КОЛЕСНО-ШАГАЮЩЕЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
WHEEL-LEGGED VEHICLE

Изобретение относится к автомобилям высокой проходимости. Известно колесно-шагающее транспортное средство (ТС) Гоу-Девл, состоящее из корпуса, четырехопорного шасси с колесами на балансирах, их приводов и поворотного устройства (Кн. «Колесные автомобили высокой проходимости», Н.В.Гринченко и др., Москва, 1967 г., стр.225; кн. «Вездеходные колесные и комбинированные движители», Я.С.Агейкин, Москва, 1972, стр.159-164). Данная конструкция принята за прототип. Ее недостатки:
1. Четыре далеко разнесенные друг от друга колеса при движении по бездорожью не нивелируют неровности дороги и крайне неравномерно нагружаются, это уменьшает скорость и плавность хода ТС.
2. Наличие сочлененного корпуса с центральным шарниром уменьшает устойчивость, скорость движения и нагрузочную способность ТС.
3. При повороте наличие далеко разнесенных бортовых колес и различное сопротивление среды, испытываемое ими, определяет несовпадение их колей, что увеличивает сопротивление движению, уменьшает скорость поворота и требует наличия большой мощности двигателя. Управление задними колесами отдельно от передних невозможно.
4. Сочлененный двухсекционный корпус уменьшает степень возможности использования ТС, при эксплуатации оказывает повышенное аэро- и гидродинамическое сопротивление.
5. При выходе из строя любого колеса  движение ТС невозможно.
Цель изобретения - повышение технико-эксплуатационных качеств ТС.
С этой целью у ТС, состоящего из корпуса, четырехопорного шасси с колесами на балансирах, их приводов и поворотного устройства, введены поперечно расположенные гидроцилиндры со штоками-осями балансиров, каждая опора состоит из двух тандемно расположенных мотор-колес, ступицы тандемных колес снабжены свободными в окружном направлении поворотными осями, жестко связанными между собой поворотным рычагом, а тандемные балансиры колес связаны кинематически, привод тандемных балансиров осуществляется при помощи червячных передач, червячные колеса которых через подвижные шлицевые соединения взаимодействуют со штоками-осями, а червяки соосны, связаны между собой валом и снабжены индивидуальными электродвигателями, соосные гидроцилиндры противоположных бортов жестко связаны.
Новыми отличительными признаками по сравнению с прототипом являются:
1. Введены поперечно расположенные гидроцилиндры со штоками-осями балансиров.
2. Каждая опора состоит из двух тандемно расположенных мотор-колес, ступицы тандемных колес снабжены свободными в окружном направлении поворотными осями, жестко связанными между собой поворотным рычагом.
3. Тандемные балансиры колес связаны кинематически при помощи червячных передач, червячные колеса которых через подвижные шлицевые соединения взаимодействуют со штоками-осями, а червяки соосны, связаны между собой валом и снабжены индивидуальными электродвигателями.
4. Соосные гидроцилиндры противоположных бортов жестко связаны между собой.
На Фиг.1 - разрез ТС по совмещенным в одной плоскости осям оснований балансиров и колес.
На Фиг.2 - схема поворота ТС на бездорожье.
ТС содержит корпус 1, четыре пары тандемно расположенных колес 2, 3, установленных на балансирах 4, 5, четыре спаренных гидроцилиндра 6 с поршнями 7 и штоками-осями 8 балансиров 4, 5. Ступицы 9 колес 2, 3 имеют свободные в окружном направлении поворотные оси 10, попарно тандемно жестко связанные поворотными рычагами 11. Привод балансиров 4, 5 осуществляется при помощи червячных передач, состоящих из червячных колес 12, взаимодействующих посредством подвижных шлицевых соединений 13 со штоками-осями 8, и червяков 14, попарно тандемно жестко связанных валами 15 и снабженных индивидуальными приводными электродвигателями Д1, Д2, Д3, Д4, Д5, Д6, Д7, Д8.
Каждая опора ТС состоит из двух тандемно расположенных колес 2, 3.
Преимущества:
1. Позволяет использовать колеса 2, 3 (мотор-колеса) меньшего диаметра и веса. Снижается центр тяжести ТС, повышается надежность - движение (с меньшей скоростью) возможно при выходе из строя нескольких колес 2, 3. Нет острой необходимости в запасном колесе, а при наличии колеса оно имеет меньший объем и вес.
2. Повышается проходимость, из-за меньших нагрузок на колеса 2, 3, последовательно меньшего сопротивления движению вторых, третьих и четвертых колес 2, 3, следующих по следу первого колеса 2, существенно увеличивается возможная ширина преодолеваемых рвов и ям.
3. Повышается скорость движения и плавность хода из-за нивелировки неровностей дороги, меньшей жесткости подвески и величины неподрессоренных масс колес 2, 3.
4. Повышается эффективность и надежность торможения из-за большого числа колес (больше мест контактов колес с дорогой и лучшее их охлаждение) и отсутствия аквапланирования у большинства колес при движении с большой скоростью по мокрой дороге.
5. Наличие в каждой опоре двух тандемно расположенных колес 2, 3, связанных поворотным рычагом 11, обеспечивает при повороте возможность нахождения колес 2, 3 одного борта в одной колее, путем их осевого перемещения с угловым курсовым смещением каждого колеса 2, 3.
6. Наличие колес 2, 3 с каждого борта ТС со щитками-обтекателями на каждой тандемной паре колес 2, 3 повышает безопасность ТС при боковом столкновении.
Поворот ТС со всеми управляемыми колесами 2, 3 характеризуется сравнительно малыми углами их поворота. При движении по бездорожью наибольшее сопротивление испытывает первое колесо 2, прокладывающее колею, и последовательно меньшие сопротивления - другие колеса, двигающиеся по этой колее. При повороте наиболее благоприятным является нахождение колес 2, 3 одного борта в одной колее.
Для поворота ТС масло под давлением подается в соответствующие полости гидроцилиндров 6, а из противоположных полостей масло отводится на слив в бак. Усилия от поршней 7 через штоки-оси 8 передаются на балансиры 4, 5 с колесами 2, 3, одни из тандемных колес 2, 3 перемещаются к борту ТС, другие - от борта (Фиг.2). Возможно полное попадание всех колес 2, 3 одного борта в одну колею.
Связь тандемных колес 2, 3 при помощи поворотного рычага 11 приводит к упругим деформациям поворотных рычагов 11, балансиров 4, 5, штоков-осей 8 и бортов корпуса 1, в результате чего колеса 2, 3 получают угловое смещение, способствующее повороту ТС. Величина углового смещения каждого колеса 2, 3 зависит от осевых перемещений тандемных колес 2, 3 и от относительной жесткости деталей 1, 4, 5, 8, 11.
При повороте, при осевом относительном перемещении тандемных колес 2, 3 расстояние между местами крепления поворотного рычага 11 «увеличивается». При крутых поворотах ТС, при больших осевых смещениях тандемных колес 2, 3 возможны опасные напряжения в деталях. Для уменьшения напряжений осуществляется сближение тандемных колес 2, 3 путем поворота их балансиров 4, 5 друг к другу, при помощи индивидуальных электродвигателей, например, Д1 и Д2, при этом их связующий вал 15 (малого диаметра и большой длины) закручивается на некоторый угол.
По окончании поворота масло под давлением поступает в противоположные полости гидроцилиндров 6 и колеса 2, 3 возвращаются в нейтральное положение.
Учитывая возможность наличия упругих деформаций в деталях шасси, колеса 2, 3 установлены на шариковых подшипниках.
Поворот и вращение тандемных балансиров 4,5 осуществляются спаренными электродвигателями Д1 и Д2, Д3 и Д4, Д5 и Д6, Д7 и Д8 при помощи червячных передач 12, 14 и подвижных шлицевых соединений 13.
Преимущества:
1. При повороте ТС на большой скорости возможен наклон корпуса 1 - подъем внешнего и опускание внутреннего бортов по отношению к полюсу поворота, осуществляемый путем поворота балансиров 4, 5 с колесами 2, 3 соответствующих бортов. Это увеличивает поперечную устойчивость и скорость прохождения поворота ТС.
2. При больших углах поворота ТС возможно сближение тандемных колес 2, 3 для уменьшения напряжений в деталях 1, 4, 5, 8, 11 путем углового смещения тандемных балансиров 4, 5 при помощи спаренных электродвигателей Д1 и Д2, Д3 и Д4….
3. Возможен приподъем внешних колес 2, что облегчает и ускоряет поворот ТС на месте путем вращения внутренних колес 3 каждого борта в противоположные стороны.
4. При выходе и строя любого электродвигателя Д поворот и вращение балансиров 4, 5 обеспечивает спаренный. Повышается надежность.
5. Путем управления работой электродвигателями Д возможно создание активной подвески.
Передняя и задняя пары совмещенных гидроцилиндров 6 совместно со штоками-осями 8, балансирами 4, 5, колесами 2, 3 и поворотными рычагами 11 образуют силовые кольца, которые совместно с корпусом 1 хорошо противостоят внешним воздействиям.
Тандемные балансиры 4, 5 равны по длине и параллельны, кинематически связаны при помощи спаренных червячных передач 12, 14 и совместно с колесами 2, 3 и поворотным рычагом 11 образуют шарнирный параллелограмм. Его изменение положения и вращение осуществляется двумя электродвигателями, например, Д1 и Д2. При этом поворотный рычаг 11 сохраняет горизонтальное положение, благодаря чему на нем возможна установка щитка-обтекателя тандемной пары колес 2, 3.
Тандемные пары колес 2, 3 независимы друг от друга и при повороте на бездорожье каждое колесо 2, 3 при помощи своего гидроцилиндра 6 устанавливается в колею своего борта, при этом колеса 2, 3, благодаря поворотному рычагу 11 получают угловое смещение, способствующее повороту ТС. Дополнительно управляемость может быть улучшена за счет разности оборотов вращения мотор-колес 2, 3 каждого борта.
В зависимости от условий движения возможно, при нормально управляемых передних тандемных колесах 2, 3, иметь наиболее благоприятные углы поворота задних тандемных колес 2, 3, возможно осуществлять это с запаздыванием или блокировать поворот задних тандемных колес 2, 3.
При повороте на асфальте, бетоне возможно угловое смещение тандемных балансиров 4, 5 с отрывом внутренних тандемных колес 3 от полотна дороги и опорой только на передние и задние колеса 2. Оптимальная управляемость ТС обеспечивается при самых распространенных углах поворота колес 2 путем их поворота поворотными рычагами 11 с внутренними, средними колесами 3, не контактирующими с дорогой, но которые могут вращаться без нагрузки с оборотами ведущих колес 2.
При движении по хорошей дороге обеспечивается нормальная управляемость ТС, а при большой скорости - дополнительная устойчивость на поворотах за счет наклона корпуса 1. При езде по бездорожью обеспечивается двухколейный путь даже на повороте, повышается проходимость ТС, уменьшается потребная мощность двигателя.
Кинематическая связь балансиров 4, 5 с колесами 2, 3 при помощи червячных передач 12, 14 позволяет осуществлять подъем или вращение любой пары тандемных колес 2, 3, или двух пар, или всех пар. Повышаются углы преодолеваемых подъемов, спусков, косогоров, обеспечивается высота корпуса 1, удобная для погрузки-выгрузки, переменный клиренс. Преодоление трудных участков пути (грязь, снег) возможно путем вращения любой пары тандемных балансиров 4, 5 с заторможенными колесами 2, 3 или попеременного вращения диагонально расположенных тандемных пар балансиров, или синхронного вращения всех балансиров 4, 5.
Возможно изменение базы ТС. На Фиг.1 длина базы - средняя. При повороте передних тандемных балансиров 4, 5 на 180° - длина базы минимальная. При повороте задних тандемных балансиров 4, 5 на 180° - длина базы максимальная.
Возможно преодоление водных преград вброд (переменный клиренс!) и вплавь путем подъема неведущих колес выше уровня воды и опускания ведущих колес в воду на определенную глубину с использованием их в качестве водного движителя и для поворота. Обтекаемый корпус обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление.
В экстремальных случаях возможно интенсивное торможение ТС путем опускания корпуса 1 на полотно дороги (на днище корпуса 1 должны быть специальные накладки).
Возможно поперечное смещение бортовых колес 2, 3 при помощи гидроцилиндров 6 для изменения колеи ТС. Облегчается движение по любым дорогам и в колонне различных транспортных средств.
Возможно приближение колес 2, 3 одного борта к корпусу 1, например, левых, и отдаление колес 2, 3 другого борта (правых), это изменяет нагрузки на бортовые колеса 2, 3, повышает комфортабельность езды (обычно средняя часть дороги более горизонтальна и находится в лучшем состоянии), пространство между корпусом 1 и правыми колесами возможно использовать для длинномерных грузов. Обеспечивается возможность иметь минимальные габариты ТС при парковке, транспортировке, хранении.
Нагрузки от колес 2, 3 воспринимаются балансирами 4, 5 и штоками-осями 8, при малой их жесткости на кручение и изгиб они выполняют функции подвески, при большой жесткости - возможно устройство активной подвески с использованием электродвигателей Д 1-Д 8.
Привод ТС осуществляется мотор-колесами 2, 3 с шинами или металлоэластичными колесами, например, по патенту №2.245.256.
При передвижении по снегу возможна замена каждой передней тандемной пары колес 2, 3 на лыжу.
При эксплуатации ТС отпадает необходимость в запасном колесе и домкрате.
Конструкция ТС сравнительно проста, надежна, маневренна, имеет высокую проходимость, скорость движения и плавность хода, переменный клиренс, изменяемую базу и колею, малые габариты при парковке, транспортировке и хранении. Все это повышает технико-эксплуатационные качества ТС.