Амфибийное транспортное средство (варианты)
AMPHIBIOUS VEHICLE (EMBODIMENTS)

Предлагаемое изобретение относится к транспортным средствам, способным передвигаться по воде, по суше, а также как по воде, так и по суше, с областью применения, в которую входит передвижение по заболоченной местности, пересечение русел рек и движение по водоемам в межсезонье, в летнее и зимнее время.
Известен гусеничный модуль амфибийного транспортного средства, содержащий рабочую поверхность движителя, выполненную в виде поверхности гусеничной ленты, обводными катками которой является пара колес, также имеются поддерживающие гусеничную ленту и опорные катки, при этом ватерлиния расположена ниже холостой ветви гусеничной ленты за счет использования полимерных материалов, плотность которых меньше плотности воды, для частичного заполнения внутреннего объема корпуса. Имеется исполнительный орган вращательного действия, выполненный в виде одного из обводных катков, который входит в зацепление с внутренней стороной гусеничной ленты (патент РФ на изобретение № 2713350, МПК B62D 55/084, B60F 3/00, опубл. 04.02.2020, Бюл. № 4)
Недостатком данной конструкции является утяжеление конструкции из-за необходимости использования подвижных опорных катков, а также то, что при необходимости уменьшения уровня ватерлинии ниже холостой ветви гусеничной ленты или при необходимости расположения приводного катка выше над почвой для уменьшения сопротивления его движению в условиях интенсивного загрязнения, требуется большое количество обводных катков, либо увеличение их диаметра, что приводит к утяжелению конструкции и создает дополнительное сопротивление движению, как при движении по воде, так по суше.
Известен гусеничный движитель, содержащий рабочую поверхность, выполненную в виде поверхности гусеничной ленты, обводными катками которой является пара колес, также имеются поддерживающие гусеничную ленту и опорные катки, а исполнительный орган вращательного действия входит в зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты и образует ее вогнутый участок, расположенный ниже верхних границ поддерживающих катков (патент РФ на полезную модель № 32460, МПК B62D 55/06, опубл. 20.09.2003, Бюл. № 26)
В данной конструкции исполнительный орган вращательного действия расположен высоко над почвой или водой, по которой происходит передвижение, что улучшает условия его работы, но недостатком является то, что при необходимости уменьшения уровня ватерлинии ниже холостой ветви гусеничной ленты требуется использование большое количества обводных катков, либо увеличение их диаметра, что приводит к утяжелению конструкции и создает дополнительное сопротивление движению при движении по воде, так как обводные катки не несут водоизмещающую функцию и их поверхность не используется для создания силы отталкивания от водной среды.
Известно амфибийное транспортное средство «Шерп», содержащее с каждого борта рабочую поверхность движителя, выполненную в виде поверхности катания неповоротных пневматических колес, расположенных парно с каждого борта в количестве двух штук, оси которых расположены выше ватерлинии и которые на стороне каждого борта расположены с неизменным расстоянием друг от друга и имеют вращающий их привод в виде привода их валов. (https://atvsherp.ru)
Данная конструкция имеет пневматические колеса, которые выполняют благодаря достаточно большого диаметра и ширины водоизмещающую и хорошую амортизирующую функции, а также совместно или вместо водоизмещения корпусом транспортного средства, ввиду расположения их осей выше ватерлинии, обладают лучшей способностью создания силы тяги отталкиванием от водной среды, но при этом имеют низкие гребные качества колес, так как окружная сила сцепления колес имеет в контакте с водной средой или почвой при глубоком погружении в них колес направление по большей части выталкивающее вверх и затягивающее вниз, что мало способствует достижению большого тягового усилия при движении по вязкой и жидкой среде. Недостатком также является необходимость регулирования количества воздуха в пневматических колесах для увеличения пятна контакта рабочей поверхности движителя при переходе транспортного средства на движение по бездорожью. Недостатком данной конструкции является также сложность реализации привода на валы пневматических колес и его утяжеление, так как при необходимо большом их диаметре для указанных целей требуется большие передаточные отношения трансмиссии, увеличен крутящий момент на валах.
Известно транспортное средство – снегоболотоход «Тром-2», конструкция которого принята за прототип изобретения по первому варианту. Устройство содержит с каждого борта рабочую поверхность движителя, выполненную в виде поверхности катания неповоротных пневматических колес, расположенных парно с каждого борта в количестве двух штук, оси которых расположены выше ватерлинии и которые на стороне каждого борта расположены с неизменным расстоянием друг от друга и имеют вращающий их привод в виде исполнительного органа вращательного действия, способного реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, а именно на поверхность катания обеих пневматических колес одного борта, так, что ось вращения исполнительного органа вращательного действия расположена между осями пневматических колес одного борта. (https://www.youtube.com/watch?v=F8dWlwghaHM)
Передача окружной силы на рабочую поверхность катания пневматических колес создает условия, при которых их привод осуществляется с достаточно большим передаточным отношением без увеличения крутящего момента на элементах привода движителя, при этом исполнительный орган вращательного действия привода расположен достаточно высоко над почвой, по которой происходит передвижение, и поэтому работает в благоприятных условиях. Недостатком данной конструкции является ухудшение ходовых качеств по воде и по суше, так как необходимо использование колес с прочным протектором, особенно для обеспечения надежного сцепления исполнительного органа вращательного действия с пневматическими колесами, что утяжеляет их конструкцию, а также низкие гребные качества колес, так как окружная сила сцепления колес имеет в контакте с водной средой или почвой при глубоком погружении в них колес направление по большей части выталкивающее вверх и затягивающее вниз, что мало способствует достижению большого тягового усилия при движении по вязкой и жидкой среде. Недостатком также является необходимость регулирования количества воздуха в пневматических колесах для увеличения пятна контакта рабочей поверхности движителя при переходе транспортного средства на движение по бездорожью.
Известно транспортное средство – снегоболотоход, конструкция которого принята за прототип изобретения по второму варианту. Устройство содержит с каждого борта рабочую поверхность движителя, выполненную в виде поверхности катания неповоротных пневматических колес, расположенных парно с каждого борта в количестве четырех штук, оси которых расположены выше ватерлинии. На стороне каждого борта расположены по два пневматических колеса с неизменным расстоянием их осей друг от друга и каждые из этих двух пневматических колес имеют вращающий их привод в виде исполнительного органа вращательного действия, способного реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, а именно на поверхность катания двух пневматических колес одного борта, смежных друг с другом, так, что ось вращения исполнительного органа вращательного действия расположена между осями этих пневматических колес одного борта (патент РФ на изобретение № 2458801, МПК B60G 7/00, B62D 63/02, B60G 21/045, опубл. 20.08.2012 Бюл. № 23)
Недостатком данной конструкции является ухудшение ходовых качеств по воде и по суше, так как необходимо использование колес с прочным протектором, особенно для обеспечения надежного сцепления исполнительного органа вращательного действия с пневматическими колесами, что утяжеляет их конструкцию, а также низкие гребные качества колес, так как окружная сила сцепления колес имеет в контакте с водной средой или почвой при глубоком погружении в них колес направление по большей части выталкивающее вверх и затягивающее вниз, что мало способствует достижению большого тягового усилия при движении по вязкой и жидкой среде. Недостатком также является необходимость использования исполнительного с каждого борта нескольких исполнительных органов вращательного действия для приведения в действие всех пневматических колес, в том числе, когда они имеют неподвижное расположение их осей друг относительно друга. Недостатком также является необходимость регулирования количества воздуха в пневматических колесах для увеличения пятна контакта рабочей поверхности движителя при переходе транспортного средства на движение по бездорожью.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение ходовых качеств амфибийного транспортного средства путем создания возможности уменьшения как его веса, так и улучшения взаимодействия движителя с водной или твердой средой при большой степени использования водоизмещения пневматических колес.
Для достижения указанного технического результата в амфибийном транспортном средстве по первому варианту, содержащем с каждого борта рабочую поверхность движителя, парные с каждого борта по два неповоротных пневматических колеса с осями, расположенными выше ватерлинии и на стороне каждого борта с неизменным расстоянием друг от друга, и имеющие вращающий их привод в виде исполнительного органа вращательного действия, способного реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, с осью вращения, расположенной между осями пневматических колес одного борта, применены следующие новые признаки.
На стороне каждого борта способность исполнительного органа вращательного действия реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта обеспечена тем, что с каждого борта рабочая поверхность движителя образована гусеничной лентой, обводными катками которой является пара пневматических колес одного борта, а исполнительный орган вращательного действия входит в зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты и образует ее вогнутый участок, расположенный ниже верхних границ пневматических колес.
Для достижения указанного технического результата в амфибийном транспортном средстве по второму варианту, содержащем с каждого борта рабочую поверхность движителя, парные с каждого борта в количестве более двух неповоротные пневматические колеса с осями, расположенными выше ватерлинии и на стороне каждого борта с неизменным расстоянием друг от друга, и имеющие вращающий их привод в виде исполнительного органа вращательного действия, способного реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, с осью вращения, расположенной между осями ближайших пневматических колес одного борта, применены следующие новые признаки.
На стороне каждого борта способность исполнительного органа вращательного действия реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта обеспечена тем, что с каждого борта рабочая поверхность движителя образована гусеничной лентой, обводными катками которой является пара крайних пневматических колес одного борта, имеется с каждого борта один исполнительный орган вращательного действия, который входит в зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты и образует ее вогнутый участок, расположенный между ближайшими пневматическими колесами одного борта, ниже их верхних границ.
В частных случаях, исполнительный орган вращательного действия входит в зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты с использованием зацепов, расположенных на внешней поверхности гусеничной ленты, а зацепы на внешней поверхности гусеничной ленты могут иметь продолжение во внутрь ее периметра в виде боковых ограничителей, охватывающих участки пневматических колес по их ширине.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 – изображено амфибийное транспортное средство с двумя пневматическими колесами с каждого борта; на фиг. 2 – с тремя пневматическими колесами с каждого борта; на фиг. 3 – разрез по А-А на фиг. 1.
Амфибийное транспортное средство содержит с каждого борта рабочую поверхность движителя, выполненную в виде гусеничной ленты 1, обводными катками которой является пара крайних пневматических колес 2 и 3 одного борта. Пневматические колеса 2 и 3 одного борта являются парными пневматическим колесам другого борта (на чертеже не показаны), так как расположены друг напротив друга. С каждого борта может быть по два обводных для гусеничной ленты пневматических колеса 2 и 3 (фиг. 1), либо более двух, крайние из которых (пневматические колеса 2 и 3) являются обводными для гусеничной ленты, а один или несколько других пневматических колес 4 (фиг. 2) находятся между ними. Все пневматические колеса 2, 3 и 4 являются неповоротными и на стороне каждого борта расположены с неизменным расстоянием их осей друг от друга, например при помощи установки их осей неподвижно на корпус 5, или на общую для них балку балансира (на чертежах не показан).
Оси пневматических колес 2, 3 и 4 расположены выше ватерлинии, что может быть достигнуто наличием их водоизмещения с использованием достаточно больших диаметра и ширины, что позволяет их отнести к «колесам на шинах низкого давления». Необходимый уровень ватерлинии также может быть обеспечен дополнительно наличием водоизмещения корпусом 5.
С каждого борта имеется вращающий пневматические колеса один исполнительный орган 6 вращательного действия, который способен реализовывать силу тяги путем передачи окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, а именно на гусеничную ленту 1. Это достигнуто тем, что исполнительный орган 6 вращательного действия входит в зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты 1 и образует ее вогнутый участок, расположенный между ближайшими пневматическими колесами 2 и 3 (фиг. 1) или пневматическими колесами 2 и 4 (фиг. 2), ниже их верхних границ. Для обеспечения надежной передачи окружной силы исполнительного органа 6 вращательного действия на гусеничную ленту 1, исполнительный орган 6 вращательного действия может быть выполнен с профилем его внешней поверхности, обеспечивающем зацепление с внешней стороной холостой ветви гусеничной ленты 1 с использованием зацепов7 (фиг. 1 и 3), расположенных на внешней поверхности гусеничной ленты 1. Для уменьшения вероятности схода гусеничной ленты 1 с пневматических колес 2, 3 и 4, гусеничная лента 1 может иметь боковые ограничители, направленные во внутрь ее периметра и охватывающие участки пневматических колес 2, 3 и 4 по их ширине. Боковые ограничители могут быть выполнены в виде продолжения зацепов 7 (фиг. 1 и 3). Зацепы 7 могут быть закреплены на поверхности ленты стягиванием с ней с помощью резьбового соединения 8 (фиг. 3).
Ось вращения исполнительного органа 6 вращательного действия расположена между осями ближайших пневматических колес 2 и 3 (фиг. 1) или 2 и 4 (фиг. 2) одного борта и, при этом, может находитья на уровне, выше или ниже их осей.
Для вращения исполнительного органа 6 вращательного действия каждого борта может быть использован двигатель внутреннего сгорания и механическая или гидравлическая трансмиссия (на чертеже не показаны).
Работает амфибийное транспортное средство (варианты) следующим образом.
Исполнительный орган 6 вращательного действия профилем своей рабочей поверхности входит в зацепление с внешней поверхностью гусеничной ленты 1 на вогнутом внутрь участке ее периметра, а наличие зацепов 7 создает надежную передачу окружной силы на рабочую поверхность движителя одного борта, а именно на гусеничную ленту 1. Таким образом, вследствие вращения исполнительного органа 6 вращательного действия гусеничная лента 1, огибая его, приводится в движение, поворачивая все пневматические колеса 2, 3 и 4 вокруг их осей. При этом частью внешней поверхности пневматических колес 2, 3 и 4 и нижней ветвью гусеничной ленты 1 происходит отталкивание от водной или твердой среды и осями пневматических колес 2, 3 и 4 создается сила, толкающая корпус 5 амфибийного транспортного средства. Таким образом, отталкивание происходит пневматическими колесами 2, 3 и 4 и гусеничной лентой 1, при этом отталкивание нижней ветвью гусеничной ленты 1 от жидкой или вязкой среды особенно эффективно, так как преобладают полезные горизонтально направленные силы отталкивания, в том числе благодаря наличию зацепов 7 и боковых ограничителей, и, так как оси пневматических колес 2, 3 и 4 находятся выше ватерлинии, полностью или большая часть холостой ветви гусеничной ленты 1, двигающейся в обратном направлении, не создает обратной силы тяги.
Расположение осей пневматических колес 2, 3 и 4 выше ватерлинии, при большой степени использования их водоизмещения, обуславливает их большой диаметр, что обеспечивает, при равной их ширине, большую площадь прилегания гусеничной ленты 1 к оболочкам крайних пневматических колес 2 и 3 (фиг. 1) или 2 и 4 (фиг. 2), а значит низкое давление на них со стороны гусеничной ленты 1 и низкие затраты энергии и износ гусеничной ленты 1 при ее изгибе на большом радиусе. Гусеничная лента 1, огибая пневматические колеса 2, 3 и 4, защищает их от внешних повреждений. При этом не требуется обеспечение больших сил сцепления оболочек пневматических колес 2, 3 и 4 с гусеничной лентой 1, между ними могут легко походить снег, небольшие камни и ветки растительности без их взаимного перетирающего движения и сильного сдавливания. Все это позволяет использовать облегченные пневматические колеса 2, 3 и 4 без протектора или с малым протектором, уменьшать толщину их оболочек без уменьшения их долговечности, при этом с каждого борта может быть использован только один исполнительный орган 6 вращательного действия для приведения в действие более чем двух пневматических колес 2, 3 и 4 (фиг. 2), что уменьшает вес трансмиссии амфибийного транспортного средства.
Натяжение гусеничной ленты 1 можно регулировать с помощью изменения количества воздуха в пневматических колесах 2 и 3 (фиг. 1) или 2 и 4 (фиг. 2). Пневматические колеса 2, 3 и 4, выполненные облегченными с тонкими оболочками, способны обеспечивать хорошую амортизацию при движении по ухабам, при этом их смятие в одном месте приводит к увеличению размеров в другом их месте, поэтому значительного изменения натяжения гусеничной ленты 1 во время движения не происходит.
При переходе транспортного средства на движение по бездорожью нет необходимости уменьшать количество воздуха в пневматических колесах 2, 3 и 4 для увеличения пятна контакта рабочей поверхности движителя, так как гусеничная лента 1 обеспечивает его необходимую величину при относительном небольшом смятии пневматических колес 2, 3 и 4, что также способствует уменьшению сопротивления качению при взаимодействии движителя с водной или твердой средой. Наличие зацепов 7 с боковыми ограничителями также способствует повышению тяговых способностей амфибийного транспортного средства. Так как исполнительный орган 6 вращательного действия образует вогнутый участок холостой ветви гусеничной ленты 1, происходит улучшение очистки гусеничной ленты 1 от налипшего грунта или намерзшего снега при изменении направления изгиба, что также улучшает взаимодействие движителя с водной или твердой средой.
Таким образом происходит улучшение ходовых качеств амфибийного транспортного средства путем создания возможности уменьшения как его веса, так и улучшения взаимодействия движителя с водной или твердой средой при использовании большой степени водоизмещения пневматических колес 2, 3 и 4.