ТРИЦИКЛ С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ НАКЛОНА КУЗОВА

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к наземному колесному транспортному средству с управлением передним колесом, скомбинированным с устройством для наклона кузова при движении на поворотах.
Уровень техники
Известен электровелосипед трехколесный от компании Veliac Three [1] (аналог), содержащий раму, переднее рулевое колесо, два задних колеса, в котором применен механизм для улучшения устойчивости при маневрировании на средней скорости. Рама состоит из двух частей с крутящейся рейкой, которая позволяет передней части велосипеда двигаться независимо от задней части электровелосипеда. Это дает возможность велосипедисту наклоняться из стороны в сторону так, как это делается на обычном велосипеде, чтобы скомпенсировать своим весом центробежные силы, возникающие при повороте на средней скорости. При этом задняя часть велосипеда остается в горизонтальном положении, таким образом, предохраняя перевозимый груз. При этом, положение рейки управляется рычагом, находящимся на руле, и может быть зафиксирована полностью, придав раме максимальную жесткость.
К недостатку устройства относится недостаточная устойчивость при поворотах, маневрировании на большой скорости и при перевозке тяжелого груза. Известно также наклоняющееся транспортное средство [2] (аналог) с управлением передним колесом, скомбинированным с устройством для наклона кузова при движении на поворотах. Транспортное средство снабжено рамой, имеющей первую секцию и вторую секцию, при этом секции рамы имеют возможность наклона относительно друг друга вокруг оси наклона, идущей в продольном направлении; по меньшей мере, одним передним колесом, которое подсоединено к первой секции рамы и имеет возможность поворота вокруг рулевого вала переднего колеса; рулевым колесом, с возможностью поворота подсоединенным к первой секции рамы; средствами наклона для наклона первой и второй секции рамы относительно друг друга; передатчиком сигнала, подсоединенным к средствам наклона, чтобы в том случае, когда движение происходит на повороте, имеющем заданный радиус, создать управляющий сигнал для управления средствами наклона как функции упомянутого радиуса поворота.
К недостаткам устройства относится сложность и недостаточная эффективность системы компенсации центробежных сил при поворотах на большой скорости. Это происходит за счет того, что только передняя секция рамы механизма наклоняется посредством гидравлических цилиндров наклона.
Наиболее близким по совокупности признаков (прототипом) является трицикл [3], содержащий переднее рулевое колесо, два задних колеса, раму, состоящую из трех продольных труб, на каждой из которых в районе задних колес установлена шарнирно в поперечной плоскости штанга, причем каждая трубчатая полуштанга средней штанги имеет составную скользящую конструкцию с насаженной на нее пружиной, работающей на сжатие, при этом концы средней штанги шарнирно соединены с внутренними концами крайних штанг, причем внешние концы крайних штанг шарнирно соединены с центрами ступиц задних колес, на крайних продольных трубах рамы около шарниров штанг жестко установлены в вертикальной плоскости рамы по два рычага, один вверху, другой внизу длиной, равной радиусу ступицы заднего колеса, при этом каждый рычаг шарнирно связан с жесткой тягой, второй конец которой шарнирно соединен соответственно вверху и внизу в диаметральных точках ступицы заднего колеса.
К недостатку устройства относится недостаточная эффективность компенсации центробежных сил опрокидывания при поворотах на большой скорости и большой массе трицикла. Так как наклон трицикла в сторону поворота должен инициироваться самим водителем (как в традиционных двухколесных конструкциях), т.е. наклоном тела в сторону поворота.
Раскрытие полезной модели
В основу полезной модели поставлена задача повышения устойчивости при маневрировании на большой скорости и большой массе трицикла за счет применения активного механизма наклона.
Это достигается с помощью того, что средняя штанга жестко закреплена на торсионном валу-пружине, один конец которого жестко связан, а второй конец шарнирно связан со средней трубой рамы, причем средняя штанга жестко связана с зубчатым сектором достаточно большого радиуса, приводящимся во вращение зубчатой шестерней меньшего радиуса, жестко связанной с выходным валом понижающего редуктора, входной вал которого связан с электромагнитной муфтой, соединяющей с исполнительным электродвигателем, получающим питание от коммутатора в течение определенного времени, вырабатываемого таймером в соответствии с величиной выходного сигнала умножителя в зависимости от сигналов двух датчиков поворота переднего рулевого колеса и датчика скорости, при этом быстрому повороту зубчатого сектора в обратную сторону под действием скрученного торсионного вала-пружины может препятствовать в течение определенного времени анкерный механизма с возможностью фиксации стопором, управляемым коммутатором в соответствии с уменьшением величины выходного сигнала умножителя.
Таким образом, компенсация опрокидывающего момента на поворотах осуществляется автоматическим наклоном трицикла в сторону поворота под действием электродвигателя, при этом скручивается возвратный торсионный вал-пружина. Возврат трицикла в исходное положение после выполнения поворота осуществляется усилием торсионного вала-пружины с замедлением времени возврата, осуществляемым соответствующим анкерным механизмом со стопором. Такое применение активного механизма наклона повышает устойчивость трицикла, и она не зависит от массы водителя и движущегося средства.
Краткое описание чертежей
Техническая сущность устройства поясняется на фиг. 1, 2, 3. На которых обозначено: 1 - рулевое колесо; 2 - задние колеса; 3 - рама трицикла, состоящая из трех продольных труб, на каждой из которых в районе задних колес установлена шарнирно в поперечной плоскости штанга 4. Причем средняя штанга жестко закреплена на торсионном валу-пружине 8, один конец которого жестко связан, а второй конец шарнирно связан со средней трубой рамы. Причем средняя штанга жестко связана с зубчатым сектором 9, приводящимся во вращение зубчатой шестерней 10, жестко связанной с выходным валом 11 понижающего редуктора 12. Входной вал 13 редуктора соединен с электромагнитной муфтой 14, соединяющей редуктор с исполнительным электродвигателем 15, который получает питание от коммутатора 16 в течение определенного времени, вырабатываемого таймером 17. Соответствующий сигнал на коммутатор подается от умножителя 18 в зависимости от сигналов двух датчиков 19 поворота переднего рулевого колеса и датчика скорости 20. Быстрому повороту зубчатого сектора под действием предварительно скрученного торсионного вала-пружины в сторону обратную движению под действием исполнительного электродвигателя может препятствовать в течение определенного времени анкерный механизм 21 со стопором 22.
Осуществление полезной модели
Работа технического устройства поясняется на фиг.1, 2, 3. При движении трицикла прямолинейно (фиг. 1) центробежная сила отсутствует, центр тяжести находится в вертикальной плоскости, и вес экипажа равномерно распределен на задние колеса, при этом рама 3 расположена горизонтально, штанги 4 также расположены горизонтально относительно земли. Пружины полуштанг средней штанги находятся в сжатом состоянии. Рычаги 6, жестко соединенные с рамой, находятся в вертикальном положении. Сигнал, поступающий на умножитель 18 от датчика скорости 20, пропорционален скорости движения, а сигналы, поступающие от датчиков 19 поворота переднего рулевого колеса, равны нулю. Поэтому выходной сигнал умножителя равен нулю и коммутатор не подает питание на исполнительный двигатель, осуществляющий кренование трицикла.
Повышение устойчивости трицикла при прохождении поворота достигается наклоном его в сторону поворота, в результате чего сила тяжести компенсирует центробежную силу. Вектор результирующей этих двух сил лежит в плоскости продольного сечения трицикла.
Например, при необходимости поворота влево (фиг. 2) водитель поворачивает руль и рулевое колесо 1 влево. Чем больше угол поворота, тем больше выходной сигнал датчика поворота влево 19 переднего колеса. При этом умножитель 18 перемножает сигналы от датчика поворота влево и датчика скорости 20 и выходной сигнал умножителя определенной полярности (соответствующий повороту влево) увеличивается. В соответствии с величиной выходного сигнала таймером 17 вырабатывается время подачи питания от коммутатора 16 на исполнительный электродвигатель 15. Затем подается питание на электромагнитную муфту 14 и исполнительный двигатель. Исполнительный двигатель через понижающий редуктор 12 вращает зубчатую шестерню 10 в определенную сторону (соответствующую наклону влево), при этом поворачивается зубчатый сектор со средней штангой 4, скручивается торсионный вал-пружина. При этом левое заднее колесо 2 поднимается вверх. Это вызывает опускание правого заднего колеса, за счет шарнирно соединенных штанг между собой и со ступицами колес. Рама трицикла наклоняется влево. При этом наклон рычагов 6, жестко соединенных с рамой, обеспечивает, за счет тяг 7, наклон задних колес влево. По истечении времени, выработанного таймером, питание с электромагнитной муфты и исполнительного электродвигателя снимается. Муфта разобщает двигатель с редуктором, и двигатель свободно вращается на выбеге. Повороту зубчатого сектора 9 под действием предварительно скрученного торсионного вала-пружины в сторону обратную движению под действием исполнительного электродвигателя препятствует анкерный механизма 21 (наподобие часового механизма) со стопором 22.
При повороте вправо все происходит аналогично, но работает датчик поворота рулевого колеса вправо, это вызывает изменение полярности выходного сигнала умножителя. При этом исполнительный двигатель будет вращаться в другую сторону, что вызывает крен рамы вправо и подъем и наклон уже правого колеса и опускание, наклон левого колеса.
Анкерный механизм, зафиксированный стопором, препятствует возврату трицикла под действием скрученного вала-пружины в исходное положение.
После завершения поворота и отвода рулевого колеса для совершения прямолинейного движения сигнал от датчика поворота руля уменьшается, соответственно уменьшается сигнал на выходе умножителя. В соответствии с уменьшением величины сигнала умножителя таймером вырабатывается время, в течение которого посылается сигнал на отключение стопора 22 анкерного механизма. Под действием предварительно скрученного торсионного вала-пружины с замедлением осуществляемым анкерным механизмом производится возврат трицикла в исходное положение.
Достоинствами трицикла является повышенная устойчивость при поворотах, маневрировании на большой скорости и при перевозке тяжелого груза за счет применения активного механизма наклона, что повышает безопасность и комфортность при его использовании.
Литература
1. Электровелосипед трехколесный от компании Veliac Three (Инструкция по эксплуатации).
2. Патент РФ 2225310 от 10.03.2004 г., авторы: Ван Ден Бринк Кристофер Ральф (NL), Кронен Хендрик Маринус (NL).
3. Патент на полезную модель РФ №158380 от 07.12.2015 г., автор Рясков Юрий Иванович (RU).