АВТОТРЕНАЖЁР С ДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМОЙ

Заявляемая полезная модель представляет собой автотренажер, оснащенный динамической платформой, предназначенный для обучения управлению наземными транспортными средствами, преимущественно при имитации стрельбы из табельного оружия в движении, в том числе в условиях бездорожья.
Известен динамический тренажер транспортного средства (патент РФ на полезную модель №50330, опубликован 27.12.2005), содержащий кабину с креслом оператора, закрепленную на подвижной раме, установленной на балке, закрепленной на торсионе, и соединенной при помощи кривошипно-шатунных механизмов с электроприводами, размещенными на неподвижной станине. Балка расположена горизонтально при нулевом угле тангажа и соединена с торсионом через траверсу, подвижная рама соединена с балкой цилиндрическими шарнирами и снабжена приводом поступательного перемещения вдоль балки, а расстояние от торсиона до кресла оператора в кабине тренажера равно расстоянию от статического центра тяжести реального транспортного средства до рабочего места оператора.
Недостатком известной конструкции является низкая надежность.
Наиболее близким техническим решение к заявляемой динамической платформе, является динамическая платформа (патент РФ на полезную модель №76154, опубликован 10.09.2008), содержащая подвижную раму с установленной на ней кабиной (модулем-симулятором) и неподвижную раму с раздвижными опорами, на которой размещены привод, стойка и упоры. Подвижная рама соединена с неподвижной рамой в месте, соответствующем центру массы имитируемого объекта посредством шарнира с разнесенными перекрещивающимися осями и стойки, привод выполнен в виде мотор-редукторов, каждый из которых через кривошип соединен тягой с шаровыми пальцами, скрепленными с подвижной рамой, при этом на неподвижной раме установлен блок питания и управления приводом.
Недостатком известной конструкции также является низкая надежность.
Целью заявляемой полезной модели является устранение выявленного недостатка для достижения такого технического результата, как повышение надежности конструкции, а также связанных с ней долговечности и ремонтопригодности.
Поставленная цель достигается следующим образом: автотренажер с динамической платформой, состоящей из базовой плиты с закрепленными на ней роликовыми опорами и качающейся плиты с закрепленной на ней имитацией кабины транспортного средства, где базовая плита и качающаяся плита соединены между собой при помощи колебательных элементов, характеризующийся тем, что колебательный элемент представляет собой конструкцию, состоящую из цилиндрической пружины, концы которой утоплены в металлических стаканах в виде отрезков трубы круглого сечения с приваренным дном в виде металлических пластин, снабженных крепежными отверстиями для непосредственного закрепления на верхней поверхности базовой и на нижней поверхности качающейся плит динамической платформы; причем цилиндрическая пружина и металлические стаканы установлены соосно, а сами колебательные элементы расположены равномерно в угловых зонах динамической платформы.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что соотношение длины открытого участка цилиндрической пружины ко всей ее длине заключено в промежутке от 1:3 до 1:2.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что металлическая пластина дна металлических стаканов выполнена в форме прямоугольника с крепежными отверстиями по углам.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что металлическая пластина дна металлических стаканов выполнена в форме круга с крепежными отверстиями, расположенными по окружности.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что диаметр витков цилиндрической пружины составляет от 50 до 90 мм.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что толщина проволоки, из которой изготовлена цилиндрическая пружина, составляет от 5 до 9 мм.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что количество витков пружины составляет от 6 до 10.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что цилиндрическая пружина закреплена на дне металлических стаканов металлическими скобами
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что корпус роликовой опоры имеет форму треугольника, в основании которого располагаются крепежные отверстия.
Автотренажер в частности может характеризоваться тем, что базовая и качающаяся плиты динамической платформы изготовлены из многослойной фанеры.
На Фиг. 1 изображена динамическая платформа в общем виде; на Фиг. 2 схематично представлена динамическая платформа, вид сбоку; на Фиг. 3 схематично представлена конструкция колебательного элемента, где цифрами обозначено следующее:
1. Базовая плита
2. Качающаяся плита
3. Имитация кабины
4. Колебательный элемент
5. Роликовая опора
6. Ручка для создания колебаний
7. Педаль для создания колебаний
8. Цилиндрическая пружина
9. Металлический стакан
10. Металлическая пластина
11. Крепежное отверстие металлической пластины
12. Сварной шов металлического стакана
13. Крепежная скоба цилиндрической пружины на дне стакана
14. Болтовое соединение металлической пластины к плите.
Представленный на фигурах автотренажер с динамической платформой, устроен следующим образом.
Автомобильный тренажер содержит базовую плиту 1, которая может иметь форму прямоугольника со скругленными углами и может располагаться непосредственно на полу, опираясь на роликовые опоры 5, для облегчения перемещения автотренажера по помещению. Роликовые опоры 5 могут быть заключены в корпус, имеющий форму треугольника, в основании которого располагаются крепежные отверстия. Такая форма является наиболее надежной, так как основание треугольника равномерно распределяет нагрузку. По углам плиты крепятся колебательные элементы 4. Колебательные элементы представляют собой металлические стаканы 9, состоящие из отрезка трубы круглого сечения, на который, по центру, с одной стороны, закрепляется металлическая пластина 10 с крепежными отверстиями 11, в которые вставляются крепежные элементы - в том числе могут применяться шурупы (саморезы), болты с гайками 14 и др., для надежной фиксации конструкции стакана на поверхности плиты. Надежность конструкции, а также ее долговечность и ремонтопригодность, определяется минимумом составных, подвижных элементов, необходимых для ее функционирования, в данном случае это колебательные элементы, поскольку все остальные части конструкции находятся в жесткой связке, не подразумевающей каких-либо перемещений частей конструкции друг относительно друга. В конструкции изделия отсутствуют истирающиеся элементы, все составные части легко заменяемы, что также положительно сказывается на ремонтопригодности. Надежность закрепления металлической пластины к отрезку трубы обеспечивается за счет наличия сварного шва 12. В закрепленный стакан вставляется одним концом цилиндрическая пружина 8, второй конец которой закрепляется в стаканах качающейся плиты 2, закрепленных аналогично, как указано выше. При этом цилиндрическая пружина 8 может закрепляться в металлическом стакане 9, например, при помощи удерживающих элементов, в том числе скобы 13. При необходимости замены каких-либо элементов конструкции, например пружин, они легко могут быть извлечены и заменены, что обуславливает высокую ремонтопригодность. Таким образом, получается динамическая платформа, где качающаяся плита, за счет гибкости пружин, может совершать колебательные движения не только в вертикальной и горизонтальной плоскостях, относительно базовой плиты, но и имеет дополнительную степень свободы, раскачиваясь относительно вертикали вправо-влево, вперед-назад и т.п. На платформу закрепляется имитация кабины 3, состоящую из водительского кресла и органов симуляции движения, например - рулевой колонки, приборной панели, педалей управления, рычагов переключению скоростей, и так далее, объединенных одним корпусом. Кроме того, устройство может быть снабжено удобными ручками 6 и педалями 7, например, используемых для ручной имитации вибраций, толчков и т.д., возникающих при езде в частности по бездорожью. На Фиг. 1 и Фиг. 2 показаны различные варианты таких приспособлений. Конструкция автотренажера также может содержать компьютер с монитором (на Фиг. не показаны), для повышения реалистичности процесса вождения.
Учитывая значительный вес конструкции, для надежного ее функционирования, должны применяться материалы, с определенными характеристиками. Так плиты динамической платформы, в качестве материала которых как привило, применяются фанерные листы, должны иметь толщину не менее 15-20 мм, поскольку меньшая толщина плит может деформироваться под весом кабины и обучаемого. Толщина же плит более 25 мм., будет иметь значительный вес, который неблагоприятным образом будет сказываться на качественных характеристиках пружин. Таким образом, для надежного функционирования платформы, должны применяться плиты с толщиной от 15 до 25 мм. Кроме того, значительные требования предъявляются к характеристикам используемых пружин. Так, для надежности функционирования конструкции, толщина металлических прутков цилиндрической пружины должна составлять не менее 5 мм, а диаметр самой пружины должен составлять не менее 50 мм, поскольку меньшие значения будут соответствовать более мягким пружинам, не рассчитанным на значительный вес конструкции, что может приводить к деформации и поломке конструкции. Верхние же пределы значения для толщины металлических прутков пружины должны составлять 9 мм, а для диаметра пружины - 90 мм, поскольку при этом значительно возрастает жесткость пружин, соответственно, для функционирования конструкции, потребуется приложение больших усилий, что негативно скажется на остальных составных элементах конструкции, приводя к снижению их долговечности и надежности. Оптимальное количество витков для надежного функционирования, а также обеспечивающее долговечность конструкции, составляет от 6 до 10. Именно указанное количество витков обеспечивают требуемый для автомобильного тренажера ход пружин, при котором функционирование происходит в требуемом объеме. Предусмотренные тренажером отклонения качающейся плиты в вертикальной и горизонтальной осях, за счет степеней свободы пружины, не превышают установленных показателей. Наклоны остаются в пределах нормы, отвечающих требованиям безопасности, не происходит разрушение пружин. Меньшее количество витков характерно для коротких пружин, которые, с учетом высоты стакана, будут создавать недостаточную величину зазора между краями стаканов базовой и качающейся плит, и при взаимных колебаниях одной плиты, относительно второй, края стаканов будут жестко соприкасаться, при этом, возможно, деформируясь и даже разрушаясь. При неизменных остальных характеристиках цилиндрической пружины, большее количество ее витков приведет к снижению жесткости, а недостаточно жесткая пружина не сможет выдерживать вес качающейся плиты, кабины и пользователя.
Металлическая пластина 10 в основании металлического стакана 9 призвана обеспечить надежность платформы, поскольку обеспечивает надежное удержание стакана на поверхности плиты, за счет своей площади. Наличие крепежных отверстий 11 по краям металлической пластины 10, позволяет надежно закрепить металлический стакан 9 на поверхности плит 1 и 2, за счет надежного прилегания углов. Равномерность расположения пластин по четырем углам базовой 1 и качающейся 2 плит, обеспечивает равномерное распределение нагрузки, что в целом также обеспечивает повышение надежности заявляемой конструкции. Металлическая пластина 10 в основании стакана может быть выполнена в форме прямоугольника с крепежными отверстиями по углам, что позволяет располагать стаканы, например, по краям и в углах плит 1 и 2, обеспечивая равномерное и надежное перемещение плит динамической платформы. Металлическая пластина 10 может быть выполнена, например, в форме круга с крепежными отверстиями, расположенными по ее окружности, что обеспечивает равномерность распределения нагрузки, передаваемое от стакана и, соответственно, повышает надежность удержания крепления.
Металлические стаканы 9, за счет высоты своих бортов, позволяют надежно удерживать закрепляемые в них цилиндрические пружины 8, при этом длина отрезка металлической трубы круглого сечения составляет не менее  длины пружины. Таким образом, открытая часть цилиндрической пружины, вставленной в верхний и нижний стаканы, будет составлять  от полной длины пружины. Поскольку фиксация пружин осуществляется внутри металлической трубы, то надежность удержания будет тем выше, чем большая часть цилиндрической пружины 8 будет закреплена внутри трубы. Однако, поскольку пружины являются колебательными элементами, участвующими в надежном функционировании всей конструкции, невозможно осуществить полное закрытие пружины трубой. В случае, когда длина свободного участка цилиндрической пружины 8 составляет менее одной трети от всей ее длины, качающаяся платформа 2 практически перестает выполнять свою функцию имитации движения по неровной дороге. В случае превышения длины открытого участка цилиндрической пружины 8 половины всей ее длины, резко снижается надежность и долговечность этой пружины (и всей конструкции в целом) вследствие повышения вероятности деформации деталей, вплоть до их поломки и выхода из строя. В таком положении цилиндрическая пружина 8 может слишком сильно перегибаться, превышая допустимые разрушающие воздействия на ее материал.
На основании ряда опытных образцов, оптимальные показатели надежности функционирования (без снижения сроков эксплуатации устройства) были получены при применении соотношения длины открытого участка цилиндрической пружины ко всей ее в промежутке от 1:3 до 1:2.
Представленный на фигурах автомобильный тренажер с динамической платформой, действует следующим образом.
Заявляемый автомобильный тренажер призван обеспечить внешнее воздействие, путем резких неожиданных толчков, создающие колебания и имитирующих передвижение автомобиля в реальных условиях бездорожья. Заявляемая конструкция способна полноценно функционировать в комплектации, описанной в данной заявке. При этом симуляция поездки в кабине транспортного средства может создаваться, например, вручную, за счет раскачивания платформы. Для этого конструкция может содержать на кабине дополнительные выступы в виде ручек, педалей, штырей и так далее, призванные обеспечить удобство функционирования и имитацию движения по бездорожью. Усилия ассистента (инструктора) прикладываются непосредственно к ручкам, педалям, штырям, не затрагивая другие части конструкции, что обеспечивает их долговечность. Обучающийся садится в водительское кресло, отвечающее его антропометрическим данным, при необходимости, корректируя параметры кресла под свои данные. Далее включает зажигание, путем поворота ключа в замке. При этом загорается приборная панель, с определенными показаниями приборов и (в зависимости от комплектации) монитор. Ассистент (инструктор) вручную создает колебания платформы, имитируя езду на автомобиле, во время которой обучающийся оттачивает навыки передвижения на автомобиле по бездорожью, а также может тренироваться в стрельбе по мишеням (расположены отдельно от тренажера), во время имитации движения транспортного средства. При этом, воздействуя на выступы, расположенные в разных частях конструкции, инструктор может добиваться различных эффектов моделирования дорожной обстановки.
Таким образом, использование в заявляемой конструкции пружин, установленных в стаканы, снабженные пластиной, позволяет добиваться заявленного технического результата, а именно - увеличения надежности, повышения долговечности и обеспечения лучшей ремонтопригодности.
Промышленная применимость.
Заявляемая динамическая платформа может широко использоваться как простой в эксплуатации тренажер, позволяющий отрабатывать навыки реальной езды на автотранспорте, с одновременным обучением стрелковому искусству, в условиях передвижения по дорогам. Конструкция проста в изготовлении, что позволяет собирать ее без использования специальных навыков, с использованием подручного, общедоступного инструмента, в частности на предприятиях мелкосерийного производства, включая небольшие мастерские.