МОТОР-КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
MOTOR-WHEEL OF VEHICLE

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, в частности к электрическим мотор-колесам для электрических и гибридных колесных транспортных средств высокой нагруженности, работающих преимущественно в условиях ограниченной ширины проезда, например, горной техники, транспортирующей руду от проходческо-очистного оборудования по подземным горным выработкам.
Известно мотор-колесо транспортного средства, содержащее обод, электродвигатель и планетарную зубчатую передачу, солнечное колесо которой кинематически связано с ротором электродвигателя [Авт. св. СССР №808340].
Недостатком данного мотор-колеса является то, что оно предназначено в основном для быстроходного автомобильного транспорта, развивающего значительные скорости движения, следовательно, достаточно одной ступени планетарной зубчатой передачи для понижения частоты вращения выходного вала электродвигателя. Кроме того, вращение понижающей передачи передается водилом планетарной передачи диску колеса и консольно прикрепленному к нему ободу. Для тяжело нагруженного транспорта с передвижением по подземным горным штрекам в условиях ограниченного и неосвещенного пространства такое мотор-колесо не может обеспечить необходимого скоростного режима, а консольное крепление обода не обеспечит требуемой несущей способности, т.е. грузоподъемности транспортного средства.
Известно мотор-колесо транспортного средства, содержащее установленный в ступице колеса электродвигатель, обод, на котором закреплена шина, планетарный редуктор и тормоз [Авт. св. СССР №500087].
Недостатком данного мотор-колеса является то, что в нем так же в качестве понижающей передачи применен одноступенчатый редуктор, вращение от которого передает водило, являющееся одновременно ободом колеса, что не может обеспечить достаточно низкую скорость нашему транспортном у средству.
Известно мотор-колесо транспортного средства, содержащее колесо, включающее ступицу и хотя бы один ступичный подшипник, электродвигатель, содержащий корпус с размещенными в нем статором и ротором с валом и понижающую передачу со входным звеном, размещенным на валу ротора, выполненную с возможностью передачи движения от электродвигателя к ступице колеса и содержащую корпус понижающей передачи, установленный в ступице колеса и неподвижно соединенный с корпусом электродвигателя [Пат. RU 2633129].
Недостатком данного колеса является то, что в качестве понижающей передачи использован редуктор с зубчато-цилиндрической либо ременной, либо цепной передачей, что не может обеспечить необходимое передаточное отношение для нашего колеса. А консольное крепление к диску ступицы колеса не подходит для тяжело нагруженного транспортного средства, так как может не выдержать давления на колесо многотонного веса транспортируемого груза, т.е. не сможет обеспечить требуемой грузоподъемности.
Известно мотор-колесо транспортного средства, содержащее обод, связанный со ступицей, двигатель, и двухрядный планетарный редуктор, солнечная шестерня первого ряда которого связана с валом двигателя [Авт. св. СССР №844393].
Недостатком мотор-колеса является то, что двигатель в нем имеет большие осевые габариты и значительно выступает за пределы самого колеса, что в условиях ограниченной высоты и ширины горных выработок напрямую влияет на полезный объем емкости транспортного средства, установленного на мотор-колеса, и тем самым на его производительность. При этом, поскольку коронная шестерня выполнена общей для обоих планетарных рядов редуктора, не представляется возможным обеспечить необходимое передаточное отношение, из-за чего не может быть достигнута безопасная (низкая) скорость движения транспортного средства. При этом ступица колеса установлена на подшипниках, расположенных с одной стороны ступицы колеса, т.е. консольно, что в тяжело нагруженных условиях работы может негативно повлиять на несущую способность колеса. А эксплуатация транспортного средства с топливным двигателем в стесненных подземных условиях сопряжено с угрозой загазованности выхлопными газами воздушного пространства, что небезопасно для находящегося там персонала.
Известно мотор-колесо транспортного средства, содержащее двигатель, установленный в неподвижной опоре колеса, ступицу колеса, установленную на этой же опоре с возможностью вращения на ступичных подшипниках, планетарный редуктор, содержащий две солнечные шестерни, установленные соосно оси колеса, при этом входным звеном планетарного редуктора является солнечная шестерня, а его выходным звеном является коронная шестерня, выполненная заодно со ступицей колеса [Авт. св. СССР №1134415].
Недостатками мотор-колеса являются большие габариты двигателя, выходящие далеко за пределы колеса, снижающие полезный объем транспортного средства, выполнение общей коронной шестерни для первого и второго ряда планетарного редуктора снижает возможности редуктора в достижении требуемого передаточного отношения для обеспечением безопасного скоростного режима передвижения по неосвещенным пространственно-ограниченным выработкам, не предусмотрена возможность торможения колеса. Расположение ступичных подшипников с одной стороны колеса, снижает нагрузочную способность колеса, а значит грузоподъемность транспортного средства. Кроме того, эксплуатация транспортного средства с топливным двигателем в стесненных подземных условиях сопряжено с угрозой загазованности выхлопными газами воздушного пространства, что негативно сказывается на условиях труда находящегося там персонала.
Задачей изобретения является создание конструкции мотор-колеса, все элементы которого были бы компактно вписаны в стандартные габаритные размеры колеса, обладающего высокой несущей способностью, возможностью управляемого торможения и позволяющего обеспечить максимально возможный полезный объем транспортного средства в условиях ограниченного пространства горной выработки, обеспечивая высокую производительность транспортного средства. При этом, для экологически безопасной эксплуатации в стесненных подземных условиях, транспортное средство должно приводиться в движение от электроэнергии, с обеспечением безопасного скоростного режима передвижения по неосвещенным пространственно-ограниченным выработкам. Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является создание мотор-колеса, обеспечивающего повышение экологичности, безопасности и производительности многотоннажного горного транспортного средства.
Технический результат достигается тем, что мотор-колесо транспортного средства, содержащее роторный электродвигатель, установленный в неподвижной опоре, ступицу колеса, установленную на этой же опоре с возможностью вращения на подшипниках, и планетарный двухступенчатый редуктор, обе солнечные шестерни, которого установлены соосно оси колеса, при этом входным звеном планетарного редуктора является солнечная шестерня первой ступени, а его выходным звеном является коронная шестерня второй ступени, выполненная заодно со ступицей колеса, роторный электродвигатель содержит двухсторонний выходной вал ротора, на одном конце которого расположен тормоз, а на втором - входное звено планетарного редуктора, в котором водило первой ступени через сателлиты соединено с солнечной и коронной шестернями этой же ступени и связано с солнечной шестерней второй ступени с возможностью передачи ему вращательного момента, а неподвижная опора сцентрирована по внутренней обойме подшипников и содержит жестко соединенные между собой корпус электродвигателя, коронную шестерню первой ступени планетарного двухступенчатого редуктора и водило его второй ступени, сателлиты которого связаны с солнечной и коронной шестернями второй ступени с возможностью передачи вращения выходному звену редуктора. Водило первой ступени может быть выполнено заодно с солнечной шестерней второй ступени планетарного редуктора. Корпус электродвигателя может быть выполнен заодно с поворотным кулаком колеса транспортного средства, содержащим отверстия для установки осей крепления к транспортному средству и к тягам его рулевого управления. Неподвижная опора может быть соединена с поворотным кулаком колеса транспортного средства, содержащим отверстия для установки осей крепления к транспортному средству и к тягам его рулевого управления.
На фиг. 1 изображен общий вид мотор-колеса; на фиг. 2 - его осевой разрез; на фиг. 3 - то же с поворотным кулаком, выполненным заодно с корпусом роторного электродвигателя.
Мотор-колесо транспортного средства содержит колесо 1, закрепленное в ободе 2, роторный электродвигатель, установленный в неподвижном относительно колеса 1 корпусе 3, планетарный двухступенчатый редуктор и тормоз 4.
Роторный электродвигатель включает статор 5, возбуждаемый постоянными магнитами, и ротор 6, соединенный с выходным валом 7. На одном конце вала 7 ротора установлен тормоз 4, а на втором находится солнечная шестерня 8 первой ступени планетарного двухступенчатого редуктора.
Планетарный двухступенчатый редуктор содержит входное звено в виде солнечной шестерни 8 первой ступени и выходное звено в виде коронной шестерни 9 второй ступени. Первая ступень планетарного редуктора содержит водило 10, соединенное через сателлиты 11 с солнечной 8 и коронной 12 шестернями своей ступени. Коронная шестерня 12 установлена неподвижно относительно колеса 1 и жестко соединена с корпусом 3 роторного электродвигателя. При этом водило 10 находится в зацеплении или может быть выполнено заодно с солнечной шестерней 13 второй ступени планетарного редуктора. Обе солнечные шестерни 8 и 13 установлены соосно оси 14 колеса 1. Вторая ступень планетарного редуктора содержит неподвижное водило 15 с сателлитами 16, находящимися в зацеплении с солнечной шестерней 13 и коронной шестерней 9 второй ступени планетарного редуктора. Коронная шестерня 9 второй ступени планетарного редуктора посажена на ступичных подшипниках 17 и сцентрирована по их наружным кольцам. На коронной шестерне 9 планетарного редуктора установлен обод 2 колеса 1.
Таким образом, коронная шестерня 9 второй ступени является одновременно выходным звеном и корпусом планетарного двухступенчатого редуктора, а так же ступицей колеса 1.
Корпус 3 роторного электродвигателя, коронная шестерня 12 первой ступени, водило 15 второй ступени планетарного редуктора, а также тормоз 4 жестко соединены между собой в единую неподвижную относительно колеса 1 опору, сцентрированную по внутренним кольцам ступичных подшипников 17. Неподвижная опора соединена с поворотным кулаком 18 колеса 1 транспортного средства, содержащим отверстия для установки вертикальных осей 19, соединяющих мотор-колесо с транспортным средством и отверстия 20 для осей крепления к тягам его рулевого управления. Однако корпус 3 роторного электродвигателя может быть выполнен заодно с поворотным кулаком колеса 1 транспортного средства (фиг. 3), содержащим отверстия для установки вертикальных осей 19, соединяющих мотор-колесо с транспортным средством и отверстия 20 для осей крепления к тягам его рулевого управления.
Мотор-колесо транспортного средства работает следующим образом.
Статор 5, возбуждаемый постоянными магнитами, приводит во вращение ротор 6, приводящий во вращение вал 7 вместе с солнечной шестерней 8 первой ступени, являющейся входным звеном планетарного двухступенчатого редуктора.
Водило 10 первой ступени через свои сателлиты 11, обкатывающие солнечную шестерню 8 и неподвижную коронную шестерню 12 первой ступени, получает вращение вокруг оси 14 колеса 1, которое передает на вторую ступень планетарного двухступенчатого редуктора, путем зацепления с его солнечной шестерней 13. Последняя, в свою очередь, передает вращение сателлитам 16 неподвижного водила 15 второй ступени, которые приводят во вращение коронную шестерню 9 второй ступени, являющуюся к тому же корпусом и выходным звеном планетарного двухступенчатого редуктора, а так же ступицей колеса 1, вместе с которой вращается и обод 2 колеса 1. Совмещение в одном элементе четырех функциональных назначений - ступица колеса, выходное звено планетарного редуктора, коронная шестерня его второй ступени и корпус планетарного редуктора позволяет экономить пространство и вместить привод мотор-колеса в небольшой диаметр, ограниченный ободом 2 колеса 1.
Неподвижная опора, содержащая жестко соединенные неподвижные относительно колеса 1 корпус 3 роторного электродвигателя, коронную шестерню 12 первой ступени и водило 15 второй ступени планетарного редуктора, является опорой для ступичных подшипников 17, по наружным обоймам которых сцентрирована ступица колеса (коронная шестерня 9, корпус и выходное звено планетарного редуктора), обеспечивает несущую способность колеса 1. Относительно коронной шестерни 12 первой ступени и водила 15 второй ступени, вращаются подвижные звенья планетарного редуктора (сателлиты 11, водило 10, сателлиты 16, коронная шестерня 9) и само колесо 1 относительно своей оси 14.
При этом коронная шестерня 12 первой ступени в составе неподвижной опоры колеса 1 функционально является корпусом первой ступени планетарного редуктора.
Крепление колеса 1 к транспортному средству осуществляется посредством вертикальных осей 19, установленных в отверстия поворотного кулака 18, соединенного с неподвижной опорой либо выполненного заодно с корпусом 3 роторного электродвигателя. Тяги рулевого управления, закреплены посредством осей в отверстиях 20, поворотного кулака 18 либо поворотного кулака, выполненного заодно с корпусом 3 роторного электродвигателя. Путем управления тягами осуществляют поворот колеса 1 относительно транспортного средства в горизонтальной плоскости, чему не препятствует шарнирное крепление колеса 1 к транспортному средству посредством осей 19. Это повышает управляемость, автономность и мобильность транспортного средства, установленного на такие колеса 1.
Торможение колеса 1 осуществляется посредством тормоза 4, установленного на выходном валу 7 ротора 6.
Таким образом, предложенная конструкция мотор-колеса транспортного средства приводится в движение от электрического источника энергии, обеспечивает безопасный скоростной режим передвижения по неосвещенным подземным горным выработкам, обеспечивает высокую несущую способность и производительность транспортного средства, используемого для крупнотоннажной отгрузки полезного ископаемого от горнодобывающего оборудования и транспортирования в тяжелых условиях ограниченного подземного пространства.
Источники информации
1. Авт. св. СССР №808340;
2. Авт. св. СССР №500087;
3. Пат. RU 2633129;
4. Авт. св. СССР №844393;
5. Авт. св. СССР №1134415.