АМФИБИЙНОЕ СРЕДСТВО ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ
AMPHIBIOUS VEHICLE WITH INCREASED CROSS-COUNTRY CAPACITY

Изобретение относится к амфибийным транспортным средствам, т.е. средствам, способным двигаться по суше и по воде, и может быть использовано в качестве базовой конструкции для построения пилотируемых или беспилотных (роботизированных) транспортных средств для передвижения по поверхностям различных сред.
Целью изобретения является расширение области применения амфибийного транспортного средства за счет повышения проходимости в сложных условиях движения - преодоления водных преград (озер, акваторий рек), ледяных и снежных полей, болотистой местности.
Известен "Многопрофильный транспорт "Ивановец"" (патент на полезную модель RU 27534, МПК B60F 3/00, опубл. 10.02.2003), представляющий собой судно-амфибию, "включающее водонепроницаемый корпус лодки, ходовую часть, двигатель, воздушный толкающий винт и грузопассажирский салон, отличающееся тем, что в нем предусмотрены три пары колес низкого давления, причем средняя пара смещена к корме и может иметь привод от двигателя".
Недостатками вышеописанного транспорта являются:
- невозможность подъема колес при движении в водоизмещающем положении, что увеличивает сопротивление при движении по воде и грунту с низкой несущей способностью;
- реализация только одной ведущей оси, вместо полного привода и, как следствие, - снижение проходимости при пробуксовке ведущей пары, что не позволяет использовать предложенное транспортные средство при движении по сложным поверхностям, таким как: участки болотистой местности, снежно-ледяные наросты, участки заросшие травой и т.п.
Известно амфибийное транспортное средство (патент на полезную модель RU 100959, МПК B60F 3/00, опубл. 10.01.2011), предназначенное для передвижения по "поверхности различных сред - от твердой до водной, а также эффективному преодолению различных пограничных участков в виде мокрого песка, болота, заросших травой водоемов и т.п." Известное амфибийное транспортное средство, содержащее "установленные на несущей основе водоизмещающие элементы, модуль для размещения полезной нагрузки и управления, а также силовую установку, состоящую из двигателя внутреннего сгорания и движителя", отличается тем, что "снабжено колесным шасси, а хотя бы один водоизмещающий элемент выполнен подключаемым при движении по слабым несущим поверхностям". В одном из вариантов реализации транспортное средство может быть снабжено "дополнительным приводом на колеса", а "подключаемые водоизмещающие элементы выполнены подъемно-опускаемыми по высоте".
Недостатками известного амфибийного транспортного средства являются:
- отсутствие киля в сочетании с высоким положением центра тяжести, что ухудшает остойчивость на воде;
- при размещении колес внутри водоизмещающих элементов -, уменьшение углов въезда и съезда амфибийного транспортного средства, в случае выноса колес за пределы водоизмещающих элементов - увеличение сопротивления движению на воде;
- отсутствие полноприводной трансмиссии колесного шасси, что снижает проходимость на суше при движении в сложных дорожных условиях.
Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому изобретению устройством, принимаемым в качестве ближайшего аналога, является способ построения силовой передачи и ее использования в высокоскоростных амфибиях, описанный в патенте на изобретение RU 2640382 "Силовая передача для амфибии" (МПК B60F 3/00, опубл. 28.12.2017).
Существенными признаками амфибии, использующей силовую передачу по указанному патенту, являются наличие "первого первичного двигателя", "первого средства наземного движителя", "первого средства судового движителя", "второго первичного двигателя", "второго средства наземного движителя", "второго средства судового движителя", а также, в разных вариантах изобретения, одной или более разъединительных муфт, выполненных с возможностью выборочного отсоединения любого одного или более из компонентов в силовой передаче таким образом, что обеспечивается возможность выборочного привода от первого первичного двигателя или второго первичного двигателя (или их сочетания) одного, двух, трех или всех четырех колес (или гусеничных движителей), относящихся к первому и второму средствам наземного движителя, а также средства управления для выборочной активации и деактивации любой одной или более разъединительных муфт. Под "первичным двигателем" в терминологии цитируемого патента понимается устройство, непосредственно передающее механическую энергию одному или более движителям. При этом как первым, так и вторым, средством наземного движителя, может являться любая пара (левая-правая, передняя-задняя) из используемых колес (или гусеничных движителей), причем все средства наземного движителя выполнены убирающимися в положение над ватерлинией корпуса амфибии для движения на воде, а в качестве первого и второго средств судового движителя может выступать водомет или грибной винт.
Наличие вышеописанных существенных признаков в совокупности с другими признаками, приведенными в описании ближайшего аналога, которые не являются существенными с точки зрения заявляемого изобретения, позволяет получить большую гибкость и универсальность силовой передачи и амфибии, использующей эту силовую передачу.
В то же время известная амфибия, использующая вышеописанную силовую передачу, обладает рядом недостатков:
- применение механической трансмиссии, передающей мощность от двух первичных двигателей на наземные движители (колеса или гусеницы), не позволяет реализовать индивидуальный тяговый режим каждого из движителей, что существенно затрудняет применение транспортного средства в условиях бездорожья и может привести к его застреванию;
- использование в качестве движителей для передвижения по поверхности воды устройств погружного типа (водометов, винтов и т.п.) не позволяет применять амфибию на болотистой местности и в пограничных водных районах, содержащих растительность, которая может сделать невозможным продолжение движения и привести к застреванию амфибии.
Для устранения отмеченных выше недостатков заявителем предлагается амфибийное средство повышенной проходимости, которое, как и ближайший аналог, содержит первый и второй первичные двигатели, четыре наземных движителя (колес, гусениц), выполненных убирающимися в положение над ватерлинией корпуса амфибии для движения на воде, но, в отличие от ближайшего аналога, дополнительно содержит еще два первичных двигателя с образованием, таким образом, индивидуальных приводов каждого из используемых наземных движителей, причем каждый из последних снабжен датчиком угловой скорости движителя и, как вариант, датчиком крутящего момента, а в качестве движителя для перемещения по поверхности воды применяется воздушный винт, установленный в верхней задней части корпуса амфибийного транспортного средства и оснащенный средством изменения направления вектора тяги винта.
В результате предлагаемого технического решения достигается повышение проходимости амфибийного транспортного средства в сложных условиях движения, а именно:
- добавление еще двух дополнительных первичных двигателей по числу наземных движителей позволяет реализовать индивидуальные скоростные и тяговые режимы каждого из них:
- за счет обработки сигналов с датчиков угловой скорости каждого из наземных движителей становится возможным (за счет разницы показаний) детектировать возникновение проскальзывания наземного движителя (потери сцепления) и индивидуально регулировать мощность, подводимую к каждому из наземных движителей;
- установка датчиков крутящего момента позволяет повысить точность регулирования и управления индивидуальными тяговыми режимами наземных движителей на малых скоростях движения, что, в совокупности с обработкой сигналов с датчиков угловых скоростей и применением микропроцессорного устройства управления работой амфибийного транспортного средства, позволяет минимизировать риск застревания (зарывания) одного или более наземных движителей;
- применение в качестве движителя для перемещения по поверхности воды воздушного винта позволяет избежать застревания транспортного средства при движении по болотистой местности и в пограничных водных районах, содержащих растительность (водоросли, камыши и т.п.);
- применение воздушного винта, позволяет создать дополнительную тягу также и при движении на суше, по снежным или ледяным полям и т.п., облегчая работу наземных движителей.
В качестве первичных двигателей, осуществляющих индивидуальный привод каждого из четырех наземных движителей, в различных вариантах реализации изобретения могут выступать как электродвигатели, так и, например, гидравлические двигатели (гидромоторы), как это и предложено в описываемом ниже варианте реализации амфибийного транспортного средства. В данном случае применяемый тип первичных двигателей не является существенным для достижения заявленного технического результата.
Суть предлагаемого изобретения в одном из возможных (но не единственном) вариантов реализации поясняется на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлен общий вид амфибийного средства повышенной проходимости, на фиг. 2 приведена принципиальная гидравлическая схема трансмиссии контура привода одного из четырех колес и воздушного винта.
Основой амфибийного средства повышенной проходимости является корпус 1 плоско-килеватого типа (см. фиг. 1). Профиль корпуса 1 выбран в соответствии с ожидаемыми условиями эксплуатации, и для обеспечения повышенного водоизмещения. В верхней части корпуса 1 размещается воздушный винт 2 со своим индивидуальным приводом 3 на основе гидромотора. В передней и задней частях по бокам корпуса 1 размещаются колеса 4, каждое из которых имеет свой индивидуальный привод на основе гидромотра с образованием, таким образом, гидромотор-колес 5.
Каждое из гидромотр-колес снабжено датчиком угловой скорости колеса на основе, например, эффекта Холла. В одном из вариантов изобретения каждое из гидромотор-колес дополнительно снабжается датчиком крутящего момента, устанавливаемым между корпусом гидромотора и местом его крепления к узлам подвески 6.
Узлы подвески 6 гидромотр-колес 5 выполнены с возможностью подъема и убирания последних внутрь корпуса, для чего в корпусе 1 выполнены ниши 7 соответствующего размера. Складывание и раскладывание узлов гидромотор-колес 5 осуществляется от отдельного привода, в качестве которого может выступать как гидро-, так и электропривод. Для осуществления последнего амфибийное средство может быть снабжено собственной электростанцией на основе, например, двигателя внутреннего сгорания. Поворот передних левого и правого колес 4 для маневрирования амфибийного средства при движении на суше осуществляется с помощью отдельных гидроцилиндров, т.е. независимо, но может быть синхронизирован за счет объединения полостей гидроцилиндров левого и правого колес. Возможен также вариант осуществления поворота колес линейными электромеханическими актуаторами с шариковинтовой передачей в герметичном исполнении или другим типом привода. Управление направлением вектора тяги воздушного винта 2 при движении на воде осуществляется за счет поворота всего вентилятора в целом вокруг вертикальной оси с помощью отдельного привода, например, гидроцилиндра. Для уменьшения потерь на перетекание через кромку лопасти проточная часть вентилятора окружена бандажом, закрепленным на раме.
В качестве трансмиссии для приведения в движение колес 4 и воздушного винта 2 выбран гидропривод, состоящий из аксиально-поршневого насоса и гидромоторов с качающейся шайбой. На фиг. 2 приведена принципиальная гидравлическая схема одного из каналов трансмиссии. Гидравлическая схема всей трансмиссии представляет собой аналогичные контуры для всех четырех колес и воздушного винта, работающие параллельно.
Так как в реализованной схеме установлен один насос на несколько приводов, его регулирование нецелесообразно. Вместо этого требуется регулировка мощности, передаваемой каждому приводу, что осуществляется управляемым редукционным клапаном КР. Золотник ЗМ с механическим управлением служит для исключения канала из управления. При его перекрытии гидромотор М не получает мощности, и проворачивается свободно. Встроенный обратный клапан золотника предотвращает перетечки жидкости между контурами трансмиссии.
Для смены направления вращения предусмотрен гидрораспределитель А1 и реверс Р. На один из портов гидрораспределителя А1 установлен манометр МН для обратной связи по давлению за редукционным клапаном КР. Управляемый дроссель ДР позволяет частично или полностью перекрыть сливную магистраль, обеспечивая таким образом плавное торможение привода, вплоть до его полной остановки, с поддержанием крутящего момента даже при нулевой скорости. Излишки рабочей жидкости, нагнетаемой насосом НА, сбрасываются через предохранительные клапаны КП1 и КП2 в бак Б. Выводы магистралей в бак организованы таким образом, что штуцер сливной линии не касается зеркала жидкости. В результате энергия, запасенная в жидкости, рассеивается в тепло при сбросе в бак. Таким образом, возможна реализация режима удержания положения под нагрузкой, в котором механический КПД всей системы равен нулю, однако момент на приводе создается. Аккумулятор давления АК предусмотрен для сглаживания пульсаций подачи аксиально-поршневого насоса, фильтр Ф установлен в соответствии с требованиями к рабочей жидкости.