Шагающий болотоход
SWAMP WALKER

Изобретение относится к шагающим транспортным средствам и может быть использовано для передвижения и работы на неосушенных торфяных болотах и заболоченных грунтах.
Из уровня техники известно внедорожное транспортное средство, содержащее корпус, подвижно соединенный с параллельно установленными средней и двумя боковыми шагающими опорами (шагающими лыжами), правой и левой, выполненными в виде открытых сверху понтонов и помещенным в них приводом механизма шагания. Боковые опоры и корпус известного внедорожного транспортного средства установлены с возможностью поворота относительно средней опоры с помощью силового цилиндра поворота, управляемого от золотника гидрораспределителя путем переключения его рукояти вручную машинистом из кабины внедорожного транспортного средства (SU №1044542, B62D 57/02, 30.09.1983 г.).
Однако для внедорожного транспортного средства характерна низкая проходимость при передвижении по болоту из-за отсутствия палубы в конструкции шагающих опор и попадания в них через открытую верхнюю часть осадков в виде снега и дождя. А проникновение в шагающие опоры через их открытую верхнюю часть болотной воды при больших дифференте и крене внедорожного транспортного средства при передвижении по сильнообводненной торфяной залежи, особенно с наличием грядово-мочажинного и грядово-озерного комплексов растительности, приводит к потере его устойчивости.
Другим ограничением использования внедорожного транспортного средства является сложность управления им при движении на повороте из-за ручного управления, так как в процессе поворота машинисту необходимо, кроме управления педалью сцепления, рычагом переключения скоростей и другими органами, дополнительно вручную управлять рукоятью гидрораспределителя и переключать его золотник дважды на каждом шаге опор в соответствии с гидравлической схемой. При этом машинист должен внимательно следить за движением опор и визуально подбирать нужные моменты для их поворота.
Также для внедорожного транспортного средства характерна несвоевременность управления поворотом опор (ранний или запоздалый поворот опор) вследствие бесконтрольного ручного управления силовым приводом поворота в условиях недостаточной обзорности элементов управления; из-за субъективной оценки машинистом момента времени, при котором необходимо производить управление поворотом опор; а также из-за несоответствия времени, отведенного для поворота опор в процессе их движения, определяемого их поступательной скоростью, со временем выдвижения (задвижения) штока силового цилиндра поворота, определяемого его размерами и производительностью гидронасоса. В свою очередь, несвоевременность управления поворотом опор приводит к неполному их повороту, увеличению радиуса поворота, снижению поворотливости и проходимости внедорожного транспортного средства в условиях сильнообводненного болотистого грунта.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является внедорожное шагающее транспортное средство, содержащее корпус, подвижно соединенный со средней и двумя боковыми опорами, левой и правой, выполненными в виде герметичных понтонов. Хвостовые части каждой опоры внедорожного шагающего транспортного средства со стороны палубы оснащены задними направляющими прямолинейной формы, а носовые части снабжены замкнутыми передними направляющими овальной формы, в которые помещены передние катки корпуса, оснащенные приводом их перемещения. Носовые части боковых опор шарнирно соединены между собой поворотным от силового привода внешним грунтозацепом, а средняя опора выполнена в плане в виде удлиненного шестиугольника, на продольной оси которого монтирован шарнир, а в ее носовой части установлен внутренний грунтозацеп, соединенный с приводом его вертикального перемещения. Кроме того, средняя опора выполнена из понтона и продольной рамы, подвижно соединенной с ним со стороны палубы, причем в носовой и хвостовой частях продольная рама соединена с палубой понтона посредством дугообразных направляющих и помещенных в них роликов, а в центре она соединена с понтоном через шарнир, выполненный из опорной стойки с осью в ее верхней части, закрепленной на понтоне и установленного на эту ось подшипника, смонтированного на продольной раме. При этом понтон также связан с продольной рамой приводом его поворота в горизонтальной плоскости относительно оси подшипника с помощью силового цилиндра поворота, а внутренний грунтозацеп навешен на носовую часть продольной рамы, причем передние и задние направляющие средней опоры закреплены на продольной раме (RU 50200, B62D 57/02, 27.12.2005 г.).
Одним из неудобств использования внедорожного шагающего транспортного средства является сложность и утомительность управления им при движении на повороте, поскольку машинист должен производить поворот опор вручную рукоятью гидрораспределителя, полностью задействуя при этом одну руку. Ручное управление поворотом усложняется ограниченной обзорностью из кабины элементов управления, в частности, силового цилиндра поворота и шагающих опор. Водителю необходимо визуально следить за положением силового цилиндра поворота и положением опор и на каждом их шаге визуально подбирать моменты для переключения золотника гидрораспределителя управления поворотом опор и производить их поворот в ту или иную сторону и только в то время, когда они приподняты относительно грунта, а завершать поворот в то время, пока они не опустились на грунт.
Также для внедорожного шагающего транспортного средства характерна несвоевременность управления поворотом опор из-за несвоевременности включения и выключения силового цилиндра поворота (раннее включение, позднее включение, раннее выключение, позднее выключение). Несвоевременность начала и окончания поворота опор на каждом их шаге обусловлена субъективной оценкой машинистом момента времени, при котором необходимо производить включение и выключение рукояти золотника гидрораспределителя поворота опор. Несвоевременность начала и окончания поворота опор обусловлена также рассогласованием времени, которое требуется для поворота опор на каждом шаге, определяемым поступательной скоростью их движения в процессе переноса, со временем, за которое происходит полное выдвижение или полное задвижение штока силового цилиндра поворота, определяемое производительностью гидронасоса и размерами силового цилиндра поворота. Согласование указанного времени не может быть обеспечено из-за отсутствия регулировки скорости движения штока силового цилиндра поворота.
При этом раннее включение силового цилиндра поворота приводит к пропахиванию грунта опорами в процессе их поворота, так как силовой цилиндр начинает поворачивать опоры в то время, когда они еще не до конца приподнялись от грунта. Позднее включение силового цилиндра поворота также приводит к пропахиванию грунта опорами, так как силовой цилиндр начинает их поворачивать в то время, когда они уже частично опустились на грунт. Грунт оказывает сопротивление повороту опор. При пропахивании грунта в процессе поворота переносимых боковых опор повышается усилие на привод механизма поворота и наблюдается некоторый отворот в обратную сторону стоящей на грунте средней опоры, что увеличивает радиус поворота внедорожного шагающего транспортного средства. А при пропахивании грунта в процессе поворота переносимой средней опоры наблюдается некоторый отворот в обратную сторону стоящих на грунте боковых опор, что также увеличивает радиус поворота внедорожного шагающего транспортного средства.
Кроме того, позднее включение силового привода поворота опор или раннее его выключение приводит к тому, что опоры за время своего движения не успевают повернуться на полный угол поворота, при этом с уменьшением угла поворота опор увеличивается радиус поворота внедорожного шагающего транспортного средства.
Поскольку одним из критериев проходимости машины является ее поворотливость, характеризуемая радиусом поворота (чем меньше радиус поворота, тем выше поворотливость), то в результате увеличения радиуса поворота внедорожного шагающего транспортного средства снижается его поворотливость и проходимость.
Несвоевременность управления поворотом опор обусловлена также отсутствием критерия точного положения опор, характеризуемого положением передних и задних катков корпуса на передних и задних направляющих опор, при котором необходимо производить их поворот, то есть своевременно рычагом гидрораспределителя переключать золотник управления силовым цилиндром поворота.
Техническими проблемами, на решение которых направлено изобретение, являются упрощение управления шагающим болотоходом при его движении на повороте за счет автоматизации процесса управления, обеспечение на каждом шаге опор своевременного автоматического поочередного включения поворота опор в момент завершения их подъема и начала передвижения и своевременного автоматического выключения поворота опор в момент завершения их передвижения и начала опускания на грунт.
Техническим результатом являются снижение затрат энергии на поворот опор, увеличение угла поворота опор, уменьшение радиуса поворота, увеличение поворотливости и проходимости шагающего болотохода, снижение утомляемости машиниста во время работы при управлении поворотом и высвобождение его руки для управления рычагом переключения скоростей и другими органами машины.
1
Поставленные проблемы и технические результаты достигаются тем, что шагающий болотоход содержит корпус установленные на нем кабину, оснащенную однозолотниковым трехпозиционным гидрораспределителем управления поворотом, и силовую установку, оснащенную гидравлической системой и электрической системой с источником постоянного тока; подвижно соединенные с корпусом и параллельно установленные среднюю и боковые левую и правую опоры, выполненные в виде понтонов, хвостовые части каждой из которых со стороны палубы снабжены продольными задними направляющими прямолинейной формы, две из которых установлены на средней опоре, левая и правая, и по одной установлены на боковых опорах, каждая из которых состоит из двух жестко соединенных между собой верхней и нижней балок, на которые оперт корпус посредством помещенных в них задних катков, каждый из которых установлен в подшипниках на оси, закрепленной в нижней части двух щек каждого П-образного кронштейна, жестко прикрепленного к корпусу своей средней частью, между щек которого пропущена верхняя балка каждой задней направляющей; а носовые части каждой опоры снабжены продольно расположенными замкнутыми передними направляющими овальной формы, две из которых, левая и правая, установлены на средней опоре и по одной установлены на боковых опорах, каждая из которых имеет длину а, равную длине хода задних катков по задним направляющим, и состоит из четырех ручьев, верхнего и нижнего ручьев прямолинейной формы и одинаковой длины a-2R, параллельных между собой, центры которых отстоят друг от друга по высоте на расстоянии 2R, и жестко соединенных с ними переднего и заднего ручьев, каждый из которых выполнен в виде полукольца со средним радиусом R, в которые помещены передние катки корпуса, установленные на концах двух соосно расположенных левом и правом приводных валов, оснащенных приводом их перемещения от силовой установки, каждый из которых установлен на корпусе в двух левой и правой подшипниковых опорах, причем левый вал расположен между передней направляющей левой опоры и левой передней направляющей средней опоры, а правый вал расположен между правой передней направляющей средней опоры и передней направляющей правой опоры, при этом носовые части боковых опор шарнирно соединены между собой поворотным в вертикальной плоскости от силового привода внешним грунтозацепом, а средняя опора состоит из продольной рамы и понтона, подвижно соединенного с ней со стороны палубы и выполненного в виде удлиненного шестиугольника, на продольной оси которого смонтирован шарнир, а в носовой части палубы установлен внутренний грунтозацеп, при этом в носовой и хвостовой частях продольная рама соединена с палубой понтона посредством дугообразных направляющих и помещенных в них роликов, а в центре она соединена с понтоном через шарнир, выполненный из опорной стойки с осью в ее верхней части, закрепленной на понтоне и установленного на эту ось подшипника, смонтированного на продольной раме, причем понтон также связан с продольной рамой приводом его поворота в горизонтальной плоскости относительно оси подшипника от силового цилиндра поворота, управляемого золотником гидрораспределителя, а передние и задние направляющие средней опоры закреплены на продольной раме, на носовую часть которой навешен внутренний грунтозацеп, соединенный с приводом его вертикального перемещения, при этом золотник гидрораспределителя выполнен с электромагнитным управлением двух позиций от двух электромагнитных катушек, левой и правой, и двух электромагнитов, левого и правого, с фиксированным положением в средней (нейтральной) позиции центрирующими пружинами, на входе и на выходе силового цилиндра поворота последовательно установлены по одному регулятору потока с обратным клапаном, регулирующие скорость движения штока силового цилиндра поворота на выходе V независимо от направления потока рабочей жидкости, которая при его длине хода L и скорости движения шагающего болотохода V должна соответствовать выражению  к верхней части левой передней направляющей средней опоры параллельно ее верхнему ручью и на одной с ним вертикали прикреплена с возможностью перемещения в продольном направлении прямолинейная правая лыжа длиной a-2R; к верхней части передней направляющей левой опоры параллельно ее верхнему ручью и на одной с ним вертикали прикреплена с возможностью перемещения в продольном направлении прямолинейная левая лыжа длиной a-2R, сверху к правой подшипниковой опоре левого приводного вала параллельно его оси и на одной с ней вертикали с помощью Г-образного кронштейна прикреплен кулачком вправо с возможностью перемещения в поперечном направлении взаимодействующий с правой лыжей правый концевой выключатель автоматического управления левым электромагнитом золотника, а к левой подшипниковой опоре левого приводного вала сверху с помощью Г-образного кронштейна прикреплен соосно правому концевому выключателю кулачком влево с возможностью перемещения в поперечном направлении взаимодействующий с левой лыжей левый концевой выключатель автоматического управления правым электромагнитом золотника; последовательно источнику постоянного тока подключен предохранитель и двухпозиционный переключатель включения левого и правого концевых выключателей, а параллельно источнику постоянного тока подключены две ветви электрической цепи, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные между собой один из двух концевых выключателей с одной из электромагнитных катушек управления одним из электромагнитов золотника, а также параллельно подсоединенную к каждому концевому выключателю одну из двух кнопок ручного управления золотником, а между концевыми выключателями и электромагнитными катушками в разрыв их цепей подсоединен трехпозиционный переключатель изменения направления поворота с позициями «поворот влево», «поворот вправо» и со средней (нейтральной) позицией «движение прямо».
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен шагающий болотоход, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид сверху (кабина не показана); на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2 (поперечный разрез по левой передней направляющей средней опоры и по передней направляющей левой опоры); на фиг. 4 - вид Б на фиг. 2 (вид на переднюю направляющую левой опоры и на левую переднюю направляющую средней опоры); на фиг. 5-сечение по В-В на фиг. 1 (сечение по левой задней направляющей средней опоры и по задней направляющей левой опоры); на фиг. 6-разрез по Г-Г на фиг. 5 (разрез по кронштейнам крепления задних катков корпуса, помещенных в левую заднюю направляющую средней опоры и в заднюю направляющую левой опоры); на фиг. 7-гидравлическая схема управления силовым цилиндром поворота опор; на фиг. 8-электрическая схема управления золотником гидрораспределителя поворота; на фиг. 9-схема взаимодействия концевых выключателей с лыжами в различных положениях.
Шагающий болотоход содержит корпус 1, подвижно соединенный со средней опорой 2 и боковыми правой 3 и левой 4 опорами, выполненными в виде герметичных понтонов(фиг. 1, фиг. 2). Средняя опора 2 имеет форму удлиненного шестиугольника, боковые стороны которого расположены под углом β/2 относительно его продольной оси (фиг. 2). Боковые опоры 3,4на виде в плане имеют форму удлиненных прямоугольников. Все опоры 2-4 установлены параллельно друг другу, причем средняя опора 2 смещена по фазе на 180° относительно боковых опор 3, 4. Боковые опоры 3, 4 жестко соединены между собой в хвостовой части поперечно расположенной балкой 5, установленной над палубой средней опоры 2 (фиг. 1, фиг. 2). Носовые части боковых опор 3, 4 шарнирно соединены между собой поворотным от силового привода внешним грунтозацепом 6 (фиг. 1, фиг. 2).
Носовые части опор 2-4 со стороны палубы снабжены параллельно установленными в продольном направлении замкнутыми передними направляющими, причем на правой и левой опорах 3, 4 установлено по одной передней направляющей, соответственно 7 и 8, а на средней опоре 2-две передние направляющие, правая 9 и левая 10 (фиг. 3, фиг. 4).
Каждая передняя направляющая имеет овальную форму и состоит из четырех частей: параллельно установленных верхнего и нижнего ручьев прямолинейной формы, имеющих одинаковую длину, а также переднего и заднего ручьев, которые жестко соединены спереди и сзади с концами верхнего и нижнего ручьев и выполнены в форме полуколец со средним радиусом R (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4). При длине передней направляющей (по ее центру) равной а, длина каждого верхнего и нижнего ручьев передних направляющих 7-10 будет равна a-2R (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4). В каждую переднюю направляющую7-10 помещено по одному переднему катку 11-14, которые оснащены приводом их перемещения. При этом передние катки 11 и 13 смонтированы на концах правого приводного вала 15, который поперечно установлен на корпусе 1 в двух подшипниковых опорах, правой 16 и левой 17. Передние катки 12 и 14 смонтированы на концах левого приводного вала 18, который установлен на корпусе 1 в двух других подшипниковых опорах 19 и 20 (фиг. 3, фиг. 4) соосно правому приводному валу 15 (фиг. 2). На правый приводной вал 15 посажены правая и левая цевочные звездочки 21 и 22, а на левый приводной вал 18-правая и левая цевочные звездочки 23 и 24. Цевочные звездочки 21 и 22 входят в зацепление с цевками 25 и 26, установленными в один ряд посередине передних направляющих 7 и 9, а цевочные звездочки 23 и 24 входят в зацепление с цевками 27 и 28, установленными в один ряд посередине передних направляющих 10 и 8.
Хвостовые части каждой из опор 2-4 со стороны палубы оснащены параллельно расположенными в продольном направлении прямолинейными задними направляющими 29-32 (фиг. 1, 2), причем на правой и левой опорах 3 и 4 установлено по одной задней направляющей 29 и 30, а на средней опоре 2 - две задние направляющие, правая 31 и левая 32. Каждая задняя направляющая 29-32 состоит из двух жестко соединенных между собой продольных балок, верхней и нижней. На каждую заднюю направляющую 29-32 оперт корпус 1 посредством одного из задних катков 33-36, в нее помещенного. Каждый задний каток 33-36 установлен в подшипниках на оси, закрепленной в щеках каждого кронштейна 37-40 П-образной формы (фиг. 2, фиг. 5), который своей средней частью жестко прикреплен к корпусу 1 (фиг. 5). Между щек каждого кронштейна 37-40 пропущена верхняя балка каждой задней направляющей 29-32 (фиг. 5). При длине а передней направляющей 7-10, длина каждой задней направляющей 29-32 равна сумме длин трех отрезков a+d+2s, где d - диаметр реборды заднего катка, s - зазор между ребордой заднего катка в его крайнем переднем или крайнем заднем положении и соответствующим краем задней направляющей 29-32 (фиг. 6).
На продольной оси средней опоры 2 смонтирован шарнир 41, а в ее носовой части установлен внутренний грунтозацеп 42, соединенный с приводом его вертикального перемещения (фиг. 1, фиг. 2). Кроме того, средняя опора 2 выполнена из понтона 43 и установленной над его палубой и подвижно соединенной с ним с возможностью поворота в горизонтальной плоскости продольной рамы 44 (фиг. 1). В носовой и хвостовой частях продольная рама 44 соединена с палубой понтона 43 посредством ее дугообразных направляющих 45, 46 и помещенных в них двух пар роликов 47 и 48, закрепленных на понтоне 43, а в центре она соединена с понтоном 43 через шарнир 41, выполненный из опорной стойки с осью в ее верхней части, закрепленной на понтоне 43 и установленного на эту ось подшипника, смонтированного на продольной раме 44. При этом понтон 43 также связан с продольной рамой 44 силовым цилиндром 49 его поворота в горизонтальной плоскости относительно оси шарнира 41, а внутренний грунтозацеп 42 навешен на носовую часть продольной рамы 44, причем передние направляющие 9, 10 и задние направляющие 31, 32 средней опоры 2 закреплены на продольной раме 44 (фиг. 1, фиг. 2).
К левой передней направляющей 10 средней опоры 2 сверху прикреплена правая лыжа 50 прямолинейной формы с загнутыми концами (с заходной частью) (фиг. 4). Она установлена над верхним ручьем передней направляющей 10 параллельно ему на одной с ним вертикали и имеет равную с ним длину прямолинейного рабочего участка a-2R. К передней направляющей 8 левой опоры 4 сверху прикреплена такая же левая лыжа 51 прямолинейной формы с загнутыми концами (с заходной частью), имеющая длину прямолинейного рабочего участка a-2R (фиг. 4). Она установлена над верхним ручьем передней направляющей 8 параллельно ему на одной с ним вертикали и имеет равную с ним длину прямолинейного рабочего участка а-2R. Каждая лыжа 50, 51 установлена на жестко прикрепленном к направляющим 8, 10 основании, копирующем их форму, с возможностью перемещения вдоль основания в пазах его крепежных отверстий.
Сверху к правой подшипниковой опоре 19 левого приводного вала 18 параллельно его оси и на одной с ней вертикали с помощью Г-образного кронштейна прикреплен правый концевой выключатель 52, расположенный над цевочной звездочкой 23 и повернутый своим кулачком к взаимодействующей с ним правой лыже 50 (фиг. 3). Соосно правому концевому выключателю 52 к левой подшипниковой опоре 20 левого приводного вала 18 с помощью Г-образного кронштейна прикреплен левый концевой выключатель 53 (фиг. 3, фиг. 4), расположенный над цевочной звездочкой 24 и повернутый своим кулачком к взаимодействующей с ним левой лыже 51. Концевые выключатели 52 и 53, установлены с возможностью перемещения вдоль своих осей в пазах крепежных отверстий и предназначены для автоматического переключения золотника 54 гидрораспределителя с электромагнитным управлением, управляющего силовым цилиндром 49 (фиг. 7). Золотник 54 установлен в кабине шагающего болотохода и имеет три позиции: левую, правую и среднюю (нейтральную). Он подсоединен к силовому цилиндру 49 с помощью трубопроводов по гидравлической схеме, включающей в себя гидронасос 55, приводимый во вращение от силовой установки (фиг. 7). Между золотником 54 и силовым цилиндром 49 со стороны его поршневой полости установлен левый регулятор потока 56, а со стороны штоковой полости установлен правый регулятор поток 57, в корпус каждого из которых встроен обратный клапан. В сливной линии установлен фильтр 58. Гидросхема также включает в себя гидробак 59 и предохранительный (переливной) клапан 60, который установлен параллельно гидронасосу 55.
Концевые выключатели 52, 53 входят в состав электрической схемы, которая подключена к бортовой сети постоянного тока напряжением 24 В (фиг. 8). Электрическая схема состоит из последовательно подсоединенных к источнику питания предохранителя 61, двухпозиционного переключателя 62, имеющего два положения, «выключено» и «включено»; параллельно соединенных с источником питания двух ветвей цепи, каждая из которых включает в себя последовательно соединенные между собой один из концевых выключателей 52, 53 с одной из электромагнитных катушек 63, 64 золотника 54;а также параллельно подсоединенную к каждому концевому выключателю 52, 53 одну из кнопок 65, 66 ручного управления. Между концевыми выключателями 52 и 53 и электромагнитными катушками 63 и 64 в разрыв их цепей установлен общий для указанных цепей трехпозиционный переключатель 67 поворота шагающего болотохода с тремя положениями: «поворот влево», «движение прямо» и «поворот вправо», причем положение «движение прямо» является средним (нейтральным). При установке трехпозиционного переключателя 67 в верхнее положение, соответствующее положению «поворот влево», указанная выше первая ветвь цепи включает в себя концевой выключатель 52, электромагнитную катушку 63 и кнопку 65, вторая ветвь включает в себя концевой выключатель 53, электромагнитную катушку 64 и кнопку 66. При переключении трехпозиционного переключателя 67 вниз, что соответствует положению «поворот вправо», первая ветвь включает в себя концевой выключатель 52, электромагнитную катушку 64 и кнопку 65, вторая ветвь включает в себя концевой выключатель 53, электромагнитную катушку 63 и кнопку 66 (фиг. 8).
Концевые выключатели 52, 53 соединены с электромагнитными катушками 63, 64 посредством кабелей, проходящих по корпусу 1. Кнопки 65, 66 и двухпозиционный переключатель 62 смонтированы в пульте управления 68, установленном в кабине. Двухпозиционный переключатель 62 в положении «выключено» и трехпозиционный переключатель 67 в положении «движение прямо» ограничивают возможность подачи напряжения на электромагнитные катушки 63, 64 управления золотником 54 при срабатывании концевых выключателей 52, 53 или при нажатии кнопок 65, 66.
Поворот шагающего болотохода в автоматическом режиме при использовании концевых выключателей 52, 53 производится в процессе его движения при поочередном повороте его сдвоенных боковых опор 3, 4 и средней опоры 2 на каждом шаге следующим образом. В исходном положении все три опоры 2-4 стоят на опорной поверхности грунта. Средняя опора 2 расположена впереди, а боковые опоры 3, 4 сзади на расстоянии одного шага. Перед началом движения машинист включает в работу силовую установку шагающего болотохода, от которой начинают работать генератор постоянного тока напряжением 24 В, а также гидронасос 55 (фиг. 7). Машинист на пульте управления 68 переключает двухпозиционный переключатель 62 из положения «выключено» в положение «включено», а трехпозиционный переключатель 67 переключает из положения «движение прямо» в одно из двух возможных положений, например, в положение «движение влево» (на электрической схеме - положение переключателя 67 «вверх») (фиг. 8). При включенных переключателях 62 и 67 происходит подача напряжения на выключенный концевой выключатель 52, соединенный с левой электромагнитной катушкой 63, а также на выключенный концевой выключатель 53, соединенный с правой электромагнитной катушкой 64 золотника 54. От выключенных концевых выключателей 52, 53 при разомкнутых электрических цепях не происходит подачи электрических сигналов на электромагнитные катушки 63, 64 золотника 54. Центрирующие пружины удерживают золотник 54 в среднем положении. Он не направляет поток рабочей жидкости к силовому цилиндру 49, шток которого находится в среднем неподвижном положении и удерживает понтон 43 и продольную раму 44 от их взаимного поворота. При этом рабочая жидкость от гидронасоса по линии РТ отправляется на слив в гидробак 59 через фильтр 58 (фиг. 7). При возникновении в гидросистеме повышенного давления, превышающего допускаемое рабочее давление, рабочая жидкость сливается в гидробак 59 через предохранительный клапан 60.
При движении шагающего болотохода из исходного положения первыми начинают движение боковые опоры 3, 4. Переключатели 62 и 67 могут быть включены в рабочее положение независимо от очередности их включения и при другом исходном положении опор 2-4, когда средняя опора 2 находится сзади, а боковые 3, 4 - впереди, а также во время движения шагающего болотохода. При перемещении боковых опор 3, 4 шагающего болотохода передние катки 13, 14 корпуса 1 движутся по передним направляющим 9, 10 средней опоры 2, а задние катки 35, 36 корпуса 1 - по ее задним направляющим 31, 32. При этом переносимые боковые опоры 3, 4 своими передними направляющими 7, 8 и задними направляющими 29, 30 перемещаются по передним каткам 11, 12 корпуса 1 и задним каткам 33, 34 корпуса 1.
Перемещение боковых опор 3, 4 происходит в результате вращения правого и левого приводных валов 15, 18 от силовой установки. При вращении приводных валов 15, 18 вместе с ними вращаются цевочные звездочки 21-24, взаимодействующие своими зубьями с цевками 25-28 опор 2-4. В рассматриваемом исходном положении цевочные звездочки 22, 23, находясь сверху цевок 26, 27 средней опоры 2, движутся по ним, перемещая при этом корпус 1 по неподвижной средней опоре 2. А цевочные звездочки 21, 24, находясь под цевками 25, 28 боковых опор 3, 4, перемещают их относительно корпуса 1.
Положение, при котором центры передних катков 13, 14 будут располагаться на заднем крае верхних ручьев передних направляющих 9, 10 средней опоры 2, а центры передних катков 11, 12 - на переднем крае нижних ручьев передних направляющих 7, 8 боковых опор 3, 4, соответствует завершению их подъема и началу их перемещения в переднем направлении (фиг. 9а). В рассматриваемом положении лыжа 50 вступает в контакт с концевым выключателем 52 (фиг. 3), нажимает на него и включает его в работу. В свою очередь, концевой выключатель 52 при своем включении подает электрический сигнал левой электромагнитной катушке 63 золотника 54 (фиг. 8). Электромагнит левой электромагнитной катушки 63 переключает (толкает) золотник 54 вправо, при этом происходит выдвижение штока силового цилиндра 49 (фиг. 7). Вместе с передвижением вперед своевременно начинается поворот боковых опор 3, 4 из продольного положения влево на угол β/2 относительно понтона 43.
При работе насоса 55 рабочая жидкость от него движется в поршневую полость силового цилиндра 49 через золотник 54 по линии РА и через обратный клапан левого регулятора потока 56 без регулировки, а возвращается из штоковой полости силового цилиндра 49 на слив в гидробак 59 через регулятор потока 57 по линии ВТ золотника 54 и через фильтр 58 (фиг. 7). Регулятор потока 57 на выходе силового цилиндра 49 обеспечивает регулировку скорости выдвижения его штока. При этом за счет работы привода вместе с боковыми опорами 3, 4 движутся поступательно, а за счет работы силового цилиндра 49 одновременно поворачивают влево в горизонтальной плоскости балка 5, внешний грунтозацеп 6, приводные валы 15, 18, корпус 1 с передними катками 11-14 и задними катками 33-36 и кронштейны 37-40, а продольная рама 44 поворачивает влево в горизонтальной плоскости относительно шарнира 41, двигаясь своими дугообразными направляющими 45, 46 по роликам 47, 48 понтона 43 (фиг. 1, фиг. 2).
Положение, при котором центры передних катков 13, 14 будут располагаться на переднем крае верхнего ручья передних направляющих 9, 10 средней опоры 2, а центры передних катков 11, 12 - на заднем крае нижних ручьев передних направляющих 7, 8 боковых опор 3, 4, соответствует завершению их перемещения и началу их опускания на грунт (фиг. 9б). Не позднее данного положения должен завершиться процесс поворота боковых опор 3, 4. В рассматриваемом положении лыжа 50 выходит из контакта с концевым выключателем 52 и выключает его из работы. Таким образом, прекращается подача электрического сигнала левой электромагнитной катушке 63 золотника 54. Центрирующие пружины переключают золотник 54 в среднее положение. При этом прекращается выдвижение штока силового цилиндра 49 и своевременно прекращается поворот боковых опор 3, 4. В процессе движения шагающего болотохода его боковые опоры 3, 4 меняются местами со средней опорой 2. Средняя опора 2 поднимается относительно грунта и перемещается вперед, а боковые опоры 3, 4 встают на опорную поверхность.
Положение, при котором центры передних катков 11, 12 будут располагаться на заднем крае верхних ручьев передних направляющих 7, 8 боковых опор 3, 4, а центры передних катков 13, 14 - на переднем крае нижних ручьев передних направляющих 9, 10 средней опоры 2, соответствует завершению их подъема и началу их перемещения в переднем направлении (фиг. 9в). В рассматриваемом положении лыжа 51 вступает в контакт с концевым выключателем 53, нажимает на него и включает его в работу. В свою очередь, концевой выключатель 53 при своем включении подает электрический сигнал правой электромагнитной катушке 64 золотника 54 (фиг. 8). Электромагнит правой электромагнитной катушки 63 переключает (толкает) золотник 54 влево, при этом происходит задвижение штока силового цилиндра 49 и вместе с передвижением вперед начинается своевременный поворот понтона 43 влево на угол β относительно неподвижных боковых опор 3, 4. Понтон 43 поворачивается в горизонтальной плоскости относительно шарнира 41, двигаясь своими роликам 47, 48 по дугообразными направляющими 45, 46 продольной рамы 44 (фиг. 1, фиг. 2). При работе насоса 55 рабочая жидкость от него движется в штоковую полость силового цилиндра 49 через золотник 54 по линии РВ и через обратный клапан правого регулятора потока 57 без регулировки, а возвращается из поршневой полости силового цилиндра 49 на слив в гидробак 59 по линии AT золотника 54 через левый регулятор потока 56 и через фильтр 58. Регулятор потока 56 на выходе силового цилиндра 49 обеспечивает регулировку скорости выдвижения его штока (фиг. 7).
Положение, при котором центры передних катков 11, 12 будут располагаться на переднем крае верхних ручьев передних направляющих 7, 8 боковых опор 3, 4, а центры передних катков 13, 14 - на заднем крае нижних ручьев передних направляющих 9, 10 средней опоры 2, соответствует завершению ее перемещения в переднем направлении и началу ее опускания на грунт. Не позднее данного положения должен завершиться процесс поворота понтона 43 средней опоры 2. В рассматриваемом положении лыжа 51 выходит из контакта с концевым выключателем 53 и выключает его из работы. Прекращается подача электрического сигнала правой электромагнитной катушке 64 золотника 54. Центрирующие пружины переключают золотник 54 в среднее положение. При этом прекращается выдвижение штока силового цилиндра 49 и своевременно прекращается поворот понтона 43. Далее опоры опять меняются местами, и рассмотренный цикл поворота опор на каждом их шаге на угол β повторяется.
Например, если конструктивный угол β/2 скоса бортов понтона 43 принять равным 10°, то угол поворота боковых опор 3, 4 при полном их повороте относительно средней опоры 2 из первоначального продольного положения влево на первом шаге также будет равен 10°. На втором шаге поворот средней опоры 2 относительно боковых опор 3, 4 составит угол β или 20°. На втором и последующих шагах все углы поворота опор 2-4 при их полном повороте также будут составлять углы 20°. Таким образом, полный поворот шагающего болотохода влево на угол 90° может быть выполнен в автоматическом режиме за пять шагов опор.
Поворот шагающего болотохода вправо в автоматическом режиме происходит в результате поочередного поворота вправо его опор 2-4 на каждом их шаге аналогично повороту шагающего болотохода влево.
Для изменения направления поворота шагающего болотохода необходимо при включенном переключателе 62 произвести переключение трехпозиционного переключателя 67, изменяющего работу электрической схемы, в положение вниз (фиг. 8), соответствующее повороту «вправо». При этом концевой выключатель 52, подававший электрический сигнал электромагнитной катушке 63, будет подавать электрический сигнал катушке 64, а концевой выключатель 53, подававший электрический сигнал электромагнитной катушке 64, будет подавать его электромагнитной катушке 63, в результате чего электромагниты электромагнитных катушек 63, 64 будут поочередно переключать золотник 54 в стороны, противоположные указанным выше при описании поворота «влево», и шток силового цилиндра 49 будет двигаться в противоположном направлении (вместо выдвижения будет двигаться на задвижение, а вместо задвижения будет двигаться на выдвижение).
При включенном рабочем положении трехпозиционного переключателя 67 в ту или иную сторону и при поочередном нажатии на кнопки 65 и 66 на каждом шаге обеспечивается ручное управление золотником 54 за счет поочередной подачи электрического сигнала на его электромагнитные катушки 63 и 64. При этом обеспечивается поворот опор шагающего болотохода в соответствующую сторону кнопками 65 и 66 в ручном режиме.
1
Чтобы силовой цилиндр 49 с длиной хода штока L успевал полностью повернуть среднюю опору 2 или сдвоенные боковые правую 3 и левую 4 опоры на полный угол β за время движения концевого выключателя 52 по всему рабочему участку правой лыжи 50 длиной a-2R или концевого выключателя 53 по всему рабочему участку левой лыже 51 длиной a-2R при скорости движения шагающего болотохода V, необходимо, чтобы шток силового цилиндра 49 был отрегулирован на скорость своего движения Vнe менее величины V L/(a-2R).
Таким образом, происходит упрощение управления шагающим болотоходом при его движении на повороте за счет автоматизации управления, без вмешательства в управление машиниста. Машинисту во время работы не требуется в условиях ограниченной обзорности следить за передвижением опор и производить вручную на каждом шаге включение и выключение золотника гидрораспределителя, управляющего силовым цилиндром поворота.
Кроме того, рассмотренная конструкция обеспечивает своевременное автоматическое включение поворота опор в момент завершения их подъема и начала передвижения и своевременное автоматическое выключение поворота опор в момент завершения их передвижения и начала опускания на грунт, в результате чего обеспечивается полный поворот поднятых опор на каждом их шаге без пропахивания ими грунта (без «бульдозерного эффекта»), устраняется явление обратного отворота стоящих на грунте опор из-за отсутствия сопротивления грунта повороту переносимых опор, следствием чего является снижение затрат энергии на поворот опор, увеличение угла поворота опор, уменьшение радиуса поворота, увеличение поворотливости и проходимости шагающего болотохода на повороте.
Установка гидрораспределителя с электромагнитным управлением золотника вместо гидрораспределителя с ручным управлением обеспечила возможность автоматического управления силовым цилиндром поворота опор.
Установка на входе и на выходе силового цилиндра поворота последовательно ему по одному регулятору потока с обратным клапаном обеспечила возможность регулировки скорости движения штока силового цилиндра поворота на выходе независимо от направления потока рабочей жидкости. Причем, регулирование потока рабочей жидкости на выходе силового цилиндра поворота, кроме плавного и устойчивого движения его штока и стабильной скорости движения, обеспечило отвод в гидробак тепла рабочей жидкости, нагретой на гидравлическом сопротивлении, где накопленное тепло рассеивается. А скорость движения штока, отрегулированная регуляторами потока на величину V⋅L/(a-2R), обеспечила своевременное его выдвижение из гильзы силового цилиндра поворота и задвижения обратно в гильзу на полный ход L за время переноса опор, которое зависит от скорости движения болотохода V.
Установка лыжи на левой передней направляющей средней опоры и взаимодействующего с ней концевого выключателя на корпусе правой подшипниковой опоры левого приводного вала обеспечила возможность подачи электрического сигнала электромагнитным катушкам и электромагнитам золотника для его автоматического переключения в ту или иную сторону и поворота боковых опор влево или вправо.
Установка лыжи на передней направляющей левой опоры и взаимодействующего с ней концевого выключателя на корпусе левой подшипниковой опоры левого приводного вала обеспечила возможность подачи электрического сигнала электромагнитным катушкам и электромагнитам золотника для его автоматического переключения в ту или иную сторону и поворота средней опоры влево или вправо.
Установка трехпозиционного переключателя поворота в разрыв электрических цепей между концевыми выключателями и электромагнитными катушками золотника обеспечила возможность изменения направления движения штока силового цилиндра поворота за счет изменения направления электрического сигнала от концевых выключателей к электромагнитным катушкам золотника.
Установка лыж длиной а-2R в верхней части левой передней направляющей средней опоры и в верхней части передней направляющей левой опоры параллельно их верхним ручьям и на одной с ними вертикали, а также установка взаимодействующих с лыжами концевых выключателей на подшипниковых опорах левого приводного вала параллельно его оси и на одной с ней вертикалью обеспечила возможность своевременного включения и выключения концевых выключателей лыжами, своевременного переключения золотника концевыми выключателями, своевременного выдвижения и задвижения штока силового цилиндра поворота золотником гидрораспределителя, а также своевременного поворота опор в ту или иную сторону. При такой установке концевых выключателей и лыж положение начала контакта концевых выключателей с лыжами соответствует положению центров передних катков корпуса на задних краях верхних ручьев передних направляющих средней опоры и боковых опор, а положение конца контакта концевых выключателей с лыжами соответствует положению центров передних катков корпуса на передних краях верхних ручьев передних направляющих средней опоры и боковых опор, что соответствует своевременным и оптимальным моментам включения и выключения силового привода поворота опор.
При участии авторов разработан опытный образец шагающего болотохода, который изготовлен в ЗАО «Тверской экспериментально-механический завод» и успешно прошел испытания на болотах Тверской области.