ВЕЗДЕХОД

Решение относится к транспортным средствам высокой проходимости, в частности, к машинам с роторно-винтовым движителем, обладающим высоким уровнем проходимости благодаря низкому давлению движителя на грунт, высоким тяговым и сцепным характеристикам, и предназначенным для транспортировки грузов и людей в особо тяжелых климатических условиях (болото, снежная целина, водные преграды с открытой водой и ледовыми торосами).
Известны снегоболотоходы с роторно-винтовым движителем ЗИЛ 29061, ГПИ-16 (разработки ОНИЛВМ НГТУ), ГПИ-66 и ГПИ-72 (разработки ОКБД «РАЛСНЕМГ»), (изделие 29061: Техническое описание и инструкция по эксплуатации 29061-0000002ТО. - М: ПО ЗИЛ, 1979. - 198 с; «Нижегородская научная школа вездеходных машин, транспортно-технологических комплексов и специального оборудования», НГТУ, Н. Новгород, 2007), состоящих из корпуса, установленного на два продольных вращающихся шнека, приводимых в движение двигателем внутреннего сгорания, передающим крутящий момент посредством механической трансмиссии (коробка передач, понижающие редуктора, карданные передачи) непосредственно к шнекам. Управление поворотом снегоболотоходов осуществляется посредством бортового поворота (перераспределение крутящего момента между правым и левым шнеком-ротором).
Известен ледокол-шнекоход (патент РФ на полезную модель №132040 B60F 3/00, B63B 35/12), содержащий герметичный корпус и шнек, соединенные с двигателем внутреннего сгорания посредством редуктора и приводных валов через коробку передач. Ледокол-шнекоход имеет возможность изменять клиренс за счет подвижной, по отношению к корпусу, конструкции шнеков. Используется механическая трансмиссия.
В качестве прототипа принят вездеход (патент РФ №2498922, В62Д 57/036, опубл. 20.11.2013).
Вездеход содержит кабину водителя, салон, двигатель внутреннего сгорания, смонтированный на водонепроницаемом корпусе, трансмиссию с двумя ведущими мостами и колесами, сцепление, коробку диапазонов, раздаточную коробку и дополнительный роторно-винтовой движитель с винтовыми гребнями, отличающийся тем, что роторно-винтовой движитель с винтовыми гребнями установлен побортно с возможностью вращаться с помощью передней и задней подвесок, шарнирно закрепленных одним, верхним, концом снизу водонепроницаемого корпуса на одинаковом расстоянии от центра тяжести вездехода в продольной плоскости и с помощью опоры с цапфами, шарнирно установленной на другом, нижнем, конце передней и задней подвесок, а передний выходной вал роторно-винтового движителя по ходу движения с помощью телескопической карданной передачи соединен с выходным валом бортового редуктора, жестко закрепленного сзади водонепроницаемого корпуса и приводимого гидромотором, объединенным в одну конструктивную схему с гидронасосом, имеющим привод от переднего носка двигателя внутреннего сгорания, при этом в передней части водонепроницаемого корпуса, ближе к его борту, шарнирно закреплен гидроцилиндр двустороннего действия, второй конец которого также шарнирно закреплен на передней подвеске.
Прототип рассматривается в части исследования роторно-винтовых движителей, хотя трансмиссия с двумя ведущими мостами и колесами так же может быть дополнительно задействована. Известный вездеход обладает повышенной проходимостью и маневренностью.
Однако тягово-динамические свойства известного вездехода недостаточны, т.к. не обеспечивается бесступенчатое изменение передаваемого от двигателя к движителям крутящего момента во всем необходимом тягово-скоростном диапазоне движения, т.к. ограничены возможности гидронасоса и гидромоторов, имеющих нерегулируемые объемы.
Кроме того, привод гидронасоса снимается с носка коленчатого вала двигателя, что обеспечивает лишь частичное снятие его мощности (не более 15%).
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Ставится задача повышения тягово-динамических свойств вездехода, т.е. использование 100% мощности двигателя на привод движителей.
Технический результат - возможность бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя к движителям крутящего момента во всем необходимом тягово-скоростном диапазоне движения, получение высоких тяговых и скоростных показателей.
Этот технический результат достигается тем, что в вездеходе, содержащем кабину водителя, кузов, двигатель внутреннего сгорания, побортно расположенные роторно-винтовые движители, передние валы которых соединены с выходными валами бортовых редукторов, приводимых гидромоторами, соединенными в одну конструктивную схему с гидронасосом, имеющим привод от двигателя внутреннего сгорания, установлены гидронасос и гидромоторы с регулируемым объемом рабочей камеры, при этом рабочие камеры гидромоторов посредством рукавов и трубопроводов высокого давления сообщены между собой и с рабочей камерой гидронасоса, имеющего привод от маховика двигателя внутреннего сгорания; может быть установлен второй гидронасос с регулируемым объемом рабочей камеры с возможностью раздельного управления левым и правым движителями.
В предлагаемом решении используется гидростатическая трансмиссия, в которой применены гидронасос и гидромоторы с регулируемым объемом рабочей камеры для возможности изменения крутящего момента в большом диапазоне угловых скоростей. Это фактически заменяет коробку передач, при этом работает бесступенчато, позволяя иметь высокий крутящий момент или высокую скорость.
Гидронасос имеет привод от маховика двигателя, как и коробка передач, что обеспечивает 100% отбор мощности.
При применении двух гидронасосов с регулируемыми объемами рабочих камер можно отдельно управлять левым и правым движителями.
Предлагаемый вездеход приведен на чертежах: на фиг. 1 - общий вид, на фиг. 2 - принципиальная схема гидростатической трансмиссии с одним гидронасосом, на фиг. 3 - то же с двумя гидронасосами. Вездеход содержит кабину водителя 1, кузов 2, двигатель внутреннего сгорания 3, побортно расположенные роторно-винтовые движители 4. Передние выходные валы 5 роторно-винтовых шнековых движителей 4 по ходу движения телескопической карданной передачей соединены с выходными валами бортовых редукторов 6, жестко закрепленных сзади водонепроницаемого корпуса и приводимых гидромотрами 7, объединенными в одну конструктивную схему, по меньшей мере, с одним с гидронасосом 8. Возможна установка второго гидронасоса 9 с возможностью раздельного управления левым и правым движителями 4, что обеспечивается соответствующим подключением рукавов и трубопроводом высокого давления. Гидронасосы 8, 9 имеют привод от двигателя внутреннего сгорания 3. Установлены гидронасосы 8, 9 и гидромоторы 7 с регулируемыми объемами рабочих камер. При этом рабочие камеры гидромоторов 7 посредством рукавов и трубопроводом высокого давления 10 сообщены между собой и с рабочей камерой гидронасоса 8 (9), имеющего привод от маховика двигателя внутреннего сгорания 3. На подающем трубопроводе 11 установлен гидробак 12.
Гидронасосы и гидромоторы с регулируемыми объемами рабочей камеры производятся серийно многими фирмами, например, SAUER-DANFOSS.
Вездеход работает следующим образом.
Давление, создаваемое самим гидронасосом 8, 9 через систему рукавов и трубопроводов высокого давления 10, передается к двум гидромоторам 7 с регулируемым объемом рабочей камеры. Каждый из гидромоторов 7 преобразует подаваемое давление в крутящий момент на выходном валу, который через редуктор 6 приводит в движение движители 4. Каждый из гидромоторов 7 приводит в движение свой движитель 4.
Поворот машины осуществляется за счет перераспределения подаваемого давления жидкости между гидромоторами 7, а так же изменения объемов камер гидронасоса 8 (9) и гидромоторов 7. Привод изменения объемов камер может быть различный: механический, гидравлический, электрогидравлический, что приводит к изменению крутящего момента и угловых скоростей на движителях 4 и осуществляется поворот машины.
Для начала движения или при движении по тяжелым грунтам (с большим сопротивлением движению.) нужно передать движителям 4 максимальную мощность, крутящий момент и двигаться с небольшими скоростями. Для этого устанавливают на гидронасосы 8 (9) минимальный объем рабочей камеры, на гидромоторах 7 -максимальный (это соответствует максимальному передаточному числу, если проводить аналогию с механической трансмиссией). Далее, увеличивая обороты двигателя (акселератором) выходят на режим максимальной мощности.
Далее, при выходе на грунт с минимальным сопротивлением движению, обеспечивают максимально возможную скорость. Для этого увеличивают объем гидрососа 8 (9), уменьшают объем рабочих камер гидромоторов 7 (тем самым устанавливают минимально возможное передаточное число). Устанавливают необходимые обороты двигателя 3 (воздействуя на акселератор, газ).
Если нужно повернуть, соответственно, увеличивают угловую скорость на движители 4 забегающей стороны или уменьшают угловую скорость на движителе 4 отстающей внутренней стороны. Для этого на гидронасосе, отвечающем за забегающую наружную сторону, увеличивают объем, на гидромоторе уменьшают и/или на гидронасосе внутренней стороны уменьшают объем, на гидронасосе увеличивают.
Соотношение объемов рабочих камер гидронасоса и гидромотора одной стороны нужно устанавливать из учета условий движения. Это делает водитель.
Проведенный анализ аналогов свидетельствует о соответствии предлагаемого решения критерию «новизна». Проведенные испытания в полевых условиях подтверждают промышленную применимость.