АВТОПРИЦЕП И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ С ЕГО ПОМОЩЬЮ
VEHICLE TRAILER AND METHOD FOR IMPROVEMENT OF ALL-WHEEL DRIVE VEHICLE FLOTATION ABILITY BY MEANS OF IT

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к транспортным средствам, в особенности к транспортным средствам, предназначенным для перемещения по бездорожью.
Уровень техники
В настоящее время известно множество приспособлений для повышения проходимости наземных нерельсовых транспортных средств.
Общеизвестно использование гусеничных движителей для повышения проходимости транспортного средства. Так, например, в патенте РФ №2309080 (опубл. 27.10.2007) раскрыт съемный гусеничный блок транспортного средства, которым заменяются колеса транспортного средства. Однако такая конструкция достаточно сложна и требует длительного времени на замену колес на гусеничные движители. Вместе с тем, такие движители позволяют перемещаться только по грунту и бесполезны для форсирования водных преград.
Усовершенствование этой конструкции является описанная в патенте РФ №2329156 (опубл. 20.07.2008) быстросъемная гусеничная приставка к автомобилю. Согласно этому документу автомобиль ставят колесами над опорными катками гусеницы, что значительно ускоряет процесс установки такого движителя. Однако водные преграды остаются для него непроходимыми. К тому же в данном техническом решении - как и в предыдущем - требуется специальное место для транспортировки гусеничной приставки (приставок) при езде по шоссе.
Выходом из положения могли бы стать шины низкого и даже сверхнизкого давления, такие как описаны в патенте РФ на полезную модель №53999 (опубл. 10.06.2006), в патенте США №4538657 (опубл. 03.09.1985) и в заявке Японии №2006-341783 (опубл. 21.12.2006). А в патенте Канады №1233493 (опубл. 01.03.1988) раскрыто устройство с сегментированной воздушной гусеницей, где используется «расплющенная» шина низкого давления в виде гусеницы. Однако эти движители непрактичны при езде по шоссе.
Известен также патент РФ №2036811 (опубл. 09.06.1995), в котором описан прицеп-контейнер транспортного средства, выполненный с возможностью трансформирования в воздушную подушку. Такой прицеп весьма полезен при преодолении водных преград, но не годится при езде по грунтовому бездорожью.
Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является пневмогусеничный движитель по патенту РФ №2284941 (опубл. 10.10.2006), в котором движитель представляет собой подкачиваемую оболочку, по которой катятся валки, передающие движение. Однако такой движитель, по расчетам самого автора этого патента, должен иметь минимальный габаритный размер 4×7 м при грузоподъемности 2 тонны и 6×12 м при грузоподъемности 10 тонн. И хотя транспортное средство с таким движителем может применяться для транспортировки крупногабаритных и тяжелых грузов вне дорог общего пользования или, например, при разгрузке транспортных судов с моря на неподготовленный берег, и т.п., столь большие размеры делают его малопригодным при езде по обычным дорогам.
Сущность изобретения
Целью данного изобретения является разработка такого движителя, который преодолевал бы недостатки известных аналогов, т.е. позволял бы достаточно быстро переоборудовать обычное транспортное средство в вездеход и даже вездеход-амфибию, и в то же время был бы достаточно практичен при езде по ровному грунту для перевозки различных грузов в качестве буксируемого автомобильного прицепа.
Для достижения этой цели и получения указанного технического результата в первом объекте заявленной группы изобретений предлагается автоприцеп, содержащий опорную раму, вблизи переднего края которой на одной и той же оси, практически перпендикулярной основному направлению перемещения автоприцепа, шарнирно установлены верхние концы двух пар несущих стержней, на нижних концах которых в каждой паре установлены с возможностью вращения шинные цилиндры с фланцами, зажимающими по бокам установленную на этих шинных цилиндрах пневматическую шину, при этом на опорной раме установлены с возможностью вращения две пары фрикционных катков на осях, практически перпендикулярных основному направлению перемещения автоприцепа, причем фрикционные катки в каждой паре размещены друг за другом и с возможностью опоры на пневматическую шину, находящуюся под ними в рабочем состоянии автоприцепа.
Особенность данного автоприцепа состоит в том, что пневматические шины предпочтительно являются шинами низкого давления.
Другая особенность данного автоприцепа состоит в том, что несущие стержни в рабочем состоянии автоприцепа могут быть отклонены от плоскости опорной рамы на угол в пределах от 30 до 60 градусов.
Еще одна особенность данного автоприцепа состоит в том, что внутренний и внешний несущие стержни в каждой паре могут соединяться с опорной рамой, соответственно, поперечной тягой и амортизатором.
Еще одна особенность данного автоприцепа состоит в том, что каждый шинный цилиндр может быть снабжен ступичными узлами, обеспечивающими возможность вращения этого шинного цилиндра на конце соответствующего несущего стержня.
Еще одна особенность данного автоприцепа состоит в том, что опорная рама может быть снабжена стыковочным средством для соединения двух автоприцепов друг за другом. При этом по меньшей мере два расположенных на одной и той же оси фрикционных катка каждого из двух соединенных автоприцепов могут быть снабжены тормозами, размещенными по одному на каждой боковой стороне одного из автоприцепов, при этом на стыковочном средстве, смонтированном на передней стороне опорной рамы переднего автоприцепа, установлена обгонная тормозная муфта с рычажно-тросовым приводом на оба тормоза.
Наконец, еще одна особенность данного автоприцепа состоит в том, что опорная рама может быть оборудована съемными бортами, выполненными с возможностью их использования в качестве аппарелей для заезда автомобиля на автоприцеп.
Для достижения той же самой цели и получения того же самого технического результата во втором объекте заявленной группы изобретений предлагается способ повышения проходимости полноприводного автомобиля, включающий в себя этапы, на которых: снабжают автомобиль двумя автоприцепами по первому объекту заявленной группы изобретений; соединяют оба автоприцепа друг за другом посредством стыковочного средства так, чтобы расстояние между осями пневматических шин обоих автоприцепов было примерно равно межосевому расстоянию автомобиля; перемещают автомобиль на соединенные автоприцепы, чтобы разместить колеса автомобиля на соответствующих парах фрикционных катков соответствующего автоприцепа; и фиксируют автомобиль к опорным рамам обоих автоприцепов.
Особенность данного способа состоит в том, что фиксацию автомобиля к опорным рамам соответствующих автоприцепов осуществляют преимущественно за передний и задний мосты автомобиля с помощью крепежных элементов, выполненных с возможностью обеспечения заранее заданной силы прижатия колес автомобиля к фрикционным каткам и исключения перемещения мостов автомобиля относительно опорных рам обоих автоприцепов.
Другая особенность данного способа состоит в том, что он может дополнительно содержать этапы, на которых: снабжают по меньшей мере два расположенных на одной и той же оси фрикционных катка каждого из двух соединенных автоприцепов тормозами, размещенными по одному на каждой боковой стороне одного из автоприцепов; устанавливают в кабине автомобиля органы управления торможением каждого из тормозных цилиндров; и соединяют установленные органы управления с рычажно-тросовыми приводами соответствующих тормозов.
Еще одна особенность данного способа состоит в том, что перемещение автомобиля на соединенные автоприцепы могут осуществлять по аппарелям из съемных бортов, которыми заранее оснащены автоприцепы.
Наконец, еще одна особенность данного способа состоит в том, что пневматические шины являются шинами низкого давления.
Краткое описание чертежей
Заявленная группа изобретений иллюстрируется далее чертежами, на которых одинаковые или сходные элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
Фиг.1 представляет собой вид в перспективе автоприцепа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 является видом сверху автоприцепа по фиг.1.
Фиг.3 является видом сзади автоприцепа по фиг.1.
Фиг.4 представляет собой увеличенный вид спереди в разрезе одного колеса автоприцепа по фиг.1-3.
Фиг.5 показывает расположение автомобиля на двух соединенных прицепах в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой условный вид крепежного элемента для крепления автомобиля к автоприцепу в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Изобретение далее описано со ссылками на прилагаемые чертежи.
Как показано на фиг.1, автоприцеп в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения имеет опорную раму 1, которая может быть выполнена, например, из стальных уголковых элементов, сваренных или иным образом соединенным друг с другом. Показанная на чертежах прямоугольная форма, а также количество продольных и поперечных элементов приведены лишь для иллюстрации, а никоим образом не ограничения заявленного изобретения. Так, форма опорной рамы 1 автоприцепа может быть, скажем, трапецеидальной, пятиугольной, шестиугольной и т.д., а элементы могут располагаться так, как это будет удобно или целесообразно пользователю.
Автоприцеп по фиг.1 предназначен для преимущественного перемещения справа налево по фиг.1. Т.е. показанный слева поперечный элемент определяет передний край 2 опорной рамы, на котором установлено стыковочное средство 3. Это может быть, например, тяга как у обычного прицепа либо два соединенных передними концами стержня с петлей, как показано на фиг.1, либо любая иная известная конструкция, которая позволяет пристыковывать автоприцеп к ведущему автомобилю.
Вблизи переднего края 2 опорной рамы 1 шарнирно установлены верхние концы двух пар несущих стержней 4, 5 и 6, 7. Причем шарнирные соединения всех этих несущих стержней 4-7 находятся на одной и той же оси 8 (см. фиг.1 и 2), которая практически перпендикулярна основному направлению перемещения автоприцепа (на фиг.1 это направление справа налево). «Основное» направление упомянуто здесь потому, что в некоторых вариантах осуществления для автоприцепа предусмотрена возможность поворота.
В каждой паре на нижних концах несущих стержней 4, 5 и 6, 7 установлены ступичные узлы, соответственно, 9, 10 и 11, 12 (см. фиг.2). Каждая пара ступичных узлов 9, 10 и 11, 12 предназначена для крепления с возможностью вращения, соответственно, шинных цилиндров 13 и 14 (см. пунктир на фиг.3). Фланцы 15, 16 (или 17, 18) шинного цилиндра 13 (или 14) зажимают по бокам установленную на этом шинном цилиндре 13 (или 14) пневматическую шину 19 (или 20). В предпочтительном варианте осуществления пневматические шины 19, 20 являются шинами низкого давления, а в наиболее предпочтительном варианте осуществления пневматические шины 19, 20 являются шинами сверхнизкого давления. Шины 19, 20 зажаты между соответствующими фланцами 15, 16 или 17, 18, которые фиксируют положение пневматических шин 19, 20 на шинных цилиндрах 13, 14, соответственно.
Более подробно крепление шины 19 на шинном цилиндре 13 показано на фиг.4. Шина 19 имеет арочную покрышку 21, внутри которой находится камера 22 низкого или даже сверхнизкого давления. Края арочной покрышки 21 фиксируются к фланцам 15, 16 изнутри с помощью накладных колец 23, 24 с вмонтированными болтами 25, 26, установленными резьбой наружу. Фланец 15 выполнен заедино с шинным цилиндром 13, и к этому фланцу 15 крепится ступичный узел 9. Фланец 16 для обеспечения возможности сборки выполнен съемным и крепится к противоположному торцу шинного цилиндра 13 вместе со ступичным узлом 10. Крепление съемного фланца 16 осуществляется после того, как сначала закреплен край арочной покрышки 21 к несъемному фланцу 15 гайками, навинченными на болты 25 накладного кольца 23, после чего накачивается камера 22 до тех пор, пока болты 26 другого накладного кольца 24 не войдут в отверстия съемного фланца 16 для их крепления соответствующими гайками.
В качестве ступичных узлов 9-12 используются обычные автомобильные ступичные узлы передних колес, которые состоят из поворотного кулачка, внутреннего большого и внешнего малого роликовых подшипников, ступицы с фланцем для крепления колеса, гайки и защитного колпачка. В данном случае ступицы перевернуты внутрь колеса защитными колпачками, а фланцы для крепления колес ступицы крепятся болтами к фланцам 15-18.
На фиг.1-3 показаны также две пары фрикционных катков 28, 29 и 30, 31 (на фиг.3 показаны только задние фрикционные катки 30, 31), установленные на опорной раме 1 с возможностью вращения на осях, практически перпендикулярных основному направлению перемещения автоприцепа (или параллельных оси 2, на которой шарнирно установлены верхние концы несущих стержней 4-7). Фрикционные катки 28, 29 и 30, 31 в каждой паре размещены друг за другом в основном направлении перемещения автоприцепа и с возможностью опоры на соответствующую пневматическую шину 19, 20, находящуюся под ними в рабочем состоянии автоприцепа. Фрикционные катки могут быть выполнены в виде, например, металлических катков с обрезиненной поверхностью, хотя для покрытия пригодны и любые иные материалы, обеспечивающие хорошее сцепление фрикционных катков как с колесами автомобиля, так и с пневматическими шинами 19, 20.
Упомянутое «рабочее состояние» автоприцепа является состоянием, в котором автоприцеп по настоящему изобретению перемещается по какой-либо поверхности на пневматических шинах 19, 20 - в отличие от состояния, когда этот автоприцеп, скажем, лежит «вверх колесами» или упирается в поверхность перемещения своим передним или задним краем, либо повернут на бок. Как видно на фиг.1, несущие стержни 4-7 отклонены в рабочем состоянии автоприцепа от плоскости опорной рамы 1 на угол в пределах от 30 до 60 градусов. Шарнирная подвеска несущих стержней 4-7 обеспечивает возможность амортизации при движении автоприцепа. Как видно на фиг.2 и 3, нижние концы внутренних несущих стержней 5 и 6 соединены с опорной рамой 1 соответствующими поперечными тягами 32, 33. Нижние концы внешних несущих стержней 4 и 7 соединены с опорной рамой 1 соответствующими амортизаторами 34, 35 (на фиг.1 показан только левый по ходу движения амортизатор 34, а стрелка при ссылочной позиции 35 указывает на невидимый на фиг.1 правый амортизатор). Эти амортизаторы могут быть выполнены, например, как обычные гидравлические автомобильные амортизаторы, каждый из которых крепится одним своим концом к соответствующему внешнему несущему стержню 4, 7 ближе к оси колеса, а с другой стороны - к опорной раме 1 между фрикционными катками соответствующего борта.
Фрикционные катки 28-31 выполнены с возможностью передавать усилие от устанавливаемых на них колес автомобиля к находящейся под ними пневматической шине 19, 20. Как показано на фиг.2, по меньшей мере два расположенных на одной и той же оси фрикционных катка (например, 28, 30 или 29, 31) автоприцепа могут быть снабжены тормозами 36, 37. В качестве этих тормозов можно использовать любые известные в технике тормоза, например дисковые тормоза с гидравлическим приводом или барабанные тормоза с механическим тросовым приводом. При этом на стыковочном средстве 3, смонтированном на передней стороне 2 опорной рамы 1 автоприцепа, установлена обгонная тормозная муфта 38 с рычажно-тросовым приводом 39 на оба тормоза 36, 37.
Опорная рама 1 может быть оборудована съемными бортами, выполненными с возможностью их использования в качестве аппарелей для заезда автомобиля на автоприцеп. На фиг.1 пунктиром показаны два таких борта, используемых в качестве аппарелей 40, 41. На эти борта могут также навешиваться съемные водоизмещающие емкости для повышения плавучести прицепа и автомобиля в зависимости от их общего веса.
Для того чтобы автомобиль можно было устанавливать на автоприцепы, необходимо использовать два автоприцепа, выполненных в соответствии с показанными вариантами осуществления. Фиг.5 иллюстрирует автомобиль 42, установленный на два соединенных друг за другом автоприцепа по фиг.1-3. Для различения одинаковых элементов разных автоприцепов на фиг.5 введена индексация ссылочных позиций буквами «п» и «з», обозначающими соответственно передний и задний автоприцепы. Как видно из фиг.5, автомобиль 42 установлен на сцепленных автоприцепах так, что колеса 43п и 43з автомобиля 42 оказываются размещены практически над соответствующими пневматическими шинами 19п и 19з соответствующих автоприцепов. Каждое колесо 43 установлено на соответствующих фрикционных катках 28, 30. Понятно, что на фиг.5 показаны только левые колеса 43 автомобиля 42, но правые его колеса, не показанные на фиг.5, установлены точно так же на фрикционных катках 29, 31, не показанных на фиг.5. Таким образом, расстояние между осями пневматических шин 19п, 19з (или 20п, 20з) обоих автоприцепов примерно равно межосевому расстоянию автомобиля 42.
Автомобиль 42 фиксируют к опорным рамам 1п и 1з обоих автоприцепов за передний и задний мосты автомобиля 42. На фиг.6 показан пример такой фиксации заднего моста 44 (показанного пунктиром) автомобиля 42 с помощью по меньшей мере одного крепежного элемента 45, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения заранее заданной силы прижатия колес 43 автомобиля 42 к фрикционным каткам 28-31 и исключения перемещения мостов автомобиля 42 относительно опорных рам 1п и 1з автоприцепов. Крепежный элемент 45 на фиг.6 представляет собой скобу 46, охватывающую соответствующий мост (задний мост 44 на фиг.6) автомобиля 42, с пластиной 47, проходящей под соответствующим поперечным элементом опорной рамы 1з и фиксируемой гайками 48 к резьбовым концам скобы 46. Однако крепежный элемент 45 может иметь и любое иное выполнение, обеспечивающее указанное выше заранее заданное усилие прижатия колес 43 к фрикционным каткам 28-31, чтобы исключить возможность переезда фрикционных катков 28-31 колесами 43 автомобиля 42 при движении. Конкретная величина этого заранее заданного усилия прижатия колес 43 к фрикционным каткам 28-31 будет зависеть от давления в колесах 43 автомобиля 42.
Как показано на фиг.5, при использовании автоприцепов в соответствии с вариантами осуществления по настоящему изобретению тормоза 36, 37 фрикционных катков 28, 30 на каждом автоприцепе соединяют рычажно-тросовыми приводами с органами 49 управления, которые устанавливают в кабине автомобиля 42. На фиг.5 показан только один орган 49 управления левыми тормозами, но понятно, что второй такой же орган 49 управления также установлен в кабине автомобиля 42 для правых тормозов. Это могут быть простые рычаги типа рычагов стояночного тормоза, или пульт с кнопками, тумблерами и т.д. в зависимости от конкретного типа используемых тормозов.
Автоприцеп по настоящему изобретению может использоваться двояким образом. Во-первых, при передвижении по различным дорогам, ровному грунту или бездорожью такой автоприцеп может использоваться по своему прямому назначению, например, для перевозки грузов за буксирующим транспортным средством. Таким средством может быть обычный автомобиль, вездеход, трактор, снегоход, болотоход, танк, катер и т.д. Автоприцеп по настоящему изобретению может использоваться в качестве плота для переправы через водное препятствие. К нему можно крепить лодочный мотор и плыть по воде, если нужная плавучесть обеспечивается навесными водоизмещающими емкостями на бортах. При этом автоприцеп по настоящему изобретению (один или каждый из используемых с одним автомобилем 42), буксируемый обычным образом автомобилем 42, может снабжаться бортами 40, 41 (пунктир на фиг.3), либо может использоваться в паре с другим таким же автоприцепом без бортов для перевозки длинномерных грузов. Во-вторых, два автоприцепа по настоящему изобретению могут использоваться для повышения проходимости полноприводного автомобиля 42 следующим образом.
При необходимости преодолеть топкую или размытую грунтовую поверхность (бездорожье) типа пашни, глубокого снега, заболоченного участка либо водную поверхность на два сцепленных автоприцепа по настоящему изобретению заводят полноприводный автомобиль 29, например, по съемным бортам 40, 41, используемым в качестве аппарелей (см. фиг.1). Когда автомобиль 42 встает колесами 43 на соответствующие фрикционные катки 28-31, его передний и задний мосты фиксируют к опорным рамам 1 соответствующих автоприцепов, обеспечивая должное усилие прижатия колес 43 к фрикционным каткам 28-31. Затем устанавливают в кабине автомобиля 42 органы 49 управления и соединяют их с тормозами 36, 37, установленными на соответствующих фрикционных катках 28, 30 обоих автоприцепов.
После этого автомобиль 42 включает двигатель, и колеса 43 приводят во вращение фрикционные катки 28-31, на которых эти колеса 43 установлены. Фрикционные катки 28-31 вращаются в обратную сторону по отношению к направлению вращения колес 43 и приводят во вращение пневматические шины 19, 20, которые в результате вращаются в ту же сторону, что и колеса 43. Автомобиль 42 на автоприцепах, выполненных по настоящему изобретению, начинает перемещаться в ту же сторону, как если бы он ехал на собственных колесах 43. При необходимости повернуть водитель с помощью органов 49 управления включает соответствующие тормоза 36 или 37, что приводит к остановке или замедлению вращения пневматических шин 19 или 20 обоих автоприцепов, и происходит поворот в требуемую сторону.
2
2
В предлагаемой конструкции вес автомобиля (вообще вес груза, лежащего на опорной раме 1, и вес самой опорной рамы 1) передается на пневматические шины 19, 20 непосредственно через фрикционные катки 28-31, а не через несущие стержни 4-7 и шинные цилиндры 13-14. Пневматические шины 19, 20 за счет низкого или даже сверхнизкого давления в них обеспечивают давление на грунт примерно на порядок ниже давления обычного автомобиля. Так, например, автомобиль «Нива», установленный на два автоприцепа по настоящему изобретению с пневматическими шинами низкого давления («шины Шаина») размером 920×500×406 мм (где 920 мм есть внешний диаметр колеса, 500 мм - ширина, а 406 мм - посадочный размер борта шины на диск) при общей расчетной массе всей системы 1600 кг создает давление на грунт всего 0,17 кг/см, тогда как давление самого автомобиля на грунт составляет 1,7 кг/см.
Важно отметить, что клиренс автоприцепа по настоящему изобретению составляет 76 см вместо 22 см у того же автомобиля «Нива».
3
3
Водоизмещающий объем пневматических шин равен примерно одному кубическому метру (одна шина 0,27 м, четыре шины 1,08 м), что обеспечивает плавучесть двух прицепов общей массой до 1000 кг. С дополнительными же водоизмещающими емкостями автоприцепы по настоящему изобретению обеспечивают плавучесть общей массой до 2000 кг.
Следует также указать и на такое достоинство предлагаемой системы. Колеса 43 автомобиля 42, фрикционные катки 28-31 и пневматические шины 19, 20 образуют четыре фрикционных колесных редуктора с коэффициентом передачи, равным частному от деления диаметра колес 43 на диаметр пневматических шин 19, 20. Эти фрикционные колесные редукторы работают как предохранительные муфты, которые срезают излишки крутящих моментов с трансмиссии системы автомобиль-автоприцепы при блокировании по каким-то причинам пневматических шин 19, 20.
Таким образом, заявляемый автоприцеп обеспечивает быстрое переоборудование обычного полноприводного автомобиля в вездеход и даже вездеход-амфибию, и в то же время вполне пригоден для езды по любому грунту и воде, снегу, льду и т.д. за соответствующим буксирующим средством с возможностью перевозки грузов. При этом, как отмечалось выше, используется арочная конструкция колеса с нагрузкой на верхнюю поверхность колеса, что позволяет увеличить грузоподъемность пневматической шины в два раза от паспортных данных. Такая шина работает как пневмодомкрат. При ступичном использовании размеры колеса должны быть по диаметру примерно 920 мм, по ширине примерно 500 мм, максимальная паспортная нагрузка 300 кг на колесо с подгибом боковин колеса внутрь. В предлагаемом же арочном варианте размеры по диаметру примерно 850 мм, по ширине примерно 600 мм, при давлении 0,4 атм и нагрузке 600 кг на колесо, просадка катков примерно 40 мм без подгиба боковин, арка стремится к цилиндру. На четыре таких колеса можно грузить 2400 кг вместо 1200 кг. Это принципиальное изменение обычного использования шин.
Хотя заявленное изобретение описано и проиллюстрировано конкретными примерами своей реализации, специалистам понятно, что в этих вариантах осуществления можно сделать различные видоизменения без отхода от сущности и объема изобретения, который определяется только прилагаемой формулой изобретения с учетом эквивалентов.