КАТЕР - АВТОМОБИЛЬ

Полезная модель относится к области автомобилей - амфибий, т.е. может перемещаться как по воде, так и по суше. Его достоинство состоит в том, что он может двигаться как по суше, так и по мелководью и по болотистой местности. Тем более легко он плавает по воде.
Известен "Быстроходный катер высокой проходимости", автор В.П. Подорванов, МПК В63в, Бюл. №15 от 15.09.1966 г. Быстроходный катер высокой проходимости с воздушным вертикальным рулем и горизонтальным стабилизатором, с удержанием корпуса над поверхностью воды за счет гидродинамических сил опорных поверхностей во время движения, при этом с целью повышения быстроходности и проходимости, опорные поверхности выполнены в виде смонтированных на корпусе катера цилиндрических колес, перекатывающихся по поверхности воды с проскальзыванием и рикошетированием под воздействием движителя, причем ось вращения носовой пары колес размещена впереди и выше центра тяжести корпуса с отнесением на нее 70-90%. нагрузки всего веса катера, а ось действия движителя направлена перпендикулярно к ней и размещена ниже так, что образуется момент сил, постоянно прижимающий корму катера к водной поверхности. К тому же, катер имеет особенность, что, с целью снижения продольных колебаний и вибраций корпуса, оси вращения колес смонтированы на амортизаторах, выполненных в виде силовых гидравлических или пневматических цилиндров, а горизонтальный стабилизатор встроен наклонно, под углом 3-10° к горизонтальной плоскости катера.
Этот быстроходный катер принимается за прототип. Недостатком его является то, что движетелями является либо винтовой, либо реактивный двигатели, а руль - воздушный. Это препятствует перемещению катера по суше. В то же время на практике требуется мобильное непрерывное перемещение катера из воды на сушу и движение по ней, а также наоборот. Это требование относится к пойменным и болотистым местам, по которым катер должен перемещаться. Может двигаться только вперед.
Указанные недостатки устраняются в предложенной полезной модели.
Технический результат состоит в том, что движителями являются пустотелые колеса с плоскими цилиндрическими поверхностями с радиальными углублениями, перпендикулярными цилиндрическим частям колес подобно тому, как были устроены «плицы» в колесных пароходах. Поэтому обеспечивается движение катера - автомобиля как вперед, так и назад. Вес катера меньше выталкивающей вертикальной силы колес, что обеспечивает его плавучесть. Колеса приводятся во вращения четырьмя электродвигателями с редукторами. Электрическая энергия вырабатывается аналогично дизелю - электроходу. В качестве двигателя может применяться как дизельный, так и бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Его вал через посредство муфты приводит в вращение ротор электрического генератора, к выходам которого присоединены входы четырех электродвигателей с редукторами - повороты производятся за счет снижения угловой скорости левого или правого передних колес. Запуск двигателя производится стартером - генератором от аккумулятора.
3
Поставленная задача устранения отмеченных недостатков решается за счет того, что катер - автомобиль, содержащий корпус, кузов с кабиной, цилиндрические колеса, двигатель, рулевое устройство, имеет ту особенность, что колеса выполнены в качестве плавучих средств и одновременно движителями, они пустотелы, выполнены из легкого металлического сплава или пластика АБС с плотностью 1,02-1,06 г/см, установлены на высокопрочных металлических полуосях в корпусе, каждая полуось вмонтирована в двух подшипниковых узлах, в цилиндрических поверхностях колес выполнены прямоугольные углубления - аналоги "плиц" колес пароходов, объем колес выбирается из условия обеспечения плавучести катера - автомобиля с запасом 1,5-2,5 по соотношению:
где m - масса катера - автомобиля; ρ - плотность воды, R - радиус одинаковых колес; l - их ширина, n - число колес, каждое колесо закреплено на соответствующей полуоси в двух подшипниковых узлах с герметичной защитой, имеет автономный привод от соответствующего электродвигателя, например, вентильного типа, через редуктор, источником электрической энергии является аккумулятор с системой: двигатель внутреннего сгорания - генератор напряжения, входящий в состав стартера - генератора, зарядное устройство, устройство регулирования общего напряжения, рулевое устройство и тормоз, центральный компьютер, с которым соединен контроллер управления величиной и знаком напряжения каждого электродвигателя, причем режим поворота катера - автомобиля предусматривает смену знака и уменьшение - увеличение величин напряжений пары левых или правых передних и задних колес, для режима остановки предусмотрена система снижения общего напряжения до нуля, для режима смены знака направления движения предусмотрено устройство смены знака напряжения управления электродвигателями, электродвигатели с редукторами и аккумулятором и другими устройствами размещаются в герметичном пространстве между днищем и полом, на корпусе установлены кузов с кабиной с дверцами и рулевым управлением.
На фиг. 1 - фиг. 3 приняты обозначения:
1 - центральный компьютер;
2 - контроллер управления электродвигателями приводов колес;
3 - регулятор общего напряжения;
4-7 - регуляторы напряжений четырех электродвигателей колес;
8-11 - колеса, причем 8-9 - передние; 10-11 - задние;
8'-11' - электродвигатели привода четырех колес;
8', 9' - электродвигатели привода левого и правого передних колес;
10', 11' - задних колес.
8'', 9'', 10'', 11'' - редукторы приводов колес.
12 - датчик углового поглощения руля;
13 - датчик положения педали тормоза;
14-15 - аналоге - цифровые преобразователи сигналов об угле поворота руля и положении педали (ручки) тормозов;
16 - аккумулятор;
17 - двигатель внутреннего сгорания - дизельный или бензиновый;
18 - стартер - генератор;
19 - устройство управления зарядным устройством и зажиганием;
20 - схема управления стартером - генератором;
21 - полуоси - валы крепления колес;
22 - подшипниковые узлы крепления валов колес, по два узла на одну полуось;
23 - кожухи левый и правый, каждый для двух колес (сняты для удобства обзора);
24 - кузов;
25, 26 - передняя (для кабины) и задняя (для кузова) дверцы, имеющие место и с левой, и с правой сторон кабины и кузова.
27 - рулевое управление.
28 - днище;
29 - выступы в днище от редукторов;
30 - тормоз;
31 - "плицы" (прямоугольные пазы) колес.
В катере - автомобиле имеется металлическая рама, к которой крепятся все узлы и детали. Кузов и кабина герметичны для предотвращения попадания воды. Изображенные на нижней проекции фиг. 2 устройства сверху закрыты металлическим полом с возможностью иметь герметичные люки (для доступа к аккумулятору, редукторам, электродвигателям и другим устройствам. Поэтому при качке, в дождь доступ воды в пространство между полом, днищем 28 и стенками невозможно. Выступы 29 в днище 28 образованы для обеспечения пространства для редукторов.
Процесс работы.
1. Условием обеспечения плавучести с 1,5-2,5 кратным запасом по весу (массе) является то, что максимальная выталкивающая сила вытесненной колесами воды должна при всех условиях превосходить вес катера с запасом:  Расчет дадим для 50% осадки колес:  где n - число колес, ρ - плотность воды; R,  -радиус и ширина колеса. Колеса цилиндрические, пустотелые, одинаковые, могут быть выполнены из дюралюминия или, лучше, из пластика ABS.
Пусть радиус колеса равен его ширине:  n=4
Тогда
Пример: ρ
3кг
3
=10/м
3
3
Удельный вес δ=ρg=9.8*10Н/м
При
При  можно иметь массу катера 24 т, что во многих случаев вполне приемлемо. При  для получения такого же эффекта можно применить 16 колес.
Характеристики ABS-пластика. Материал АБС обладает многочисленными полезными свойствами, которые позволяют использовать пластик в самых разных отраслях производства. Главные из них - это ударостойкость и прочность, что сохраняет изделие из АБС-пластика целым даже при ударе о него кувалдой. При сильном давлении материал деформируется, но не разрушается, после чего легко поддастся восстановлению. При нормальных условиях АБС материал не токсичен. Срок службы: материал долговечен при условии защиты от прямых солнечных лучей. Применение пластика АБС. Материалу АБС нашлось применение во многих отраслях промышленности. Пластик встречается, как добавка, которая повышает характеристики материалов, из него изготавливают разную продукцию. Из него выпускают:
крупные детали для машин (радиаторные решетки, элементы управления, щитки на приборной панели, корпуса); можно для надежности колеса армировать металлическим высокопрочным каркасом. Есть композиционные АБС. Ссылка: [г. Челябинск, АБС-пластики ООО. Торговая фирма +7(351)777-71-79. Сайт: abs - plastiki.tiu.ru].
Запуск и движения катера - автомобиля По сигналу водителя через центральный компьютер 1 через схему управления стартером 20 к стартеру - генератору 18 подводится от аккумулятора 16 напряжение. Ротор стартера 18 приводит во вращение коленвал; с учетом того, что схема 20 подключила зажигание свечей, двигатель внутреннего сгорания 17 запускается. Дается некоторое время на прогрев двигателя, и по сигналу от центрального компьютера 1 повышают плавно с помощью регулятора 3 напряжение питания, водитель устанавливает руль 27 в нужное положение, датчик угла поворота руля 12 через АЦП 14, и контроллер 2 управления, а также сигнал снимает тормоз 30 из положения торможения. Датчик 13 положения педали (ручки) тормоза свидетельствует, что можно начинать движение как вперед, так и назад. Водитель от центрального компьютера задает скорость и направление движения через регулятор 3, контроллер 2 через усилители 4-7 задает соответствующие напряжения на электродвигатели, например, вентильного типа. Через редукторы 9'' и полуоси - валы 21 колеса 8-11 приводятся во вращение, и начинается движение катера по воде или по суше. По воде оно обеспечивается за счет "плиц" 31. Остановка производится уменьшением общего напряжения до нуля или до некоторого значения напряжения обратного знака. Поворот катера - автомобиля производится заданием поворота руля в ту или иную строну. В зависимости от скорости движения одновременно снижается общее напряжение, а в еще большей степени напряжения либо на пару левых, либо на пару правых колес - при развороте соответственно влево или вправо. После осуществления поворота руль выравнивается, и напряжения на левые и правые колеса выравниваются и, как правило, увеличиваются, обеспечивая нужную скорость движения. При задании движения назад полярность напряжения на электродвигатели переключается на обратную. Все повороты, скорости движения, пройденное расстояние отображаются на дисплее центрального компьютера. Для повышения устойчивости катер - автомобиль можно сконструировать и выполнить более широким, для повышения надежности - с большим количеством колес. Учитывая, что в полезной модели предусмотрен движитель на колесах, обеспечивающих одновременно его плавучесть, учитывая его большую проходимость, наличие заднего хода, можно отметить новизну, полезность и практическую реализуемость катера - автомобиля.