，以例示張力元件之末端之細節。
圖15B為圖15A的截面圖。
圖15C為圖15B之一部分的放大，其尤其展示張力元件之末端。
圖16為用於圖1A至圖15C及圖17A至圖20中所例示之組件及其他事物及用於圖式中所表示之力的元件符號的表。
圖17A為用於示範性履帶模組裝置之尺寸的表。
圖17B為例示圖17A之示範性裝置上的負載之五個不同設定及五個合成負載分佈的五個表之集合。
圖18為第五替代性履帶模組實施例的透視圖，該第五替代性履帶模組實施例包括轉向架懸吊裝置，其中第一負載及地面回應懸吊接頭及第二負載及地面回應懸吊接頭之移動係相互依賴的。
圖19為圖18之實施例的側視圖。
圖1A為本發明之車輛履帶模組裝置之實施例10的透視 圖。(如本文所指代，履帶模組裝置之實施例及履帶模組裝置自身可使用相同元件符號來指代。因此，例如，「實施例10」及「履帶模組裝置10」指代相同裝置。)實施例10包括：模組框架12；驅動輪14，其為相對於框架12可旋轉的，驅動輪具有驅動輪軸16；地面嚙合前輪18及地面嚙合後輪20以及地面嚙合轉向架輪56、60及64，及無端履帶22，該無端履帶圍繞輪14、18、20、56、60及64延伸且藉由該無端履帶與驅動輪14之嚙合驅動。
圖1B為如自圖1A中所示的相對側觀察的圖1A之履帶模組裝置10的透視圖。參考圖1B，履帶模組裝置10包括：車輛連接11，履帶模組裝置10在該車輛連接處附接至車輛；以及驅動齒輪箱14g，其經由驅動動力輸入軸桿14p自車輛接收動力。
在實施例10中，前輪18為前惰輪18，且後輪20為後惰輪20。在本文所揭示之履帶模組裝置之一些實施例中，設想在於，前輪或後輪亦可充當驅動輪。亦在實施例10中，無端履帶22為無端聚合物履帶22。設想在於，無端履帶22可由多種材料及結構構造，該等材料及結構包括諸如目前在一些履帶式車輛中已知的金屬組成。無端履帶之特定性質及材料並非履帶模組組態之概念之中心。
轉向架輪56為前轉向架輪，轉向架輪60為後轉向架輪，且轉向架輪64為中間轉向架輪。轉向架輪56、60及64為轉向架總成46之部分。實施例10亦包括前懸吊臂24、後懸吊臂34、前懸吊元件68、後懸吊元件70及張力元件106。前懸吊元件68包括上末端68U及下末端68L，且後懸吊元件70包括上末端70U及下末端70L。上末端及下末端術語及元件符號用法具體地展示於圖4及圖18至圖19中，且關於圖18至圖19之實施 例加以論述。
實施例10(及本文呈現之其他類似實施例)之履帶模組之向前行進方向藉由在後惰輪20前面的前惰輪18界定。圖4包括箭頭122，該箭頭指示如由實施例之前組件及後組件界定的可適用於所有實施例的行進方向。
圖2至圖6B例示履帶模組裝置10及該履帶模組裝置在若干視野中的各種部分總成，以便更清楚地展示履帶模組裝置10之各種態樣。圖2為履帶模組裝置10之部分的透視圖，其例示在無驅動輪14、履帶22、前惰輪18、後惰輪20、前轉向架輪56、後轉向架輪60、中間轉向架輪64、框架12、前懸吊元件68、後懸吊元件70及張力元件106的情況下的若干懸吊連桿組組件。圖3為履帶模組裝置10的分解透視圖。
圖4為履帶模組裝置10的在惰輪18及20以及轉向架輪56、60及64之近(在圖式中)集合移除的情況下以更清楚地展示實施例10之各種元件的側視圖。
圖5為車輛履帶模組裝置10之部分的側視圖。類似於圖2，圖5例示在一些組件未展示以提高其他組件之可見性的情況下的裝置10之各種組件。
圖6A及圖6B為在無轉向架輪56、60及64的情況下的車輛履帶模組裝置10之轉向架總成46之轉向架機架部分的透視圖。圖6A例示如裝置10處於地面之平坦部分上一般定向的轉向架機架48。圖6B如裝置10處於不平整地面上一般的轉向架機架48，以例示在轉向架總成46之轉向架機架48之組態中可利用的一些自由度。以下在此文件中呈現進一步 描述。
履帶模組裝置10之以下描述一起參考圖1A至圖6B。請注意，在所有圖式中，「+」符號用來指示旋轉軸。通常，如本文所使用，「軸」一詞關於樞軸接頭，該樞軸接頭包括必要的軸承結構及其他組件以容許圍繞此類軸的旋轉。作為一實例，驅動輪軸16在圖4中藉由「+」符號指示，驅動輪14圍繞該驅動輪軸旋轉。對於驅動輪14而言需要來圍繞軸16旋轉的軸承結構(未示出)之部分經假定為實施例10之部分。在實施例10內之六個實例中，「+」符號指示樞軸點，該樞軸點可提供相對運動之多於一個自由度。此藉由(A)包括詞語「樞軸」而非「軸」之名稱及(B)以字母「p」結束之相關元件符號來指示。此等實例為82p、84p、86p、88p、112p及116p。如在此文件中稍後所描述，相對運動之自由度之此較高數目可藉由球面軸承之使用來提供。應理解意圖在於，在一些實施例中，此類「樞軸」亦可簡單地為經構造以用於單個自由度旋轉之軸。「樞軸」一詞之使用並非意欲將本發明之範疇限制於在具有此類樞軸之實施例內之此類位置處的多個自由度運動。
前懸吊臂24在前臂軸26處可旋轉地附接至框架12，且向前延伸至前臂遠側末端28，前輪總成30可旋轉地附接於該前臂遠側末端處。在裝置10中，前輪總成30亦被稱為前惰輪總成30，因為在裝置10中，前輪18為前惰輪18。前懸吊臂24向後延伸至向後懸吊末端32。以類似方式，後懸吊臂34在後臂軸36處可旋轉地附接至框架12，且向後延伸至後臂遠側末端38，後輪總成42附接於該後臂遠側末端處。在裝置10中，後輪總成42亦被稱為後惰輪總成42，因為在裝置10中，後輪20為後惰輪20。
在實施例10中，後惰輪總成42主要包含後惰輪20，該後惰輪可旋轉地附接於後惰輪軸118處。後懸吊臂34向前延伸至向前懸吊末端40。在實施例10中，前臂軸及後臂軸36重合且一起形成懸吊臂軸44。此重合並非意欲為限制性的；設想前臂軸26及後臂軸36並非重合的履帶模組裝置之其他組態。
實施例10之懸吊臂軸44經展示為在驅動輪軸16後方且在該驅動輪軸以下，如由圖4中之行進方向箭頭122所界定。相對於驅動輪軸16之此相對定位並非意欲為限制性的；設想前臂軸26及後臂軸36之其他相對位置以用於此履帶模組裝置。
轉向架總成46包括兩個前轉向架輪56、兩個中間轉向架輪64及兩個後轉向架輪60。轉向架總成46亦包括轉向架機架48，該轉向架機架包括轉向架機架向前部分50、轉向架機架中間部分54、轉向架機架向後部分52及轉向架機架臂102。前轉向架輪56為圍繞前轉向架軸58相對於轉向架機架向前部分50可旋轉的。另外，前轉向架軸58圍繞前轉向架滾轉軸96旋轉有限範圍之角度，該前轉向架滾轉軸垂直於前轉向架軸58。
以類似方式，亦為中間轉向架輪64及後轉向架輪60提供此相對旋轉移動。中間轉向架輪64為圍繞中間轉向架軸66相對於轉向架機架中間部分54可旋轉的。中間轉向架軸66圍繞中間轉向架滾轉軸100旋轉有限範圍之角度，該中間轉向架滾轉軸垂直於中間轉向架軸66。後轉向架輪60為圍繞後轉向架軸62相對於轉向架機架向後部分52可旋轉的。後轉向架軸62圍繞後轉向架滾轉軸98旋轉有限範圍之角度，該後轉向架滾轉軸垂直於後轉向架軸62。
轉向架機架48亦包括軸承96b、100b及98b，該等軸承經如下構造：(1)在前轉向架滾轉軸96處之軸承96b；(2)在中間轉向架滾轉軸100處之軸承100b；以及(3)在後轉向架滾轉軸98處之軸承98b。轉向架總成46亦包括前轉向架輪56可旋轉地附接的前轉向架輪軸總成96a、中間轉向架輪64可旋轉地附接的中間轉向架輪軸總成100a，及後轉向架輪60可旋轉地附接的後轉向架輪軸總成98a。軸承96b、100b及98b經構造以分別容許轉向架輪軸總成96a、100a及98a分別圍繞前轉向架滾轉軸96、中間轉向架滾轉軸100及後轉向架滾轉軸98在此類軸承上旋轉。前轉向架滾轉軸96及後轉向架滾轉軸98在圖6A及圖6B中之轉向架機架48之個別末端處經指示。亦在圖6A及圖6B中，中間轉向架滾轉軸100藉由在中間轉向架滾轉軸軸承100b處之虛線指示，但應經理解為在內部位於軸承100b之中心、平行於此類虛線且並非在軸承100b之表面上。
轉向架總成46之轉向架機架48在第一轉向架總成軸78處藉由轉向架總成臂遠側末端74處之轉向架總成臂72可旋轉地附接至在沿臂24介於前臂軸26與前臂遠側末端28之間的位置處之前懸吊臂24。(第一轉向架總成軸78在本文中亦被稱為第三負載及地面回應懸吊接頭78。)轉向架總成臂72亦包括轉向架總成臂近側末端76，該轉向架總成臂近側末端在第二轉向架總成軸80處可旋轉地附接至轉向架機架48之轉向架機架臂102。
轉向架總成46之轉向架機架48亦藉由懸吊元件68及70附接至前懸吊臂24及後懸吊臂34。前懸吊元件68在前懸吊元件樞軸82p處可旋轉地附接至前懸吊臂24之向後懸吊末端32，且在向後轉向架機架連接 92之第一轉向架總成樞軸84p處可旋轉地附接至轉向架機架向後部分52。後懸吊元件70在後懸吊元件樞軸86p處可旋轉地附接至後懸吊臂34之向前懸吊末端40，且在向前轉向架機架連接94處之第二轉向架總成樞軸88p處可旋轉地附接至轉向架機架向前部分50。
前懸吊元件樞軸82p在本文中有時被稱為第一負載及地面回應懸吊接頭82p，且後懸吊元件樞軸86p在本文中有時被稱為第二負載及地面回應懸吊接頭86p。「負載及地面回應懸吊接頭」一詞有時縮短為「懸吊接頭」。
在履帶模組裝置10中之轉向架總成46之轉向架機架48內，轉向架機架向前部分50及轉向架機架中間部分54在第三轉向架總成軸90處經可旋轉地附接。
實施例10包括張力元件106，該張力元件提供前懸吊臂24與前惰輪總成30之間的附接。前惰輪總成30包括前惰輪18及前惰輪軸104，前惰輪18圍繞該前惰輪軸旋轉。前惰輪總成30亦包括在前惰輪軸104處之輪連桿組120；在裝置10中，輪連桿組120為惰輪連桿組120。前臂遠側末端28在惰輪偏移軸114處可旋轉地附接至惰輪連桿組120，該惰輪偏移軸偏離前惰輪軸104。
張力元件106之張力元件第一末端108在前臂遠側末端28與懸吊臂軸44之間的向前懸吊末端40處之近側張力樞軸112p處可旋轉地附接至前懸吊臂24。張力元件第二末端110在偏離前惰輪軸104的遠側張力樞軸116p處可旋轉地附接至前惰輪總成30。惰輪偏移軸114平行於前惰輪軸104，且圍繞該前惰輪軸有角度地移位，使得惰輪連桿組120為2類杠 桿，其中惰輪偏移軸114為該2類杠桿之支點。履帶22上的張力係經由惰輪18藉由張力元件106經由受到張力元件106作用的惰輪連桿組120之2類杠桿作用來提供。
懸吊元件68及70以及張力元件106可提供彈簧力及阻尼力兩者。在一些實施例中，此類元件可為充氣的，且包括充液空腔以為懸吊系統提供兩個類型之力。熟習車輛懸吊技術的技術者熟知此類元件。懸吊元件68及70之進一步描述提供於圖9之描述中。
圖7A至圖8B例示履帶模組裝置10在各種操作條件下的運動學。每一此圖為裝置10在代表性條件下的側視圖例示，以展示裝置10之組件在此類條件下的相對移動。圖7A至圖7F例示當車輛履帶模組裝置10沿其行進路徑穿越地面124上的小路面高突126時該車輛履帶模組裝置之移動。圖7A展示剛好在遭遇路面高突126之前的履帶模組裝置10。圖7B展示在裝置10之前惰輪18在路面高突126上的情況下的該裝置。圖7C展示在前轉向架輪18在路面高突126上的情況下的裝置10。圖7D展示在中間轉向架輪64在路面高突126上的情況下的裝置10。圖7E展示在後轉向架輪60在路面高突126上的情況下的裝置10。圖7F展示在後惰輪20在路面高突126上的情況下的裝置10。
圖8A為履帶模組裝置10的側視圖，其例示當裝置10穿過地面124之上坡部分128時的該裝置。類似地，圖8B為裝置10的側視圖，其例示當裝置10穿過地面124之下坡部分130時的該裝置。圖7A至圖8B之圖式中每一者例示全部與地面124接觸以便支撐裝置10上之負載之一些部分的惰輪18及20以及轉向架輪56、60及64。
圖9為液壓管路134中之前懸吊元件68及後懸吊元件70的示意圖。懸吊元件68及70各自包括含有液壓流體144之液壓圓柱136及含有氣體146之充氣圓柱138，該等液壓圓柱及該等充氣圓柱藉由活塞140分開。液壓缸136及充氣缸138藉由密封件142可移動地密封以用於相對移動，且充氣缸138及活塞140藉由另一組密封件142可移動地密封以用於相對移動，使得液壓流體144及氣體146之體積兩者可在跨於懸吊元件68及70施加的負載下改變。在此類組件中，氣體146通常為氮，但可使用其他氣體。
液壓缸136藉由液壓導管148互連，該液壓導管將懸吊元件68及70置於共用液壓管路中，使得懸吊元件68及70中之壓力相等。充氣缸138中之氣體146允許懸吊元件68及70向裝置10之懸吊系統提供彈簧力，同時流過液壓導管148的液壓流體144允許懸吊元件68及70向裝置10之懸吊系統提供阻尼力。
液壓管路134亦包括外部累積器150，該外部累積器藉由累積器導管156連接至液壓導管148。累積器150包括藉由累積器活塞152彼此密封分開的液壓流體144及氣體146兩者，該累積器活塞藉由累積器密封件154可移動地密封於累積器150內。累積器150內之氣體146向裝置10之懸吊系統提供額外彈簧力，同時流過累積器導管156及液壓導管148的液壓流體144向裝置10之懸吊系統提供額外阻尼力。
懸吊元件68及70以及張力元件106可提供懸吊力，該等懸吊力為可變的。例如，阻尼力可取決於元件之移動(延伸或收縮)方向，以便提供特定的所要懸吊效能。
熟習機械系統的技術者熟知液壓管路134之組件之操作。圖9僅意欲為示意圖。例如，累積器活塞152及累積器密封件154之功能可藉由膜、泡狀物或其他類似組件來提供。以類似方式，懸吊元件68及70之組件亦可不同於以上所描述之該等組件，而提供懸吊元件68及70之類似操作。
圖10為圖1A及圖1B之實施例的示意圖，其例示所支撐負載FL及五個合成輪負載F1至F5。前輪18上之負載被稱為F1；前轉向架輪56上之負載被稱為F2；中間轉向架輪64上之負載被稱為F3；後轉向架輪60上之負載被稱為F4；且後輪20上之負載被稱為F5。因為所有所支撐負載FL作用於懸吊臂軸44上，所以圖10在圖10之示意圖中展示在此位置處之FL。
由履帶模組裝置10支撐的負載FL可取決於特定操作情境而具有垂直的分量及水平分量兩者。此等包括至少以下三者：(a)由裝置10支撐的車輛重量之部分；(b)當車輛正牽引負載時的牽引力；以及(c)在緊急制動情境下可極高的制動力。另外，當然，合力F1至F5中每一者亦可具有垂直分量及水平分量兩者，且所有此等力隨正穿過的地面之斜率而變化。
圖11至圖14為分別例示車輛履帶模組裝置之若干替代性實施例10a至10d的側視圖(類似於圖4)。在圖11至圖14中每一者中，相同元件符號用於類似於履帶模組裝置10之該等組件的組件。
圖11為車輛履帶模組裝置之第一替代性實施例10a的側視圖(類似於圖4)。除已消除中間轉向架輪64並且在其他組件中具有對應變化以適應此修改之外，實施例10a類似於實施例10。類似於第一替代性實施例10a的履帶模組在與實施例10相比時可用來降低複雜性及成本，且/或在 前輪與後輪之間的距離相較於由實施例10提供的距離需要為較短時，可使用該履帶模組。
圖12為車輛履帶模組裝置之第二替代性實施例10b的側視圖(類似於圖4)。除已消除張力元件106且前惰輪總成30主要包括僅前惰輪18之外，實施例10b類似於第一替代性實施例10a。類似於第二替代性實施例10b的履帶模組在與實施例10相比時可用來降低複雜性及成本。類似於第一實施例10a，第二實施例10b在此組態合意的情況下亦可提供前輪與後輪之間的較短距離。
圖13為車輛履帶模組裝置之第三替代性實施例10c的側視圖(類似於圖4)。除已消除張力元件106且前惰輪總成30主要包括僅前惰輪18之外，實施例10c類似於實施例10。類似於第三替代性實施例10c的履帶模組在與實施例10相比時可用來降低複雜性及成本。
圖14為車輛履帶模組裝置之第四替代性實施例10d的側視圖(類似於圖4)。除已消除第三轉向架總成軸90並且在其他組件中具有對應變化以適應此修改之外，實施例10d類似於第三替代性實施例10c。類似於第四替代性實施例10d的履帶模組在與實施例10相比時可用來降低複雜性及成本。在第四實施例10d之狀況下，已移除轉向架總成46內之自由度；在諸如主要在大體上平坦地形上行進之某些操作條件下，此順應性之降低可為可接受的。
圖15A為車輛履帶模組裝置10之部分的側視圖，以例示張力元件106之張力元件第一末端108之細節。圖15B為如由圖15A中所指示的截面圖(截面A-A)。截面A-A在張力元件106與前懸吊臂24之間的可 旋轉附接處通過近側張力樞軸112p。
圖15C為圖15B之一部分的進一步放大，以展示近側張力樞軸112p之甚至更多細節。如以上所描述，裝置10內之某些樞軸點涉及提供多於一個旋轉自由度的結構。在本文所使用之命名規約中，詞語「樞軸」用於此多於一個自由度的連接。在裝置10內，此等樞軸包括82p、84p、86p、88p、112p及116p，且圖15A至圖15C用來例示一個此樞軸。在實施例10中，所有此類樞軸為如針對樞軸112p所展示的球面軸承。
參考圖15C，近側張力樞軸112p包括球面軸承，該球面軸承包括滾珠112b，該滾珠在前懸吊臂24上於套座112s中旋轉。機械連接器112c將滾珠112c保持於套座112s中。
藉由使用本文所揭示之履帶模組裝置之各種實施例之發明性結構且藉由選擇各種組件之尺寸，履帶模組設計者能夠設定地面嚙合輪上之負載分佈以滿足特定車輛應用之要求。例如，可為合意的是使前輪或後輪承擔車輛上之負載之稍微不同的百分比。且當裝置具有多於一個轉向架輪輪軸時，通常合意的是使轉向架輪輪軸中每一者支撐大體上相同的車輛負載。連桿組尺寸之集合可經選擇以根據需要分佈由轉向架支撐的負載。
熟習機械系統技術的技術者熟知的動力學分析方法可用來評估裝置10中之連桿組尺寸之特定集合之負載分佈效能。在以下且在圖17A及圖17B中所描述之示例性中，此類分析用來在一組不同負載條件下計算負載分佈。參考圖10之示意圖，尺寸藉由以下記號表示。水平尺寸包括之後為藉由冒號分開的兩個元件符號之字母「H」。因此，H44：118為自懸吊軸44至後惰輪軸118的水平距離。字母「V」指示垂直尺寸，且字母「D」 指示直徑。圖17A概述用於具有共用液壓管路134中之懸吊元件68及70的履帶模組裝置10之代表性組態之尺寸之集合。
圖17B概述圖17A之代表性實例之分析結果。如可看出，在此實例中，分別在轉向架輪56、64及60上之負載F2、F3及F4在轉向架輪之間仍均勻分佈，且來自車輛重量、履帶張力、制動及牽引的總負載之各種部分之增添對負載分佈百分比引起極輕微的變化。
用於履帶模組裝置之動力源不限於車輛之旋轉動力軸桿。本發明涵蓋其他動力源組態，諸如液壓馬達或車輛上之其他動力源或直接機架於裝置自身上的機械、液壓或其他動力源。
圖18為第五替代性履帶模組實施例200的透視圖。圖19為履帶模組實施例200的側視圖。履帶模組實施例200包括與如圖1至圖6B中所示之履帶模組裝置10相同的組件中之許多，且因此圖18及圖19不重複來自此等先前圖之許多元件符號。僅不同於先前所描述之實施例的該等組件及用於描述清晰性之某些其他組件以元件符號標記。
如在先前履帶裝置實施例中，實施例200包括轉向架懸吊裝置，該轉向架懸吊裝置包括轉向架總成46、前懸吊元件68及後懸吊元件70。轉向架總成46包括轉向架機架48及複數個轉向架輪(實施例200中之轉向架輪56、60及64)。轉向架機架48包括轉向架機架臂102、轉向架機架向前部分50、轉向架機架向後部分52及轉向架機架中間部分54。實施例200亦包括如先前在此文件中之其他實施例中所描述之軸及樞軸。
履帶模組實施例200不同於履帶模組裝置之所有先前所描述之實施例，因為在第一懸吊接頭82p處之前懸吊元件上末端68U及在第 二懸吊接頭86p處之後懸吊元件上末端70U之移動係相互依賴的。此相互依賴藉由包括單一前及後惰輪臂202(單一結構202)之履帶模組裝置200產生。此臂結構之單一特性藉由單一結構202之前部分及後部分兩者上之元件符號202指示。如圖18中最佳地所見，單一結構202之前部分及後部分經剛性連接以與在懸吊臂軸44處可旋轉地附接至框架12的前部分及後部分形成單個結構。因為第一懸吊接頭82p及第二懸吊接頭86p在單一結構202關於懸吊臂軸44之相對側上，所以懸吊接頭中一者之向上移動與另一者之向下移動一起發生。移動之相對量級由每一懸吊接頭距懸掛臂軸44之距離決定。
在第一轉向架總成樞軸84p處之前懸吊元件下末端68L及在第二轉向架總成樞軸88p處之後懸吊元件下末端70L分別連接在向後轉向架機架連接92及向前轉向架機架連接94處之轉向架機架48。
在實施例200中，轉向架總成46包括第三負載及地面回應懸吊接頭78，該第三負載及地面回應懸吊接頭可旋轉地附接至單一結構202，且因此懸吊接頭78以及第一懸吊接頭及第二懸吊接頭之移動全部係相互依賴的。在實施例200中，如在先前所描述之實施例中，懸吊接頭78在單一結構202與轉向架總成46之間僅傳遞側向力。
在實施例200中，第一懸吊接頭82p及第二懸吊接頭86p以及第一轉向架總成樞軸84p及第二轉向架總成樞軸88p全部利用如先前所描述之球面軸承。雖然亦可使用單個自由度之軸承，但較佳的是，此等接頭/樞軸各自提供複數個旋轉自由度。
雖然在此關於特定實施例展示且描述了本發明之原理，但將 理解，此類實施例係藉由實例之方式且並非限制性的。

Claims (15)

  1. 一種履帶模組之轉向架懸吊裝置，其用於附接至一履帶模組，該履帶模組具有一框架、一驅動輪及一無端履帶，該轉向架懸吊裝置包含：一轉向架總成，其具有一轉向架機架、該轉向架機架上之至少一可旋轉地面嚙合之轉向架輪，及向前轉向架機架連接及向後轉向架機架連接；負載及地面回應之第一懸吊接頭及第二懸吊接頭，其在一向前/向後方向上彼此隔開；以及前懸吊元件及後懸吊元件，其各自具有一上末端及一下末端，該前懸吊元件及該後懸吊元件之所述上末端分別可旋轉地附接至該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭，且該前懸吊元件及該後懸吊元件之所述下末端分別可旋轉地附接至該向後轉向架機架連接及該向前轉向架機架連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其進一步包括一負載及地面回應之第三懸吊接頭，且其中該轉向架總成進一步包括一轉向架總成臂，該轉向架總成臂(a)在一轉向架總成臂遠側末端處可旋轉地附接至該第三懸吊接頭，且(b)在一轉向架總成臂近側末端處可旋轉地附接至該轉向架機架。
  3. 如申請專利範圍第2項之轉向架懸吊裝置，其中：該前懸吊元件及該後懸吊元件在該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭處之可旋轉附接分別經構造以容許具有至少兩個自由度之旋轉；且可旋轉之該向後轉向架機架連接及該向前轉向架機架連接經構造以容許具有至少兩個自由度之旋轉。
  4. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其中所述至少一轉向架 輪包括至少一前轉向架輪及至少一後轉向架輪，且該轉向架機架包括：一轉向架機架向前部分，其具有所述至少一前轉向架輪，所述至少一前轉向架輪在一前轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向前部分，該轉向架機架向前部分包括該向前轉向架機架連接；以及一轉向架機架向後部分，其具有所述至少一後轉向架輪，所述至少一後轉向架輪在一後轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向後部分，該轉向架機架向後部分包括該向後轉向架機架連接。
  5. 如申請專利範圍第4項之轉向架懸吊裝置，其中該轉向架機架進一步包括一轉向架機架中間部分，該轉向架機架中間部分具有至少一中間轉向架輪，所述至少一中間轉向架輪在一中間轉向架軸處附接至該轉向架機架中間部分。
  6. 如申請專利範圍第5項之轉向架懸吊裝置，其包括至少兩個前轉向架輪、至少兩個後轉向架輪及至少兩個中間轉向架輪，且其中：該前轉向架軸繞垂直於該前轉向架軸的一前轉向架滾轉軸旋轉；該中間轉向架軸繞垂直於該中間轉向架軸的一中間轉向架滾轉軸旋轉；且該後轉向架軸繞垂直於該後轉向架軸的一後轉向架滾轉軸旋轉。
  7. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其中該前懸吊元件及該後懸吊元件各自包括用以提供彈簧力之充氣組件。
  8. 如申請專利範圍第7項之轉向架懸吊裝置，其中該前懸吊元件及該後懸吊元件各自進一步包括液壓組件。
  9. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其包括複數個轉向架 輪，且其中所述轉向架輪具有大體上彼此相等的直徑。
  10. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其中負載及地面回應之該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭獨立地回應負載及地面變化。
  11. 如申請專利範圍第10項之轉向架懸吊裝置，其進一步包括負載及地面回應之一第三懸吊接頭，且其中該轉向架總成進一步包括一轉向架總成臂，該轉向架總成臂(a)在一轉向架總成臂遠側末端處可旋轉地附接至該第三懸吊接頭，且(b)在一轉向架總成臂近側末端處可旋轉地附接至該轉向架機架，該第一懸吊接頭及該第三懸吊接頭之移動係相互依賴的。
  12. 如申請專利範圍第10項之轉向架懸吊裝置，其中所述至少一轉向架輪包括至少一前轉向架輪及至少一後轉向架輪，且該轉向架機架包括：一轉向架機架向前部分，其具有所述至少一前轉向架輪，所述至少一前轉向架輪在一前轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向前部分，該轉向架機架向前部分包括該向前轉向架機架連接；以及一轉向架機架向後部分，其具有所述至少一後轉向架輪，所述至少一後轉向架輪在一後轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向後部分，該轉向架機架向後部分包括該向後轉向架機架連接。
  13. 如申請專利範圍第1項之轉向架懸吊裝置，其中負載及地面回應之該第一懸吊接頭及該第二懸吊接頭之移動係相互依賴的。
  14. 如申請專利範圍第13項之轉向架懸吊裝置，其進一步包括負載及地面回應之一第三懸吊接頭，且其中該轉向架總成進一步包括一轉向架總成臂，該轉向架總成臂(a)在一轉向架總成臂遠側末端處可旋轉地附接至該第三懸吊接頭，且(b)在一轉向架總成臂近側末端處可旋轉地附接至該轉向 架機架，所述懸吊接頭之移動係相互依賴的。
  15. 如申請專利範圍第13項之轉向架懸吊裝置，其中所述至少一轉向架輪包括至少一前轉向架輪及至少一後轉向架輪，且該轉向架機架包括：一轉向架機架向前部分，其具有所述至少一前轉向架輪，所述至少一前轉向架輪在一前轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向前部分，該轉向架機架向前部分包括該向前轉向架機架連接；以及一轉向架機架向後部分，其具有所述至少一後轉向架輪，所述至少一後轉向架輪在一後轉向架軸處可旋轉地附接至該轉向架機架向後部分，該轉向架機架向後部分包括該向後轉向架機架連接。
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