ШАРОКОЛЕСНАЯ ТЕЛЕЖКА

Устройство относится к безрельсовым наземным самоходным транспортным средствам с движителями, взаимодействующими с поверхностью дороги, а именно, к устройствам для перемещения объектов (грузов) преимущественно по горизонтальной поверхности и может быть использовано в качестве напольного высокоманевренного транспортного средства (ТС).
Известны технические решения ТС, выполненные в виде многоколесных тележек, которые в опорной части используют колеса, позволяющие реализовать всенаправленное движение на плоской или сферической поверхности, например [1, 2, 3].
Техническое решение Segway RMP (?f=59&t=1642) выполнено с использованием неповоротных омни-колес, которые, при согласованном вращении каждого из четырех колес с заданной скоростью и в заданном направлении, обеспечивают всенаправленное движение ТС [1].
Устройство обладает тем недостатком, что омни-колеса составлены из нескольких бочкообразных роликов, которые, перекатываясь по опорной поверхности, контактируют с ней разными участками роликов, имеющих разную жесткость в зоне контакта. Это обусловливает непостоянство условий контакта омни-колес с опорной поверхностью и ухудшает динамику механизма.
Известное техническое решение (Шароход инженера Кашарова. Техника-молодежи. 1982 г. №7) обеспечивает более плавное всенаправленное движение, подвижность и маневренность при использовании в нем колес сферической формы, при которой радиус кривизны в месте контакта всегда одинаков, что обусловливает и постоянство жесткости контакта. Этим общеизвестным примером, выполненным на основе шароколесного движителя, является механизм, предложенный инженером Кашаровым и получивший название «Шароход инженера Кашарова». Основной элемент шарохода - это несколько оснащенных двигателями тележек со сферическими роликами, установленными в специальных вращающихся обоймах [2].
В механизме инженера Кашарова перемещение тележек сопровождается одновременным вращением обойм и шаров внутри них, что приводит к чередованию шаров, находящихся в контакте с опорной поверхностью. Это вызывает сложность в конструктивном исполнении подвески тележек для обеспечения одновременного и однообразного контакта шаров с опорной поверхностью, поскольку при использовании четырех тележек одновременно должны контактировать с поверхностью от 8 до 16 шаров.
Кроме того, в целом механизм является сложным по конструкции, поскольку имеет в своем составе как минимум три тележки с четырьмя сферическими роликами в каждой.
Основой предлагаемого технического решения является известная шаровая колесная опора «Шар-колесо Калинкина» (пат. RU 2505447, МПК B62D 57/028, B60B 19/14, опубл. 27.01.2014), имеющая в своем составе держатель, опорный элемент в виде шара, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных шпинделей с роликами. Это устройство содержит не менее трех пар шарообразных роликов, которые при работе устройства перекатываются по поверхности опорного шара. При таком конструктивном исполнении с опорным элементом одновременно контактируют только три шарообразных ролика, что упрощает конструктивное решение подвески роликов на держателе и снижает конструктивную сложность устройства в целом [3].
В этом устройстве можно выделить держатель, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных шпинделей с роликами, которые представляют собой шароколесную тележку, перекатывающуюся по опорному шару. Однако функционально шароколесная тележка предназначена для перемещения по сферической поверхности и может работать только как пассивное (неприводное) ТС.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, - расширение функциональных возможностей ТС на шароколесных опорах.
Для достижения этого технического результата в известном устройстве, содержащем держатель и роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных между собой шпинделей с роликами, дополнительно каждая из пар шпинделей снабжена отдельным держателем и приводным двигателем, установленным в гнезде на держателе и кинематически связанным со шпинделями, а держатели со шпинделями установлены на платформе таким образом, что оси шпинделей наклонены к опорной поверхности.
Благодаря наличию перечисленных признаков в предлагаемом устройстве вращение и крутящий момент, создаваемый приводными двигателями, передается на шпиндели, роликовые опоры, ролики которых перекатываются по опорной поверхности, что создает движущую силу для перемещения ТС. При этом за счет согласованного изменения направлений и частот вращения шпинделей с роликами в шпиндельных парах обеспечивается возможность движения шароколесной тележки в нужном направлении по опорной поверхности без применения каких-либо рулевых механизмов. Кроме того, ТС, выполненное по конструктивной схеме в виде предлагаемой шароколесной тележки, приобретает возможность выполнять любой сложности поступательные и вращательные движения, а также сочетать одновременно движения по прямой, кривой любой конфигурации и вращении на плоскости.
Предлагаемая шароколесная тележка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 на виде сбоку и на фиг. 2 на виде сверху.
Шароколесная тележка содержит держатели 1, установленные на платформе 2, шпиндели 3 с роликами 4. Шпиндели 3 попарно кинематически соединены, например, с помощью зубчатой передачи 5, включающей зубчатые колеса 6. Каждая из пар шпинделей снабжена приводным двигателем 7, установленным в гнездах 8 на держателях 1 и кинематически связанным, например, посредством присоединения приводного двигателя 7 к зубчатым колесам 6 зубчатой передачи 5. При работе шароколесной тележки ролики 4 контактируют с поверхностью 9. Оси шпинделей 3 наклонены к опорной поверхности 9 под углом а.
Работа шароколесной тележки происходит следующим образом.
При отсутствии движения внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта, помещенного на платформе 2, передается на держатели 1 и далее через шпиндели 3, ролики 4 воспринимается поверхностью 9.
Для осуществления перемещения шароколесной тележки на приводные двигатели 7 подается сигнал питания, создающий крутящий момент на присоединенных зубчатых колесах 6, входящих в зубчатые передачи 5. Вращение от приводных двигателей 7 через зубчатые колеса 6, зубчатые передачи 5, шпиндели 3 передается на ролики 4. Ролики 4 взаимодействуют с поверхностью 9, перекатываются по ней, что обеспечивает относительное движение вместе с роликами и всей шароколесной тележки.
При движении шароколесной тележки внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта, помещенного на платформе 2, передается на держатели 1 и далее через шпиндели 3, ролики 4 воспринимается поверхностью 9.
Таким образом, предлагаемая шароколесная тележка обладает способностью реализовать более широкий диапазон возможных траекторий перемещения, по сравнению с другими подобными устройствами, что значительно расширяет функциональные возможности устройств, построенных на ее основе.
1. Список использованных источников:
Сверхманевренная самоходная платформа от Segway Inc: [Электронный ресурс] // Все об электротранспорте Segway. Режим доступа:
2. Соколов, А. Шароход инженера Кашарова / А. Соколов // Техника - молодежи. 1982. №7. С. 6-10.
3. Пат. 2505447 Российская Федерация, МПК B62D 57/028, B60B 19/14. Шар-колесо Калинкина / Калинкин А.А.; заявители и правообладатели федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" (RU), Калинкин Анатолий Александрович (RU). №2012111897/11; заявл. 27.03.2012; опубл. 27.01.2014, Бюл. №3. 6 с.; ил.