ES2830149T3 - Sistemas de árbol/suspensión - Google Patents

Abstract

Sistema de árbol y de suspensión, para un vehículo pesado, que tiene un bastidor de vehículo con un eje longitudinal correspondiente a una dirección de conducción del vehículo, comprendiendo el sistema: un árbol de vehículo (5), que se extiende transversalmente, y que tiene un primer y un segundo extremos, y un conjunto de suspensión (2) en cada extremo del árbol, para soportar el árbol, comprendiendo cada conjunto de suspensión (2): una montura de bastidor (3) para la unión fija al bastidor del vehículo, y una viga de suspensión longitudinal rígida (4), conectada fijamente al árbol en una estructura de conexión de árbol a viga, y conectada de forma pivotante a la montura de bastidor (3) a través de un casquillo resiliente adaptable (6), conectando de este modo el árbol a la montura de bastidor; caracterizado por que dicho casquillo (6) tiene una relación de adaptabilidad, siendo la relación entre el índice de elasticidad longitudinal del casquillo y su índice de elasticidad vertical, de al menos 10:1.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas de árbol/suspensión

Campo de la invención

Esta invención se refiere a sistemas de árbol/suspensión de vehículos y a conjuntos de suspensión, y en particular, a tales sistemas y conjuntos para vehículos pesadostales como camiones y tractocamiones (semirremolques, camiones articulados). La aplicación de la invención está prevista particularmente a árboles no accionados, más particularmente a árboles elevables que pueden o no portar ruedas direccionables. Una implementación específica prevista para la invención es para un árbol elevable de un camión o unidad tractora (a diferencia de un remolque) que también tiene un árbol de dirección y/o un árbol accionado separados. Sin embargo, la invención puede aplicarse a una amplia gama de tipos de árboles: accionados y no accionados, direccionables y no direccionables, elevables y no elevables.

Antecedentes

Los sistemas de árbol/suspensión (árbol y suspensión) de brazo trasero y brazo delantero están muy extendidos en la industria de camiones pesados y tractocamiones y han reemplazado a las suspensiones de ballestas en muchas áreas. Los brazos trasero y delantero en forma de vigas rígidas se usan junto con resortes discretos -usualmente resortes de aire (suspensión neumática)- que actúan entre la viga o árbol y el bastidor del vehículo. Un extremo de la viga se conecta al bastidor a través de una conexión de pivote, usualmente mediante un colgador de bastidor fijo que depende del bastidor y un casquillo resiliente en el pivote. El otro extremo de la viga se fija al árbol normalmente mediante sujeción con abrazaderas, soldadura, empernado o alguna combinación de los mismos, dependiendo de la estructura de la viga y el árbol. Puede montarse un resorte de aire en un asiento o montura de resorte de aire que está en la viga o en el árbol. En el caso de un árbol no accionado (muerto), puede proporcionarse un mecanismo de elevación para levantar el árbol cuando no se necesite para soportar carga, reduciendo el desgaste de los neumáticos y mejorando la dirección y el manejo. El sistema de árbol/suspensión puede comprender o portar un sistema de frenos para frenar las ruedas en el árbol.

Con vigas rígidas simplemente pivotantes fijadas rígidamente a un árbol rígido, la estabilidad y la tracción se ven comprometidas en las curvas y en superficies irregulares. Esto es aceptable para un remolque, pero no para unidades direccionadas donde se necesita una adaptabilidad vertical independiente para los extremos del árbol por motivos de seguridad y manejo. Por lo tanto, estos sistemas suelen utilizar una hoja flexible o una viga de resorte en lugar de una viga rígida. O, se conoce el uso de un juego de enlaces de control superiores e inferiores en los que una serie de pivotes con casquillos flexibles proporcionan el grado necesario de flexión independiente, pero estos sistemas son complejos y voluminosos.

Un ejemplo reciente de un árbol tractor no accionado (un árbol de elevación media) se muestra en las figuras 1 y 2 que corresponden a la divulgación del documento WO2012/044802. Dado que la presente invención es útil para un conjunto de árbol de elevación media, esta técnica anterior se describirá a continuación. La figura 1 es una vista frontal en perspectiva que muestra el sistema de árbol/suspensión con mecanismo de elevación, resortes de aire y amortiguadores de choques. La figura 2 es una vista inferior parcial en perspectiva que omite el mecanismo de elevación, el resorte de aire y el absorbedor de impactos y que muestra la conexión entre la viga de resorte y el árbol. El sistema de árbol/suspensión de elevación media 310 es de un tipo general bien establecido, para instalarse delante del árbol de accionamiento de un tractor. Incluye un árbol transversal rígido no accionado 332 y un par de conjuntos de suspensión 314 con imagen especular, teniendo cada uno un colgador 316 para ser empernado al respectivo miembro de bastidor longitudinal y una viga de resorte trasera longitudinal 318 con un extremo anterior 320 pivotado al colgador 316 y un extremo posterior 326 fijado al árbol 332 en una conexión árbol/resorte 305.

El extremo anterior 320 de cada resorte 318 tiene un ojo que sostiene un casquillo de pivote 322 con un pasador central de montaje a horcajadas convencional que se extiende a través de un cilindro de goma y se recibe en un orificio de montaje del colgador 316 (mostrado cortado en la figura 1).

El extremo posterior 326 de la viga de resorte 318 está fijado al árbol 332 por un asiento de resorte 372 que tiene porciones de asiento superior e inferior 370, 371, y un manguito conector 331 unido al asiento de resorte 372 por pernos en U 376 y soldaduras 375. La parte de asiento de resorte superior 370 también proporciona montajes inferiores 384, 380 para un absorbedor de impactos 382 y un resorte de aire 324, cuyos extremos superiores están fijados al bastidor del chasis de arriba.

El árbol 332 tiene un cuerpo tubular recto que se extiende entre la viga de resorte 318 y en cada extremo una extensión levantada o cuello de cisne que porta el husillo del árbol. A cada lado, un mecanismo de elevación 381 accionado por aire está montado en el bastidor a través del colgador 316 y opera para levantar el árbol mediante un brazo de elevación 379 que sobresale desde él. También puede haber un sistema de freno portado en el árbol y/o conjuntos de asiento de resorte y viga: se muestra la placa de torsión 307 de tal sistema de freno.

La figura 2 también muestra particularidades de una conexión árbol/viga propuesta recientemente en el documento WO2012/044802 por la que en lugar de empernar o soldar directamente al cuerpo de árbol 332, se ajusta un manguito conector metálico 331 alrededor del árbol 332 y se forma una serie circunferencial de depresiones 306 tanto en el manguito como en el árbol simultáneamente, mediante un proceso de engaste o de reducción, formando una conexión de interbloqueo fuerte y rígida.

Esta disposición funciona bien; las vigas de resorte 318 proporcionan la adaptabilidad necesaria para un buen manejo y tracción en un árbol de elevación media y las conexiones engastadas reducen el peso.

El documento US-A-4166640 describe una suspensión de remolque en la que un casquillo que conecta la viga de suspensión al colgador del bastidor tiene huecos indentados superiores e inferiores en el relleno de elastómero para reducir el índice de elasticidad vertical con respecto al de la viga. Índices de ejemplo dados son 4380 N/mm (25000 libras/pulgada) vertical y 8760 N/mm (50000 libras/pulgada) horizontal. El documento US-A-4166640 divulga el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento US2002/0130480A también muestra un buje para el extremo de colgador de la viga de suspensión de un camión en el que aumenta la adaptabilidad vertical con respecto a la horizontal. El relleno de elastómero es cilíndrico, pero el armazón del buje tiene protuberancias superior e inferior que forman huecos por encima y por debajo del relleno.

El documento US-A-3147964 muestra un buje de goma para la suspensión de un automóvil con huecos superiores e inferiores por encima y por debajo del relleno del buje.

Los sistemas de árbol/suspensión siempre están sujetos al deseo de reducir el peso mientras se mantiene la eficacia, porque el valor de los vehículos comerciales depende de la capacidad de carga. El aumento de los requisitos recientes para los sistemas de seguridad y control de emisiones también añade peso, lo que resta aún más valor a la capacidad de carga y otorga más importancia al ahorro de peso en la carrocería, el bastidor y la suspensión del vehículo pesado.

LA INVENCIÓN

Los inventores han percibido que una suspensión con una viga rígida fijada a un árbol rígido podría tener un mejor rendimiento, incluso incluyendo un rendimiento satisfactorio para las demandas de manejo y dirección, si se proporciona un tipo especial de acoplamiento entre la viga y su montaje en el bastidor. Esta propuesta proporcionaría en primer lugar una construcción alternativa útil y, en segundo lugar, abriría el camino a la reducción de peso porque las vigas rígidas pueden hacerse con una estructura fabricada relativamente ligera.

La invención, según se especifica en la reivindicación 1, proporciona un sistema de árbol y de suspensión para un vehículo pesado, que tiene un bastidor de vehículo con un eje longitudinal correspondiente a una dirección de conducción del vehículo, comprendiendo el sistema

un árbol de vehículo que se extiende transversalmente y que tiene un primer y un segundo extremos;

un conjunto de suspensión en cada extremo del árbol para soportar el árbol, comprendiendo cada conjunto de suspensión

una montura de bastidor tal como un colgador de bastidor unido fijamente o para unión fija a un bastidor de vehículo; una viga de suspensión longitudinal rígida conectada fijamente al árbol en una estructura de conexión de árbol a viga y de forma pivotante a la montura de bastidor a través de un casquillo resiliente, para conectar el árbol a la montura de bastidor;

teniendo el casquillo resiliente una relación de rigidez longitudinal (índice de elasticidad) a rigidez vertical (índice de elasticidad) de al menos 10:1, deseablemente al menos 15:1, especialmente al menos 20:1, preferentemente al menos 25:1 y más preferentemente al menos 30:1. Usualmente, la relación no es más de 75:1.

El casquillo resiliente generalmente tendrá una estructura con una unidad de montura interior conectada a o comprendida en una de las monturas de viga y bastidor, una montura exterior conectada a o comprendida en la otra de las monturas de viga y bastidor y una porción de relleno de resorte elástico, que normalmente comprende uno o más elementos de elastómero, que se extienden entre la unidad de montura interior y las monturas exteriores y que proporcionan un movimiento resiliente entre ellos en todas las direcciones radiales con respecto al eje del casquillo, incluyendo componentes de dirección de la dirección longitudinal a lo largo de la longitud de la viga rígida entre el pivote y el árbol, y de la dirección vertical -perpendicular a la dirección longitudinal- correspondiente al movimiento del pivote de la viga hacia arriba y hacia abajo con respecto al bastidor del vehículo. Por supuesto, la dirección vertical puede no ser exactamente vertical, dependiendo de la geometría y de la posición instantánea de la suspensión, y alternativamente puede definirse como la dirección radial perpendicular a la dirección de máxima rigidez radial del casquillo. Por consiguiente, el casquillo en el sistema puede describirse en términos de sus direcciones de rigidez máxima y mínima o índice de elasticidad (adaptabilidad mínima y máxima) que son perpendiculares entre sí y al eje del casquillo y puede exhibir las relaciones de rigidez/índice de elasticidad especificadas anteriormente, o alternativamente con referencia a las direcciones horizontal y vertical en el sistema de árbol/suspensión, o con referencia a la dirección longitudinal de la viga y a la dirección perpendicular a ella.

Preferentemente, una unidad de montura interior del casquillo se fija a la montura de bastidor y una montura exterior a la viga. La viga puede tener una abertura que recibe el casquillo, enganchándose a la montura exterior del mismo, que normalmente es un armazón o carcasa alrededor de la porción de relleno elástico, aunque en algunos casos un elemento elastómero puede engancharse directamente con la montura/abertura de viga circundante. La unidad de montura interior puede comprender un pasador que sobresale axialmente para el montaje a horcajadas, un tubo abierto para el empernado o cualquier otra forma de montura adecuada.

El experto en la materia apreciará que una relación de rigidez tan alta no tiene precedentes en un casquillo de suspensión para un vehículo pesado. Sin embargo, tal casquillo puede producirse fácilmente usando técnicas y principios conocidos de fabricación de casquillos, por ejemplo, de acuerdo con las propuestas específicas que se presentan a continuación.

Deseablemente, el límite de movimiento relativo vertical (adaptabilidad o recorrido vertical) disponible en el eje del casquillo resiliente es de al menos 15 mm, preferentemente de al menos 20 mm. Deseablemente, tal intervalo de movimiento relativo vertical está disponible tanto por encima como por debajo de una posición neutra (de reposo, estática o central), es decir, de al menos ± 12 mm, preferentemente de al menos ± 15 mm, más preferentemente de al menos ± 20 mm. Los intervalos de adaptabilidad y desplazamiento en una dirección vertical no son necesariamente idénticos a los de la otra, por ejemplo, dependiendo de la carga vertical estática en el casquillo, pero a menudo esta carga vertical estática es pequeña o insignificante y causa poco o ningún desplazamiento vertical relativo.

El desplazamiento longitudinal (sustancialmente horizontal, rigidez máxima) o la adaptabilidad disponible es deseablemente no más de ± 10 mm, preferentemente no más de ± 7 mm, más preferentemente no más de ± 5 mm desde una posición longitudinal neutra, para mantener la estabilidad posicional del árbol como en los sistemas convencionales.

Normalmente, el índice de rigidez longitudinal/horizontal/máximo es de al menos 30000 N/mm, más preferentemente de al menos 40000 N/mm. Usualmente no es más de 60000 N/mm, más preferentemente no más de 50000 N/mm. Normalmente, el índice de rigidez vertical/mínimo no es más de 2000 N/mm, más preferentemente no más de 1500 N/mm. Usualmente, el índice de rigidez vertical/mínimo es de al menos 500 N/mm, más preferentemente de al menos 700 N/mm.

El experto en la materia comprenderá que esta relación muy alta de rigidez longitudinal a vertical en la conexión resiliente en el pivote permite una adaptabilidad vertical suficiente para permitir la articulación de la suspensión al conducir alrededor de esquinas y sobre superficies irregulares de modo que la dirección y el manejo pueden ser satisfactorios y no necesitan verse afectados negativamente a pesar del uso de vigas rígidas.

La viga rígida es preferentemente de construcción fabricada, es decir, al menos el cuerpo de la viga está formado o ensamblado a partir de uno o más elementos metálicos en forma de lámina o de placa en lugar de colarse o forjarse como un cuerpo sólido, aunque lo último es una opción. Esto permite una reducción significativa de peso y coste, incluida la reducción de peso con respecto a las vigas de resorte (que deben ser gruesas y pesadas para proporcionar suficiente resistencia a la flexión para soportar el peso del vehículo). La viga o al menos el cuerpo principal de la misma tiene deseablemente paredes laterales espaciadas opuestas, tales como un canal abierto o sección de caja. Las paredes laterales espaciadas en forma de lámina pueden formarse con rebajes u orificios pasantes correspondientes y que reciben un exterior del árbol. Una conexión de árbol/viga rígida puede realizarse de forma segura mediante el enganche de los bordes de la pared de la viga con el árbol o con elementos conectores de árbol en forma de capa o en forma de manguito, tal como un manguito conector que se ajusta alrededor del árbol, obviando conjuntos de abrazaderas sólidas pesadas. Tal manguito conector puede estar conectado al árbol por medio de indentaciones complementarias del manguito y el árbol, deseablemente hacia dentro, deseablemente plurales, deseablemente en una matriz distribuida circunferencialmente alrededor del manguito y el árbol. Preferentemente, estas indentaciones se forman simultáneamente en el manguito y el árbol con el manguito ajustado alrededor del árbol, por ejemplo como se describe en el documento WO2012/044802. Deseablemente, la conexión árbol/viga no comprende ninguna soldadura sobre el árbol. El manguito mencionado u otro conector en forma de capa puede conectarse a la viga mediante soldadura, por ejemplo, alrededor de un rebaje conformado formado en la viga tal como en una o más paredes laterales o paredes verticales de la misma.

Sin embargo, pueden usarse otras formas de estructura de conexión de árbol/viga rígida, incluidas las estructuras de conexión conocidas que usan cualquiera de asientos, abrazaderas, pernos y similares.

El árbol puede ser un árbol tubular hueco o fabricado, al menos en una porción del cuerpo del árbol a la que se conectan las vigas. Los extremos del árbol pueden tener formaciones suplementarias que soportan husillos de árbol. Los extremos de árbol pueden tener cuellos de cisne u otras formaciones desplazadas por lo que los ejes de los husillos del árbol están por encima de un eje del cuerpo del árbol.

El árbol puede portar un sistema de frenos para las ruedas del mismo.

Preferentemente, el sistema es un sistema de suspensión neumática, que comprende al menos un resorte de aire que se conecta entre las vigas y/o el árbol por debajo y el bastidor del vehículo por arriba. Puede haber un resorte de aire respectivo en cada lado del sistema, deseablemente con una montura de resorte de aire inferior en la viga respectiva. Tal montura de resorte de aire puede fabricarse en el lado superior de la viga por encima, adyacente o detrás de la conexión árbol/viga.

El sistema de árbol/suspensión puede ser un sistema de árbol elevable, que comprende un mecanismo de elevación para elevar el árbol con respecto al bastidor del vehículo con pivote hacia arriba de las vigas. Puede haber respectivos mecanismos de elevación subsidiarios en los dos lados del sistema. El o cada mecanismo de elevación puede comprender un elemento accionador -normalmente operable por extensión, tal como un elemento neumático o hidráulico o un resorte precomprimido- que actúa entre un montaje fijo, por ejemplo, fijado sobre o con respecto al bastidor a través de un colgador que proporciona el montaje del bastidor de la viga, y un estribo accionado fijado al árbol o viga en una posición distal del mismo, es decir, espaciado del pivote, por ejemplo, adyacente al árbol.

Pueden incluirse uno o más amortiguadores de choques (amortiguadores) en el sistema de suspensión, tal como en cada conjunto de suspensión, puede proporcionarse un soporte de absorbedor de impactos inferior en la parte superior de la viga. Un soporte de absorbedor de impactos superior puede proporcionarse por separado al bastidor del vehículo por encima, o integrarse en un elemento de montaje del bastidor, tal como un colgador, que también lleva la conexión de pivote para la viga.

El árbol suele ser un árbol no direccional, pero la invención también es aplicable a árboles direccionados.

A continuación se discuten construcciones preferidas para el casquillo resiliente en el montaje pivotante de la viga a la montura del bastidor. Como se sabe bien, puede proporcionarse una relación de adaptabilidad entre índices de elasticidad longitudinales superiores y verticales inferiores por medio de huecos superiores e inferiores en una estructura de relleno de elastómero del casquillo entre las monturas interior y exterior. Dichos huecos se prefieren en el casquillo resiliente usado en el presente documento. Por consiguiente, el casquillo puede comprender elementos elásticos anteriores y posteriores que se extienden sólidamente entre las monturas interior y exterior para proporcionar la rigidez longitudinal, con huecos arriba y abajo por lo que la rigidez vertical surge principalmente del cizallamiento vertical de los elementos anteriores y posteriores.

Nuestro documento WO1998/009094 divulga casquillos de viga de suspensión de remolque con huecos superior e inferior que proporcionan un índice vertical menor que el índice longitudinal en un intervalo de desplazamiento corto; en la práctica, la relación del índice de rigidez en las realizaciones comerciales de estas propuestas ha sido de aproximadamente 2,5.

Con relaciones de adaptabilidad/rigidez elevadas, y especialmente como las que se proponen en el presente documento, es generalmente deseable evitar una presión excesiva en los elementos elásticos o adaptables. Para esto puede usarse cualquiera de una gama de medios, incluyendo en particular los medios conocidos en la técnica de los bujes. Un medio adecuado es intercalar uno o más elementos rígidos, por ejemplo, elementos metálicos, en las porciones de elastómero proporcionando adaptabilidad resiliente. Esto divide el elastómero en una serie de dos o más subelementos que se extienden radialmente, controlando el movimiento de modo que la presión se distribuya entre los subelementos, y se evite el desgarro local. Tal provisión de intercalado de metales es conocida en la técnica. En la presente propuesta, preferentemente, cada uno de los elementos elastoméricos anteriores y posteriores tiene dos o más intercalados metálicos. Como se sabe, estos intercalados son deseablemente formas de placa, usualmente pegadas íntimamente al elastómero, por ejemplo, como resultado de curado/vulcanización en contacto. Pueden tener una forma cóncava hacia dentro o convexa hacia fuera para complementar la geometría axial del casquillo.

Deseablemente, la unidad de montura interior es o comprende un cuerpo sólido, tal como un cuerpo metálico, con caras anterior y posterior convexas hacia fuera, por ejemplo, subcaras en ángulo hacia fuera, para promover una compresión uniforme de los elementos de elastómero anteriores y posteriores. De nuevo, esta es una particularidad conocida en sí misma. La forma de la cara anterior/posterior de la unidad de montura interior puede conformarse a la forma de los intercalados metálicos como se ha discutido anteriormente.

Los huecos superior e inferior pueden extenderse sustancial o totalmente hasta la montura exterior y/o sustancial o totalmente hasta la unidad de montura interior, para maximizar el espacio para el movimiento relativo de baja resiliencia (alta adaptabilidad) en la dirección vertical. Preferentemente, sin embargo, se proporcionan parachoques resilientes en las caras superior e inferior de la unidad de montura interior y/o en las caras interiores superior e inferior de la montura exterior, para evitar daños si estas monturas se desplazan relativamente a su límite vertical. Tales parachoques pueden ser de elastómero, por ejemplo, como está presente en otras partes del casquillo, o de otro material plástico. Las partes de elastómero del casquillo pueden formarse por separado unas de otras o formarse juntas, tal como integradas en un todo de una pieza, por ejemplo, formarse en un solo proceso de curado o vulcanizado en contacto con los elementos de casquillo metálicos como se conoce bien en la técnica. Deseablemente, los componentes de montura de casquillo interior y exterior pueden moverse al menos el 50 %, más preferentemente al menos el 60 % o al menos el 70 % de su movimiento relativo vertical máximo antes de cualquier contacto de tope, por ejemplo, en un parachoques como se ha mencionado anteriormente. El desplazamiento adicional después de tal contacto puede ser comprimiendo uno o más parachoques. Puede haber un aumento, por ejemplo, un aumento progresivo, del índice de elasticidad para un desplazamiento adicional más allá del contacto.

Además de proporcionar adaptabilidad vertical, los casquillos de viga -como con casquillos de viga conocidos, por ejemplo, en suspensiones de remolques- deben acomodarse al movimiento correspondiente al pivote de la viga, usualmente con torsión resiliente en el casquillo. Tal movimiento puede acomodarse donde los elementos de elastómero anteriores y posteriores están separados por huecos superior e inferior sustanciales, como se ha descrito anteriormente. O, pueden proporcionarse medios adicionales para acomodar el movimiento de torsión con o sin resiliencia. De acuerdo con una realización preferida en las presentes propuestas, esto se logra proporcionando un casquillo interno en la unidad de montura interior. Por consiguiente, esta unidad puede comprender una pieza o bloque exterior con una cavidad interna que se extiende en la dirección axial del casquillo y que contiene un elemento elastómero -tal como un elemento elastómero cilíndrico que puede no tener huecos- y una parte de montaje central rígida tal como un tubo o pasador que se extiende a través de este elemento elastómero. El casquillo interno proporciona la deformación por torsión del elemento elastomérico interno cuando hay una rotación relativa de la parte de montaje central y la pieza circundante de la unidad de montura interna, desacoplando así parte del rendimiento de resorte de torsión de los elementos de resorte circunferencialmente altamente discontinuos que proporcionan la característica general de los desplazamientos transversales al eje.

Por consiguiente, una forma adecuada de buje usada en la invención comprende una montura exterior, una unidad de montura interior posicionada dentro de la montura exterior con una separación, elementos elastoméricos anteriores y posteriores que se conectan entre la montura exterior y la unidad de montura interior en posiciones delantera y trasera, definiendo huecos superior e inferior que separan sustancialmente los elementos elastoméricos anteriores y posteriores, parachoques de protección superior e inferior orientados hacia los huecos superior e inferior para impedir el contacto rígido directo entre la unidad de montura interior y la montura exterior en el desplazamiento relativo vertical máximo, y elementos metálicos intercalados que dividen los elementos de elastómero anteriores y posteriores para limitar la presión local en los mismos; definiendo la unidad de montura interior una cavidad interior que contiene un elemento elastómero y una parte de montaje central rígida (en la que el casquillo se fija al componente externo relevante, tal como la montura de bastidor de la suspensión) en el interior del elemento elastómero.

Este casquillo de pivote puede tener características altamente direccionales. Por lo tanto, se prefiere proporcionar una o más formaciones de estribo localizadas circunferencialmente en la montura exterior para enganchar mecánicamente con las correspondientes formaciones de estribo localizadas circunferencialmente en el componente del conjunto de suspensión al que está fijado -en la viga o montura de bastidor, usualmente la viga- para sujetar el casquillo en una alineación rotacional predeterminada con respecto a ese componente. Una alternativa es hacer el casquillo no circular y que encaje en un rebaje o montaje correspondientemente no circular del componente, para impedir que el casquillo se desalinee.

Generalmente, los elementos de elastómero de los casquillos requieren una precompresión radial sustancial para evitar cualquier tensión en operación. En las presentes propuestas, esto se puede lograr, como se sabe bien, proporcionando la carcasa o armazón (montura exterior) del casquillo libre (inicialmente formado, sin comprimir) como dos o más partes espaciadas separadas que se empujan juntas, por ejemplo, para formar una forma tubular continua cuando el casquillo se comprime hasta su condición operativa. Por consiguiente, la forma preferida anterior del casquillo con elementos de elastómero anteriores y posteriores u otros puede tener partes elementos separados, por ejemplo, partes de carcasa anterior y posterior (montura exterior) unidas a estos. Dado que el requisito para una adaptabilidad vertical sustancial significa que los presentes casquillos pueden ser de un tamaño sustancial, una propuesta preferida adicional en el presente documento es proporcionar formaciones de interbloqueo de estas monturas exteriores o partes de carcasa que se superponen o enclavan circunferencialmente en la posición/condición instalada del casquillo. Una parte de carcasa puede tener un saliente o una serie de salientes que se extienden hacia un rebaje o una serie de rebajes correspondientes de otra parte de carcasa. Esto inhibe que las partes del casquillo se muevan axialmente las unas con respecto a las otras, por ejemplo, inhibiendo la posible salida del casquillo de su montaje.

Un montaje preferido para el casquillo es un tubo de metal, preferentemente comprendido o fijado en el extremo de pivote de la viga rígida, preferentemente fijado mediante soldadura.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se describirán las realizaciones de las presentes propuestas a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

las figuras 1 y 2 muestran una construcción de la técnica anterior y ya se han descrito;

la figura 3 es una vista en perspectiva desde el frente que muestra un sistema de árbol/suspensión de brazo trasero que incorpora la invención;

la figura 4 es una vista correspondiente que muestra el árbol y las vigas del sistema;

la figura 5 es una vista en perspectiva que muestra detalles de una viga;

la figura 6 es una vista en perspectiva de una primera realización de un casquillo para el sistema;

la figura 7 es una vista en perspectiva de una segunda realización de un casquillo, con una fijación de montura interior diferente;

la figura 8 es una vista en perspectiva de una tercera realización de un casquillo, con una particularidad de interbloqueo de la carcasa;

las figuras 9(a) y (b) son vistas en perspectiva de un tubo de montaje de casquillo y de una cuarta realización de un casquillo con particularidad antirrotación, la figura 9 (c) los muestra ensamblados;

la figura 10 es una vista de frente (axial) del casquillo de la primera realización en su posición de reposo; las figuras 11(a) y 11 (b) muestran las posiciones del casquillo de la figura 10 correspondientes a las posiciones más baja y más alta del extremo de la viga;

la figura 12 es una sección transversal del árbol que muestra parte de una conexión árbol/viga, y la figura 13 es una vista frontal del sistema de árbol/suspensión que muestra la articulación y la adaptabilidad del sistema sobre una superficie irregular.

Descripción detallada

Con referencia a las figuras 3 a 5, el sistema de árbol/suspensión 1 para un árbol de elevación media en el tractor de un vehículo tractor-remolque comprende un árbol 5 y un conjunto de suspensión 2 en cada extremo del árbol 5 mediante el cual se soporta el árbol con respecto a los miembros de bastidor longitudinales (no mostrados, pueden ser convencionales) que se extienden a lo largo de cada lado del vehículo. Cada conjunto de suspensión 2 incluye una viga rígida 4 -una viga trasera, en este ejemplo, aunque puede ser una viga delantera en otras realizacionesconectada en su extremo anterior 41 a través de una conexión pivotante 21 al extremo inferior de un colgador 3 de bastidor fijado al respectivo miembro de bastidor. La viga 4 está fijada al árbol 5 en su extremo posterior 42.

El colgador 3 depende de una placa de fijación 31 empernada al bastidor de una manera generalmente conocida, y proporciona en su extremo inferior un montaje de pivote 32 con un par de rebordes de mejilla 321 espaciados.

La viga 4 -véanse especialmente las figuras 4 y 5- es una construcción rígida fabricada hecha a partir de una placa de acero, que tiene una sección de caja con placas laterales 431 opuestas, una placa superior 432 y una placa inferior. Un tubo de montaje de casquillo 44 cilíndrico se fija en el extremo anterior (extremo de pivote) 41 de la viga mediante soldadura en orificios circulares en los extremos de las placas laterales 431, con su eje horizontal. En su parte posterior (extremo del árbol) 42 de la viga, las placas laterales 431 tienen aberturas circulares 46 que reciben un tubo de cuerpo del árbol y se fijan a él como se describe más adelante.

El árbol 5 es una construcción hueca fabricada que tiene un tubo 51 de cuerpo cilíndrico principal, un cuello de cisne o porción de manivela 52 unida en cada extremo que porta un tubo de montaje de husillo 53 en el que se fija un husillo 54 para una rueda 57. En un árbol de elevación media, tal cuello de cisne o caída proporciona holgura, por ejemplo, para componentes de transmisión. En otros árboles, por ejemplo, árboles de apoyo, esto puede no ser necesario y el árbol puede ser recto. En esta realización, el sistema de árbol/suspensión 1 también incorpora sistemas de freno para las ruedas 57: los detalles pueden ser como se conoce y la figura 4 muestra una placa de torsión 55 de este; pueden usarse otros tipos de frenos. Otra particularidad de esta realización y generalmente preferida en el presente documento es que la manivela o porción de caída 52 comprende un manguito 521 que se ajusta alrededor del extremo del árbol y se fija a él por medio de un juego de indentaciones internas complementarias del manguito y el árbol distribuidas circunferencialmente alrededor del manguito y el árbol. Estas indentaciones se forman simultáneamente en el manguito y en el árbol con el manguito ajustado alrededor del árbol, por ejemplo, como se describe en el documento WO2012/044802. Deseablemente, esta conexión árbol/manivela no comprende ninguna soldadura sobre el árbol.

De acuerdo con las propuestas del documento WO2012/044802 indicado anteriormente, la conexión árbol/viga 25 se forma sin ninguna soldadura directa o empernado al tubo 51 del árbol. Tal y como se muestra en las figuras 4 y 12, un manguito conector 58 metálico se ajusta estrechamente alrededor del tubo 51 del árbol en la región que se va a conectar, y se crea una junta engastada 580 formando una serie de indentaciones 582, 583 espaciadas circunferencialmente alrededor de estos tubos, mediante un dispositivo de engaste mecánico de compresión o de reducción que los indenta simultáneamente, como se muestra en la figura 12. La deformación plástica de las indentaciones 582 del manguito de conexión es mayor que la de las indentaciones 583 del tubo del árbol en el interior, de modo que luego se presionan juntas dando alta resistencia y rigidez. La superficie exterior del manguito de conexión 58 se suelda entonces alrededor de los orificios 46 del árbol circular en la viga para fijar el árbol rígidamente a la viga. Debido a que el tubo 51 del árbol no se ve afectado por el calor por la soldadura directa, no sufre reducción de resistencia y puede usarse un tubo 51 de árbol de sección más ligera que en las conexiones soldadas normales; esto puede reducir el peso total.

El eje bajo del tubo 51 del cuerpo de árbol con respecto a los husillos 54 de las ruedas en la presente construcción proporciona holgura adicional para las estructuras debajo del vehículo, especialmente para elevar el árbol.

En el extremo posterior 42 de la viga, se proporcionan puntos de montaje 437 de resorte de aire con aberturas de sujeción adecuadas a lo largo de la parte superior de cada placa lateral 431 de la viga. Sobre estos se monta una plataforma de montaje 47 de resorte de aire fabricada (figura 3) y soporta la placa inferior 71 de un resorte de aire 7, cuya placa superior 72 se conecta a una ménsula de montaje superior 73 para su fijación al miembro de bastidor del vehículo de arriba. La naturaleza y función de dichos resortes de aire es bien conocida y no es necesario explicarla más. Las posiciones de los resortes de aire con respecto al árbol y a las vigas pueden variar de acuerdo con el contexto técnico y los conocimientos especializados, por ejemplo, el resorte de aire puede montarse detrás (más allá) del árbol en una extensión de o desde el extremo de la viga.

Se puede considerar que cada viga 4 tiene un cuerpo de viga 43 que se extiende entre las formaciones de seguridad del extremo del pivote y del extremo del árbol descritas anteriormente y que tiene la sección de caja mencionada. En esta realización, la parte media del cuerpo de viga 43 proporciona un punto de montaje 438, de nuevo con aberturas de sujeción adecuadas, para un componente de montura 48 fabricado discreto que proporciona un montaje inferior para un absorbedor de impactos (amortiguador) 8 cuyo extremo superior está montado a un montaje superior 38 proporcionado como parte del colgador 3, aunque alternativamente puede fijarse directamente al bastidor del vehículo. El componente de montura 48 fabricado en la viga también tiene un brazo interno 488 integral que constituye un punto de reacción superior para un mecanismo de elevación 9 del árbol. El mecanismo de elevación 9 comprende un accionador de elevación 91 extensible, tal como un accionador neumático, operable para empujar hacia arriba el brazo 488 del componente 48 de arriba con respecto a un estribo de montaje de elevación 39 fijo debajo del cual sobresale desde la parte inferior del colgador 3. La extensión controlada de los accionadores de elevación 91 a cada lado de la suspensión eleva el árbol 5 hacia el bastidor, con pivote en las conexiones colgador-viga 21, elevando las ruedas 57 fuera del contacto con la carretera como es bien conocido. Un montante transversal de soporte 35 se conecta rígidamente entre los extremos inferiores de los dos colgadores 3 para estabilizar la estructura. Este montante opera para reaccionar directamente a las cargas laterales que surgen durante el giro del vehículo y reduce las cargas de torsión en el bastidor del vehículo por encima.

La construcción descrita se basa en gran medida en componentes fabricados, hechos de elementos de placa y tubo en existencias por formación y unión y que pueden ser de peso ligero.

A continuación, se describe la conexión de pivote 21 característica entre cada colgador 3 y la viga 4. Un casquillo 6 -mostrado generalmente en la figura 4, con más detalle en la figura 6, y esquemáticamente en operación en las figuras 10 y 11- está fijado en el tubo de montaje de casquillo 44 en el extremo anterior de cada viga 4. La función especial del casquillo 6 es proporcionar una adaptabilidad vertical sustancial e independiente a cada lado del sistema de suspensión 1 de modo que la rigidez del conjunto árbol/viga 4, 5 no interrumpa la dirección y el manejo del tractor al tomar curvas o pasar por encima de un suelo irregular. Con este fin, el casquillo 6 proporciona una adaptabilidad vertical inusualmente grande y suave, combinada con la adaptabilidad longitudinal convencionalmente restringida necesaria para la estabilidad y el manejo.

Los principales elementos funcionales del buje 6 son una montura exterior en forma de armazón o carcasa cilíndrica 63, una unidad de montura interior 61 en forma de un bloque o pieza 611 de metal generalmente prismático que se extiende axialmente dentro del armazón exterior 63, y un relleno de elastómero 64 que soporta la unidad de montura interior 61 coaxialmente con el armazón exterior 63. El armazón exterior 63 puede ser de acero. Los elementos de elastómero del relleno pueden formarse y pegarse mediante moldeo y curado sobre los elementos metálicos, de una manera conocida que no necesita describirse aquí.

El buje proporciona un desplazamiento vertical inusualmente grande, por ejemplo, de aproximadamente ± 25 mm, y puede tener normalmente de 130 a 180 mm de diámetro. La combinación de baja rigidez vertical con alta rigidez longitudinal se logra mediante elementos de elastómero anteriores y posteriores 641 esencialmente confinados a las regiones delante y detrás del bloque 611 de la unidad de montura interior, con huecos superior e inferior 66, 67 sustanciales definidos entre la unidad de montura interior 61 y las regiones superior e inferior de los armazones exteriores 63. Solo una pequeña pieza de parachoques 65 de elastómero en cada una de las caras superior e inferior 612 del bloque 611 de montura interior los separa. Las figuras 11(a), (b) muestran los modos de desplazamiento vertical del casquillo 6 que muestran cómo los elementos anteriores y posteriores 641, que deben proporcionar solo un desplazamiento longitudinal limitado convencional (por ejemplo, de aproximadamente ± 3 a 4 mm) que no requeriría grandes dimensiones radiales, no obstante, deben ser grandes en extensión radial para poder cizallar lo suficiente para permitir el gran desplazamiento vertical. De acuerdo con principios conocidos, para distribuir y limitar la presión en estos elementos, se proporciona un juego de intercalados metálicos 643 para separar cada elemento en subcapas de elastómero 642. Por consiguiente, cuando el casquillo alcanza los límites de desplazamiento vertical como se muestra en las figuras 11 (a) y (b) la presión en cada capa de elastómero 642 está limitada y controlada por la división en subcapas y la adhesión a los intercalados metálicos 643, permitiendo las grandes deformaciones por cizallamiento mostradas sin daño.

El bloque de metal 611 de la unidad de montura interior 61 tiene caras laterales convexas 613 -proporcionadas en esta realización como un par en ángulo de caras planas- para una compresión eficiente del elastómero que proporciona un alto índice de elasticidad en el desplazamiento longitudinal. Los intercalados metálicos 643 tienen formas en ángulo o dobladas correspondientemente para complementar esta forma.

De acuerdo con principios bien conocidos, el buje 6 se instala en una condición precomprimida del relleno de elastómero 64 proporcionando el armazón exterior 63 como un par de partes de armazón 631 pegadas a los respectivos elementos de elastómero 641. Cuando se instalan, las partes de armazón 631 forman el armazón cilíndrico 63 con una línea de unión 632 donde se encuentran sus bordes.

Una particularidad particular de la presente realización es la provisión de un casquillo interno 69 dentro de la propia unidad de montura interior 61. Específicamente, el bloque de metal principal 611 de la unidad interior tiene un orificio pasante 615 cilíndrico axial central ocupado por una pieza de montura central metálica rígida 617 con un cuerpo cilíndrico y por un relleno de elastómero interno 616 que rodea y soporta la pieza de montura central 617 en el orificio central para el grado de movimiento radial resiliente y de rotación relativa entre la pieza de montura central 617 y el bloque 611. En esta realización, la pieza de montura central es un tubo 617, por ejemplo, para el montaje con pernos. La figura 7 muestra una alternativa en la que la pieza de montura central es un pasador de barra 618 con extremos salientes para el montaje a horcajadas. El relleno de elastómero interno 616 está pegado a los componentes metálicos adyacentes para proporcionar una resistencia a la torsión resiliente. Es un manguito cilíndrico simple, que proporciona una pequeña adaptabilidad radial uniforme en todas las direcciones. Permite que la respuesta de torsión del casquillo a los movimientos angulares, generalmente pequeños, de la viga 4 se desacople en cierta medida de su respuesta resiliente a los movimientos verticales de la unidad interior 61 con respecto al manguito exterior 63 con flexión de los elementos de elastómero principales 641.

La figura 8 muestra un refinamiento en el que los extremos de las partes de armazón 631 tienen formaciones de interbloqueo, en este caso un solo saliente 635 en una que complementa un solo rebaje 636 en la otra, para inhibir el movimiento axial relativo que podría hacer que el casquillo salga de su tubo de montaje 44. Se entenderá que pueden usarse una variedad de diferentes formaciones de carcasa para lograr esta ventaja.

La figura 9 muestra un refinamiento opcional para alinear el casquillo 6 rotacionalmente en su montaje e inhibir su rotación, teniendo en cuenta que la diferencia entre su rigidez vertical y horizontal es grande e importante, y el casquillo debe estar correctamente orientado con respecto al sistema. y al suelo. Hay varias formas de asegurar esto. En la realización ilustrada, la carcasa 63 del casquillo está formada con una espiga de resorte 639 desplazable radialmente que tiene salientes 638 hacia fuera. Estos pueden engancharse selectivamente en una ranura 446 correspondiente en la pared del tubo de montaje 44 cuando el casquillo está ensamblado y montado.

En el buje ejemplificado, por ejemplo, el índice longitudinal puede ser de 40000 a 50000 N/mm y el índice vertical de 700 a 1400 N/mm. La relación de rigidez longitudinal a vertical (índice de elasticidad) puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 35:1 y se ha comprobado que esto proporciona una buena adaptabilidad y rendimiento de conducción con un árbol de elevación media. Pueden usarse otras relaciones e índices dependiendo del tipo de vehículo, carga por árbol esperada y similares.

La figura 11 muestra el sistema de árbol/suspensión en operación con las ruedas 57 moviéndose sobre un terreno irregular X, y una inclinación resultante en el árbol 5 siendo acomodada por un desplazamiento vertical sustancial del buje 6 de conexión de pivote en el lado izquierdo de la figura, de modo que el juego árbol-viga que de otro modo sería rígido no trastorne el bastidor del vehículo de arriba.

El experto en la materia comprenderá que las realizaciones mostradas son a modo de ejemplo y que está disponible una amplia gama de realizaciones alternativas, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de árbol y de suspensión, para un vehículo pesado, que tiene un bastidor de vehículo con un eje longitudinal correspondiente a una dirección de conducción del vehículo, comprendiendo el sistema:

un árbol de vehículo (5), que se extiende transversalmente, y que tiene un primer y un segundo extremos, y un conjunto de suspensión (2) en cada extremo del árbol, para soportar el árbol,

comprendiendo cada conjunto de suspensión (2):

una montura de bastidor (3) para la unión fija al bastidor del vehículo, y

una viga de suspensión longitudinal rígida (4), conectada fijamente al árbol en una estructura de conexión de árbol a viga, y conectada de forma pivotante a la montura de bastidor (3) a través de un casquillo resiliente adaptable (6), conectando de este modo el árbol a la montura de bastidor;

caracterizado por que dicho casquillo (6) tiene una relación de adaptabilidad, siendo la relación entre el índice de elasticidad longitudinal del casquillo y su índice de elasticidad vertical, de al menos 10:1.

2. Sistema de árbol y de suspensión de la reivindicación 1, en el que dicha relación de adaptabilidad es de al menos 15:1.

3. Sistema de árbol y de suspensión de la reivindicación 1, en el que dicha relación de adaptabilidad es de al menos 25:1.

4. Sistema de árbol y de suspensión de las reivindicaciones 1, 2 o 3, en el que la viga rígida (4) es de una construcción fabricada, estando formado o ensamblado un cuerpo de la viga a partir de uno o más elementos metálicos en forma de lámina o de placa.

5. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho casquillo (6) proporciona una adaptabilidad vertical de al menos 15 mm, preferentemente, de al menos 20 mm, en una o en ambas direcciones de desplazamiento vertical, relativo desde la posición neutra.

6. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho casquillo (6) proporciona una adaptabilidad longitudinal de no más de 10 mm, preferentemente de no más de 5 mm, en una o en ambas direcciones de desplazamiento longitudinal relativo desde una posición longitudinal neutra.

7. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es un sistema de árbol elevable, que comprende un mecanismo de elevación (9) para elevar el árbol (5) con pivote hacia arriba de las vigas (4) con respecto a las monturas de bastidor (3).

8. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho casquillo (6) comprende una unidad de montura interior (61), comprendida en o conectada a una de la viga (4) y la montura de bastidor (3), una montura exterior (63), comprendida en o conectada a la otra de la viga (4) y a la montura de bastidor (3), y una porción de relleno de resorte elástico (64), que comprende uno o más elementos de elastómero (641), que se extienden entre la unidad de montura interior (61) y la montura exterior (63), y proporcionan una adaptabilidad resiliente en el desplazamiento relativo del mismo.

9. Sistema de árbol y de suspensión de la reivindicación 8, en el que uno o más o cada uno de los elementos de elastómero (641) comprende uno o dos o más intercalados rígidos (643), que dividen el elemento de elastómero en una serie de subelementos (642).

10. Sistema de árbol y de suspensión de las reivindicaciones 8 o 9, en el que la porción de relleno de resorte elástico (64) comprende elementos de elastómero anteriores y posteriores (641), que se extienden sólidamente entre la unidad de montura interior (61) y la montura exterior (63), y están definidos como huecos superior e inferior (66, 67) entre la unidad de montura interior y la montura exterior.

11. Sistema de árbol y de suspensión de la reivindicación 10, que comprende porciones de parachoques (65) de protección deformables superior e inferior, orientados hacia los huecos superior e inferior (66, 67), para evitar el contacto rígido directo entre la unidad de montura interior (61) y la montura exterior (63).

12. Sistema de árbol y de suspensión de las reivindicaciones 10 u 11, en el que la unidad de montura interior (61) y la montura exterior (63) pueden moverse al menos el 50 %, preferentemente, al menos el 70 %, de su movimiento relativo vertical máximo sin contacto contiguo a través del hueco superior o inferior (66, 67).

13. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que la unidad de montura interior (61) define una cavidad interior (615), que contiene un elemento de elastómero (616) y una parte de montaje central rígida (617).

14. Sistema de árbol y de suspensión de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el casquillo (6) comprende una carcasa exterior (63) con partes discretas (631), que se encuentran alrededor del casquillo, teniendo las partes de carcasa formaciones de interbloqueo (635, 636), que se superponen o interbloquean circunferencialmente para inhibir que se muevan axialmente las unas con respecto a las otras.

15. Vehículo pesado con un bastidor de vehículo, que comprende un sistema de árbol y de suspensión como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 con las monturas de bastidor (3) del mismo, fijadas a los respectivos miembros de bastidor del bastidor del vehículo, siendo las monturas de bastidor colgadores que dependen del bastidor.

16. Vehículo pesado de la reivindicación 15, en el que dicho árbol (5) es un árbol de elevación media o árbol de apoyo.

17. Vehículo pesado de las reivindicaciones 15 o 16, que comprende respectivos resortes de aire (7) que se conectan entre dichas vigas (4) y/o un árbol (5) y el bastidor del vehículo de arriba.