1S April 201M
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Campo de la Invención La invención se refiere a sistemas de suspensión para vehículos y en particular a suspensiones para remolques de semi-tractor que incorporan brazos remolcadores de fundición de una pieza sencilla. Antecedentes de la Invención Las suspensiones de vigas de remolque para combinaciones de semi-tractor y remolque son bien conocidas en la industria camionera. Una suspensión típica de una viga remolcadora comprende una escuadra de la barra de suspensión suspendida de un riel del chasis de un remolque. Una viga o brazo remolcador se coloca montado' en pivote a un extremo de la escuadra de la barra de suspensión, para permitir que la viga remolcadora haga pivote alrededor de un eje horizontal. La conexión en pivote puede comprenden una conexión con bujes elásticos. El extremo libre de la viga remolcadora se coloca a un resorte que a su vez, se coloca al riel del chasis del remolque para amortiguar el movimiento. El resorte puede comprender un resorte mecánico tal como un resorte de serpentín o un resorte de aire. Se coloca un eje transversalmente a un par de vigas de remolque en cada lado del remolque a través de una conexión rígida o elástica del eje a la viga. Se pueden colocar otros componentes de
Ref . : 157671 2
strsp nsiOn y Gt¾??~¾ la viga remolcadora y/ 6 al eje; tal como un ensamble de frenos, barras guía y amortiguadores. Las vigas de remolque pueden tener una diversidad de formas y secciones transversales, y se fabrican típicamente al soldar componentes individuales en el ensamble final, con lo cual se suministra una viga con una sección transversal hueca. Un ejemplo de la viga se describe en la patente de E.U.A. No. 5,366,237 a Dilling et al. Tales vigas se diseñan típicamente para un esfuerzo máximo al cual se someterá la viga en cualquier punto sobre la viga. Este enfoque resulta en secciones de la viga que tienen más material del que es necesario para el esfuerzo máximo impuesto sobre la viga en esa sección. Este material en exceso agrega costo y peso de la viga. Además, las soldaduras inducen esfuerzos en la viga que pueden contribuir a una falla prematura de la viga. Los esfuerzos inducidos por la soldadura se pueden minimizar al depositar las soldaduras que son de un grosor consistente. Sin embargo, tales técnicas de soldadura detalladas también pueden incrementar el costo de fabricación y el peso. La colocación del eje a la viga se hace típicamente a través de un tipo de conexión soldada tal como la que se describe en la patente de E.U.A. No. 5,366,237 para Dilling et al. Las conexiones soladas pueden inducir esfuerzos en el eje y fracturas que pueden contribuir a una falla prematura del ejeT'"Los esfuerzos del eje inducidos por la soldadura se 3
pueden- minimizar al limitar el área soldada a la región alrededor del eje neutral del eje, y al comenzar y terminar la soldadura en el mismo punto sobre el eje. Adicionalmente , el grado y ubicación de la soldadura puede excluir la separación del eje de la viga, lo cual sería deseable con objeto de substituir un eje o viga dañado sin reemplazar las suspensión completa. Se han usado hasta ahora vigas de suspensión de fundición en la suspensión de camiones o remolques por el Holland Group, Inc. y sus antecesores en una diversidad de sistemas de suspensión. Por ejemplo, el catálogo de partes Neway/Anchorlok Master, fechado el 1 Noviembre 1992, describe en la página 108, una suspensión de un brazo remolcador AR-80-9F con una viga de suspensión de fundición. Las vigas ecualizadoras de fundición también se han utilizado en suspensiones mecánicas en tándem y se describen en el catálogo de partes Neway/Anchorlok Master en las páginas 269 y 246. Un ejemplo de una viga de resorte de fundición en una suspensión de resorte se describe en el catálogo de partes Neway/Anchorlok Master en la página 262. Una suspensión de resorte mecánica de 3 ejes con una viga de fundición, se describe en el catálogo de partes Neway/Anchorlok Master en la página 262. Una suspensión de aire del camión al tractor (ARDAB-120-5 y 240-5) con una viga forjada en "I" se describe en la página 160 del catálogo de partes Neway/Anchorlok 4
Master . La viga "T" forjada se monta a través de un eje de dos conexiones de pernos con casquillo. Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la presente invención es suministrar un sistema de suspensión para suspender un chasis de vehículo arriba de una pluralidad de ruedas que se acoplan al suelo, que incluye un eje que lleva una rueda que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y un par de ensambles de escuadra de chasis acoplados operativamente a los lados opuestos del chasis del vehículo. El sistema de suspensión también incluye un par de ensambles de brazo remolcador adaptados para montarse a los lados opuestos del chasis del vehículo y acoplados operativamente al primer extremo y el segundo extremo del eje, y acoplado operativamente a los ensamble de escuadra de chasis, en donde cada uno de los ensambles de brazo remolcador se montan en los lados opuestos del chasis del vehículo y operan acoplados al primer extremo y al segundo extremo del eje, y acoplados en forma operativa a los ensambles de escuadra del chasis en donde cada ensamble del brazo remolcador comprende un brazo remolcador que comprende una porción de viga en "I" que tiene una sección de alma o refuerzo, un primer reborde y un segundo reborde, en donde el grosor del primer reborde varía a lo largo de la longitud del mismo, y un ensamble de montaje del eje acoplado operativamente al eje de los brazos remolcadores.
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Otro aspecto de la presente invención, es proporcionar un brazo remolcador para su uso en un sistema de suspensión de vehículos, que incluye un primer extremo que comprende un asiento de eje adaptado para acoplar operativamente con el eje del vehículo y un segundo extremo adaptado para acoplar pivotalmente con una escuadra de la barra de suspensión. El brazo remolcador también incluye una primer reborde que se extiende longitudinalmente, que tiene un grosor que varía a lo largo de la longitud del mismo, un segundo reborde que se extiende longitudinalmente y una sección de alma o refuerzo que se extiende entre y substancialmente ortogonal al primer reborde y segundo reborde . Todavía otro aspecto de la presente invención, es proporcionar un sistema de suspensión para suspender un chasis de vehículo arriba de una pluralidad de ruedas que se acoplan al suelo, que incluye un eje que lleva las ruedas que tiene un primer extremo y un segundo extremo, y un par de ensambles de escuadra de chasis acoplados operativamente a los lados opuestos del chasis del vehículo. El sistema de suspensión también incluye un par de ensambles de brazo remolcador, en donde cada ensamble de brazo remolcador se adapta para montarse a los lados opuestos del chasis del vehículo, y se acoplan operativamente al primer extremo y al segundo extremo del eje respectivamente, y se acoplan operativamente a los ensambles y escuadras de chasis, y en 6
donde cada eris¾mbíe 3e brazo remolcador comprende un brazo remolcador que comprende una porción de viga en "I" que tiene una sección de alma o refuerzo, un primer reborde y un segundo reborde. El sistema de suspensión incluye además, un ensamble de montaje del eje que comprende al menos una conexión del brazo al eje de remolque soldado. Todavía otro aspecto de la presente invención, es proporcionar un brazo remolcador para su uso en un sistema de suspensión de vehículos que incluye un primer extremo que comprende un asiento del eje adaptado para colocarse directamente al eje del vehículo, y un segundo extremo adaptado para acoplarse pivotalmente con una escuadra de la barra de suspensión. El brazo remolcador también incluye una porción de viga en "I" que tiene una primer reborde que se extiende longitudinalmente, una segundo reborde que se extiende longitudinalmente y una sección de alma o refuerzo que se extiende entre y substancialmente ortogonal al primer reborde y al segundo reborde . Otro aspecto de la presente invención es proporcionar un sistema de suspensión para suspender el ensamble de un chasis de vehículo arriba de una pluralidad de ruedas que se acoplan al suelo, el ensamble del chasis del vehículo incluye un ensamble de cierre de placa rígida externa que opera entre una posición de almacenamiento y una posición en uso, el sistema "de suspensión incluye un eje que lleva ruedas que 7
tiene—tffl— rimer—extrerrro y üñ segundo extremo y üñ par de ensambles de escuadra que se acopla operativamente a los lados opuestos del chasis del vehículo. El sistema de suspensión también incluye un par de ensambles del brazo remolcador, en donde cada ensamble del brazo remolcador se adapta para montarse a los lados opuestos del chasis del vehículo, y se acopla operativamente al primer extremo y al segundo extremo del eje respectivamente, y en donde cada ensamble del brazo remolcador se acopla operativamente a los ensambles de la escuadra de chasis respectivamente. Cada ensamble del brazo remolcador incluye un brazo remolcador que comprende un primer reborde que se extiende longitudinalmente, y un segundo reborde que se extiende longitudinalmente y una secdión de alma o refuerzo que se extiende entre el primer reborde y el segundo reborde y que tiene una sección estructuralmente reforzada colocada a lo largo de la longitud del brazo remolcador, de manera tal que la placa rígida externa se empalma con el brazo remolcador próximo a la sección estructuralmente reforzada, cuando la placa rígida externa en su cierre está en la posición en uso.
Todavía otro aspecto de la presente invención, es suministrar un brazo remolcador para su uso en un sistema de suspensión para vehículos, para suspender un ensamble de chasis de vehículos arriba de una pluralidad de ruedas que se aco l n ^-! suelo- en ""donde- el ensamble del chasis de 8
eiii&ui&s—i¾ jraye un ens^mtMre~~deI cierre" de la placa rígida externa que opera entre una posición de almacenamiento y una posición en uso, el brazo remolcador incluye un primer extremo que comprende un asiento de eje adaptado para acoplarse operativamente con el eje de un vehículo, y un segundo extremo adaptado para acoplarse pivotalmente con una escuadra de la barra de suspensión. El brazo remolcador también incluye un primer reborde que se extiende longitudinalmente, un segundo reborde que se extiende longitudinalmente, y una sección de alma o refuerzo que se extiende entre el primer reborde y el segundo reborde y que tiene una sección estructuralmente reforzada colocada a lo largo de una longitud de los brazos remolcadores, de manera tal que el cierre de la placa rígida externa se empalma con el brazo remolcador próximo a la sección estructuralmente reforzada cuando el cierre de la placa rígida externa está en la posición en uso. Todavía aun otro aspecto de la presente invención, es proporcionar un sistema de suspensión para suspender un ensamble de una chasis de vehículo arriba de una pluralidad de ruedas que se acoplan al suelo, en donde el ensamble del chasis de vehículo incluye un ensamble de cierre de placa rígida externa que opera entre una posición de almacenamiento y una posición en uso, el sistema de suspensión incluye un e^e—qtte -ür va tas ruedas que " "tiene un primer extremo y un 9
Gcgundo extremo y un par de ii^ami7lgs~de~é~scuadra del chasis acoplados operativamente a los lados opuestos del chasis del vehículo. El sistema de suspensión también incluye un par de brazos remolcadores que comprende un primer extremo que comprende un asiento de eje, que se conecta directamente al eje, y un segundo extremo adaptado para acoplarse pivotalmente con la escuadra de la barra de suspensión. El brazo remolcador también incluye una primer reborde que se extiende longitudinalmente, en donde el grosor del primer reborde varía a lo largo de una longitud del mismo, un segundo reborde que se extiende longitudinalmente, en donde el grosor del segundo reborde varía a lo largo de la longitud del mismo y una sección de alma o refuerzo que se extiende entre el primer reborde y el segundo reborde y que tiene una sección estructuralmente reforzada, posicionada a lo largo de la longitud del brazo remolcador de manera tal que el cierre de la placa rígida externa se empalma con el brazo remolcador próximo a la sección estructural reforzada cuando el cierre de la placa rígida externa está en la posición en uso. Cada brazo remolcador se construye como una fundición de pieza sencilla . De conformidad con la invención, la forma del brazo o viga remolcadora se diseña para ajustarse a los esfuerzos a lo largo de la longitud y altura del brazo remolcador. Así, el área-d~e~ l~s sección Tiraris ersal 3eT "brazo remolcador varía" 10
~a lo largo de Ta longitud del brazo remolcador^ para seguir precisamente las demandas del brazo remolcador cuando está en servicio sin ningún material en exceso importante, con lo cual se optimiza su relación de fuerza a peso. Preferiblemente, la forma del brazo remolcador se determina por análisis de computadora, preferiblemente, análisis de elementos finitos. El método de diseño resulta en una configuración de brazo remolcador en cualquier sección que se ajusta precisamente al esfuerzo de diseño al cual se someterá la viga en esa sección, reduciendo el material del brazo remolcador solamente a aquel necesario en cada sección y economizando el peso y el costo. La fundición del brazo remolcador, más que ensamblar la viga de los componentes individuales que se sueldan juntos, es el método de fabricación requerido ya que fácilmente permite las dimensiones de viga precisas determinadas a partir del proceso de diseño para lograrse en la viga como se fabrica. Breve Descripción de las Figuras En las figuras: La figura 1 es una vista en elevación desde el lado de una porción del remolque que tiene un ensamble de suspensión de conformidad con la invención. La figura 2 es una vista en perspectiva superior del ensamble de suspensión que se muestra en la figura 1.
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La figura 3 es una vista en elevación desde el lado de la primera modalidad de un brazo remolcador de una viga en
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La figura 4 es una vista en perspectiva del fondo de la viga del donde de remolque de la viga en "I" . La figura 5 es una vista en sección transversal del brazo remolcador de la viga en "I", que se toma a lo largo de la viga 5-5, figura 3. La figura 6 es una vista en perspectiva de fondo aumentada de un asiento de un eje de un brazo remolcador de la viga en "I". La figura 7 es una vista lateral aumentada de un ensamble del asiento del eje del brazo remolcador de la viga "I" que se muestra en la figura 3 y un eje, que se muestra en una porción de las soldaduras usadas para conectar el eje del brazo remolcador. La figura 8 es una vista en perspectiva superior aumentada del ensamble del asiento del eje y el eje que se muestra en la figura 7 que muestra una porción de las soldaduras usadas para conectar el eje a la viga. La figura 9 es una vista en perspectiva de una segunda modalidad del brazo remolcador de la viga en "I" de conformidad con la invención; La figura 10 es una vista en elevación lateral de la segunda modalidad del brazo remolcador de la viga en I.
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La figura 11 es una vista en perspectiva del fondo de la segunda modalidad del brazo remolcador de la viga en I. La figura 12 es una vista en perspectiva superior aumentada de la segunda modalidad del brazo remolcador de la viga "I" y. La figura 13 es una vista en sección transversal de la segunda modalidad del brazo remolcador de la viga en "I" tomada a lo largo de la línea 13-13, figura 10, que muestra un eje conectado a la viga usando una conexión soldada. Descripción Detallada de las Modalidades Para los propósitos de la descripción en la presente, los términos "superior", "inferior", "derecho", "izquierdo", "posterior", "frente", "vertical", "horizontal" y derivados de los mismos, se relacionarán a la invención como se orienta en las figuras 1-3. Sin embargo, se entenderá que la invención puede asumir diversas orientaciones alternativas y secuencias de etapa, excepto donde se especifique expresamente por el contrario. También se entenderá que los dispositivos y procesos específicos ilustrados en los dibujos anexos y descritos en la siguiente especificación, son modalidades ejemplares de los conceptos inventivos definidos en las reivindicaciones anexas. Así, las dimensiones específicas y otras características físicas relacionadas a las modalidades aquí descritas, no se consideran como limitantes a menos que las reivindicaciones lo establezcan 13
expresamente de otra manera. Con referencia ahora a la figura 1, un ensamble de suspensión de un brazo remolcador 10 de conformidad con la invención, se muestra suspendido desde un riel de un chasis de remolque 12 que soporta un remolque 14. Dos ensambles de suspensión idénticos 10 se montan en tándem con el riel del chasis de remolque 12 para soportar el remolque 14 en dos conjuntos de ruedas 16. El ensamble de suspensión 10 comprende un brazo o viga remolcadora mejorado 112 en un primer extremo del riel de chasis de remolque 12 a través de una escuadra de la barra de suspensión 18. Un resorte de aire convencional 24 se coloca en un segundo extremo del brazo remolcador 112 y al riel del chasis de remolque 12. El brazo remolcador 112, se conecta rígidamente dentro de su segundo extremo a un eje convencional 22 al cual las ruedas 16 (que se muestran en el croquis) se conectan a los extremos opuestos del eje 22. El eje 22 tiene una superficie de eje exterior 23. En una aplicación típica de remolque, los dos ensambles idénticos del brazo se usan a cada lado del remolque 14 para montar el e;je 22 al riel del chasis 12 y soportar los extremos opuestos del eje 22, como se muestra en la figura 2. El ensamble de brazo remolcador 10 (figura 2) de conformidad con la invención comprende una escuadra de la barra de suspensión convencional 18 conectada rígidamente tal 14
como por perno al riel del chasis del remolque 12 (que se muestra en el croquis) . El brazo remolcador 112 se conecta elásticamente y de manera de pivote en un primer extremo a la escuadra de la barra de suspensión 18 a través de un buje elástico tri -funcional 52, tal como el que se describe en la patente E.U.A. No. 4,166,640 para Van Denberg . En la modalidad preferida, el buje elástico 52 proporciona la deflexión del brazo 112 con relación a la escuadra de la barra de suspensión 18 que es una magnitud diferente a lo largo del eje longitudinal del brazo remolcador 112 que a lo largo del eje de la escuadra de la barra de suspensión 18. Un resorte de aire convencional 24 se monta entre un segundo extremo del brazo remolcador 112 y el riel del chasis de remolque 12 en una forma convencional, tal como con conexiones de pernos. Alternativamente, el resorte de aire 24 se puede montar entre una porción central del brazo remolcador 112 y el riel de chasis de remolque 12 con el eje 22 montado en el segundo extremo del brazo remolcador 112. Un ensamble convencional de amortiguadores 28 se monta preferiblemente entre el brazo remolcador 112 y el chasis del remolque. En el ejemplo ilustrado, el ensamble de amortiguadores 28 comprende el amortiguador 48 montado en un primer extremo a través de una escuadra de amortiguadores 44 a la viga transversal del chasis del remolque 13 (se muestra en el croquis) y en un segundo extremo a través de una 15
abrazadera de un amortiguador 46 al brazo remolcador 112 '. La" abrazadera 46 se conecta fijamente al brazo remolcador 112 por medio de soldadura y similares. El ensamble de brazo remolcador 10 también se puede suministrar selectivamente con un ensamble de un accionador de frenos de tambor convencional 26 que comprende un accionador de frenos 30 y un ensamble de leva en "S" 38. El ensamble accionador de frenos 26 se puede montar en el eje 22 a través de escuadras adecuadas colocadas a él tal como por soldadura. Alternativamente, el ensamble accionador de frenos 26 se puede montar a la viga remolcadora 112, con lo cual se eliminan las soldaduras del eje. También, el ensamble de suspensión se puede suministrar con un ensamble convencional de freno de disco y frenos de disco más que frenos de tambor. El brazo remolcador (figuras 3-6) es un miembro generalmente alargado rígido que tiene un extremo proximal 56 y un extremo distal 58 y un eje longitudinal 34 (figura 4) . El extremo proximal 56 comprende una camisa de buje cilindrico hueco 60 que tiene una abertura de buje 68 y define un eje central 36 ortogonal al eje longitudinal 34 (figura 4) . El extremo distal 58 comprende un asiento de un resorte de aire 64 y un asiento de un eje 66 adaptado para una conexión rígida del eje 22. Intermedio al extremo próximo 56 (figuras 3 y 5) y el extremo distal 58, el brazo remolcador 112 tiene una sección de viga en "I" 62 que 16
e fflpir ñde- ma--alüi ? leluerzo 70, un reborde de-viga superior
72, y un reborde de viga inferior 74. El plano del alma o refuerzo 70 es generalmente ortogonal al eje central 36 de la abertura del buje 68 y coplanar con el eje longitudinal 34 del brazo remolcador 112. En la modalidad preferida, el reborde superior 72 se extiende lateralmente en una distancia igual a cada lado del alma o refuerzo 70 y ortogonalmente a ella. Sin embargo, el reborde 70 se puede extender más allá del alma o refuerzo 70 en una distancia desigual para ajustarse a los esfuerzos en el reborde, o debido a otras consideraciones tal como suministrar un espaciamiento para ajustarse a otros componentes de la suspensión o en la incorporación de chasises de montaje. Como se ilustra mejor en la figura 3, el reborde superior 72 varía en grosor a lo largo de la longitud del brazo remolcador 112 incrementando generalmente en grosor desde la camisa del buje 60 al asiento de resorte de aire 64. También el reborde superior 72, en el ancho puede variar dependiendo de la variación en los esfuerzos de diseño a lo largo del reborde y el tamaño del brazo remolcador por ejemplo, el ancho del reborde superior de una viga de 53 libras (24 kg) de aproximadamente 29 ¼ pulgadas (74.3 cm) de largo en total con una profundidad de viga de aproximadamente 5 pulgadas (12.7 cm) en "I" puede variar de 4 pulgadas (10.16 cm) -fra-stra medio "del brazo remolcador 17
ii2—haota—aproximadamente—3 pulgadas [7T62 cm) adyacentes a la camisa del buje 60. En la modalidad preferida, el reborde inferior 74 también se extiende lateralmente a una distancia igual a cada lado del alma o refuerzo 70 y ortogonalmente a ella, aunque el reborde 74 se puede extender mas allá del alma o refuerzo 70 en una distancia desigual como se describe arriba. Como se ilustra mejor en la figura 3, el reborde inferior 84 varía en grosor a lo largo del brazo remolcador 112, generalmente se incrementa en grosor desde la camisa del buje 60 al asiento del eje 66. El grosor del reborde dependerá de la variación en los esfuerzos de diseño a lo largo del reborde y el tamaño de brazo remolcador. Por ejemplo, el grosor del reborde inferior de una viga de 53 libras (24 kg) de aproximadamente 29 Vi (74.3 cm) pulgadas de longitud global con una profundidad aproximada de la viga "I" de 5 pulgadas (12.7 cm) puede variar uniformemente desde alrededor de 1 pulgada (2.54 cm) adyacente al asiento del eje 66 hasta aproximadamente 1/3 de pulgada (0.85 cm) adyacente a la camisa del buje 60. El resorte de aire 64 es una extensión generalmente de tipo placa del reborde de la viga superior 72, generalmente coplanar con ella, y que se extiende lateralmente más allá del reborde superior 72 para suministrar un asiento adecuado para el montaje y soporte de un resorte de aire 24. El a^irerrto de resurte de aire 6"4 se suministra en una pluralidad 18
d —aber Luías de montaj e del asiento de resorte de aire 108 para montar el resorte de aire 24 al brazo remolcador 112 usando sujetadores convencionales tales como conexiones con pernos . El asiento del eje 66 se forma en el extremo distal 58 de la viga 20 y se adapta para conformarse a la superficie del eje 23. El asiento del eje 66 comprende un prisionero de soldadura frontal 80, un prisionero de soldadura posterior 82, y una silleta de eje 88. El prisionero de soldadura frontal 80 es un miembro tipo varilla generalmente alargado, que se extiende preferiblemente de manera lateral a una distancia igual a cada lado del eje longitudinal de la viga 34. Sin embargo, el prisionero 80 se puede extender más allá del eje 34 a una distancia desigual para ajustarse a los esfuerzos actuales a los cuales el prisionero 80 estará sometido. El prisionero de soldadura frontal 80 tiene una superficie de contacto en un eje frontal 84 para hacer contacto con la superficie del eje 23. El prisionero de soldadura posterior 82 es un miembro tipo varilla generalmente alargado, que se extiende preferiblemente lateral a un distancia igual a cada lado del eje longitudinal 34 del brazo remolcador 112. Sin embargo, el prisionero 82 se puede extender más allá del eje 34 a una distancia desigual para ajustarse a los esfuerzos actuales a los cuales se Sjmretrera' ~el prTsTonero 82. El prisionero de soldadura 19
posterior ?G2 tiene una superficie de: contacto con un ej e posterior 86 para hacer contacto la superficie del eje 23. El prisionero de soldadura frontal 80 se fabrica como una extensión lateral del reborde inferior 74 para suministrar una continuidad de transferencia de tensión entre el prisionero 80 y el reborde 74. La silleta del eje 88 es un chasis de tipo silleta arqueada que se extiende preferiblemente de una forma lateral a una distancia igual a cada lado del eje longitudinal de la viga 34. Sin embargo, la silleta 88 se puede extender más allá del eje 34 a una distancia desigual para ajustarse a las tensiones actuales a las cuales se someterá la silleta 88. La silleta del eje 88 tiene una superficie de contacto de la silleta del eje 90 con una curvatura de alguna forma mayor que la curvatura de la superficie del eje 23. El proceso de diseño utiliza preferiblemente el método de análisis de elementos finitos cono objeto de configurar la longitud, ancho y grosor de la silleta del eje 88, para ajustarse a las tensiones a las cuales se someterán la silleta del eje 88. En la modalidad que se muestra en las figura 3-7, el ancho de la silleta del eje 88 es aproximadamente igual al ancho del reborde de la viga superior 72. Extendido entre la silleta del eje 88 y el prisionero de soldadura frontal 80 está una porción de alma o refuerzo frontal engrosada 102 con una indentación arqueada 20
generalmente que define una cavidad de soldadura frontal 92. Se extiende entre la silleta del eje 88 y el prisionero de soldadura posterior 82 una porción de una alma o refuerzo posterior engrosada 104 con una indentación generalmente arqueada que define una cavidad posterior de soldadura 94. El alma o refuerzo 70 es generalmente de un grosor consistente entre la camisa del buje 60 y el asiento del eje 66. Sin embargo como se muestra en las figuras 3 y 7, el alma o refuerzo 70 se vuelve progresivamente más gruesa próxima al asiento del eje 66 para ajustarse a las tensiones de trabajos concentradas en esta porción de viga 20. Con base en los resultados del proceso de diseño, el alma o refuerzo 70 se hace más gruesa en una primera porción del alma o refuerzo frontal engrosada 98 y una primera porción de alma o refuerzo posterior engrosada 100. Inmediatamente adyacente a las cavidades de soldadura 92, 94, el alma o refuerzo 70 se hace más gruesa además en una segunda porción de alma o refuerzo frontal engrosada 102 y una segunda porción de alma o refuerzo posterior engrosada 104. El proceso de diseño utiliza preferiblemente el método de análisis de elementos finitos con objeto de configurar precisamente la forma y el grosor de las porciones de alma o refuerzo engrosadas 98, 100, 102, 104 para ajustarse a las tensiones a las cuales el alma o refuerzo de la viga 70 próxima al asiento del eje 66 se someterá.
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En la modalidad preferida-; el brazo remolcador GG2 se fabrica usando generalmente métodos de fundición convencionales. La configuración del brazo remolcador 112 se determina precisamente, preferiblemente por un análisis de elementos finitos, de acuerdo con las tensiones de diseño a las cuales el brazo remolcador 112 se someterá en cada punto en el brazo remolcador 112. Así, se elimina el material en exceso que reduce el peso y el costo y se optimiza la relación en fuerza a peso de la viga. El uso de los métodos de fundición permite que el brazo remolcador 112 se fabrique fácilmente teniendo dimensiones precisamente determinadas, establecidas desde el proceso de diseño. Sin embargo, se pueden utilizar otros métodos de fabricación que proporcionarán una viga que tenga una sección transversal variable que corresponda cercanamente a las dimensiones establecidas durante el proceso de diseño para mantener la relación optimizada de fuerza a peso. Una pestaña de refuerzo de la silleta del eje 96, se extiende entre la silleta del eje 88 y la pestaña superior 72. La pestaña de refuerzo de la silleta del eje 96 se extiende generalmente a la misma distancia lateralmente del eje longitudinal de la viga 34 como la pestaña superior 72 y la silleta del eje 88. El proceso de diseño utiliza preferiblemente el método de análisis de elementos finitos, con objeto de configurar precisamente la forma y grosor de la 22
pestaña de refuerzo de la silleta del eje 96 para ajustarse a los esfuerzos a los cuales se someterá la pestaña 96. Al extenderse en una dirección generalmente inclinada hacia arriba desde el prisionero de soldadura posterior 82 y el asiento del resorte de aire 64 está un reborde de refuerzo del asiento de resorte de aire 106, como se muestra en la figura 3. Como se muestra en las figuras 4 y 6, el reborde de refuerzo del asiento de resorte de aire 106 es una estructura generalmente tipo placa con un ancho aproximadamente o igual a aquel de los rebordes 72, 74. El reborde de refuerzo del asiento del resorte de aire 106 se conecta rígidamente al alma o refuerzo de la viga 70 y se extiende preferiblemente una distancia igual lateralmente del eje longitudinal de la viga 34. Sin embargo, el reborde 106 se puede extender más allá del eje 34 en una distancia desigual para ajustarse a los esfuerzos actuales a los cuales se someterá el reborde 106, o debido a las otras consideraciones tales como suministrar un espaciamiento para, ajustarse a otros componentes de suspensión o la incorporación de otras estructuras de montaje. Como se muestra en la figura 3, el grosor del reborde de refuerzo del asiento de resorte de aire 106 disminuye de alguna manera desde el prisionero de soldadura 82 hasta el asiento del resorte de aire 64. El proceso de diseño utiliza preferiblemente el método de análisis de elementos finitos con objeto de configurar 23
precisamente la forma y el grosor del reborde cíe refuerzo deX asiento de resorte de aire 106 para ajustarse a los esfuerzos a los cuales se someterá el reborde 106. Por ejemplo, el grosor del reborde de refuerzo del asiento del resorte de aire 106 para una viga de 53 libras (24 kg) de aproximadamente 291/4 pulgadas (74.3 cm) de largo en total con una profundidad de aproximadamente 5 pulgadas (12.7 cm) de la viga "I" puede variar uniformemente desde alrededor de 1 pulgada (2.54 cm) adyacente al prisionero de soldadura posterior 82 hasta aproximadamente 1/3 pulgada (0.87 cm) adyacentes al asiento del resorte de aire 64. Con referencia ahora a las figuras 7 y 8, el asiento del eje 66 se acopla al eje 22 de manera que la superficie del eje 23 está en contacto con la superficie de contacto del eje frontal 84, la superficie de contacto del eje posterior 86, y la superficie de contacto de la silleta del eje 90. La figura 8 muestra específicamente una soldadura posterior 79 que se extiende alrededor del perímetro del prisionero de soldadura 82 a lo largo de la interfase del prisionero de soldadura 82 y la superficie del eje 23. Una soldadura frontal 78 se extiende en una forma similar alrededor del perímetro del prisionero de soldadura 80 a lo largo de la interfase del prisionero de soldadura 80 y la superficie del eje 23. El eje 23 se conecta rígidamente a la viga 20 por las soldaduras 78, 79 que a traviesan el perímetro de cada prisionero de 24
del prisionero de soldadura 80, 82 y la superficie del eje 23. Como se muestra en la figura 8, la soldadura 79 se deposita en una dirección contra reloj como se indica por la flecha, aunque se puede alterna ivamente depositar en una dirección de las manecillas del reloj . La soldadura frontal
78 se fabrica al comenzar la soldadura 78 en la cavidad frontal de soldadura 92 y depositar las soldaduras 78 alrededor del prisionero de soldadura 80, a lo largo de la interfase del prisionero de soldadura 80 y la superficie del eje 23 y regresando a la cavidad de soldadura frontal 92 para unir el punto de partida de soldadura. La soldadura posterior
79 se fabrica similarmente al comenzar la soldadura 79 en la cavidad de soldadura posterior 94 y depositar la soldadura 79 alrededor del prisionero de soldadura 82 a lo largo de la interfase del prisionero de soldadura 82 y la superficie del eje 23, y regresando a la cavidad de soldadura posterior 94 para unirse al punto de partida de soldadura. Con una curvatura de la silleta del eje 88 de alguna manera mayor que la curvatura del eje 22, la parte superior del eje 22 está en contacto con la silleta del eje 88 en su unión con el reborde de refuerzo de la silleta del eje 96. Esto proporciona una transferencia de carga vertical directamente desde el eje 22 hasta la viga 20 sin carga vertical que se lleva por la soTdadura de la viga al eje.
25
El brazo reTñotüactor IT2 se conecta a la escuadra Se Ta" barra de suspensión 18 al insertar de manera deslizable un buje elástico 52 dentro de la abertura del buje 68, de manera que el buje 52 se retiene por fricción dentro de él, y que utiliza una conexión convencional 54, tal como un sujetador con pernos para la conexión pivotal entre el brazo remolcador 112 y la escuadra de la barra de suspensión 18. El brazo remolcador 112 puede girar alrededor del eje 36 y el buje elástico 52 permite la translación generalmente horizontal del brazo remolcador 112 a lo largo de su eje longitudinal 34 para diferir en grado desde su translación generalmente vertical ortogonal al eje 34. El resorte de aire 24, el ensamble del accionador de frenos 26, el ensamble de amortiguadores 28, ensambles "de rueda y otros componentes de la suspensión tales como barras guía, se colocan al brazo remolcador 112 y el eje 22 en una forma convencional para suministrar un ensamble completo de suspensión 10. Con referencia ahora a las figuras 9-13, una modalidad alternativa del brazo remolcador 112 se muestra que es generalmente como la primera modalidad aquí descrita excepto por el asiento del eje y la configuración adyacente de vigas. Así, números similares se usarán para identificar partes iguales. La segunda modalidad comprende un miembro rígido, generalmente alargado, que tiene un extremo próximo 56 con uná^ Tsa d'é-T-¡uJe~ 60 y uña abertura-de "Buje 68^ y un extremo Como se muestra en las figuras 9-12, el reborde inferior 119 termina en una horquilla de articulación del eje 120 adaptada para acoplarse de forma deslizable al eje 22. La
10 horquilla de articulación del eje 120 está generalmente arqueada, con un alma o refuerzo cilindrico medio que se extiende preferiblemente de forma lateral en una distancia igual a cada lado del eje longitudinal 114. Sin embargo, la horquilla de articulación 120 se puede extender más allá del
15 eje 114 en una distancia desigual para ajustarse a los esfuerzos actuales a los cuales se someterá la horquilla de articulación 120, o debido a otras consideraciones tales como suministrar un espacio para ajustarse a otros componentes de la suspensión, o la incorporación de otras estructuras de
20 montaje. La modalidad que se muestra en las figuras 9-12, comprende una horquilla de articulación 120 que tiene una longitud que se extiende lateralmente más allá del reborde superior 72. Se puede utilizar el método de análisis de elementos finitos con objeto de configurar precisamente el
~?> grosor y longitud de la horquilla de articulación 120 para 27
aj ustarse a iras tens ones a las cuales se someterá la horquilla de articulación 120. El reborde inferior 119 transita uniformemente dentro de la horquilla de articulación 120 a través de un par de esquineros que se extienden lateralmente 122. La horquilla de articulación 120 transita uniformemente dentro del ala de un agente de eje 138 a través de un par de esquineros que se extienden lateralmente 124. El ala del asiento del 138 termina en un par de esquineros de asiento de bolsa de aire que se extienden lateralmente 128 y en una pestaña de asiento de bolsa de aire 130. Los esquineros del asiento de bolsa de aire se extienden desde el alma o refuerzo 128 para unirse con un ala del asiento del eje 118 al asiento de resorte de aire 138 y se extiende lateralmente desde el alma o refuerzo 64 hasta el borde del asiento del resorte de aire 118 ortogonal al eje longitudinal 114 de la viga 112. La pestaña del asiento de la bolsa de aire 130 se extiende ortogonalmente desde los esquineros del asiento de la bolsa de aire 128 para unirse al ala del asiento del eje 138 al asiento de resorte de aire 64 y es esencialmente coplanar con el alma o refuerzo 118. Una pestaña de refuerzo de la horquilla de articulación del eje 126 es una estructura generalmente de tipo placa que se extiende ortogonal al alma o refuerzo 118 y se une a la Horquilla desarticulación 120""hasta el" reborde superior 72 a 28
cada -Tacto defi alma o" "refuerzo llb. El grosor de la pestaña de refuerzo de la horquilla de articulación del eje 126 se selecciona durante el proceso de diseño con base en los esfuerzos a los cuales se someterá la pestaña 126. El alma o refuerzo 118 se hace más gruesa selectivamente para formar una porción de alma o refuerzo engrosada posterior 134 y una porción de alma o refuerzo engrosada frontal 136 próxima a la horquilla de articulación 120. El proceso de diseño utiliza preferiblemente el método de análisis de elementos químicos con objeto de configurar precisamente la forma y grosor de las porciones de alma o refuerzo engrosadas 134, 136 para ajustarse a las tensiones a las cuales las porciones del alma o refuerzo engrosadas 134, 136 se someterán. Con referencia ahora a la figura 12, el eje 22 se conecta rígidamente a la viga 112 por la unión del eje 22 con la horquilla de articulación 120 de manera que la superficie del eje 23 está en contacto con la superficie interior de la horquilla de articulación 120. Se depositan soldaduras 140 alrededor de la circunferencia de cada cavidad de soldadura 132 a lo largo de la interfaz entre la circunferencia de la cavidad de soldadura 132 y la superficie del eje 23, terminando la soldadura 140 al punto del comienzo. La horquilla de articulación 120 tiene un radio de alguna manera mayor~~qúe~ el- ad'ío^del ~ejé~~22~de manera que la parte superior del eje 22 está en contacto con la horquilla de circulación 120 en su unión con la pestaña de refuerzo de la horquilla de articulación del eje 126. Esto proporciona una transferencia de carga vertical directamente desde el eje 22 a la viga 112 sin llevar la carga vertical a través de la soldadura del eje al brazo remolcador. El brazo remolcador 112 está conectado a la escuadra de la barra de suspensión 18 a través de un buje elástico 52 y sujetador convencional 54 como con la primera modalidad aquí descrita y el resorte de aire 24, el ensamble del accionador de frenos 26 el ensamble del amortiguador 28, un ensamble de rueda y otros componentes de la suspensión tales como barra guía se colocan a la viga 112 y al eje 22 en una forma convencional para proporcionar el ensamble completo de la suspensión . El brazo remolcador o viga se analiza y diseña primero tal como por el uso de métodos de análisis de elementos químicos, para ajustar precisamente las dimensiones en cada sección de la viga a los esfuerzos observados a esa viga por la sección. El brazo remolcador luego se fabrica preferiblemente usando un proceso de fundición en el cual se prepara el molde de la viga para producir un brazo remolcador que tiene las dimensiones precisas determinadas del método de análisis de elementos finitos. El brazo remolcador también se puede fabricar al construir el brazo remolcador de 30
componentes soldados individuales, o a través dé otros métodos tales como maquinados, para proporcionar una viga con dimensiones casi fabricada que corresponde a las dimensiones determinadas del proceso de diseño. Los cambios relativamente pequeños de las dimensiones del brazo remolcador requerido durante el proceso de diseño, se pueden incorporar fácilmente en el brazo remolcador fabricado a través del uso del método de fundición. Como se muestran en las figuras 3 y 4, el prisionero de soldadura frontal 80 es efectivamente una continuación del reborde inferior 74. Como se observa en las figuras 7 y 8 ambos prisioneros de soldadura 80, 82 permiten que se deposite una soldadura' continua alrededor de las porciones del frente y posteriores del eje 22, eliminando los paros e inicios de soldadura en los lados interior y exterior del brazo remolcador 112. Con esta configuración la suspensión puede ajustarse al torque de eje alto inducido por frenado del vehículo en el lado exterior de la viga y el torque del eje generado por la resistencia de la suspensión al rodaje del vehículo mientras se reduce potencial para una fractura inducida por el torque que resulte de una discontinuidad de la soldadura. La continuidad del prisionero de la soldadura 80 con el reborde inferior 74 transfiere y disipa directamente las altas cargas laterales uniformemente dentro de la viga 20 (y 31
finalmente hasta el buje trifuncional 52). El tamaño y forma variable del reborde interior 74 transfiere más suficientemente las cargas laterales directamente desde el prisionero de soldadura 80 a través del resto de la viga 20. Con referencia a la figura 1, el eje 22 lleva diversos componente primarios de carga. Un componente en la carga vertical que comprende el peso del tractor 14 transferida a través del eje 22 y dentro de las llantas 16. El peso del remolque 14 se transfiere verticalmente desde el chasis del remolque 12 dentro del bu e elástico 52 y el resorte de aire 24. Con objeto de transferir suficientemente la carga desde el eje 22 a través del buje 52 y el resorte de aire 24, el asiento del eje 66 se diseña con un radio menor que el radio del eje. Así, la parte superior del eje 22 está en contacto directo con la silleta del eje 88 o la horquilla de articulación del eje 120 en el centro muerto superior del eje 22. Como resultado la carga vertical se transfiere directamente dentro del brazo remolcador 112 y la soldadura de viga al eje no soporta ninguna de la carga del eje vertical. La carga transferida de la parte superior del eje 22 es una carga de compresión en la base del brazo remolcador 112 y el diseño proporciona una transferencia de carga vertical efectiva dentro del reborde superior 72 de la porción de la viga en "I" . La viga superior 72 puede fácilmente llevar la carga en el buje elástico 52 y el 32
resorte de aire 24~ " El eje 22 también se somete al torque del eje desde las entradas de carga tales como frenado o rodaje del vehículo. Adicionalmente el eje 22 se somete a las cargas laterales que deben transferirse dentro del brazo remolcador 122. La conexión soldada de viga a eje transfiere directamente el torque del eje y las cargas laterales a la camisa del buje elástica 60. Consecuentemente el buje elástico 52 debe transferir efectivamente estas cargas en la escuadra del chasis de suspensión 18. Una sección convencional de una viga en "I" no tiene un grosor de reborde variable. El grosor del reborde variable de la viga en "I" de conformidad con la invención se diseña para llevar estas cargas en la forma más eficiente. La fundición o forja del brazo remolcador 112 proporciona un método económico de variar los grosores de los rebordes . Como se muestra también en la figura 6, el reborde inferior 74 de la viga en "I" de conformidad con la invención, se extiende efectivamente de forma directa a la superficie de soldado de la conexión del eje a la viga, esto es, el prisionero 80. El reborde 74 se diseña para ajustarse a las cargas de torque por una reducción en el grosor y si se desea, el ancho del eje 22 a la camisa del buje elástico 60. Esta reducción de grosor es posible debido a la magnitud de la fuerza a la cual el brazo remolcador 112 se sometí "debído 33
a—que disminuy —ei—torque del—ej cuando la-d^rsTancia de—a fuerza desde el eje se incrementa. La transferencia eficiente de fuerza a la camisa del buje elástico 60, también se efectúa al sujetar el reborde inferior 74 directamente dentro 5 la camisa de buje elástico 60. Adicionalmente la carga lateral del buje debe transferirse a la camisa del buje elástico 60, ya que el resorte de aire 24 no puede suministrar resistencia a la carga lateral. El reborde inferior 24 se diseña para
10 transferir efectivamente esta carga ya que se suelda efectivamente al eje 22 a través del prisionero de soldadura 80. La variación en el grosor del reborde o el ancho es posible debido al esfuerzo del doblez al cual lo somete el reborde 74 que disminuye la magnitud cuando se acerca la
15 camisa del buje elástico 60. La continuidad de la conexión del reborde inferior 74 a la camisa del buje elástico 60 transfiere más eficientemente la carga de las soldaduras de la viga a eje al buje elástico 52. Este mismo concepto de diseño permite la trans erencia eficiente del torque del eje
20 al resorte del aire 24. La invención proporciona varias ventajas sobre las construcciones de las suspensiones previas del brazo remolcador. Primero, el peso del ensamble de la suspensión que utiliza la viga "I" optimizada se reduce ¾TT~comparación con ~el peso~~de"ün ensamble 34
-de—suspensión utilizando una viga efe—remolque de acumulación convencional. Se espera que la viga "I" optimizada que utiliza el buje elástico trifuncional entre el brazo remolcador y la escuadra de chasis y la conexión soldada de viga a eje, pesará menos de 60 libras (27.2 kg) , una reducción de al menos 15 libras (6.8 kg) en comparación con la viga soldada acumulada utilizando una conexión de eje a viga a buje elásticamente de dos pernos. En segundo lugar, la configuración de viga y el peso se pueden optimizar al conformar las dimensiones de la viga en cualquier punto sobre el reborde, hasta los esfuerzos en ese punto al cual se somete la viga, y a los esfuerzos a los cuales se somete el eje. Las dimensiones de la viga se pueden controlar cercanamente en un proceso de fundición, con lo cual se configura la viga para responder precisamente a la distribución de los esfuerzos a lo largo de la viga mientras que se minimiza el material en exceso de la viga. En tercer lugar, las conexiones soldadas de viga a eje aquí descritas minimizan las concentraciones de esfuerzo inducidas por la soldadura en el eje que pueden conducir a una falla prematura del eje. En cuarto lugar, las conexiones soldadas de viga a eje aquí descritas, facilitan la separación de la viga y el eje para el reemplazo de cualquier elemento de suspensión, con lo cual se evita el reemplazo del sistema completo de rrórt—cuando socamente se debe reemplazar un elemento 35
sencillo ; En quinto lugar-; "ta conriguracioñ cié viga proporciona la transferencia más eficiente de las cargas verticales laterales y de torque desde el eje a través del buje trifuncional elástico y el resorte de aire. Aunque la invención se ha descrito específicamente en conjunto con ciertas modalidades específicas de la misma, se entenderá que esto es a manera de ilustración y no de limitación. Son posibles una variación y modificación razonables dentro del alcance de la descripción anterior y de las figuras sin alejarse del espíritu de la invención, y alcance de las reivindicaciones anexas se debe interpretar tan ampliamente como lo permita el arte previo. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.