СОЧЛЕНЕННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО

Полезная модель относится к безрельсовым транспортным средствам, в частности к сочлененным транспортным средствам, преимущественно с автоматическим и дистанционным управлением, например наземным мобильным роботам высокой проходимости или планетоходам.
Известно сочлененное транспортное средство [SU 1781119], содержащее переднюю и заднюю полурамы. На полурамах установлены четыре мотор-колеса. Средние колеса установлены (расположены) на одной (общей) геометрической оси и расположены (установлены) на жестких элементах, жесткие элементы, в свою очередь, соединены с полурамами посредством продольных шарниров. Между собой жесткие элементы связаны поперечным шарниром. Каждое из средних колес установлено на жестком элементе, который соединен со своей полурамой посредством продольного шарнира. Между собой жесткие элементы средних колес связаны поперечным шарниром.
При включении мотор-колес на вращение в одном направлении с одинаковыми скоростями транспортное средство движется прямолинейно. При вращении колес разных бортов с разными скоростями происходит поворот с некоторым радиусом (бортовой способ поворота в движении). При вращении колес разных бортов с одинаковой скоростью в противоположных направлениях осуществляется поворот на месте (бортовой способ поворота на месте с нулевым радиусом). Поперечный шарнир и продольные шарниры обеспечивают постоянный контакт всех колес с грунтом (с неровной опорной поверхностью).
Недостатками данного транспортного средства является ограниченная профильная проходимость. Это связано с тем, что при движении транспортного средства в сложных дорожных условиях, например по россыпям крупных камней или завалам, существует опасность его посадки днищем на препятствия, высота которых превышает величину дорожного просвета транспортного средства, в результате чего подвижность его будет полностью утрачена. Поддержание (сохранение) подвижности является особенно важным при использовании автоматического управления (беспилотным/безэкипажным) транспортным средством, например в случае его применения в качестве планетохода.
Кроме того, указанное транспортное средство не обеспечивает преодоления препятствий типа эскарп высотой больше диаметра колеса, а также возможность движения на подъем по грунтам с низкой несущей способностью, например по песчаным склонам, при углах наклона поверхности больше 20°.
Известно трехосное полноприводное колесное транспортное средство [RU 2022860], содержащее шарнирную раму с поперечным шарниром в ее средней части и приводом принудительного складывания (изгиба) рамы в шарнире. Передняя и задняя оси транспортного средства установлены на раме с возможностью их независимого перемещения относительно средней оси силовыми приводами (приводами шагания).
Указанное транспортное средство позволяет за счет приводов шагания обеспечить возможность движения на подъем по грунтам с низкой несущей способностью, например по песчаным склонам, при углах наклона поверхности больше 20°.
При совместном использовании приводов шагания и привода складывания (изгиба) рамы возможно движение транспортного средства в сложных дорожных условиях, например по россыпям крупных камней или завалам, с высотой препятствий, превышающих диаметр колеса.
Недостатком указанной конструкции является отсутствие приводов продольных шарниров секций, подобных приводу складывания (изгиба) рамы, которые могли бы удерживать секции в необходимом положении и использоваться, например, при преодолении широких рвов (траншей), расположенных под углом к направлению движения, а также в других целях.
Патент RU 2022860 выбран в качестве прототипа, как наиболее близкий к заявляемой конструкции транспортного средства по совокупности существенных признаков.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой полезной моделью, является разработка сочлененного транспортного средства, обладающего повышенной профильной проходимостью и улучшенными конфигурационными возможностями транспортного средства.
Техническим результатом является улучшение профильной проходимости и конфигурационных возможностей сочлененного транспортного средства.
Поставленная цель достигается тем, что сочлененное транспортное средство, содержащее раму, состоящую из передней и задней секций - с передней и задней осями, на которые установлены мотор-колеса, причем передняя и задняя секции соединены между собой модулем средней оси с соответствующими мотор-колесами с помощью шарниров, и силовые приводы, обеспечивающие независимое продольное перемещение и складывание секций относительно средней оси транспортного, предлагается выполнить следующим образом:
переднюю секцию соединить с корпусной частью привода правого колеса модуля средней оси, а заднюю секцию с корпусной частью привода левого колеса модуля средней оси с помощью шарниров, позволяющих вращение корпусной части привода колеса модуля средней оси относительно продольной оси соответствующей секции, а сами корпусные части приводов левого и правого колес модуля средней оси соединить шарниром вращения с осью, проходящей через центры вращения колес модуля средней оси;
силовые приводы продольного перемещения секций объединить в единый блок приводов с приводами поворота, которые обеспечивают поворот секций относительно продольной оси транспортного средства, причем конструкция блока приводов допускает как свободный поворот секций на ограниченные углы качания относительно продольной оси транспортного средства и относительно модуля средней оси, так и принудительный поворот секций в пределах больших углов с возможностью блокировки свободного поворота секций;
силовой привод складывания секций выполнить таким образом, чтобы он допускал как свободное складывание секций на ограниченные углы качания относительно поперечной оси транспортного средства, так и принудительный подъем/опускание одной из секций в пределах больших углов с возможностью блокировки свободного складывания. Переключение режима складывания секций (свободное складывание или принудительный подъем/опускание одной из секций) производится с помощью привода фиксации рамы, который входит в состав силового привода складывания секций.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами.
На фиг. 1 изображена схема предлагаемого транспортного средства, где 1 -передняя секция, 2 - задняя секция, 3 - модуль средней оси, 4 - корпусная часть привода правого колеса модуля средней оси, 5 - корпусная часть привода левого колеса модуля средней оси, 6 - привод складывания секций, 7 и 8 - блок приводов продольного перемещения и поворота секций.
На фиг. 2 приведена кинематическая схема привода складывания секций, где 9 - электродвигатель привода складывания секций, 10 - редуктор, 11 - волновой редуктор, 12 - гибкое колесо волнового редуктора, 13 - жесткое колесо, 14 - вал привода складывания секций, 15 - фиксирующий штифт, 16 - кулачок, 17 - электродвигатель привода фиксации рамы, 18 - редуктор привода фиксации рамы.
На фиг. 3 приведена кинематическая схема блока приводов продольного перемещения и поворота секции, где
19 - электродвигатель привода продольного перемещения секции, 20 - редуктор привода продольного перемещения секции, 21, 22, 23 - шестерни привода продольного перемещения, 24 - ходовой винт, 25 - ходовая гайка, 26 - корпус блока приводов, 27 - труба, 28 - электродвигатель привода поворота секции, 29 - редуктор привода поворота, 30, 31 и 32 - шестерни привода поворота секции, 33 - волновой редуктор привода поворота, 34 - гибкое колесо волнового редуктора привода поворота, 35 - жесткое колесо привода поворота, 36 - шлицевая муфта, 37, 38 - фланец со шлицами, 39 - электродвигатель переключения режимов поворота секции, 40 - редуктор, 41 - передача винт-гайка.
На фиг. 4 изображен пример поворота секций при преодолении одиночных препятствий при свободных продольных и поперечном шарнирах.
На фиг. 5 изображен пример подъема или опускания секции (б) с помощью привода складывания секций (отрыв крайней оси).
На фиг. 6 изображен пример складывания (отрыв средней оси).
На фиг. 7 изображен пример поворота секции.
На фиг. 8 изображен пример преодоления траншеи, расположенной под углом к направлению движения.
На фиг. 9 изображен пример преодоления подъема в режиме колесного шагания.
На фиг. 10 изображен пример подъема секции с помощью привода продольного перемещения секции.
На фиг. 11 изображено положение секций с короткой базой.
На фиг. 12 изображено положение секций с длинной базой.
На фиг. 13 изображен пример преодоления траншеи.
На фиг. 14 изображен пример преодоления эскарпа.
Предлагаемое сочлененное транспортное средство состоит из передней и задней секций 1 и 2, шарнирно соединенных с модулем средней оси 3 так, что передняя секция 1 соединена с корпусной частью 4 привода правого колеса модуля средней оси, задняя секция 2 - с корпусной частью 5 привода левого колеса модуля средней оси.
Помимо этого в передней секции 1 и задней секции 2 устанавливаются блоки приводов продольного перемещения и поворота секций 7 и 8 соответственно. Блоки приводов продольного перемещения и поворота секций 7 и 8 обеспечивают изменение колесной базы между модулем средней оси 3 и колесными осями передней и задней секций 1 и 2 (фиг. 11-12), а также поворот передней и задней секций относительно продольной оси транспортного средства (фиг. 7).
Поворот передней и задней секций относительно поперечной оси транспортного средства обеспечивается с помощью привода складывания секций 6, входящего в состав модуля средней оси 3. Конструкция привода складывания секций допускает как свободный поворот секций 1 и 2 на ограниченные углы качания относительно поперечной оси транспортного средства, так и принудительный подъем/опускание одной из секций (в зависимости от направления вращения выходного звена привода складывания секций) в пределах больших углов.
Конструкция блоков приводов продольного перемещения и поворота секций также допускает как свободный поворот секций на ограниченные углы качания относительно продольной оси транспортного средства и относительно модуля средней оси 3 (относительно оси средних колес), так и принудительный поворот секций в пределах больших углов.
Свободный поворот секций относительно продольной и поперечной осей транспортного средства обеспечивает постоянный контакт всех колес с опорной поверхностью и, как следствие, постоянную загрузку колес при движении по сложному рельефу. На фиг. 4 изображен пример поворота секций при преодолении одиночных препятствий при свободных продольных и поперечном шарнирах.
Таким образом, кинематика ходовой части такого транспортного средства обеспечивает высокую профильную проходимость за счет постоянного контакта всех колес с грунтом при движении по сложному рельефу.
Теперь более подробно рассмотрим конструкцию и принципы работы привода складывания секций и блока приводов продольного перемещения и поворота секций.
На фиг. 2 приведена кинематическая схема привода складывания секций. Привод складывания секций функционирует следующим образом: электродвигатель 9 привода складывания секций с редуктором 10 жестко связан с корпусом 2, принадлежащим одной из секций (в данном случае задней секции). Выходной валредуктора 10 вращает входной вал волнового редуктора 11 (редуктор может другим, например, планетарным). Гибкое колесо волнового редуктора 12 входит в зацепление с жестким колесом 13, которое неподвижно относительно корпуса задней секции 2. Вал привода складывания секций 14, вращаемый выходным валом волнового редуктора, имеет направляющие, в которых ходит фиксирующий штифт 15. Перемещение штифта 15 осуществляется за счет кулачка 16, приводимого в движение приводом фиксации рамы, состоящим из электродвигателя 17 и редуктора 18, закрепленных на выходном валу привода складывания секций 14.
Для свободного качания передней и задней секций относительно друг друга на ограниченные углы качания кулачок 16 повернут так, что штифт 15 не входит в отверстие, расположенное в корпусе передней секции 1. Для принудительного взаимного поворота (складывания) секций электродвигатель 17 через редуктор 18 вращает кулачок 16 до вхождения штифта 15 в отверстие в корпусе передней секции 1, соединяя таким образом, выходной вал привода складывания секций 14 с корпусом передней секции 1.
Привод складывания секций позволяет (обеспечивает поворот) поворачивать секции относительно друг друга (фиг. 4), что дает возможность отрывать от опорной поверхности переднюю/заднюю ось (фиг. 4, а) или среднюю ось (фиг. 5), превращая шасси в четырехколесное.
На фиг. 3 приведена кинематическая схема блока приводов продольного перемещения и поворота секции, который представляет собой следующую конструкцию: электродвигатель привода продольного перемещения секции 19 с редуктором 20 жестко связан с корпусом одной из секций (на данном рисунке, с корпусом передней секции 1). На выходном валу редуктора 20 закреплена шестерня 21, которая входит в зацепление с шестерней 22. Шестерня 22 также входит в зацепление с шестерней 23 которая жестко связана с ходовым винтом 24. Вращаясь, ходовой винт 24 перемещает ходовую гайку 25, которая жестко связана с корпусом 26, что вызывает выдвижение корпуса передней секции 1 относительно корпуса 26. Перемещение корпуса передней секции 1 происходит с помощью трубы 27, имеющей ограничители хода и двигающейся по направляющим.
Электродвигатель привода поворота секции 28 с редуктором 29 также жестко связан с корпусом передней секции 1. Шестерни 30, 31 и 32 образуют такое же передаточное отношение, что и шестерни 21, 22 и 23. Шестерня 32 жестко связана с входным валом волнового редуктора 33. Гибкое колесо волнового редуктора 34 входит в зацепление с жестким колесом волнового редуктора 35. Если шлицевая муфта 36 соединена с фланцем 37 со шлицами, который жестко связан с гибким колесом волнового редуктора 34, то поворот корпуса передней секции 1 осуществляется за счет электродвигателя привода поворота секции 28. Если шлицевая муфта 36 входит в зацепление с фланцем со шлицами 38, то корпус передней секции 1 поворачивается свободно, при этом его поворот ограничен механическими упорами в крайних положениях.
Переключение режимов поворота секции осуществляется с помощью электродвигателя 39 с редуктором 40, закрепленных на корпусе секции передней 1. Выходной вал редуктора 40 образует передачу винт-гайка 41, которая осуществляет перемещение шлицевой муфты 36 в направляющих.
С корпусом задней секции 2 жестко связан блок приводов продольного перемещения и поворота секции аналогичной конструкции.
Свободное качание передней и задней секций относительно своих продольных осей (см. фиг. 4) ограничено механическими упорами в пределах углов, определяемых продольной устойчивостью транспортного средства. С помощью приводов поворот секций может быть осуществлен в пределах больших углов (на больший угол, фиг. 7). Приводы поворота секций также обеспечивает жесткую конструкцию (блокировку продольных шарниров), что необходимо при переезде широких рвов и траншей, расположенных под углом к направлению движения (фиг. 8).
Приводы продольного перемещения секций могут использоваться для
повышения проходимости на слабосвязанных грунтах, в том числе на подъемах, обеспечивая поосное колесное (без отрыва колес от грунта) шагание (фиг. 9);
подъема/выдвижения (совместно с приводом складывания секций) одной из секций для проведения каких-либо работ (фиг. 10);
изменения колесной базы (фиг. 11 и 12), необходимые, например, при движении по лестницам для адаптации (приспосабливаемости) к высоте/ширине ступеней или при преодолении рвов и траншей (фиг. 13);
преодоления препятствий в виде эскарпов (фиг. 14) (при совместной работе с приводом складывания секций).
Таким образом, предлагаемая конструкция сочлененного транспортного средства позволяет значительно увеличить его профильную проходимость и конфигурационные (функциональные) возможности.