СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ САМОХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ЕМУ ВЫСОКУЮ ПРОХОДИМОСТЬ, ПОВЫШЕННУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ НА ВОДЕ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF DISPLACEMENT OF THE SELF-PROPULSION VEHICLE THAT PROVIDES ITS HIGH PERFORMANCE, INCREASED STABILITY ON WATER, AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к способу и устройству, которые обеспечивают перемещающимся на колёсах или гусеницах обычным транспортным средствам дополнительную проходимость и плавучесть.
Известен аналог – патент на изобретение США № 6840825, 11.01.2005, описывающий способ перемещения автомобиля-амфибии, в котором движение по жесткой поверхности осуществляют на колёсах, аналогично движению автомобиля, при этом понтоны перемещают в прижатом к корпусу автомобиля состоянии, для обеспечения малой ширины автомобиля, движение по глубоким местам водоёмов осуществляют вплавь, опираясь на понтоны, перед движением по глубоким местам водоёмов понтоны поворачивают вручную относительно шарнирной оси таким образом, что они увеличивают ширину автомобиля, обеспечивая лучшую устойчивость автомобиля-амфибии на воде.
Устройство, описанное в приведённом выше патенте содержит центральный и боковые понтоны, капитанский мостик с каютой над центральным понтоном, колёса для перемещения по земле, шарнирный механизм, позволяющий размещать боковые понтоны над центральным при перемещении по суше и закреплять снизу около центрального для перемещения по воде.
Недостатком аналога является необходимость в ручных манипуляциях со стороны пользователя, необходимых для закрепления дополнительных элементов конструкции или их демонтажа, что снижает удобство использования автомобиля амфибии и делает его неэффективным в режиме эксплуатации с частой сменой среды суша-вода.
Из патентов RU46722, US5315950, JP2000301922, US4691657 известен ряд аналогов. Все они предусматривают способы перемещения автомобиля-амфибии, в котором движение по жесткой поверхности осуществляют на колёсах, аналогично движению автомобиля, при этом понтоны перемещают в транспортировочном положении, обычно наверху автомобиля, движение по глубоким местам водоёмов осуществляют вплавь, опираясь на понтоны, перед движением по глубоким местам водоёмов понтоны опускают с помощью различных механизмов в рабочее положение в нижней зоне автомобиля или под ним.
Устройства аналоги содержат плавучие ёмкости, размещаемые при движении по суше на крыше автомобиля, и устройство крепления и перемещения плавучих ёмкостей из транспортного положения в рабочее и обратно.
Все различия между приведёнными аналогами заключаются в конструкциях плавучих ёмкостей и в устройствах и способах их крепления и перемещения. Основным недостатком указанных аналогов является то, что они реализуют своё преимущество, заключающееся в придании автомобилю возможности плавания по воде, только после того, как автомобиль заехал в воду достаточно глубоко, чтобы появилась возможность опустить плавучие ёмкости настолько, чтобы колёса оторвались от дна. Осуществить описанный в аналогах способ перемещения возможно только в случае ровного берега, а оснащённый описанными в аналогах устройствами автомобиль может съезжать в воду или выезжать на берег только в тех местах, где дно достаточно ровное. Как правило, берега водоёмов мало приспособлены для движения автомобилей. Для подъезда к воде, заезда в воду и выезда из воды, а также перемещения через тяжело преодолимое бездорожье требуется повышенная проходимость, однако описанные в аналогах устройства не повышают, а ухудшают данную характеристику из-за увеличения веса и габаритов.
Известен аналог – патент на изобретение РФ № 2460662, 08.11.2010, описывающий способ перемещения по болотам, в котором движение по отмелям и болотам осуществляют шаганием, причём шагание осуществляют механизмом автоматического перемещения путём циклического попеременного опирания болотохода сначала на один опорный понтон, перемещая при этом второй понтон вдоль направления движения, затем на второй понтон, перемещая первый вдоль направления движения.
Устройство, описанное в приведённом выше патенте представляет из себя агрегат для сбора нефти и нефтепродуктов с загрязненной поверхности болот, включающий шагающий болотоход, состоящий из корпуса, связанного с параллельно установленными понтонами, механизма поочередного перемещения понтонов, отличающийся тем, что корпус представляет собой шасси, установленное на центральные и боковые понтоны, в которые герметично вложены телескопические блоки; механизмы для снятия нагрузок с консольных концов элементов телескопических блоков при их раскрытом состоянии; механизм поворота агрегата; нефтесборный барабан с системой откачки собранной нефти; оградители - понтонные лыжи, навешанные на нефтесборный барабан; оградительные боны, рабочее место операторов - монтажников оградительных бонов, расположенное на шасси болотохода, контейнер для перевозки оградительных бонов и аккумулирования собранной нефти, прицепленный к кормовой части шасси болотохода и гибко связанный с системой откачки собранной нефти. Ещё один аналог, в котором реализован такой же способ перемещения, известен из патента РФ на полезную модель №30701.
В двух перечисленных аналогах использован способ “шагания” плавучих ёмкостей - понтонов для осуществления перемещения транспортного средства. Эти аналоги гораздо лучше приспособлены для преодоления бездорожья, участков мелководья, где ещё невозможно плыть, но уже невозможно перемещаться на колёсах. Их недостатком является отсутствие возможности быстро и маневренно перемещаться по суше. В таких транспортных средствах отсутствуют колёса для передвижения по ровной поверхности и средство, которое обеспечивало бы перемещение плавучих ёмкостей в транспортировочное положение.
Известен аналог – патент на изобретение США №8454399, 04.01.2013, принятый в качестве прототипа предлагаемого способа, в котором движение по жёсткой поверхности осуществляют аналогично движению автомобиля с приводом на колёса, причём при движении по жёсткой поверхности сверху самоходного транспортного средства располагают понтоны, при этом понтоны удерживают механизмом их автоматического перемещения, движение по глубоким местам водоёмов осуществляют вплавь, опираясь на понтоны, при этом самоходное транспортное средство относительно понтонов удерживают механизмом их автоматического перемещения, перед движением по глубоким местам водоёмов понтоны перемещают в нижнее положение по бокам самоходного транспортного средства с помощью механизма автоматического перемещения.
Описанное в приведённом выше патенте устройство принято в качестве прототипа предлагаемого устройства. Оно выполнено в виде автомобиля-амфибии, содержащего плавучие ёмкости, механизм автоматического перемещения плавучих емкостей из положения над самоходным транспортным средством в положение по бокам самоходного транспортного средства и механизм автоматического перемещения плавучих ёмкостей и самоходного транспортного средства друг относительно друга в вертикальном направлении.
Способ прототип повышает удобство и скорость перемещения, так как исключает необходимость ручных манипуляций со стороны пользователя, необходимых для закрепления дополнительных элементов конструкции или их демонтажа, а перемещение понтонов осуществляется автоматически.  Автомобиль-амфибия прототип позволяет перемещаться по суше и по воде и осуществлять переход с суши в воду и из воды на сушу без демонтажа элементов конструкции и без необходимости в ручных манипуляциях со стороны пользователя, необходимых для закрепления дополнительных элементов конструкции или их демонтажа.
Первым недостатком прототипа является низкая проходимость на тяжелых участках дороги и участках мелководья, где ещё невозможно плыть, но уже невозможно перемещаться на колёсах. Вторым недостатком прототипа способа и устройства является низкая устойчивость на воде из-за зависимости продольного дифферента автомобиля, являющегося в этот момент плавательным средством, от распределения груза на автомобиле. Третьим недостатком прототипа, который относится и к предыдущим аналогам, является невозможность использования без существенных доработок обычный автомобиль, широко выпускаемый промышленностью.
Технической задачей изобретения является создание способа и устройства, позволяющего повысить проходимость обычного широко выпускаемого промышленностью транспортного средства по суше, по воде и при заходе в воду.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании способа и устройства взаимного перемещения плавучих ёмкостей и самоходного транспортного средства, которые повышают проходимость транспортного средства при перемещении с суши в воду и обратно, при перемещении через тяжело преодолимое бездорожье, и при преодолении водных преград, без серьёзной доработки самого транспортного средства.
Решение технической задачи в способе перемещения самоходного транспортного средства, обеспечивающим ему высокую проходимость, повышенную устойчивость на воде, в котором движение по жёсткой поверхности осуществляют аналогично движению транспортного средства с приводом на колёса или гусеницы, причём при движении по жёсткой поверхности сверху самоходного транспортного средства располагают плавучие ёмкости, при этом плавучие ёмкости удерживают механизмом их перемещения, движение по глубоким местам водоёмов осуществляют вплавь, опираясь на плавучие ёмкости, при этом самоходное транспортное средство относительно плавучих ёмкостей удерживают механизмом их перемещения, перед движением по глубоким местам водоёмов плавучие ёмкости перемещают в нижнее положение по бокам самоходного транспортного средства с помощью механизма перемещения, достигается тем, что движение по отмелям, болотам и при заходе в водоём осуществляют шаганием, причём шагание осуществляют механизмом перемещения путём циклического попеременного опирания сначала всего самоходного транспортного средства на плавучие ёмкости с подъёмом и перемещением самоходного транспортного средства относительно плавучих ёмкостей вдоль направления движения, затем поднятия плавучих ёмкостей с опиранием самоходного транспортного средства на свои колёса, гусеницы или элементы корпуса с подъёмом и переносом плавучих емкостей вдоль направления движения, а с целью обеспечения продольной остойчивости при движении вплавь осуществляют перемещение самоходного транспортного средства относительно плавучих емкостей тем же механизмом перемещения, которым осуществляют движение шаганием.
Решение технической задачи в устройстве, обеспечивающем высокую проходимость и повышенную устойчивость на воде самоходному транспортному средству, содержащем плавучие ёмкости, механизм перемещения плавучих емкостей из положения над самоходным транспортным средством в положение по бокам самоходного транспортного средства и механизм вертикального перемещения самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей друг относительно друга, выполненный с возможностью переноса веса транспортного средства на плавучие емкости, достигается тем, что содержит элемент, обеспечивающий крепление устройства к самоходным транспортным средствам, в том числе серийно выпускаемым промышленностью, механизм продольного перемещения самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей друг относительно друга, причём механизмы вертикального и продольного относительных перемещений самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей друг относительно друга вместе образуют механизм перемещения шаганием, выполненный с обеспечением попеременного опирания сначала всего самоходного транспортного средства на плавучие ёмкости с подъёмом и перемещением самоходного транспортного средства относительно плавучих ёмкостей вдоль направления движения, затем поднятия плавучих ёмкостей с опиранием самоходного транспортного средства на свои колёса, гусеницы или элементы корпуса с подъёмом и переносом плавучих емкостей вдоль направления движения.
Плавучие ёмкости могут быть закреплены с возможностью быстрой замены к платформам, которые являются частью механизма перемещения шаганием, плавучие емкости могут являться надувными гондолами, элемент, обеспечивающий крепление устройства к самоходным транспортным средствам может быть выполнен с возможностью крепления к раме автомобиля, механизм перемещения плавучих емкостей из положения над самоходным транспортным средством в положение по бокам самоходного транспортного средства и механизм вертикального перемещения самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей друг относительно друга могут иметь общие звенья и содержать вертикальные направляющие, размещенные с каждой стороны в передней и задней частях самоходного транспортного средства,  к которым  с возможностью вертикального перемещения закреплены каретки, по две с каждой стороны самоходного транспортного средства, при этом к каждой каретке с возможностью поворота относительно продольной оси самоходного транспортного средства прикреплен своим первым концом рычаг, имеющий на втором конце шарнир, ось вращения которого перпендикулярна продольной оси самоходного транспортного средства, к шарнирам каждой находящихся с одной стороны самоходного транспортного средства пары рычагов закреплены муфты рычагов, в которые вставлена передним и задним концом с возможностью вращения вокруг своей продольной оси балка, причем балка закреплена к муфте заднего рычага без возможности продольного скольжения, а к муфте переднего рычага с возможностью продольного скольжения относительно переднего рычага,  а также содержат силовые приводы для перемещения кареток, поворота рычагов и вращения балки, механизм продольного перемещения самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей друг относительно друга содержит находящиеся с каждой стороны самоходного транспортного средства платформы, соответствующие длине самоходного транспортного средства, с закрепленными к ним плавучими ёмкостями, причём к каждой платформе неподвижно закреплены продольные направляющие, к которым с возможностью продольного скольжения закреплены муфты балок, которые неподвижно закреплены рядом с передним и задним концами каждой балки, а также содержит силовой привод, закрепленный с возможностью перемещения каждой платформы относительно своей балки.
На фиг.1 изображён вид сзади самоходного транспортного средства с устройством, обеспечивающим ему высокую проходимость.
На фиг.2 изображён вид сбоку самоходного транспортного средства с устройством, обеспечивающим ему высокую проходимость.
На фиг.3 изображено перемещение плавучих ёмкостей из транспортировочного положения в исходное положение при перемещении шагами.
На фиг.4 изображена начальная фаза одного шага самоходного транспортного средства в режиме перемещения шагами.
На фиг.5 изображена завершающая фаза одного шага самоходного транспортного средства в режиме перемещения шагами.
На фиг.6 изображено начальное и конечное положение одного шага самоходного транспортного средства в режиме перемещения шагами.
Устройство, обеспечивающее высокую проходимость самоходному транспортному средству, изображенное на рисунке 1, содержит плавучие ёмкости 1 в виде гондол, которые закреплены с возможностью быстрой замены к платформам 13, являющимся частью механизма перемещения шаганием. Длина платформ 13 приблизительно равна длине всего транспортного средства 3. Устройство закреплено к раме 2 самоходного транспортного средства 3, являющегося автомобилем. Механизм перемещения плавучих емкостей 1 из положения над самоходным транспортным средством 3 в положение по бокам самоходного транспортного средства 3 и механизм вертикального перемещения самоходного транспортного средства 3 и плавучих ёмкостей 1 друг относительно друга имеют общие звенья и содержат вертикальные направляющие 4, размещенные с каждой стороны в передней и задней частях самоходного транспортного средства 3,  к которым  с возможностью вертикального перемещения закреплены каретки 5, по две с каждой стороны самоходного транспортного средства 3, к каждой каретке 5 с возможностью поворота относительно продольной оси самоходного транспортного средства 3 прикреплен своим первым концом рычаг 6, имеющий на втором конце шарнир 7, как показано на рисунке 2, ось вращения которого перпендикулярна продольной оси самоходного транспортного средства 3, к шарнирам 7 каждой находящихся с одной стороны самоходного транспортного средства пары рычагов 6 закреплены муфты 8 рычагов, в которые вставлена передним и задним концом с возможностью вращения вокруг своей продольной оси балка 9, причем балка 9 закреплена к муфте 8 заднего рычага 6 без возможности продольного скольжения, а к муфте 8 переднего рычага 6 с возможностью продольного скольжения относительно переднего рычага 6.  Имеются силовой привод 10 для перемещения кареток 5, силовой привод 11 для поворота рычагов 6, силовой привод 12 для вращения балки 9. Механизм продольного перемещения самоходного транспортного средства 3 и плавучих ёмкостей 1 друг относительно друга содержит находящиеся с каждой стороны самоходного транспортного средства 3 платформы 13, с закрепленными к ним плавучими ёмкостями 1, причём к каждой платформе 13 неподвижно закреплены продольные направляющие 14, к которым с возможностью продольного скольжения закреплены муфты 15 балок 9, которые неподвижно закреплены к каждой балке 9 рядом с её передним и задним концами. Для перемещения каждой платформы 13 относительно своей балки 9 имеется силовой привод 16.
Рассмотрим пример конкретной реализации устройства, обеспечивающего высокую проходимость самоходному транспортному средству. В качестве самоходного транспортного средства 3 используется автомобиль КАМАЗ-4310 с кузовом типа “КУНГ” для размещения людей. Плавучие ёмкости 1 выполнены в виде надувных гондол, которые надуваются непосредственно перед началом плавания или перемещения по труднопроходимой местности. Этим достигается уменьшение габарита транспортного средства 3 при движении по обычным дорогам. Поворотные рычаги 6 выполнены в виде каркаса, собранного сваркой из труб прямоугольного сечения. Каркас имеет треугольную форму, которая обеспечивает максимальную жёсткость. Каждая пара вертикальных направляющих 4 является элементом жёсткого каркаса, собранного сваркой из труб прямоугольного сечения и закреплённого к раме 2 транспортного средства 3.  К транспортному средству 3 закреплено четыре таких каркаса, по два с каждой стороны, причём два из них закреплены между колёсными осями ближе к кабине транспортного средства 3, два других за задней осью.  Каретки 5 имеют поверхности, скользящие по направляющим 4. Для перемещения каретки 5 по своим вертикальным направляющим 4 применяется силовой привод 10, состоящий из гидромотора с редуктором и цепной передачей. Гидромотор силового привода 10 размещён снизу, под рамой 2 транспортного средства 3 для снижения положения центра тяжести всей конструкции. На каждой каретке 5 закреплён поворотный привод 11, выполненный в виде гидромотора с редуктором, приводная ось которого соединена с балкой поворотного рычага 6 с возможностью его поворота. К вершине треугольника, которым является каждый поворотный рычаг 6, закреплены шарниры 7, в которые установлены муфты 8, в которые продеты продольные балки 9.
Для того чтобы при размещении платформ 13 по сторонам автомобиля 3 передний и задний рычаги 6 могли располагаться на разной высоте (балка 9 с платформами 13 при этом располагается не параллельно автомобилю, а под углом к горизонту), необходимо чтобы оба конца балки 9 были шарнирно закреплены с возможностью вращения вокруг поперечной оси автомобиля 3 и точка крепления балки 9 хотя бы к одному рычагу 6 скользила относительно него, поскольку расстояние между точками крепления балки 9 при этом будет изменяться. Поэтому задняя часть балки 9 продета в муфту 8 заднего рычага 6 с возможностью вращения, а передняя часть балки 9 продета в муфту 8 переднего рычага 6 с возможностью вращения и продольного скольжения.  Продольные балки 9 имеют круглое сечение и выполнены из толстостенных труб. На задних поворотных рычагах 6 закреплены поворотные приводы 12 для вращения балки 9, каждый из которых является гидромотором с редуктором. На каждой балке 9 жёстко закреплены две муфты 15, одна спереди, ближе к кабине транспортного средства 3, а одна сзади, ближе к задней колёсной оси транспортного средства 3. Муфты  15 закреплены путём обжатия балки 9. Муфты 15 с продольными направляющими 14 являются парами скольжения. Продольные направляющие 14 выполнены из стального профиля. Для обеспечения скольжения продольных направляющих 14 относительно муфт 15 поверхность скольжения муфты 15 выполнена из полиамида, а поверхность направляющей 14 стальная, причём в муфте 15 имеется система смазки. Для линейного перемещения продольных направляющих 14 относительно муфт 15 применяются приводы, выполненные в виде гидромотора с редуктором 16 и цепной передачей с цепью 17, ведущей звездочкой 18 и ведомой звездочкой 19. К продольным направляющим 14 болтами закреплены платформы 13, длина которых приблизительно равна длине транспортного средства,  выполненные из полимерного материала.  Плавучие ёмкости 1 крепятся к платформам 13 замковым быстросъёмным соединением, для обеспечения быстрой замены или ремонта плавучих ёмкостей 1. Муфты 8 рычагов 6 крепятся через шарниры 7 для обеспечения дополнительной степени свободы при креплении балки 9, для возможности её крепления к двум поворотным рычагам 6.
Рассмотрим пример реализации способа перемещения самоходного транспортного средства, обеспечивающего ему высокую проходимость. При движении по обычным дорогам воздуха в гондолах 1 нет и они компактно уложены. Каретки 5 находятся в положении сверху самоходного транспортного средства транспортного средства 3, поворотные рычаги 6 находятся в вертикальном положении, обеспечивая верхнее положение платформ 13 с присоединенными гондолами 1, как показано на рисунке 2. При этом самоходное средство передвигается как обычно, на колёсах. Перед началом движения по бездорожью или по воде рычаги 6 с помощью силовых приводов 11 поворачивают так, что платформа 13 переходит в горизонтальное положение, при этом гондолы 1 располагаются сверху платформ 13, как показано на рисунке 3 а. Гондолы 1 заполняют воздухом и они приобретают требуемую для плавания и передвижения по бездорожью форму. После этого балку 9 поворачивают с помощью силового привода 12, как показано на рисунке 3 б, после чего гондолы 1 оказываются снизу платформ 13, как показано на рисунке 4 а. Для передвижения по бездорожью платформу 13 с гондолами 1 с помощью привода 16 и цепной передачи 17 перемещают вперёд, как показано на рисунке 4 б. Каретки 5 с помощью силовых приводов 10 перемещают по направляющим 4 в нижнее положение, при этом гондолы 1 упираются в поверхность земли, а транспортное средство 3 поднимается над поверхностью земли, как показано на рисунке 4 в. Далее с помощью  привода 16 и цепной передачи 17 транспортное средство 3 перемещают вперёд, как показано на рисунке 5 а. Затем каретки 5 поднимают, в следствии чего платформы 13 с гондолами 1 поднимаются относительно транспортного средства 3, а само транспортное средство 3 опускается на поверхность земли, как показано на рисунке 5 б. Когда каретки 5 доходят до верхнего положения, транспортное средство 3 стоит на поверхности, а гондолы 1 подняты на определенной высоте над поверхностью земли, как показано на рисунках 5 б, в. Таким способом осуществляется шаг. Дальнейшие движения повторяют в цикле, осуществляя тем самым перемещение транспортного средства 3 по бездорожью шагами. На рисунке 6 изображено начальное и конечное положение одного шага самоходного транспортного средства в режиме перемещения шагами. Такое движение эффективно на пересечённой местности, болотах, при входе в водоём, когда движение на колёсах невозможно. При нахождении в воде транспортное средство 3 перемещают вдоль продольной оси относительно гондол 1, обеспечивая при этом правильное размещение центра тяжести для  устранения дифферента, вызванного неравномерным размещением груза на транспортном средстве 3.
Достижение технического результата предлагаемым способом перемещения самоходного транспортного средства, обеспечивающим ему высокую проходимость, повышенную устойчивость на воде, достигается благодаря осуществлению перемещения шагами, при котором в качестве одной из опор является само транспортное средство, а кинематика шагающих движений образована простыми движениями – вертикальным и горизонтальным относительными перемещениями транспортного средства и плавучих ёмкостей. Это позволяет повысить проходимость транспортного средства при перемещении с суши в воду и обратно, при перемещении через тяжело преодолимое бездорожье, при преодолении водных преград и не требует серьёзной доработки самого транспортного средства. Данный способ позволяет осуществлять переход из режима движения на колёсах или гусеницах в шагающий режим быстро и без длительных подготовительных операций. Достижение технического результата в способе обеспечивается также благодаря возможности изменять продольный дифферент в режиме перемещения вплавь путём продольного перемещения друг относительно друга плавучих емкостей и транспортного средства, которое используется и при перемещении шагами. Это обеспечивает устойчивость транспортного средства на воде при перемещении вплавь.
Достижение технического результата в устройстве, обеспечивающем высокую проходимость и повышенную устойчивость на воде самоходному транспортному средству, достигается благодаря наличию простых механизмов продольного и вертикального относительных перемещений самоходного транспортного средства и плавучих ёмкостей.