ОДНОКОЛЕЙНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ПОСТОЯННО-ВЕРТИКАЛЬНЫМИ КОЛЕСАМИ

Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения, а точнее, к механическим транспортным средствам и может быть использована преимущественно в производстве одноколейных транспортных средств типа мотоцикла, мопеда.
Из уровня техники известны одноколейные транспортные средства (ОТС) например (патент RU 2066651, опубликован 20.09.1996 г.), содержащие раму, установленный на раме двигатель, ведущее и ведомое колеса, механическую трансмиссию, соединяющую между собой двигатель и ведущее колесо с возможностью изменения передаточного отношения, тормозную систему и систему управления, связанную с двигателем, трансмиссией и тормозом. ОТС с помощью системы управления может разгоняться, тормозить и поворачивать. В повороте ОТС должно наклоняться в сторону центра поворота, чтобы не быть опрокинутым центробежной силой, при этом колеса наклонены и контактируют с дорогой боковой гранью.
Также известен велосипед с электрическим приводом (заявка на изобретение RU №2001124441, опубликована 20.07.2003 г.), состоящий из рамы, ведомого колеса с рулем, ведущего колеса, электрического привода. Велосипед приводится в движение ногами водителя и электроприводом, поворачивает за счет руля. В повороте велосипед также должен быть наклонен для преодоления центробежной силы и его колеса взаимодействуют с поверхностью дороги боковой гранью.
Недостатками вышеуказанных ОТС являются: неустойчивое равновесие в неподвижном состоянии; плохая устойчивость на малых скоростях; сложность управления в повороте; жесткая зависимость угла наклона рамы при движении в повороте в зависимости от скорости и радиуса поворота; уменьшение пятна контакта колес ОТС с поверхностью дороги при движении в повороте, так как они наклоняются вместе с рамой и начинают контактировать с дорогой боковой поверхностью.
Вышеперечисленные недостатки приводят:
- к высокой вероятности падения транспортного средства на стоянке и на малых скоростях;
- необходимости использования дополнительной опоры (подножки или ноги водителя), чтобы транспортное средство не упало на стоянке и остановке;
- к необходимости подруливания на малых скоростях;
- к снижению устойчивости в повороте;
- к снижению надежности и повышению опасности возникновения дорожно-транспортного происшествия.
Среди известных из уровня техники ОТС наиболее близко по технической сущности к предлагаемой полезной модели относится всесезонное одноколейное внедорожное транспортное средство (патент RU2360822, опубликован 10.07.2009 г.), принятое нами за прототип, содержит раму с установленным на ней двигателем, тормозную систему, систему управления режимом движения рулем, соединенный с вилкой заднего колеса рычагами и имеющий возможность управления работой двигателя и тормозом, переднее ведущее колесо, установленное в передней части рамы и заднее поворотное колесо, установленное в вилке, вертикальная ось которой размещается в подшипнике задней части рамы, колеса имеют разный диаметр и ширину протектора 300-350 мм.
Всесезонное одноколейное внедорожное транспортное средство разгоняется с помощью переднего ведущего колеса, а поворачивает по мотоциклетному принципу с помощью заднего управляемого колеса путем поворота руля связанного с ним рычагами. Широкие переднее и заднее колеса (шириной 300-350 мм) повышают устойчивость прямолинейного движения данного транспортного средства.
Основными недостатками прототипа являются: сложность управления в повороте; жесткая зависимость угла наклона рамы при движении в повороте в зависимости от скорости и радиуса поворота; уменьшение пятна контакта колес ОТС с поверхностью дороги при движении в повороте, так как они наклоняются вместе с рамой и начинают контактировать с дорогой боковой поверхностью; невозможность сделать переднее колесо управляемым.
Задача предложенной полезной модели состоит в повышении устойчивости ОТС: в неподвижном состоянии, на низких скоростях при прямолинейном движении и на любых скоростях в повороте и облегчении управлением ОТС в повороте, и как следствие для повышения безопасности эксплуатации ОТС.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что одноколейное транспортное средство, содержит раму с установленным на ней двигателем, тормозную систему, электрическую трансмиссию, руль для управления направлением движения и колеса с протекторами соединенные с рамой, отличие согласно полезной модели состоит в том, что оба колеса транспортного средства выполнены ведущими и управляемыми с шириной протекторов колес равной 400-600 мм и соединенными с рамой через вертикальные вилки подвески посредством шарниров с возможностью отклонения от вертикальной плоскости вбок на заданный угол, в зависимости от угла поворота руля, жестко связанного с передним шарниром, при этом плоскость вращения колес выполнена вертикальной, а сами ведущие и управляемые колеса выполнены с возможностью поворота влево-вправо в зависимости от направления поворота руля, контактируя с поверхностью дороги всей шириной протектора.
Еще одно отличие состоит в том, что одноколейное транспортное средство снабжено закрытым ненесущим кузовом, неподвижно установленным посредством болтового соединения к элементам рамы, для защиты от внешних негативных факторов и увеличения пассивной безопасности в случае дорожно-транспортного происшествия.
Технический результат состоит в появлении возможности для ОТС двигаться по прямой и в повороте с постоянно-вертикальными колесами (плоскость вращения колес всегда перпендикулярна поверхности дороги) и в появлении устойчивого равновесия у ОТС в неподвижном состоянии.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг.1 - схема ОТС с постоянно-вертикальными колесами, вид сбоку;
фиг.2а - схема прямолинейного движения ОТС с постоянно-вертикальными колесами, вид сзади;
фиг.2б - схема движения ОТС с постоянно-вертикальными колесами при повороте;
фиг.3 - ОТС с постоянно-вертикальными колесами вариант с кузовом.
Одноколейное транспортное средство состоит из рамы 1, к которой через вертикальные вилки передней 2 и задней 3 подвески посредством шарниров 4 и 5 крепятся переднее 6 и заднее 7 управляемые и ведущие колеса. На раме 1 также размещены: руль 8 (мотоциклетного типа) жестко связанный с шарниром 4, двигатель 9, электрическая трансмиссия 10, кроме того как вариант исполнения, к раме 1 посредством болтового соединения 11 в нескольких местах может быть прикреплен закрытый ненесущий кузов 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В неподвижном состоянии, заявляемое ОТС, обладает устойчивым равновесием от бокового опрокидывания за счет применения колес 6 и 7 с шириной протектора 400-600 мм.
Движение по прямой осуществляется за счет работы двигателя 9 и электрической трансмиссии 10, передающей крутящий момент на ведущие колеса 6 и 7 вне зависимости от наклона рамы 1 ОТС и положения самих колес 6 и 7. Движение по прямой устойчиво, так как колеса 6 и 7 с шириной протектора 400-600 мм не дают ему опрокинуться в поперечной плоскости. (фиг.2а)
При входе в поворот водитель поворачивает руль 8, жестко связанный с шарниром 4. Шарнир 4 поворачивает вилку передней подвески 2 и через нее переднее управляемое колесо 6 на заданный угол в сторону поворота, оставляя его в вертикальном положении, при этом вокруг шарнира 4 поворачивается рама 1, наклоняясь в сторону поворота (фиг.2б).
Одновременно с наклоном рамы 1, поворачивается шарнир 5, заставляя вилку задней подвески 3 и заднее управляемое колесо 7 поворачиваться в сторону поворота, при этом вилка задней подвески 3 и колесо 7 остаются в вертикальной положении (фиг.2б).
Устойчивость ОТС в повороте обеспечивается за счет центробежной силы Ру и наличия большого пятна контакта управляемых колес 6 и 7 с шириной протектора 400-600 мм, продолжающих контактировать с поверхностью дороги всей шириной протектора, так как плоскость вращения колес 6 и 7 остается перпендикулярной к поверхности дороги.
При выходе из поворота водитель поворачивает руль 8 в исходное положение, шарнир 4 жестко связанный с рулем 8 возвращает вилку передней подвески 2 и управляемое колесо 6 в исходное положение, оставляя колесо 6 в вертикальном положении, рама 1 при этом, поворачивается вокруг шарниров 4 и 5 в вертикальное положение, вилка задней подвески 3 управляемого колеса 7 поворачивается вокруг вертикальной оси в шарнире 5, переводя управляемое колесо 7 в исходное положение, оставляя при этом его вертикальным (фиг.2а).
Механический привод крутящего момента от двигателя 9 к ведущим колесам 6 и 7 невозможен ввиду того, что рама 1 ОТС отклоняется от вертикали в повороте, а ведущие колеса 6 и 7 остаются всегда вертикальными и еще могут поворачиваться относительно рамы 1 вправо-влево, так как они являются управляемыми, то есть плоскости вращения колес и выходного вала двигателя постоянно меняются, также меняется положение ступиц (центров вращения) ведущих колес 6 и 7 относительно двигателя, поэтому энергия к ним передается с помощью электрической трансмиссии 10 (по проводам).
Наличие закрытого кузова 12 прикрепленного к раме 1 посредством болтового соединения 11 (в нескольких местах) позволяет защитить находящихся в нем от внешних негативных факторов, таких как: дождь, снег, ветер, грязь и т.д. Кузов 12 также увеличивает пассивную безопасность ОТС в случае дорожно-транспортного происшествия, так как он воспринимает на себя часть энергии удара при столкновении (за счет деформации) и не дает ОТС опрокинуться на 180 градусов (встать на уши) при падении, и следовательно не дает придавить находящихся в нем людей..
Использование колес с шириной протектора 400-600 мм и двух шарниров для крепления подвески к раме, решение новое и может представлять интерес для любых ОТС, поскольку создает устойчивое равновесие ОТС в неподвижном состоянии и на малых скоростях прямолинейного движения, а постоянное вертикальное положение управляемых колес при повороте с одновременным наклоном рамы к центру поворота увеличивает поперечную устойчивость и облегчает управление ОТС.