ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ "ГАЛИЧЪ" (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к наземным транспортным средствам с колесно-шагающим движителем, в частности - к вездеходам для городского хозяйства (для уборки дворовых территорий, тротуаров и лестниц) и экстремальных условий (для тяжелого бездорожья, например сильнопересеченной местности, болот, руин, завалов на лесных и горных дорогах).
Одной из актуальных проблем механизации уборочных работ в дорожном и коммунальном хозяйствах городов и др. населенных пунктов является потребность перехода транспортного средства, оснащенного навесными устройствами для уборки, с проезжей части на тротуар и обратно, уборка многоступенчатых лестниц и т.д. Ибо бордюрные камни и ступени различных типоразмеров - особенно серьезные профильные препятствия для таких машин. На повестке дня -оснащение, прежде всего, крупных городов коммунальными транспортными средствами высокой проходимости.
В то же время остается злободневной и проблема передвижения в экстремальных условиях на сильнопересеченной местности, в условиях завалов, болот, руин и т.д. Необходимо реализовывать резервы повышения как профильной, так и несущей проходимости наземных транспортных средств.
Качественный скачок в повышении несущей и профильной проходимости произошел с появлением колесно-шагающих движителей. К «пионерам» транспортных средств высокой проходимости с колесно-шагающим движителем относится американский вездеход Годевиль (Go-devil) [1].
Известно множество подобных устройств - продуктов дальнейшего развития идеи колесно-шагающего движителя путем расширения конструктивных комбинаций колес, систем рычагов их жесткой или упругой подвески и приводов вращения колес и поворота / вращения звеньев их подвески, причем в различных областях применения транспортной техники: в классических вездеходах, в
планетоходах, в инвалидных колясках, в грузовых тележках и инвалидных креслах-колясках [2-8].
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по назначению и совокупности конструктивных признаков (прототипом) является транспортное средство высокой проходимости, содержащее несущую конструкцию с колесно-шагающим движителем, включающим в себя попарно сгруппированные передние и задние колесные узлы, каждый из которых содержит, по крайней мере, одно ведущее колесо, рычажное устройство, по крайней мере, с одним рычагом подвески колеса, шарнирно связанным с несущей конструкцией, и приводы вращения колеса и изменения взаимного положения элементов рычажного устройства, включая поворот рычага в продольной вертикальной плоскости, с возможностью преодоления профильных препятствий типа бордюрного камня и лестничной ступени, высота которых может превышать радиус ведущего колеса, содержащее также систему управления приводами [9].
В нем передние и задние колесные узлы конструктивно отличны друг от друга и ориентированы по-разному. Рычаг (подвески передних колес) выполнен прямым и установлен на несущей конструкции шарнирно в центральной своей точке, а на концах рычага симметрично установлены два одинаковых ведущих колеса, связанные с общим электромеханическим приводом их вращения. Соответственно, все три шарнира единственного переднего колесного узла разнесены по длине рычага в линию. Такой колесный узел называют «двухкластером». Весь блок установлен непосредственно на несущей конструкции, то есть без промежуточных звеньев. Задние колеса (левое и правое) также являются ведущими. Они взаимосвязаны мостом, который, в свою очередь, установлен на конце рычага, другим концом шарнирно прикрепленным к несущей конструкции через промежуточное звено-рычаг. Параллельно задним колесам установлены приводы подъема по лестницам, включающие в себя эксцентрично установленные рычаги с опорной пятой особого профиля на свободном конце.
Однако такое устройство ходовой части, будучи весьма удачным применительно к малоразмерным электроприводным индивидуальным трансформерам с большим числом функций (трансскутерам), каковым, преимущественно, и является прототип, недостаточно приемлемо для использования на более тяжелых, «грубых» и оснащаемых навесным уборочным оборудованием вездеходах, описанных в первых трех абзацах. Кроме того, такое
транспортное средство не может существенно «подтягивать» себя (несущую конструкцию) передним колесным узлом в условиях тяжелого бездорожья, например в топком болоте и в лесных завалах. Собственно, оно для этого и не предназначено.
Общей задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является улучшение технико-эксплуатационных характеристик транспортных средств высокой проходимости с повышенными массогабаритными показателями (т.е. транспортных средств средне- и крупноразмерных) в условиях дорожных и коммунальных работ по очистке территории и в экстремальных (по профильной и несущей проходимости) условиях эксплуатации (сильнопересеченной местности, болот, лесных завалов, руин, завалов на лесных и горных дорогах).
Решение поставленной задачи (в части профильной проходимости) достигается тем, что в транспортном средстве высокой проходимости по первому варианту, содержащем несущую конструкцию с колесно-шагающим движителем, включающим в себя попарно сгруппированные передние и задние колесные узлы, каждый из которых содержит, по крайней мере, одно ведущее колесо, рычаг и приводы вращения колеса и поворота рычага, с возможностью преодоления профильных препятствий типа бордюрного камня и лестничной ступени, высота которых может превышать радиус ведущего колеса, содержащем также систему управления приводами, передние и задние колесные узлы выполнены и ориентированы одинаково, рычаг выполнен с разнесенными по вершинам треугольника поперечными шарнирами, ведущее колесо установлено на нижнем, первом упомянутом шарнире, второе колесо установлено на вынесенном вперед втором упомянутом шарнире, посредством третьего упомянутого шарнира рычаг установлен на несущей конструкции с возможностью поворота, по крайней мере, в своей плоскости, а привод поворота рычага выполнен в виде силового цилиндра, шарнирно закрепленного на несущей конструкции выше указанных трех шарниров и связанного выдвижным звеном с упомянутым вторым шарниром.
С этой же целью введен ряд дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):
- упомянутые третий шарнир и шарнир крепления силового цилиндра на несущей конструкции установлены на общем для них промежуточном звене,
которое, в свою очередь, установлено на несущей конструкции с возможностью поворота вокруг вертикальной оси;
- при предыдущей совокупности признаков, промежуточные звенья, по меньшей мере, передних колесных узлов выполнены в виде поворотных стоек, связанных с рулевым устройством;
- второе колесо, установленное на втором, вынесенном вперед шарнире, выполнено ведомым и меньшего диаметра в сравнении с ведущим колесом;
- рычаг с силовым цилиндром выполнены и установлены с возможностью силового упора в опорную поверхность возвышенного профильного препятствия, например ступени, на уровне, по крайней мере, не ниже оси ведущего колеса;
- силовой цилиндр выполнен гидравлическим.
Решение поставленной общей задачи (первичной формулировке, т.е. одновременно в отношении профильной и несущей проходимости) достигается также тем, что в транспортном средстве высокой проходимости по второму варианту, содержащем несущую конструкцию с колесно-шагающим движителем, включающим в себя попарно сгруппированные передние и задние колесные узлы, каждый из которых содержит, по крайней мере, одно ведущее колесо, рычажное устройство с рычагом подвески ведущего колеса, приводы вращения колеса и приводы изменения взаимного положения элементов рычажного устройства, а также содержащее систему управления приводами, с возможностью преодоления профильных препятствий, рычажное устройство каждого переднего колесного узла снабжено дополнительным рычагом с разнесенными по вершинам треугольника поперечными шарнирами, который прикреплен к несущей конструкции посредством первого из них, рычаг ведущего колеса закреплен во втором упомянутом шарнире и шарнирно соединен свободным концом с выдвижным звеном силового цилиндра, закрепленного на дополнительном рычаге посредством третьего, вынесенного вперед упомянутого шарнира, привод изменения взаимного положения элементов рычажного устройства дополнительно содержит силовой цилиндр поворота дополнительного рычага на первом шарнире, установленный шарнирно на несущей конструкции выше первого упомянутого шарнира и связанный концом выдвижного звена с упомянутым третьим шарниром.
С этой же целью введен ряд дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):
- все силовые цилиндры выполнены одинаковыми;
- все колесные узлы выполнены с возможностью независимого друг от друга подъема колес выше уровня днища несущей конструкции;
- при предыдущей совокупности признаков, рычажное устройство каждого заднего колесного узла выполнено либо в виде рычага, связанного с приводом его вращения, либо в виде замкнутого шарнирного пятизвенника.
Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат в соответствии с поставленной задачей.
Заявляемое транспортное средство высокой проходимости пояснено на чертежах:
на фиг.1 показан пример кинематической схемы транспортного средства по первому варианту его устройства, вид сбоку, где Н - дорожный просвет транспортного средства; R - радиус ведущего колеса (за вычетом вертикальной деформации шины в пятне контакта с дорогой); r - радиус ведомого (упорного) колеса; h - высота бордюрного камня или лестничной ступени;
на фиг.2 отдельно показана кинематическая схема переднего колесного узла;
на фиг.3 показан пример кинематической схемы транспортного средства по второму варианту его устройства, подвариант с подвеской заднего колесного узла в виде шарнирного однозвенника, вид сбоку;
на фиг.4 показан пример кинематической схемы транспортного средства по второму варианту его устройства, подвариант с подвеской заднего колесного узла в виде замкнутого шарнирного пятизвенника, вид сбоку.
на фиг.5 отдельно показана кинематическая схема упомянутого пятизвенника.
Транспортное средство высокой проходимости по первому варианту содержит (см. фиг.1) несущую конструкцию (раму, несущий корпус, основание кресла водителя или иной их аналог) 1 с колесно-шагающим движителем, включающим в себя попарно сгруппированные передние 2 и задние 3 колесные узлы. Расстояние от поверхности дороги до нижнего уровня расположения несущей конструкции 1 или жестко связанных с ней «корпусных» деталей определяет дорожный просвет Н транспортного средства. Каждый из колесных узлов 2, 3 содержит, по крайней мере, одно (в приведенном примере) ведущее колесо 4, рычаг 5 и приводы вращения колеса (6) и поворота рычага 5 (см. в следующем абзаце при конкретизации), с возможностью преодоления профильных препятствий
типа бордюрного камня (лестничной ступени) 7, высота которых h может превышать радиус R ведущего колеса 4 (за вычетом вертикальной деформации шины в пятне контакта с дорогой). Транспортное средство содержит также систему управления приводами (не показана).
Колесные узлы 2, 3 выполнены и ориентированы одинаково. Рычаг 5 выполнен с разнесенными по вершинам треугольника поперечными шарнирами (т.е. шарнирами, оси которых перпендикулярны плоскости вращения колеса 4). Колесо 4 установлено на нижнем, первом упомянутом шарнире 8. Второе колесо 9 установлено на вынесенном вперед втором упомянутом шарнире 10. Посредством третьего упомянутого шарнира 11 рычаг 5 установлен на несущей конструкции 1 с возможностью поворота, по крайней мере, в своей плоскости, в диапазоне, во всяком случае, менее 180°. Привод поворота рычага выполнен в виде силового цилиндра 12, который шарнирно закреплен (поперечный шарнир 13) на несущей конструкции 1 выше шарниров 8, 10, 11 и связан выдвижным (выдвигаемым) звеном (в данном случае - штоком) 14 с шарниром 10.
Рациональные, но, в то же время, частные случаи конкретного конструктивного выполнения описанного устройства предполагают нижеследующее.
Шарниры 11 и 13 установлены (предусмотрены) на общем для них промежуточном звене 15, которое, в свою очередь, установлено на несущей конструкции 1 с возможностью поворота вокруг вертикальной оси в диапазоне не более ±90° по азимуту. При этом промежуточные звенья 15, по меньшей мере, передних колесных узлов 2 могут быть выполнены в виде поворотных стоек (как показано на фиг.1), связанных с рулевым устройством 16.
Второе колесо 9, установленное на шарнире 10, выполнено ведомым и меньшего диаметра (2r, где r - его радиус в свободном состоянии) в сравнении с диаметром 2R колеса 4.
Рычаг 5 с силовым цилиндром 12 выполнены и установлены с возможностью силового упора в опорную поверхность возвышенного профильного препятствия 7, например ступени, на уровне h, по крайней мере, не ниже оси колеса 4, т.е. не ниже величины R.
Силовой цилиндр 12 выполнен гидравлическим.
В принципе, возможна организация упругой подвески, например гидропневматической, с использованием гидроцилиндра 12 (с добавлением пневматической компоненты). Однако, для тихоходных непассажирских
транспортных средств данного назначения достаточно и упругости пневматических шин, особенно при пониженном давлении воздуха в них.
Транспортное средство по первому варианту работает следующим образом. При движении по ровной поверхности транспортное средство перемещается на колесах 4 по обычной схеме 4×4, при вывешенных ведомых колесах 9. При отсутствии в конструкции поворотного промежуточного звена 15, поворот транспортного средства осуществляют бортовым (силовым) способом (за счет разного направления вращения колес 4 левых и правых колесных узлов 2, 3). При наличии звена 15, поворот осуществляют, в зависимости от конкретных условий эксплуатации, либо бортовым, либо кинематическим способом - синхронным поворотом, посредством привода 16, левого и правого колесных узлов 2 в одну сторону.
Для преодоления ступенчатого препятствия 7 транспортное средство движется до упора колеса 4 (левого и правого или одного из них) в его торец и/или кромку. Затем опускают, посредством цилиндра(ов) 12, колесо (колеса) 9 на препятствие (на ступень) 7 (при этом рычаг 5 поворачивается на шарнире 11 по часовой стрелке). Это изображено пунктирным фрагментом на фиг.1. Продолжая силовое воздействие штока 14 цилиндра 12 на ось колеса 9 (на шарнир 10), продолжают, тем самым, поворот рычага 5. Это приводит к отрыву колеса 4 от дороги и его подъем. Таким образом, опорная функция переднего колеса (колес) 4 временно переходит к колесу (колесам) 9, причем уже на ступени 7. При недостаточности сцепления ведущего колеса 4 со ступенью 7, поступательное движение транспортного средства обеспечивается задними ведущими колесами. В дальнейшем, при входе переднего колеса (колес) 4 в конус (угол) трения ступени 7, оно (они) снова переходит в ведущий режим. Начиная с этого момента, колесо (колеса) 9 могут быть подняты посредством цилиндра(ов) 12, в том числе как подготовка к преодолению очередной ступени описанным способом. При этом рычаг 5 поворачивается против часовой стрелки. Задние колесные узлы 3 могут работать, разумеется, аналогично.
Использование устройства по первому варианту позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики транспортных средств высокой проходимости с повышенными массогабаритными показателями (относящихся к среднеразмерным транспортным средствам) в условиях дорожных и коммунальных работ по очистке территории (с точки зрения профильной проходимости).
Транспортное средство высокой проходимости по второму варианту содержит (см. фиг.3) несущую конструкцию (раму, несущий корпус, основание кресла водителя или иной их аналог) 17 с колесно-шагающим движителем, включающим в себя попарно сгруппированные передние 18 и задние 19 колесные узлы. Расстояние от поверхности дороги до нижнего уровня расположения несущей конструкции 17 или жестко связанных с ней «корпусных» деталей определяет дорожный просвет Н транспортного средства. Каждый из колесных узлов 18, 19 содержит, по крайней мере, одно (в приведенном примере) ведущее колесо 20, рычажное устройство с рычагом 21 колеса 20 (дальнейшую конкретизацию рычажного устройства см. ниже), привод 22 вращения колеса 20 и приводы изменения взаимного положения элементов рычажного устройства (см. также ниже при конкретизации), с возможностью преодоления слабонесущих участков местности и профильных препятствий типа бордюрного камня (ступени, пня) 23, высота которых h может превышать радиус R ведущего колеса 20 (за вычетом вертикальной деформации шины в пятне контакта с дорогой). Транспортное средство содержит также систему управления приводами (не показана). Колесные узлы 18, 19 выполнены неодинаковыми.
Рычажное устройство каждого колесного узла 18 снабжено дополнительным рычагом 24 с разнесенными по вершинам треугольника поперечными шарнирами (т.е. шарнирами, оси которых перпендикулярны плоскости вращения колеса 20).
Рычаг 24 прикреплен к несущей конструкции 17 посредством первого из упомянутых трех шарниров - 25, с возможностью поворота, по крайней мере, в своей плоскости, в диапазоне, во всяком случае, менее 180°. Рычаг 21 закреплен (в точке, лежащей между его концами, преимущественно на расстоянии 2/3 его длины от оси колеса 20) во втором из упомянутых шарниров - 26 и шарнирно соединен (шарнир 27) свободным концом с выдвижным звеном 28 силового цилиндра 29. Последний закреплен на рычаге 24 посредством третьего из упомянутых шарниров - 30, который в исходном (опущенном) своем положении вынесен вперед по отношению к шарнирам 25 и 26. Привод изменения взаимного положения элементов рычажного устройства в целом дополнительно содержит силовой цилиндр 31, который шарнирно закреплен (поперечный шарнир 32) на несущей конструкции 17 выше шарниров 25, 26, 30 и связан концом выдвижного (выдвигаемого) звена (в данном случае - штока) 33 с шарниром 30.
Устройство предполагает, преимущественно, бортовую (силовую) схему поворота транспортного средства. С целью улучшения маневренности, несущая конструкция может быть выполнена сочлененной.
В принципе, левый и правый колесные узлы 18 могут быть максимально приближены к продольной оси транспортного средства (при существенно разнесенных друг от друга, в поперечном направлении, левом и правом колесных узлах 19). При этом обеспечивается трехточечный симметричный контакт транспортного средства (и, соответственно, устойчивость) при поднятом левом или правом колесе 20. Однако, это влечет за собой усложнение системы поворота транспортного средства.
Рациональные, но, в то же время, частные случаи конкретного конструктивного выполнения описанного устройства предполагают нижеследующее.
Силовые цилиндры 29 и 32 выполнены одинаковыми.
Все колесные узлы (18, 19) выполнены с возможностью независимого друг от друга подъема колес выше уровня днища несущей конструкции 17, при этом, естественно, возможно уменьшение дорожного просвета Н до нуля (при подъеме всех колес выше указанного уровня).
Как конструктивный вариант заднего колесного узла 19, его рычажное устройство выполнено в виде рычага 34, связанного с приводом его вращения (не показан) в плоскости вращения колеса 35, т.е. в виде однозвенного механизма. В этом случае указанный подъем колеса 35 выше уровня днища несущей конструкции 17 возможен именно за счет привода вращения рычага 34 (см. фиг.3).
Как другой конструктивный вариант заднего колесного узла 19, его рычажное устройство выполнено в виде подробно описанного ниже замкнутого шарнирного пятизвенника (см. фиг.4, 5).
Пятизвенник включает в себя симметрично расположенные относительно поперечной вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса 36, ромбообразующие рычаги (звенья) 37-40 и замыкающий рычаг (звено) 41. При этом рычаги (звенья) 39 и 40 выполнены, в плоскости вращения колеса 36, четырехсторонниками (стороны 42-45 и 46-49 соответственно) расчетной геометрии, а рычаги 37 и 38 взаимосвязаны поперечным шарниром 50, на котором, собственно, и установлено колесо 36. На рычагах (звеньях) 39, 40 предусмотрены по четыре поперечных шарнира 51-58 (в порядке парности «справа-слева»
пятизвенника). Верхние шарниры 53 и 54 рычагов 39 и 40 соответственно закреплены на несущей конструкции 17 транспортного средства), а шарниры 55 и 56 взаимосвязаны замыкающим рычагом 41. В центре упомянутого ромба расположен привод (преимущественно, гидроцилиндр) 56 подъема колеса 36, концы неподвижного и выдвижного (выдвигаемого) звеньев которого установлены на шарнирах 57 и 58 соответственно.
Независимо от варианта конструкции заднего колесного узла 19, передние колесные узлы 18 могут быть выполнены, как и в транспортном средстве по первому варианту, поворотными (поворотное звено 60, аналогичное звену 15).
Транспортное средство по второму варианту работает следующим образом.
Прямолинейное и криволинейное движения транспортного средства по ровной поверхности аналогичны движению транспортного средства по первому варианту.
Для преодоления ступенчатого препятствия 23 транспортное средство движется до упора колеса 20 (левого и правого или одного из них) в его торец и/или кромку. После этого поднимают, посредством цилиндра 31, рычаг 24 упертого в ступень 23 колесного узла, а значит и все рычажное устройство с колесом 20 в неизменной конфигурации на высоту (до низа колеса 20) ступени 23 (см. фиг.2, 4). При этом транспортное средство может временно оказаться на трех точках опоры. Затем рычаг 24 опускают, посредством того же цилиндра 31, на ступень 23. Обеспечив таким образом новую точку опоры на более высоком уровне, выполняют, при необходимости, аналогичную операцию с другим колесным узлом 18. Задние колеса 35 продолжают ведущим режимом содействовать преодолению ступенчатого препятствия 23.
В болоте, на иной местности с неблагоприятной несущей способностью, оба задних колеса (колеса 35 в варианте по фиг.2, 3 и колеса 36 в варианте по фиг.4, 5) поднимают, посредством привода вращения рычага 34 в варианте по фиг.2, 3 и цилиндра 59 в варианте по фиг.4, 5, на высоту выше дорожного просвета Н (показано пунктирным фрагментом). При этом задняя часть несущей конструкции 17 ложится на грунт. После этого, поочередно переместив оба колесных узла 18 вперед-вверх и обеспечив тем самым опускание на грунт и передней части несущей конструкции 17 и, одновременно, частичное заглубление колес 20 в слабонесущий грунт на расстоянии «один шаг вперед», подтягивают несущую конструкцию 17 «лежа» вперед на один «шаг» посредством синхронной работы цилиндров 31 и/или 29 левого и правого колесных узлов 18. Дальнейшее
поступательное движение транспортного средства осуществляют указанным способом пошагово. Таким же образом, - способом «подтягивания лежа», возможно движение на отдельных участках лесных завалов и руин зданий и сооружений. При этом зацепление колес с 20 происходит с тыльной поверхностью профильных препятствий.
Использование устройства по второму варианту позволяет улучшить технико-эксплуатационные характеристики транспортных средств высокой проходимости с повышенными массогабаритными показателями (относящихся к средне- и крупноразмерным транспортным средствам) в экстремальных (по профильной и несущей проходимости) условиях эксплуатации (сильнопересеченной местности, болот, лесных завалов, руин, завалов на лесных и горных дорогах).
Источники информации, принятые во внимание:
1.US 3057319, U.S. C1, 115-1, 09.10.1962.
2. SU 343893, B 62 B 5/02, A 61 G 5/02, 25.10.1969.
3. US 4645222, U.S. C1, 280-5.26, 24.02.1987.
4.PCT(WO) 86/02052, B 62 B 5/02, B 62 D 61/00, 10.04.1986.
5. PCT(WO) 86/00587, B 62 B 5/02, 30.01.1986.
6. Моделист-конструктор. - 1976, №12. - С.13.
7. US 4790548, B 62 B 9/06, 13.12.1988.
8. Планетоходы/ Под ред. А.Л.Кемурджиана. - М.: Машиностроение, 1982. - 319 с., ил. - С.62, 85-86, 148.
9. RU 2217119 C 1, A 61 G 5/06, 06.05.2002 - прототип.