Система контроля положения лыжи для движения двухколесного транспортного средства по снегу
SKI POSITION CONTROL SYSTEM FOR MOVEMENT OF A TWO-WHEELED VEHICLE ON SNOW

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для трансформации колесных транспортных средств для движения по снежному покрову.
Из уровня техники известна подвеска рулевой лыжи содержит поворотную рулевую сошку, двуплечий наклонный рычаг, амортизатор, упругий элемент и проушины для крепления к лыже амортизатора и рычага. Наклонный рычаг длинным плечом размещен в задней половине лыжи, а амортизатор расположен в передней половине лыжи. Упругий элемент, выполненный в виде цилиндрической пружины, установлен на амортизаторе между передней проушиной и коротким плечом рычага. Длинное плечо рычага выполнено плоским и укреплено в двух задних проушинах, разнесенных по ширине лыжи на жестком силовом основании. Передняя проушина также закреплена на силовом основании и имеет несколько фиксированных положений по продольной оси лыжи. [Патентна изобретение №RU2043232, дата публикации 10.09.1995]
Ближайшим аналогом заявляемого изобретения является лыжная подвеска для снегоходов с, по меньшей мере, одним вращающимся валом рулевого управления, содержащая пружинное средство, а также амортизатор для обеспечения упругости и амортизации относительных перемещений между шасси и лыжей с подвеской и управляемой с помощью рулевого вала. Кроме того, подвеска содержит в дополнение к первому амортизатору, расположенному перед рулевым шпинделем, второй амортизатор, снабженный прогрессивной спиральной пружиной сжатия и состоящий из поршневого цилиндрового механизма, задний конец которого шарнирно соединен с лыжей в первой фиксированной точке шарнира и противоположный конец которого шарнирно соединен с поворотным звеном во второй подвижной шарнирной точке, причем соединение выполнено в виде шарнира, а также на четвертой подвижной шарнирной точке с рулевым шпинделем. [Заявка на изобретение №WO9011920, дата публикации 18.10.1990]
Известные из уровня техники устройства, описанные, в патенте №RU2043232, а также, например, в патентах №US4034820, №RU142289, выполняют функции по снижению нагрузки на элементы подвески, гашение вертикальных колебаний передней подвески снегохода, нейтрализацию динамических нагрузок -толчков и ударов, действующих на подвеску, а также удержание лыжи в постоянном контакте с дорогой, что позволяет облегчить управление транспортным средством и применимы для использования только в снегоходах. Известная из патента №RU2043232 подвеска рулевой лыжи обеспечивает снижение нагрузок на элементы подвески и облегчение управления транспортным средством, что не пригодно для использования в устройствах для трансформации двухколесных транспортных средств для движения по снежному покрову, поскольку центральный шарнир не обеспечивает стабилизации положения лыжи. Известная лыжная подвеска для снегоходов из заявки №WO9011920 решает задачи распределения нагрузок на лыжах снегохода, снижает нагрузку на подвеску снегохода, удерживает лыжи в постоянном контакте с дорогой, но также не применима для использования в качестве замены переднего колеса двухколесного транспортного средства в силу разной кинематики движения лыжи.
Технической проблемой, на разрешение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение проходимости транспортного средства при движении по снегу с использованием лыжи.
Технический результат заключается в обеспечении контроля оптимального положения лыжи относительно поверхности снежного покрова.
Сущность заявляемого изобретения.
Система контроля положения лыжи для движения двухколесного транспортного средства по снегу содержит корпус лыжи, ручку и крепление лыжи к перьям вилки мотоцикла, содержащее корпус и основание с возможностью поворота лыжи в вертикальной плоскости, снабженное коромыслом. В отличие от ближайшего аналога, коромысло выполнено в виде двух многоугольных пластин, жестко соединенных друг с другом и подвижно соединенных одной вершиной с основанием крепления по оси вращения лыжи и двумя вершинами с передним амортизатором, закрепленным на корпусе лыжи и задним амортизатором, расположенном на корпусе крепления лыжи, соответственно.
Пластины коромысла могут быть дополнительно снабжены выемками и/или отверстиями для обеспечения доступа к крепежным элементам крепления. Жесткое соединение пластин между собой может обеспечиваться с помощью поперечных стержней.
Крепление переднего амортизатора к корпусу лыжи и заднего амортизатора к корпусу крепления могут быть выполнены в виде шарнирного соединения. Второй конец каждого амортизатора закреплен с помощью шарнирного соединения на поперечных стержнях, соединяющих пластины коромысла. При сжатии пружины амортизаторов происходит сокращение расстояния между точками их соединения с корпусами лыжи и крепления и пластинами коромысла соответственно, а при движении на растяжение шток в основании амортизатора не позволяет увеличиваться этому расстоянию за счет ограничения его хода путем фиксации конца штока в корпусе амортизатора. Точки соединения переднего амортизатора с корпусом лыжи и с коромыслом, а также точка соединения коромысла с основанием крепления образуют треугольник, аналогично треугольнику, образованному точками соединения заднего амортизатора с корпусом крепления и с коромыслом, а также точкой соединения коромысла с основанием крепления. Соотношение высот данных треугольников при горизонтальном положении лыжи, опущенных из точек соединения амортизаторов с коромыслом к расстоянию между точками соединения переднего амортизатора с корпусом лыжи и соединения коромысла с основанием крепления, а также между точками соединения заднего амортизатора с корпусом крепления и коромысла с основанием крепления, может составлять 1:4. Данное соотношение расстояний между опорными точками системы обеспечивает наиболее оптимальные возможные положительные и отрицательные углы наклона лыжи, что обеспечивает максимальную силу удержания лыжи в горизонтальном положении и снижение силы удержания при столкновении с препятствием, а именно: положительный наклон носа лыжи до 35(и отрицательный наклон до 25°. Таким образом при поднятии носа лыжи происходит фиксация расстояния между опорными точками заднего амортизатора, в силу невозможности увеличения данного расстояния ввиду физического ограничения длины штока, при этом расстояние между опорными точками переднего амортизатора сокращается. При опускании носа лыжи происходит фиксация расстояний между опорными точками переднего амортизатора в силу невозможности увеличения расстояния ввиду физического ограничения длины штока амортизатора, при этом расстояние между опорными точками заднего амортизатора уменьшается. За счет обеспечения максимального момента удержания лыжи в горизонтальном положении при изменении сопротивления момент удержания резко снижается, что увеличивает угол наклона лыжи и позволяет занять оптимальное положение для исключения застревания транспортного средства в снегу.
Крепление может быть выполнено с возможностью регулировки угла вылета, корпус крепления может быть снабжен двумя пластинами жесткости с боковых сторон. Возможность регулировки угла вылета может обеспечиваться с помощью двух фиксирующих хомутов, закрепленных на пластинах жесткости, каждый из которых представляет собой разборное кольцо с соединительными элементами и выступом, на котором расположены отверстия для крепления к пластинам жесткости, при этом пластины жесткости также снабжены отверстиями для крепления фиксирующих хомутов. Дополнительно в выступах и пластинах жесткости могут быть выполнены отверстия для установки распорки для дополнительной фиксации положения перьев вилки. Корпус крепления и пластины жесткости содержат отверстия для размещения штатной оси колеса транспортного средства и могут быть снабжены переходными адаптерами для нее. Корпус крепления может быть выполнен из полиэтилена с молекулярной массой от 4,5 млн г/моль, пластины жесткости, фиксирующие хомуты и соединительные элементы могут быть выполнены, например, из дюралюминия, за счет чего крепление обладает высокой прочностью, способно выдерживать сверхнизкие температуры без изменения свойств и имеет высокую жесткость на скручивание. Регулировка угла вылета осуществляется путем перестановки фиксирующих болтов в соответствующих отверстиях хомутов и пластин жесткости, за счет чего изменяется положение крепления лыжи к перьям вилки относительно вилки мотоцикла и угол вылета соответственно. Количество отверстий на пластинах жесткости может варьироваться в зависимости от необходимой точности регулировки угла вылета. Регулировка угла вылета крепления обеспечивает возможность калибровки транспортного средства в зависимости от погодных условий, а именно - обеспечивает повышение управляемости транспортного средства при езде по снегу разного качества.
Дополнительно крепление лыжи может быть снабжено ограничительными буферами со стороны переднего и заднего амортизаторов для обеспечения ограничения предельных углов наклона коромысла, что повышает износостойкость конструкции.
На нижней поверхности корпуса лыжи могут быть выполнены боковые и центральный кили, снабженные коньками, при этом высота центрального киля больше высоты боковых килей с целью повышения маневренности транспортного средства. Боковые кили расположены вдоль боковых продольных сторон основания, а центральный киль расположен вдоль продольной оси основания. Коньки, расположенные на боковых килях, имеют Г-образный профиль. Конек, расположенный на центральном киле, имеет П-образный профиль и изгиб в вертикальной плоскости, выполненный таким образом, что передняя часть конька утоплена в поверхность киля, что обеспечивает плавное прохождение возможных препятствий под снегом. Разница между высотой конька, расположенного на центральном киле и коньков, расположенных на боковых килях, может составлять от 25 до 35 мм. Боковая поверхность корпуса лыжи, боковые кили и коньки, расположенные на них, могут быть выполнены с радиусным изгибом с сужением в центральной части, при этом боковые кили расположены под наклоном к вертикальной плоскости. Наклон боковой поверхности корпуса лыжи и боковых килей относительно вертикальной плоскости может составлять от 5 до 15°, при этом за счет расширения пространства, ограниченного боковыми килями, обеспечивается сохранение способности лыжи находиться на поверхности снежного покрова при одновременном повышении устойчивости транспортного средства. Радиусный изгиб боковой поверхности корпуса лыжи и боковых килей обеспечивает сужение в центральной части лыжи не более, чем на 5%, при этом коньки, расположенные на боковых килях, повторяют радиусный изгиб боковой поверхности лыжи и килей. При изменении направления движения происходит наклон мотоцикла в сторону поворота, при этом боковые кили за счет радиусного изгиба скользят по поверхности, описывая окружность с небольшим радиусом разворота, за счет чего повышается маневренность транспортного средства. Кили образуют на нижней поверхности лыжи продольные тоннели для перемещения снежной массы во время движения. Радиусный изгиб боковой поверхности лыжи и боковых коньков обеспечивает сужение тоннелей в средней части лыжи, за счет чего происходит уплотнение снега в средней части лыжи, что обеспечивает снижение утапливаемости лыжи при движении по глубокому снегу.
Корпус лыжи может быть выполнено из полиэтилена с молекулярной массой от 4,5 млн г/моль. Это обеспечивает повышение износостойкости лыжи и улучшает скольжение за счет сохранения прочности и упругости материала в условиях низких температур до -200°C. Коньки могут быть выполнены из листовой стали с ТВЧ закалкой рабочей кромки, крепление коньков к основанию лыжи может быть выполнено разъемным, например, с помощью болтов, с целью обеспечения возможности их замены.
Таким образом, заявляемая система контроля положения лыжи для движения двухколесного транспортного средства по снегу характеризуется новыми, ранее неизвестными из доступных источников информации существенными признаками, заключающимися в выполнении коромысла в виде двух многоугольных пластин, жестко соединенных друг с другом и подвижно соединенных одной вершиной с основанием крепления по оси вращения лыжи и двумя вершинами с передним амортизатором, закрепленным на корпусе лыжи и задним амортизатором, расположенном на корпусе крепления лыжи, соответственно. Использование качающегося коромысла обеспечивает достижение технического результата по обеспечению контроля оптимального положения поверхности лыжи относительно поверхности снежного покрова и решает проблему повышения проходимости транспортного средства при движении по снегу с использованием лыжи, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критериям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое изобретение может быть выполнено известными способами из известных материалов, что обеспечивает ее соответствие критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - вид лыжи сбоку;
Фиг.2 - вид лыжи при положительном наклоне корпуса; Фиг.3 - вид лыжи при отрицательном наклоне корпуса;
Система контроля положения лыжи для движения двухколесного транспортного средства по снегу содержит корпус лыжи 1, ручку 2 и крепление 3 лыжи к перьям вилки мотоцикла, содержащее корпус 4, основание 5 с возможностью поворота лыжи в вертикальной плоскости и пластины жесткости 6, снабженные фиксирующими хомутами 7, снабженное коромыслом 8. Коромысло 8 выполнено в виде двух многоугольных пластин 9, жестко соединенных друг с другом и подвижно соединенных одной вершиной с основанием 5 крепления 3 по оси вращения лыжи 13 и двумя вершинами с передним амортизатором 10, закрепленным на корпусе лыжи 1 и задним амортизатором 11, расположенном на корпусе 4 крепления 3 лыжи соответственно. Основание 5 крепления 3 снабжено ограничительными буферами 12.
Принцип действия заявляемого изобретения заключается в следующем.
Лыжу для движения двухколесного транспортного средства по снегу устанавливают на место переднего колеса двухколесного транспортного средства, для чего снимают переднее колесо, отсоединяют тормозной суппорт и гидролинию, снимают защитные щитки (не показано на чертежах) с перьев вилки. Затем устанавливают переходные адаптеры (не показано на чертежах) на пластины жесткости 6, устанавливают лыжу на место колеса, размещая штатную ось колеса в отверстия пластин жесткости 6 (не показано на чертежах), устанавливают фиксирующие хомуты 7 на перья вилки в максимально нижнее положение и закрепляют с помощью фиксирующих болтов, после чего устанавливают защитные щитки перьев вилки на штатное место (не показано на чертежах).
При движении транспортного средства и изменении наклона корпуса лыжи 1 в отрицательном направлении (нос лыжи опускается вниз), передний амортизатор 10 остается в статичном положении, так как на него в этот момент оказывается растягивающее действие, при этом происходит передача силового момента через коромысло 8 на задний амортизатор 10. Момент сопротивления амортизаторов максимален в горизонтальном положении лыжи и уменьшается с увеличением угла наклона лыжи в положительном или отрицательном направлении соответственно. При погружении в глубокий снег начинает резко возрастать сопротивление на передней части корпуса лыжи 1, за счет чего уменьшается угол наклона лыжи и удерживается пока сопротивление не начнет уменьшаться. По мере снижения сопротивления в передней части лыжа начинает стремиться занять горизонтальное положение и удерживать его после всплытия на поверхность. Ограничение максимального угла наклона лыжи происходит путем контакта крепления 3 лыжи с ограничительными буферами 12.