ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПО ПОВЕРХНОСТИ С ПОНИЖЕННЫМ СЦЕПЛЕНИЕМ

Заявляемая полезная модель относится к транспортной технике, а именно к транспортным средствам для перемещения по поверхности с пониженным сцеплением.
Известны транспортные средства с колесами увеличенного диаметра на шинах низкого давления, обеспечивающими повышенную проходимость и плавучесть. Такие транспортные средства имеют оригинальную конструкцию кузова и шасси или комплектуются подбором частично доработанных узлов и агрегатов серийных автомобилей. К ним относятся семейство вездеходов ООО НПФ «ТРЭКОЛ», вездеходы фирмы ПСА «Бронто» (см. Ж. «Внедорожник 2007», стр.46-50, М., Издательский Дом Третий Рим, 2006 г.).
Известно транспортное средство, содержащее самоходное шасси с шинами увеличенного диаметра и ширины, расположенную в базе кабину, содержащее дополнительные поплавки (Патент РФ №2140363, 1999 г., кл. В60F 3/00). К недостаткам таких транспортных средств относятся:
- ограниченность применения и неудобство использования транспортного средства или его переоборудования для эксплуатации в качестве легкового автомобиля в населенных пунктах по городским дорогам;
- низкая управляемость и устойчивость движения в диапазоне высоких скоростей, низкая максимальная скорость транспортного средства;
- низкая безопасность из-за повышенной предрасположенности транспортного средства к опрокидыванию, вследствие увеличенного соотношения высоты расположения его центра тяжести от опорной поверхности к колее, а также, повышенной упругости колес большого диаметра с шинами низкого давления;
- низкая надежность и трудность обеспечения высокого качества вездеходов, организации и обеспечения их сервисного обслуживания на местах из-за мелкосерийности производства;
- высокая стоимость транспортного средства;
- неудобство его парковки и хранения вследствие увеличенных габаритов и невозможности трансформирования.
Известно вездеходное транспортное средство, снабженное сменными трапециевидными гусеницами, которые устанавливаются вместо штатных колес для повышения проходимости автомобиля (см. Ж. «Внедорожник 2006», стр. 153, М., Издательский Дом Третий Рим, 2005 г., патент РФ №2141900, 2001 г., кл. В60F 3/00). К недостаткам такого транспортного средства относятся:
- отрицательное воздействие на конструкцию базового автомобиля, его срок службы и безопасность из-за повышенных нагрузок на подвеску автомобиля и его рулевое управление вследствие воздействия увеличенных моментов от сил реакции
опорной поверхности на гусеницы, имеющие большую, чем у штатного колеса, площадь контакта и увеличенную колею;
- низкая безопасность эксплуатации транспортного средства на покрытом льдом водоеме или заболоченной поверхности из-за отсутствия плавучести;
- отсутствие амфибийности вследствие невозможности передвижения транспортного средства по воде в режиме плавания;
- опасность повреждения кузова автомобиля в случае накручивания гусеницы вокруг оси ступицы;
- низкая надежность транспортного средства вследствие высокой повреждаемости и заклинивания гусениц при движении по камням, в лесу, по крутым склонам и при обледенении, и низкого ресурса гусениц;
- низкая максимальная скорость транспортного средства с трапециевидными гусеницами;
- малая высота преодолеваемых вертикально выступающих жестких препятствий;
- повышенный шум гусениц при скоростном движении;
- низкая ремонтопригодность в дорожных условиях.
Известно транспортное средство в виде автомобиля с прицепом трансформируемым в его опору на воздушной подушке (патент РФ №2049006, 1995 г., кл. В60V 3/02). Наличие трансформируемой опоры на воздушной подушке, имеющей роликовые опоры под автомобильные колеса для привода движителей в виде воздушных винтов, воздушные рули, элементы плавучести, при монтаже ее с автомобилем придает транспортному средству амфибийность и проходимость по слабонесущим поверхностям. Недостатками этого транспортного средства являются:
- низкая надежность передачи крутящего момента от колес на фрикционные роликовые опоры из-за возможного проскальзывания при наличии влаги попадания посторонних предметов, грязи, снега в зоне контакта колеса и роликов, и при обледенении;
- сложность конструкции, низкая надежность и низкий коэффициент полезного действия кинематической передачи крутящего момента от двигателя через колеса на винтовой движитель из-за большого угла излома карданного шарнира угловых скоростей, наличия длинного вала и повышающего углового редуктора;
- непригодность транспортного средства для движения по рыхлому глубокому снегу или по неровной поверхности, так как при контактах корпуса опорной платформы и гибкого ограждения с неровностями опорной поверхности возможно возникновение соизмеримых с весом транспортного средства сил сопротивления, с одновременной потерей давления в воздушной подушке, тогда как, при располагаемой энерговооруженности, тяга движителей - воздушных винтов может составлять лишь около 0,1 его веса, и недостаточна для преодоления сил сопротивления;
- низкая проходимость транспортного средства в конфигурации автомобиль с прицепом по поверхности с пониженным сцеплением, так как опорные элементы прицепа - колеса не являются движущими, а создают силы сопротивления;
- низкая управляемость транспортного средства при движении на воздушной подушке;
- невозможность перемещения на воздушной подушке вдоль склонов;
- необходимость переоборудования транспортного средства при переходе с водной или слабонесущей поверхности на твердую поверхность и наоборот;
- низкая надежность транспортного средства вследствие повышенной повреждаемости лопастей воздушных винтов движителя;
- сложность конструкции и высокая стоимость трансформируемого прицепа.
Известно также транспортное средство для перемещения по поверхности с пониженным сцеплением, выбранное в качестве прототипа, включающее в себя автомобиль и опорную плавающую платформу, оснащенную рабочими органами в виде колес большого диаметра, приводами передачи крутящего момента с роликовыми опорами от колес автомобиля на рабочие органы и устройствами управления (патент РФ №2025294, 1994 г. кл. В60F 3/00). Недостатками такого транспортного средства являются:
- отсутствие амфибийности, непригодность транспортного средства для перемещения по грунтовой поверхности или мелководью;
- низкая проходимость по снегу и другим поверхностям с пониженным сцеплением, так как элементы платформы, выполняющие функции опорных и управляющих, конструктивно отделены от элементов, выполняющих функции движителей, причем, доля площади опорной поверхности платформы, создающей не тягу, а силу сопротивления движению, значительно превышает площадь опоры колесного движителя, создающего движущую силу;
- необходимость строительства специальных причалов из-за невозможности выхода транспортного средства на необорудованный берег для въезда или выезда автомобиля с платформы;
- необходимость переоборудования транспортного средства при переходе с водной поверхности на грунтовую и наоборот;
- недостаточная безопасность из-за низкой управляемости на малых скоростях движения или при наличии ветра ввиду отсутствия эффективных органов для создания боковых сил и моментов при маневрировании;
- повышенный износ шин колес автомобиля при передаче крутящего момента на ролики привода движителей вследствие большой кривизны их поверхности и уменьшенной площади контакта;
- сложность конструкции, низкие надежность и коэффициент полезного действия фрикционного механизма передачи крутящего момента от колес автомобиля на движитель;
- сложность конструкции, большие габариты и вес опорной плавающей платформы;
- сложность обеспечения сохранности платформы транспортного средства на стоянке и ее транспортировки по дорогам, неудобство эксплуатации.
Указанные недостатки снижают эксплуатационные возможности и надежность транспортного средства.
Достижение технического результата, а именно использования силы сцепления опорных рабочих органов с опорной поверхностью, в том числе с водной, для создания движущей силы на известных транспортных средствах невозможно, так как их форма и конструкция определены функциональным назначением - созданием поддерживающей силы, компенсирующей вес транспортного средства, независимо от свойств подстилающей поверхности. Опорные рабочие органы платформы весом автомобиля и собственным весом воздействуют на подстилающую опорную поверхность, в том числе водную, и создают лишь поддерживающую и скатывающую силы, а силы сцепления проявляются как силы сопротивления движению. На опорные рабочие органы, обеспечивающие создание поддерживающей силы на суше и воде, не передается энергия для создания движущей силы.
Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение проходимости транспортного средства без увеличения нагрузок на конструкцию автомобиля и исключение необходимости его переналадки для передвижения по воде, по твердой или любой слабонесущей поверхности.
Цель достигается тем, что транспортное средство для перемещения по поверхности с пониженным сцеплением включает в себя автомобиль, плавающую платформу с
опорами для колес автомобиля и рабочими органами для управления и движения, при этом платформа выполнена в виде рамы с поплавками, имеющей, по меньшей мере, одну поперечную и две продольные балки, на которых смонтированы опоры для автомобиля, выполненные в виде снабженного тормозным устройством механизма передачи крутящего момента, на входном валу которого установлен шарнир равных угловых скоростей с фланцем для крепления к ступице колеса автомобиля, а на выходном валу фланец для крепления рабочего органа для движения, обеспечивающего поддерживающую и движущую силы при взаимодействии с опорной поверхностью.
Кроме того, по меньшей мере, передние опоры с механизмами передачи крутящего момента закреплены на продольных балках шарнирно с возможностью поворота относительно вертикальной оси, проходящей через ось шарнира равных угловых скоростей и попарно кинематически связаны между собой механизмами синхронизации поворота.
Кроме того, продольные балки рамы платформы связаны с поперечной балкой с возможностью их относительного поворота в плоскости перпендикулярной оси поперечной балки.
Выполнение плавающей платформы транспортного средства, оснащенной рабочими органами в виде колес большого диаметра, в виде рамы, имеющей поперечные и продольные силовые балки с опорами для ступиц колес автомобиля, представляющими собой поворотные механизмы, снабженные шарниром равных угловых скоростей с фланцем для крепления ступиц колес базового автомобиля и понижающим редуктором с фланцем для крепления движителя, позволяет достигнуть цели - расширить эксплуатационные возможности, а именно: обеспечить амфибийность, высокую маневренность и проходимость транспортного средства при передвижении по грунтовой, любой слабонесущей поверхности и по воде.
На фиг.1 показан общий вид транспортного средства сбоку, на фиг.2 - вид спереди, на фиг.3 - вид опоры платформы сверху, на фиг.4 - схема опоры с механизмом передачи крутящего момента.
Транспортное средство состоит из автомобиля 1, плавающей платформы 2 с поплавками 3 и 4, и движителями 5.
Плавающая платформа выполнена в виде рамы с продольными 6 и поперечными 7 балками. На балках по периметру рамы монтируются поплавки 3 суммарным водоизмещением необходимым для обеспечения достаточного запаса плавучести транспортного средства. Поплавки могут быть съемными, они могут быть выполнены надувными или в виде герметичных отсеков для размещения груза или топлива. На продольных балках платформы смонтированы опоры для ступиц колес автомобиля, представляющие собой механизм передачи крутящего момента с понижающим редуктором 8, и тормозным устройством 9. На входном валу-шестерне 10 редуктора установлен шарнир равных угловых скоростей 11 с фланцем 12 для крепления к ступице 13 колеса автомобиля, а на выходном валу-шестерне 14 - фланец с тормозным барабаном 15 для крепления рабочего органа - движителя 5. Срабатывание тормозных устройств платформы по одному из бортов обеспечивает независимое торможение колес левого или правого борта и, соответственно, поворот транспортного средства влево или вправо, и никак не связана с тормозной системой базового автомобиля. Движитель монтируется к фланцу 12 и может представлять собой колесо увеличенного диаметра с шиной низкого давления, колесо нормального диаметра с развитым тракторным протектором, а также гусеничный движитель. Передние опоры и задние опоры могут монтироваться на продольных балках с возможностью поворота относительно вертикальной оси 16. Для чего, на балке устанавливаются шаровые опоры - нижняя 17 и верхняя 18, а корпус механизма опоры оснащается кронштейнами для стыковки с шаровыми опорами, расположенными так, чтобы ось вращения 16 проходила через ось шарнира 10 и пятно
контакта колеса 5 с опорной поверхностью 19. Управление поворотом опор с движителями может осуществляться с помощью механической системы рулевых тяг, связанных с рулевым управлением базового автомобиля, с помощью гидравлической рулевой системы, или электромеханической системы управления.
Транспортное средство работает следующим образом. С базового автомобиля, выставленного на колодки, снимаются штатные колеса, на их место к ступицам 13 колес поочередно, креплением фланцев 12, монтируются опоры с продольными балками 6 одного и другого борта. Затем, к левой и правой продольным балкам монтируется поперечная балка 7 и устанавливаются движители 5, например, колеса с шинами низкого давления. Органы управления платформы устанавливаются в кабину водителя, например, в виде рычагов с бауденами, которые соединены с исполнительными механизмами управления платформой.
При включении передачи в кабине автомобиля, крутящий момент от двигателя через трансмиссию 20 автомобиля передается на фланец 12 и через шарниры равных угловых скоростей 11 на понижающий редуктор 8. Увеличенный пропорционально передаточному отношению момент с выходного вала 14 редуктора передается на фланцы с барабаном 15 и колесные движители 5 платформы. Сила веса базового автомобиля и возникающие при движении инерционные силы передаются через его подвеску на фланцы 12 шарниров равных угловых скоростей. Результирующая сила реакции опоры передается через корпус механизма опоры и, далее, через колесо на опорную поверхность 19, где уравновешивается ее реакцией с образованием пары сил и соответствующего ей момента на боковую балку 6. Образованный момент уравновешивается балками рамы, причем, составляющая этого момента, действующая в поперечной плоскости, предотвращающая «развал» колес, для продольных балок является крутящим и передается ими через узел стыка на поперечные балки в виде изгибающего момента, и уравновешивается этими балками.
При движении по неровной поверхности и попадании колеса 5 во впадину (или на кочку) оно опускается вниз, совершая вертикальное перемещение вместе с балкой 6, опорой и ступицей 13 базового автомобиля, в пределах хода подвески автомобиля. Продольная балка при этом поворачивается в продольной плоскости относительно корпуса автомобиля и продольной балки противоположного борта, закручивая податливую на кручение поперечную балку 7. Возникающие при этом угловые перемещения в поперечной плоскости продольных балок с опорами относительно ступиц колес базового автомобиля компенсируются свободным ходом шарниров равных угловых скоростей 11. Поворот транспортного средства влево или вправо осуществляется созданием разворачивающего момента путем подтормаживания движителей 5 соответственно левого или правого борта с помощью тормозных устройств 9, и (или) синхронным поворотом корпуса механизмов опоры с движителями относительно оси 16, что придает криволинейность траектории движения транспортного средства необходимую для выполнения маневра.
При необходимости использования транспортного средства в качестве легкового автомобиля для поездки на дальнее расстояние или для эксплуатации в городских условиях, платформа демонтируется, а на базовый автомобиль устанавливаются штатные колеса. Платформа складируется на хранение или транспортируется на своих колесах к месту базирования.
Выполнение платформы в виде рамы, имеющей две продольные балки и, по меньшей мере, одну поперечную, обеспечивает формирование конструктивно-силовой схемы платформы, которая позволяет вынести за габаритную ширину автомобиля рабочие органы, увеличить колею, клиренс и базу транспортного средства, а неизбежно возникающие при этом моменты и силы компенсировать за счет внутренних связей рамы. Конструктивно-силовая схема рамы обеспечивает возможность размещения дополнительного груза на раме, навесного сельскохозяйственного или другого
оборудования; и расширяет эксплуатационные возможности транспортного средства за счет повышения грузоподъемности и применения его в качестве тягача. Такая конструкция рамы позволяет оперативно осуществлять монтаж и демонтаж платформы с базовым автомобилем; транспортировать платформу в виде прицепной телеги и иметь возможность компактного складирования и хранения платформы. Увеличение колеи дает возможность устанавливать колеса или другие рабочие органы для движения, желаемого типа и размеров без изменений размеров колесной арки и опасности повреждения кузова автомобиля, кроме того, повышает устойчивость и безопасность транспортного средства, расширяет эксплуатационный диапазон допустимого угла крена.
Выполнение опор с шарнирами равных угловых скоростей обеспечивает передачу крутящего момента и фиксацию ступиц колес базового автомобиля на раме платформы таким образом, что на ступицу действует сила реакции опор на плече существенно меньшем радиуса колеса базового автомобиля и, соответственно, дает меньший изгибающий момент на подвеску. Применение понижающего редуктора обеспечивает благоприятный режим работы привода. Таким образом, при работе вездехода обеспечивается функционирование элементов подвески и привода базового автомобиля при нагрузках, не превышающих расчетные эксплуатационные нагрузки базового автомобиля.
Наличие тормозного устройства в каждом механизме опоры позволяет осуществлять управление транспортным средством за счет подтормаживания движителя по одному из бортов и создания разворачивающего момента, а также устранять проскальзывание колес при потере сцепления с опорной поверхностью, что повышает маневренность и проходимость транспортного средства.
Шарнирное закрепление, по меньшей мере, передних опор на продольных балках с возможностью поворота относительно вертикальной оси, проходящей через ось шарнирной муфты и попарно кинематически связанных между собой механизмами синхронизации и поворота, позволяет повысить управляемость при поворотах, а при шарнирном закреплении и задних опор достигается уменьшение радиуса поворота транспортного средства и повышение маневренности. Конструктивное исполнение рамы платформы таким образом, что продольные балки связаны с перечной балкой с возможностью их относительного поворота в плоскости перпендикулярной оси поперечной балки, обеспечивает свободу хода подвески автомобиля, необходимую для передвижения по неровной поверхности, снижает вероятность диагонального вывешивания транспортного средства и повышает его проходимость. Такой вид связи может быть обеспечен, например, путем жесткой заделки в стыке поперечной с продольными балками, но поперечная балка при этом должна иметь низкую крутильную жесткость. Возможен вариант исполнения, когда продольные балки стыкуются с поперечной при помощи шарнира, имеющего одну степень свободы - возможность вращения относительно оси поперечной балки.