专利名称：拖车的可操纵的单一车轮部件的制作方法
技术领域：
本发明涉及可操纵的单一车轮部件，特别是用于具有单个车轮组的重型运输拖车的单一车轮部件。
背景技术：
大约20％的重型运输拖车是用于运输较大负载的极重型拖车。这些拖车需要带有前面和后面拖车轴的双轮系统，该系统带有相邻的多对双轮，以支承过大的负载。剩余的80％的重型拖车能够用一个车轮组支承最大的净载重量。
大多数拖车上的车轮安装在横轴上，这些横轴在该拖车的前部和后部分成组，以便操纵拖车和减少轮胎的折皱变形。然而，这种拖车的灵活性受限制。将轮胎放在拖车的中间长度上不合适，因为该拖车每次转弯时，轮胎在路上拖曳，造成轮胎磨损大，道路也磨损。另外，放在中间长度上的轮胎不能适当地清除凸块和其他道路突出部分而不破坏该拖车的整个悬挂系统。当该拖车只用前后车轮支承时，在拖车前部的驱动轴和后部的轴之间延伸的拖车底盘的强度必需足够大，以支承在没有车轮支承情况下的拖车长度中间的净载重量。
曾经尝试生产可以安装在沿着拖车长度的任何点上的可操纵的车轮，以减少轮胎的折皱变形和增加拖车的净载重量。然而，这些尝试大部分都不成功。现有的成功的机械和自动驱动的可操纵的车轮部件只能使拖车在拖车长度的一个固定的预先确定的点上枢转，这就限制了拖车的灵活性。
发明内容
本发明的目的是要提供一种灵活性大，净载重量的容量较大和减小轮胎磨损的拖车。
根据本发明，提供了一种适于安装在车体上的单一车轮部件，它包括车轮框架，其支承悬挂机构和安装在该悬挂机构上的车轮组件，该车轮框架具有前部和后部；和操纵装置，其安装在该车轮框架和车体之间用于使该车轮框架相对于车体枢转，以操纵汽车；其中该操纵装置包括两个操纵元件，其中操纵元件可枢转地联接在该车轮框架的前部和后部的每一个部分上，并能够被驱动以独立地在车体的横向移动该前部和后部。
操纵元件优选是具有往复式活塞的线性轴承作动器，其中活塞利用铰链连接安装在该车轮框架上。优选的是，第一线性轴承作动器的致动使该前部移动，并使该车轮框架在后部枢转，以在第一方向操纵汽车。反之，第二线性轴承作动器的致动使该车轮框架在前部枢转，以在第二方向操纵汽车。优选，一个线性轴承作动器适于枢转地安装在车体上。该线性轴承作动器是依靠两个单独的液压流体线路工作的，其中液压流体进入一个线路使该活塞从作动器壳体伸出，而流体进入第二线路使该活塞退回至该作动器壳体中，同时使液压流体从第一线路排放。
根据本发明还提供了位于两个枢转元件之间的轴承组件，该轴承组件包括形成中心轴线和具有带凸起的台肩的开放端的圆柱形套筒轴承，该套筒轴承位于第一枢转元件的孔中；另外还包括穿过该套筒轴承的轴，该轴穿过在该第二枢转元件中的有孔凸缘，该凸缘位于该孔和套筒轴承的任一侧上；其中该凸缘孔包含凹面，以相应地容纳该套筒轴承的凸起的台肩。
优选，该轴承组件适于支承不平衡负载，从而该相应的凸起的台肩和凹面允许不平衡的点负载在较大的面积上分布，以减小在点负载处作用在该轴承上的结构应力。
该套筒轴承优选包括两个套筒部分，弯曲的台肩位于每一个套筒部分的开放端上；并且一衬片放在该孔中的套筒部分之间。理想的是，该套筒轴承几乎完全位于该孔中，只有该弯曲的台肩从该孔的端部突出。
下面，参照附图，利用例子来说明本发明，其中图1为安装着根据本发明的可操纵的单一车轮部件的拖车的透视图；图2为本发明的可操纵的单一车轮部件的上部透视图；图3为从另一角度看的该车轮部件的上部透视图；图4为该车轮部件的下侧的第一透视图；
图5为该车轮部件的下侧的第二透视图；图6为表示下降至中间位置的该车轮轮毂的该车轮部件的侧视图；图7为与图6相同的图，它表示该车轮轮毂下降至最低位置；图8为表示该车轮轮毂在最低位置的该车轮部件的下侧的透视图；图9为表示排成一直线的单一车轮部件的透视图；图10为表示在第一方向转动的该单一车轮部件的透视图；图11为表示在第二方向转动的该单一车轮部件的透视图；图12为表示排成一直线的该单一车轮部件的平面图；图13为表示转动的该单一车轮部件的平面图；图14为该单一车轮部件的线性轴承的横载面；图15为带有悬臂轴承的该单一车轮部件的悬挂接头的透视图；图16为更清楚地表示该轴承的与图15相同的图；图17为表示该轴承拆下的与图16相同的图；图18为安装在该悬挂接头上的该悬臂轴承的截面图。
具体实施例方式
附图表示独立支承的和可独立操纵的单一车轮部件10，它是独立的并适于安装在拖车车体11上。图4和图5特别表示固定安装在拖车车体11的下侧上的线性轴承作动器30上的车轮部件。
图1表示拖车车体11，带有沿着拖车车体的全长均匀分布的五个单一车轮部件。由于该车轮部件的独立的性质，从而每个轮胎都有其自己的独立的悬挂系统并独立于所有其他的轮胎而操纵，因此可以沿着拖车的长度均匀分布。
轮胎不被拖曳的拖车的平稳转弯是利用拖车前端的车轮实现的，该前端车轮的转弯角度比后端车轮的转弯角度大，而在它们中间的轮胎的转弯角度是递增地减小的。取决于轮胎位置的不同的转弯角度决定在牵引该拖车的原动机的车轮拖过路径上的每一个轮胎的方向，它可大大增加拖车的灵活性。车轮沿着拖车长度均匀分布还有一个优点是拖车的结构较轻，可以装载更大的净载重量。
该单一车轮部件包括刚性的主框架12，它部分地包围悬挂机构15和车轮组件16，并作为挡泥板。该主框架12由拱形盖13和封闭该框架12的一个侧面的端板14构成。
图2～8从不同角度表示该悬挂机构15，该悬挂机构可枢转地锚定在该主框架的端板14的两个点上。该悬挂机构15装有支承车轮轮毂21的车轮枢轴20，轮胎(未示出)和完全装在该轮胎轮缘内的紧凑的液压盘式制动器22。
在图6和7中可清楚地看出，该悬挂机构15包括悬挂液压缸24和由中心臂26构成的“Z”形连杆23，该中心臂26的各个端枢转地与上臂25和下臂27连接。这些臂结构上是刚性的，并且该中心臂26的下端支承该枢轴20。
该“Z”形连杆的自由端受到拖车车体11的约束，可枢转。该“Z”形连杆可使拖车车轮从图2所示的相对于车轮部件10的升高位置垂直移动至图6所示的中间位置和图7所示的下降位置。垂直移动的距离预想是大约为600mm。
该悬挂机构的运动受到一端联接在该主框架12上而另一端联接在该下臂27上的气压或液压缸24的抑制或驱动。液压缸24的致动使该拖车车体相对于地面降低，便于更容易地装和卸货物。拖车甲板可以降低至离地面300mm。液压缸伸长，使该悬挂机构向着图7所示的位置运动，可升高拖车车体，供拖曳。当该拖车在不平坦的路面上行驶时，悬挂机构15如同一个真的悬挂系统一样，使车轮受抑制并将对拖车车体的扰动减至最小。
相对于拖车车体11操纵该单一车轮部件10的装置设在盖13的每一侧上，并安装在该拖车车体11的下侧。如图4、5和8的下部透视图所示，操纵装置安装在盖13的每一侧，并且包括两个线性轴承作动器30，每一个作动器具有在内部滑动的活塞31和支承在该活塞的端部上的直立销32。直立销32与该活塞成直角，并且方向朝上。每一个销以滑动配合放置在安装在该主框架12的每一侧上的套筒33中，套筒33适于在销32上枢转。
安装在该拖车车体的下侧上的线性作动器30支承该单一车轮部件的全部重量。两个线性作动器30的组合操作使支承该悬挂机构和车轮组件的主框架12相对拖车车体转动一角度。
例如，图4和图9表示支承在两个线性作动器30的端部上的直立销32上的单一车轮部件。作动器30的活塞31从该线性作动器壳体42伸出相等的距离。这样，安装在支承在该主框架12上的悬挂机构15上的车轮(未示出)与该作动器30成直角，即与该拖车车体11平行。
在图10中，一个活塞从该作动器壳体中伸出比另一活塞多，因此使该主框架12和由该车轮部件支承的车轮相对拖车转动一个角度。图5和11表示另一活塞伸出较多，它具有在与图10相反的方向上使该车轮部件扭转的作用，从而也可使车轮在相反方向转动。
通过使作动器活塞伸出不同的长度，当安装在拖车上时，该单一车轮部件10可在右和左方向上转动低于最大值的任意角度。在任何方向上的最大转弯角度大约为40°。在图12和13的平面图中，清楚地表示了该车轮部件10相对拖车车体11的转弯角度。
因为两个作动器之间的距离固定，但每一个活塞上的销32之间的距离变化，因此至少一个线性轴承作动器需要能在拖车车体的下侧上枢转。这样，活塞伸出的作动器可以枢转。
用平面图表示该车轮部件的图12表示在直线方向上排成一行的该单一车轮部件上的车轮轮毂21。在图13中，在右边的轴承作动器的活塞向外伸出，而在左边的活塞仍然固定。这使该主框架12在反时针方向转动。在右活塞上的销32也本征地稍微在反时针方向转动。可以看出，在图12和13的右边上，可枢转地安装的轴承作动器也稍微在反时针方向转动，允许该活塞自由伸出和该主框架12和车轮可无限制地转动。在该优选实施例中，左边上的该轴承作动器牢固地固定在拖车上，没有枢转的自由度。虽然两个作动器都可以枢转地安装在拖车车体上，但只需要一个作动器可枢转地安装。
装有本发明的单一车轮部件的拖车可以完全由微处理器操纵，使得可根据沿着拖车车体的车轮位置，使车轮的转动与原动机的操纵同步。为了安全，建议当汽车达到高速时，切断独立的自动操纵。
理想情况是，为该车轮部件的自动操纵设置接近传感器。接近传感器可位于直立销32和线性轴承作动器30之间。该接近传感器可以测量活塞移动的相对长度，因而可测量操纵角度，并将测量结果转发至微处理器，使得可以根据诸如拖车速度和原动机的转弯角度一类的变量来调节车轮的操纵。
另外，该悬挂机构的垂直移动可用计算机控制，形成主动悬挂系统。
该线性轴承作动器30的强度必需足够大，以承受车轮部件的全部垂直负载的力矩，而不会限制致动运动。因此，在该液压驱动的线性作动器内的流体压力相当高。图14表示该线性轴承作动器30的横截面。
线性轴承壳体42安装在拖车车体11的下侧。活塞31的致动运动由交替地泵入两个分开的流体线路中的液压流体驱动。为了使活塞向着轴承壳体42的外面运动，液压流体通过在该壳体42中的固定中心杆43中的第一线路39的第一孔41，泵入活塞腔40中。如图14所示，随着在活塞腔40中作用在杆43端部上的中心密封46上的流体压力增加，活塞31被推向该线性轴承壳体42的左边。为了使该活塞缩回至该轴承壳体中，将液压流体通过第二孔45泵入第二流体线路44中，增加固定的中心密封46和活塞31内端上的可动的衬垫密封47之间的压力，从而使该可动的活塞缩回至该壳体中，并同时将第一线路中的流体从第一孔41中排出。
如图15～18所示，当在该枢轴20上悬臂放置的该车轮组件16使该中心臂26相对于该下臂27转动时，位于该中心臂和下臂的可枢转的接头上的一组合推力和径向的悬臂轴承(a combination thrust and radial cantileverbearing)50承受垂直和扭转负载。悬臂轴承50设计成在该下臂和中心臂偏转大时，也可以很好地工作。本发明的悬臂轴承50使在能导致轴承卡住的大的偏转力作用下在正常的套筒轴承中产生的点负荷均匀分布。
图15～18所示的轴承50包括两个轴承套筒51，该套筒在开放端具有球面台肩52，该球面台肩可以放置在下臂27的两个孔53中的一个孔中。孔53的边缘有球面表面54，以便与该球面台肩配合。
图18表示带有可座落在相应的球面表面54上的球面台肩52的轴承套筒51。在与该中心臂的可枢转的接头上，下臂27具有两个相对的升高的接头凸缘55，在该凸缘之间放置该中心臂26的端部。该中心臂26的端部具有通孔57，在每一个相对的升高凸缘55中有一孔53。
螺纹销56穿过该有孔的凸缘55和中心臂26中的通孔57。因此，该中心臂和下臂可以相对地枢转。该轴承套筒51将该螺纹销56装入通孔57中，使该套筒几乎全部包含在该孔57内，将该球面台肩52从孔57的每一端部突出出来。现参看图18所示的横截面。在接头凸缘55中的孔53的匹配的球面54紧密地支承该球面台肩52。该球面台肩和球面匹配的结果，使得在该轴承上的垂直和扭转负载在整个球面台肩均匀分布，并可消除点负荷的集中。
在装配该悬臂轴承50时，带有外螺纹的两个轴承套筒51拧入中心臂26的孔57中。孔57具有匹配的内螺纹。拧入孔57的每一端的该一个轴承套筒51的该球面台肩52面向孔57的外面，该轴承套筒51拧入该孔中足够深，使该中心臂26的端部位于该下臂27的升高的接头凸缘55之间。当孔57与该下臂孔53同轴对准后，通过使该套筒穿过在中心臂26的端部上形成的进入槽60，使该轴承套筒从孔57的外面拧入。
当该轴承套筒从外面拧入，直至该球面台肩稳定地坐落在相应的匹配球面54上时，轴承衬片61穿过槽60，将该套筒牢固地固定在规定位置上。然后，将螺纹销56穿过在一个升高凸缘中的孔、通过该悬臂轴承、拧入设在该相对的升高凸缘的孔中的内螺纹中。在螺纹销相反端上的销钉头62位于凸缘55上，它拉伸该销钉，将该中心臂和下臂锁紧在该接头上。因此，该接头上的垂直负荷均匀地支承在该螺纹销56和轴承套筒51之间，而扭转负荷由该轴承套筒的球面台肩承担。
本发明的单一车轮部件的优点直接表现在大大提高拖车的装载容量，产品分布的效率提高，拖车的刚性提高和节约运输成本。通过提供独立的单一车轮部件，可取消横轴，这可提供降低拖车甲板的机会，从而增加拖车的存贮容量。例如，图2和图3表示甲板73降低至该枢轴20下面的一点的拖车车体11。在存贮容积大约为100～120m3的平均尺寸的拖车中，降低甲板得到的额外存贮可将拖车的立方容量提高18m3。额外的存贮容量直接转化为较大的运输负载容积并有机会使单位容积货物的运输成本具有竞争力。
利用其可操纵的性质，该单一车轮部件可以均匀地沿着拖车的长度安装。这在普通拖车中是不可能的，在普通拖车中，车轮必需在拖车车体的前端或后端成组安装，以避免轮胎折皱变形和悬挂的问题。在拖车的前部和后部的车轮分组要求该拖车横过枢轴有强度高的工字梁，以支承对地面没有直接支承的拖车中部的负载。采用本发明不需要刚性高的工字梁，因为在沿着拖车长度的规则间隔上可有通过车轮部件直接对地面的支承。结果，工字梁可被结构上更轻的梁代替，因为该单一车轮部件沿着拖车的全部侧面长度均匀分配，并均匀地支承该拖车梁。该梁所需要的结构强度大约为普通拖车的一半。在一个平均尺寸的拖车上的重量减轻为1～2吨。
拖车的最大负荷直接与每平方米上每一个轮胎承受的最大允许重量有关。轮胎散布得越开，拖车能承受的重量越大。该单一车轮部件不但允许轮胎沿着拖车长度纵向散布，而且可以横向散布，因为支承车轮的弹簧悬挂系统设在该部件的悬挂系统的外侧，这样，可使悬挂点横向向着拖车车体的外面运动。悬挂点之间的距离较大意味着可使汽车的正常净载重量增加大约2.7吨，并且根据轮胎的位置，甚至可增加更多。对于净载重量为24～25吨的正常的汽车，净载重量增加至27～28吨在运输货物时可产生相当大的利润。对于较轻的拖车，净载重量增加更多。
由于每一个轮胎有其自己的单独的悬挂系统，因此可消除轮胎过载。另外，由于相对的悬挂点之间的距离较大，该单一车轮部件可使汽车的倾翻阻力更好。
应当理解，可以对该车轮部件及其应用进行改进。例如，该单一车轮部件可以按串联对(tandem pairs)方式安装，由一个负载分享的蓄能器连接。
由本发明的改进应用在重型汽车车轮组件中的许多优点最终导致运输工业的效率更好，且节约成本。降低甲板和使制动器组件偏移的可能性允许进一步增加拖车的存贮容量。可操纵和独立悬挂的车轮使车轮的位置能增强拖车的结构整体性，这点与拖车车体重量的减小结合，能够增加净载重量。该单一车轮部件的性质还可使汽车的灵活性更大，转弯的圆更小，和更容易操纵控制。
对本发明技术熟练的人知道，在不偏离本发明的精神和范围的条件下，可作许多改进。
权利要求
1.一种适于安装在车体上的单一车轮部件，包括车轮框架，其支承悬挂机构和安装在该悬挂机构上的车轮组件，该车轮框架具有前部和后部；和操纵装置，其安装在该车轮框架和车体之间，用于使该车轮框架相对于车体枢转以操纵汽车；其中该操纵装置包括两个操纵元件，其中操纵元件可枢转地联接在该车轮框架的前部和后部的每一个部分上，并能够被致动以独立地在车体的横向移动该前部和后部。
2.如权利要求1所述的单一车轮部件，其中至少一个该操纵元件可枢转地安装在车体上。
3.如权利要求1或2所述的单一车轮部件，其中该操纵元件为具有往复式活塞的线性轴承作动器。
4.如上述权利要求中任一项所述的单一车轮部件，其中该活塞利用铰链连接可枢转地联接到该车轮框架。
5.如上述权利要求中任一项所述的单一车轮部件，其中第一线性轴承作动器的致动使该前部移动，并使该车轮框架在后端枢转，从而在第一方向操纵汽车；而第二线性轴承作动器的致动使该车轮框架在前部枢转，以在相反的第二方向上操纵汽车。
6.如权利要求2～5中任一项所述的单一车轮部件，其中该线性轴承作动器是依靠两个单独的液压流体线路工作的，这样，液压流体进入一个线路使该活塞从作动器壳体伸出，而流体进入第二线路使该活塞退回至该作动器壳体中。
7.如上述权利要求中任一项所述的单一车轮部件，其中该悬挂机构可枢转地锚定在该车轮框架的两个点上。
8.如权利要求7所述的单一车轮部件，其中该悬挂机构包括由三个可枢转地端对端连接的臂构成的“Z”形连杆，和固定在该车轮框架和该“Z”形连杆的一个臂之间的悬挂液压缸，其中该“Z”形连杆上安装着车轮的车轮枢轴，并且该悬挂液压缸致动，使该车轮枢轴相对于该车轮框架升高或降低。
9.如权利要求8所述的单一车轮部件，其中该“Z”形连杆的两个臂之间的一个可枢转的接头包括组合推力和径向的悬臂轴承。
10.如权利要求9所述的单一车轮部件，其中该组合推力和径向的悬臂轴承包括形成中心轴线并具有带有凸形台肩的开放端的圆柱形套筒轴承，该套筒轴承位于第一枢转元件的孔中；另外还包括穿过该套筒轴承的轴，该轴穿过在第二枢转元件中的有孔凸缘，该凸缘位于该孔和套筒轴承的任一侧上；其中凸缘孔包含凹面，以相应地容纳该套筒轴承的凸起的台肩。
11.如权利要求10所述的单一车轮部件，其中该套筒轴承具有外表面和内表面，优选该凸起的台肩的方向使套筒该内表面上的长度比套筒该外表面上的长度长。
12.如权利要求10所述的单一车轮部件，其中该套筒轴承包括两个同轴的套筒部分，每一部分的弯曲的台肩位于每一个套筒部分的开放端上；还包括放在该孔中的套筒部分之间的衬片。
13.如权利要求10或11所述的单一车轮部件，其中该套筒轴承基本上完全位于该孔中，只有该弯曲的台肩从该孔的端部突出，以承靠在该凸缘孔上。
14.如权利要求7～9中任一项所述的单一车轮部件，其中该车轮枢轴支承组合的液压弹簧机构，并且停车制动器完全在车轮轮胎的轮缘内。
15.如上述权利要求中任一项所述的单一车轮部件，其中该车轮部件由微处理器控制，该微处理器调节车轮框架相对于车体的操纵。
16.如权利要求15所述的单一车轮部件，其中根据各种变量，诸如与相应的车轮部件的同步、汽车速度和汽车转弯角度，该微处理器调节操纵。
17.如权利要求15或16所述的单一车轮部件，其中在该车轮部件上设有接近传感器，用于测量该操纵装置的位移并将测量结果转发至该微处理器，用于调节该车轮部件的操纵。
18.如权利要求4所述的单一车轮部件，其中接近传感器位于该线性轴承作动器和该铰链连接之间。
19.如权利要求8～10中任一项所述的单一车轮部件，其中可以控制该悬挂机构以升高或降低该车轮枢轴。
20.如权利要求18所述的单一车轮部件，其中该悬挂机构由计算机控制。
21.如上述权利要求中任一项所述的单一车轮部件，其中该车轮部件按串联对方式与另一车轮部件安装在一起，该两个车轮部件利用负荷分享蓄能器连接。
22.一种位于两个枢转元件之间的轴承组件，该轴承组件包括形成中心轴线和具有带凸起的台肩的开放端的圆柱形套筒轴承，该套筒轴承位于第一枢转元件的孔中；另外还包括一根穿过该套筒轴承的轴，该轴穿过在该第二枢转元件中的有孔凸缘，该凸缘位于该孔和套筒轴承的任何一侧上；其中凸缘孔包含凹面，以相应地容纳该套筒轴承的凸起的台肩。
23.如权利要求22所述的轴承组件，其中该套筒轴承具有外表面和内表面，优选该凸起的台肩的方向使套筒在该内表面上的长度比套筒在该外表面上的长度长。
24.如权利要求22或23所述的轴承组件，其中该套筒轴承包括两个同轴的套筒部分，每一部分具有位于每一个套筒部分的开放端上的弯曲的台肩；还包括放在该孔中的套筒部分之间的衬片。
25.如权利要求22～24中任一项所述的轴承组件，其中该套筒轴承基本上完全位于该孔中，只有该弯曲的台肩从该孔的端部突出，以承靠在该凸缘孔上。
全文摘要
一种适于安装在车体(11)上的单一车轮部件，包括支承悬挂机构(15)和安装在该悬挂机构(15)上的车轮组件的车轮框架；和安装在该车轮框架和车体(11)之间的操纵装置，用于使该车轮框架相对于车体(11)枢转以操纵汽车；其中该操纵装置包括两个操纵元件(30)，其中操纵元件可枢转地联接在该车轮框架的前部和后部(32、33)的每一个部分上，并能够被致动以独立地在车体(11)的横向移动该前部和后部。
文档编号F16C33/08GK1753805SQ200480005412
公开日2006年3月29日 申请日期2004年1月28日 优先权日2003年1月28日
发明者加思·B·戴维 申请人:操纵轮系统有限公司