Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства с устройством для подъёма по лестницам
DRIVING WHEEL OF SMALL-SIZED VEHICLE WITH DEVICE FOR LIFTING ON STAIRS

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при проектировании и производстве малогабаритных механических транспортных средств, в том числе инвалидных колясок, предназначенных для передвижения по горизонтальным и наклонным поверхностям и при подъеме по лестницам.
При рассмотрении технической литературы выявлен ряд конструктивных решений, относящихся к указанной проблематике.
Известно шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями, каждое из колес которого выполнено в виде закрепленных на ступице опор, оснащенных башмаками и выполненных с возможностью изменения своей длины для возможности перемещения по лестничным маршам различного размера; каждый из колесно-шаговых движителей состоит из трех опор, закрепленных на общем валу симметрично относительно оси вращения вала и наклонно друг к другу, образуя боковые ребра воображаемой пирамиды; вал расположен под углом к опорной поверхности таким образом, чтобы опорной поверхности касались не более двух опор от каждого колесно-шагового движителя одновременно, закреплен с возможностью поперечных движений и кинематически связан с закрепленным на шасси компенсатором колебаний (патент на изобретение RU 2626285, кл. B62D 57/02, B62D 57/032, опубл. 15.08.2017 г, бюл. №23).
Недостатками используемых в данном шасси колес являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения устройства для компенсации колебаний шасси при обеспечении плавности его хода при движении по горизонтальным и наклонным поверхностям;
сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.
Известно шагающее колесо транспортного средства, содержащее жестко связанную с валом многогранную ступицу, по периметру которой равномерно распределены цилиндры, в каждом из которых размещены соосные опорный и демпфирующий поршни, башмаки, закрепленные на опорных поршнях, и перепускные клапаны, распределительные клапаны, дополнительные поршневые цилиндры, что позволяет создать автоматический режим регулирования давления текучей среды, заливаемой в замкнутую систему (патент на изобретение RU 2092368, кл. B62D 57/032, B62D 57/024, опубл. 10.10.1997 г.).
Недостатками данного колеса являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения большого количества цилиндров, клапанов, шлангов;
сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия, вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.
Известно транспортное средство, каждое из колес которого выполнено с волнообразной и/или зигзагообразной опорной круговой поверхностью и/или со снабженной штырями торцевой стороной опорной круговой поверхностью колеса, закреплено на оси, связанной шарнирно со втулкой, расположенной внутри ступицы колеса, с возможностью вращения и с возможностью поворота продольной плоскости колеса относительно оси колеса на определенный угол в зависимости от места контакта опорной поверхности колеса с профилем препятствия (дороги) (патент на изобретение RU 2537208, кл. В62В 5/02, B62D 57/024, A61G 5/0, опубл. 27.12.2014 г., бюл. №36).
Недостатками используемых в данном транспортном средстве колес являются:
ограниченные возможности для применения колеса при движении по узким проходам, а также по лестницам, имеющим длину гипотенузы треугольника, катетами которого выступают глубина и высота лестничной ступени, равной величине шага волнообразной опорной поверхности колеса или шага торцевой стороны опорной круговой поверхности колеса, снабженной штырями, или превышающей ее.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является многофункциональное кресло-коляска, каждое из опорных колес которого способно принимать форму «звезды», обеспечивающую режим перемещения по плоской поверхности, а также по лестничным пролетам и ступеням различных типов; каждое колесо связано с отдельным валом, а на его оси установлен червячный редуктор; способ перевода колеса из вида «колесо» в вид «звезда» выполнен в виде специального исполнительного механизма: диска с зубьями, при поворачивании которого, тяги, прикрепленные к диску и к лопастям, стягивают свободные концы лопастей к центру, преобразовывая колесо в «звезду» (патент на изобретение RU 2611875, кл. A61G 5/00, опубл. 01.03.2017 г., бюл. №7).
Недостатками используемых в данном многофункциональном кресле-коляске опорных колес являются:
сложность конструкции, обусловленная необходимостью оснащения каждого опорного колеса несколькими (по числу «лучей» «звезды») подвижными элементами, выполненными в виде специальных металлических лопастей с резиновым покрытием, и таким же количеством специальных тяг для раскрытия и сворачивания лопастей при изменении формы колеса;
ограниченные возможности для применения опорных колес при передвижении по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), поскольку попадание грунта между лопастью и «лучом» «звезды» будет затруднять работу специального исполнительного механизма при преобразовании колеса в форму «звезды» или препятствовать такому преобразованию.
Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения технического решения, обеспечивающего простоту и надежность эксплуатации ведущего колеса транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по лестницам.
Технический результат изобретения заключается в разработке конструкции ведущего колеса, реализующей его функции при передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и при подъеме по лестницам.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, ведущее колесо малогабаритного транспортного средства с устройством для подъема по лестницам содержит жестко закрепленное на ведущем валу ведущее колесо, толкатель, выполненный из зубчатой рейки с жестко прикрепленными к ее боковым поверхностям пластинами скольжения, привод, установленный на ведущем валу с возможностью осевого перемещения из нейтрального положения в рабочее и обратно при помощи прижимного узла, снабженного жестко присоединенным к приводу прижимным стаканом с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом, жестко закрепленную на ведущем валу зубчатую втулку, обеспечивающую передачу вращающего момента от ведущего вала на привод, два жестко закрепленных на опоре малогабаритного транспортного средства ограничителя радиального перемещения привода, привод снабжен ведущей и жестко соединенными между собой и установленными на общей оси ведомой и исполнительной шестернями, а также прижимным хомутом с подвижно закрепленным в нем прижимным роликом, обеспечивающим постоянную зубчатую связь исполнительной шестерни с толкателем с при различных углах толкателя относительно опорной поверхности лестницы, ведущая шестерня выполнена с внутренними зубьями, которые входят в зацепление с зубчатой втулкой при переключении привода в рабочее положение.
Изобретение поясняется фиг. 1-6.
На фиг. 1 изображено устройство для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства, вид с внешней стороны сбоку (фаза I).
На фиг. 2 изображено устройство для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства, вид с внешней стороны сбоку (фаза II).
На фиг. 3 изображено устройство для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства, вид с внешней стороны сбоку (фаза III).
На фиг. 4 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства в поперечном разрезе (в нейтральном положении).
На фиг. 5 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства в поперечном разрезе (в рабочем положении).
На фиг. 6 изображен привод устройства для подъема по лестницам ведущего колеса малогабаритного транспортного средства в продольном разрезе.
На фиг. 1-6 применены следующие обозначения:
1 - толкатель;
2 - привод;
3 - ведущий вал;
4 - ведущее колесо;
5 - пружина;
6 - прижимной хомут;
7 - прижимной ролик;
8 - ведущая шестерня;
9 - ведомая шестерня;
10 - исполнительная шестерня;
11 - ось;
12 - пластина скольжения;
13 - зубчатая рейка;
14 - зубчатая втулка;
15 - опора;
16 - прижимной стакан;
17 - прижимной рычаг;
18 - подшипник скольжения;
19 - ограничитель;
20 - гильза.
Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства с устройством для подъема по лестницам работает следующим образом.
На ведущий вал 3 устанавливают прижимной стакан 15 с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом 16, первый по отношению к приводному механизму (не показан) подшипник скольжения 18, закрепляют на нем первую по отношению к приводному механизму (не показан) половину корпуса привода 2 и жестко присоединяют к ней прижимной стакан 15. Во внутренней полости первой по отношению к приводному механизму (не показан) половины корпуса привода 2 устанавливают ось 11 с установленными на ней прижимным хомутом 6, в котором предварительно устанавливают прижимной ролик 7, и жестко соединенными между собой ведомой 9 и исполнительной 10 шестернями. Затем на ведущий вал 3 устанавливают гильзу 20, ведущую шестерню 8, жестко закрепляют на нем зубчатую втулку 14, устанавливают второй подшипник скольжения 18 с закрепленной на нем второй половиной корпуса привода 2. При этом ведущую гильзу 20 подвижно присоединяют к ведущей шестерне 8 и первой по отношению к приводному механизму (не показан) половине корпуса привода 2. После этого ведущий вал 3 устанавливают на опору 15 малогабаритного транспортного средства, на которой предварительно жестко закрепляют два ограничителя 19 радиального перемещения привода, и ведущее колесо 4. Собирают толкатель 1, последовательно жестко соединяя между собой первую пластину скольжения 12, зубчатую рейку 13 и вторую пластину скольжения 12. Собранный толкатель 1 устанавливают в прижимной хомут 6, в пространство между исполнительной шестерней 10 и прижимным роликом 7, обеспечивая постоянную зубчатую связь исполнительной шестерни 10 с толкателем 1. В нижней торцевой части толкателя 1 устанавливают башмак (не показан), к толкателю 1 на высоте, равной примерно 0,5 радиуса ведущего колеса 4, присоединяют пружину 5, второй конец которой закрепляют на корпусе привода 2. Ведущую 8 и исполнительную 10 шестерни изготавливают с одинаковыми радиусами, ведомую шестерню 9 изготавливают радиусом, вдвое меньшим, чем радиус ведущей шестерни 8. Ведущую шестерню 8 выполняют с внутренними зубьями, которые при переключении привода 2 в рабочее положение входят в зацепление с зубчатой втулкой 14. Угол наклона привода 2 вместе с установленным в нем толкателем 1 принимают из условия, при котором башмак (не показан) толкателя 1 перед началом подъема ведущего колеса 4 малогабаритного транспортного средства по лестнице должен находиться на расстоянии примерно равном 0,5 радиуса ведущего колеса 4 от условной вертикальной плоскости, проходящей по оси ведущего вала 3. Для обеспечения устойчивого положения малогабаритного транспортного средства на лестничных ступенях и при подъеме по ним ведущее колесо 4 изготавливают диаметром, не превышающим 0,85 глубины лестничной ступени. Требуемую длину толкателя 1 принимают равной примерно 2,3 диаметра ведущего колеса 4.
В начальной фазе подъема ведущего колеса 4 по лестнице его приводят в соприкосновение с поверхностью подступенка первой ступени лестницы, башмак (не показан) толкателя 1 устанавливают на опорную поверхность перед первой ступенью лестницы, при этом привод 2 соприкасается с установленным на опоре 15 ограничителем 19, который находится ближе к задней части малогабаритного транспортного средства. Посредством прижимного рычага 17 и прижимного стакана 16 привод 2 перемещают в сторону зубчатой втулки 14, при этом происходит радиальное перемещение по ведущему валу 3 подшипников скольжения 18 с жестко закрепленным на них приводом 2, под воздействием гильзы 20 внутренние зубья ведущей шестерни 8 входят в зацепление с зубчатой втулкой 14. В результате этого привод 2 переключают в рабочее положение.
Через зубчатую втулку 14 вращающий момент от ведущего вала 3 передают на ведущую шестерню 8 и далее - на ведомую 9 и исполнительную 10 шестерни, а также зубчатую рейку 13 толкателя 1. Под воздействием усилия, создаваемого толкателем 1, начинают подъем ведущего колеса 4, при этом посредством взаимодействия прижимного ролика 7 с пластинами скольжения 12 толкателя 1 постепенно происходит радиальное перемещение прижимного хомута 6 на оси 11 в сторону второго ограничителя 19, установленного на опоре 15.
После подъема ведущего колеса 4 на вторую ступень лестницы его приводят в соприкосновение с поверхностью подступенка следующей ступени лестницы, посредством прижимного рычага 17 и прижимного стакана 16 привод 2 перемещают в сторону, противоположную месту установки зубчатой втулки 14, при этом происходит радиальное перемещение по ведущему валу 3 подшипников скольжения 18 с жестко закрепленным на них приводом 2, под воздействием гильзы 20 внутренние зубья ведущей шестерни 8 выходят из зацепления с зубчатой втулкой 14, толкатель 1 под воздействием пружины 5 переходит в исходное состояние, а привод 2 переключается в нейтральное положение.
Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается выполнение функций ведущего колеса малогабаритного транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и при подъеме по лестницам.