КОЛЕСНО-ШАГАЮЩЕЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
WHEELED-WALKER VEHICLE

Изобретение относится к автомобилям высокой проходимости. Известно колесно-шагающее транспортное средство (ТС) Гоу-Девл, состоящее из корпуса, колес с балансирами, их приводов и поворотного устройства (Кн. «Колесные автомобили высокой проходимости» Н.В.Гринченко и др. - Москва, 1967. - С.125; «Вездеходные колесные и комбинированные двигатели» Я.С.Агейкин. - Москва, 1972. - С.159-164). Данная конструкция принята за прототип.
Ее недостатки:
1. Отдельно расположенные колеса не нивелируют неровности дороги и неравномерно нагружаются, это уменьшает плавность хода, скорость движения.
2. Использование сочлененного корпуса определяет равенство углов поворота колес обоих бортов, это приводит к проскальзыванию колес в пятне контакта с дорогой, снижению устойчивости ТС, износу шин. Допустимо при эксплуатации на грунте.
3. Прохождение поворота возможно с пониженной скоростью, из-за выноса центра тяжести ТС от продольной оси в сторону противоположную повороту, невозможности отключения управления задней осью.
4. При выходе из строя любого колеса движение невозможно.
5. Сочлененный корпус уменьшает степень возможности использования ТС, оказывает повышенное гидро- и аэродинамическое сопротивление.
6. Наличие только двух далеко разнесенных осей определяет малую нагрузочную способность, большой радиус поворота и большой радиус продольной проходимости ТС.
Цель изобретения - повышение технико-эксплуатационных качеств ТС.
С этой целью у ТС, состоящего из корпуса, многоопорного шасси с колесами на балансирах, их приводов и поворотного устройства, введены поперечно расположенные гидроцилиндры с двухсторонним штоком, опоры состоят из двух тандемно расположенных колес на балансирах, ступицы колес которых жестко связаны упругим поворотным рычагом, ступицы внешних тандемных колес снабжены разнесенным шарниром и шкворнем со стержнем, подвижно в окружном направлении связанного с прилегающим балансиром, ступицы внутренних тандемных колес выполнены с осью, подвижно в окружном направлении связанной с прилегающим балансиром, штоки гидроцилиндров выполнены свободными в окружном направлении и жестко связаны с прилегающими внутренними тандемными балансирами, при этом тандемные балансиры расположены параллельно, кинематически связаны и совместно с колесами и поворотным рычагом образуют пространственный шарнирный параллелограмм, ступицы тандемно расположенных колес противоположных бортов совместно с примыкающими к ним с двух сторон деталями образуют силовое кольцо, тандемные балансиры снабжены червячными передачами с соосно связанными червяками и разнесенными приводными электродвигателями.
Новыми отличительными признаками по сравнению с прототипом являются:
1. Введены поперечно расположенные гидроцилиндры с двухсторонним штоком.
2. Опоры состоят из двух тандемно расположенных колес на балансирах, ступицы колес жестко связаны упругим поворотным рычагом.
3. Ступицы внешних тандемных колес снабжены разнесенным шарниром и шкворнем со стержнем, подвижно в окружном направлении связанным с прилегающим балансиром.
4. Ступицы внутренних тандемных колес выполнены с осью, подвижно в окружном направлении связанной с прилегающим балансиром.
5. Штоки гидроцилиндров выполнены свободными в окружном направлении и жестко связаны с основаниями прилегающих внутренних тандемных балансиров.
6. Тандемные балансиры расположены параллельно, кинематически связаны и совместно с колесами и поворотным рычагом образуют шарнирный параллелограмм.
7. Ступицы тандемно расположенных колес противоположных бортов совместно с примыкающими с двух сторон деталями образуют силовое кольцо.
8. Тандемные балансиры снабжены червячными передачами с соосно связанными червяками и разнесенными приводными электродвигателями.
На чертеже - разрез (сечение) ТС по совмещенным в одной плоскости осям колес и оснований балансиров.
ТС содержит корпус 1, четыре пары тандемно расположенных колес 2, 3, установленных на балансирах 4, 5, два гидроцилиндра 6, 7 со штоками 8, 9. Ступицы 10, 11 тандемных колес 2, 3 жестко связаны упругим поворотным рычагом 12. Ступицы 10 внешних тандемных колес 2 снабжены разнесенным шарниром 13 и шкворнем 14 со стержнем 15, подвижно в окружном направлении установленным в балансире 4. Ступицы 11 внутренних тандемных колес 3 выполнены с осью 16, подвижно в окружном направлении установленной на внутренних балансирах 5. Штоки 8, 9 гидроцилиндров 6, 7 выполнены свободными в окружном направлении относительно поршня 17 и жестко связаны с основаниями внутренних балансиров 5. Балансиры 4 внешних колес 2 жестко установлены на валах 18, 19, которые связаны между собой в осевом направлении муфтой 20, но свободны в окружном направлении. На валах 18, 19 и штоках 8, 9 установлены червячные колеса 21, 22 с соосными червяками 23, 24 и электродвигателями ЭД-1, ЭД-2, ЭД-3, ЭД-4, ЭД-5, ЭД-6, ЭД-7, ЭД-8.
Тандемное и рядное (см. чертеж) расположение колес 2, 3 дает следующие преимущества:
1. Уменьшается центр тяжести ТС, повышается надежность работы - движение возможно при выходе из строя одного, двух, трех колес (с меньшей скоростью). Нет необходимости в запасном колесе.
2. Повышается проходимость из-за меньших нагрузок колес 2, 3 на грунт, меньшего сопротивления движению вторых, третьих и четвертых колес 2, 3, большей возможной ширины преодолеваемой канавы, ямы.
3. Повышаются скорость движения и плавность хода из-за большей нивелировки неровностей дороги, меньшей жесткости и величины неподрессоренных масс колес 2, 3.
4. Повышаются эффективность и надежность торможения из-за большего числа колес 2, 3 (лучшее охлаждение) и отсутствия аквапланирования у большинства колес при движении на большой скорости по мокрой дороге.
5. Улучшается держание ТС дороги из-за постоянного контакта с дорогой большого числа колес 2, 3.
6. Повышается безопасность при боковом столкновении.
Для поворота ТС масло под давлением подается в соответствующие полости гидроцилиндров 6, 7, а из противоположных полостей масло направляется на слив в бак. Усилия от поршней 17 через штоки 8, 9, балансиры 5, оси 16 передаются на внутренние тандемные колеса 3, которые перемещаются в поперечном направлении совместно с жестко закрепленными концами упругих поворотных рычагов 12, поворачивающих внешние тандемные колеса 2. При поперечном перемещении внутренних тандемных колес 3 расстояние между опорами рычагов 12 на колесах 2, 3 «увеличивается», рычаги 12 растягиваются и изгибаются, а балансиры 4, 5 испытывают сложный изгиб. При больших углах поворота ТС это может привести к опасным напряжениям в деталях. Для их уменьшения и согласованного поворота колес 2, 3 противоположных бортов предусматривается сближение осей тандемных колес 2, 3 путем поворота их балансиров 4, 5 при помощи индивидуальных электродвигателей (ЭД). Некоторое угловое смещение тандемных балансиров 4, 5 возможно благодаря наличию между червяками 23, 24 связующего вала 25 малого диаметра и значительной длины путем его закрутки.
При выходе ТС из поворота давление в переднем гидроцилиндре 6 сбрасывается и пары передних тандемных колес 2, 3 возвращаются в нейтральное положение под действием стабилизирующих моментов, а пары задних тандемных колес 2, 3 возвращаются в нейтральное положение принудительно задним гидроцилиндром 7 и под действием конических пружин 26.
Рассмотрим левый поворот ТС (см. чертеж). Внутренние тандемные колеса 3 перемещаются гидроцилиндрами 6, 7 вправо, поворотные рычаги 12 поворачивают передние колеса 2 налево, а задние колеса 2 направо, поворотные рычаги 12 при этом изгибаются и растягиваются. Одновременно электродвигатели ЭД-5 и ЭД-6, ЭД-7 и ЭД-8 правого борта поворачивают балансиры 4, 5 с колесами 2, 3 вниз, приподнимая правый борт, при этом путем углового рассогласования углов поворотов спаренных электродвигателей (ЭД-5 и ЭД-6, ЭД-7 и ЭД-8) обеспечивается некоторое сближение концов тандемных балансиров 4, 5, пропорциональное углу поворота ТС, уменьшая расстояние между осями колес 2, 3 и уменьшая напряжения в деталях. Электродвигатели левого борта ЭД-1 и ЭД-2, ЭД-3 и ЭД-4 поворачивают балансиры 4, 5 с колесами 2, 3 вверх, опуская левый борт, при этом осуществляется большее сближение концов балансиров 4, 5, осей колес 2, 3, обеспечивая больший изгиб поворотных рычагов 12 левого борта и соответственно больший поворот переднего и заднего колес 2 левого борта, расположенных ближе к полюсу поворота.
Поворот и вращение тандемных балансиров 4, 5 осуществляется двумя соосными разнесенными электродвигателями ЭД-1 и ЭД-2, ЭД-3 и ЭД-4, ЭД-5 и ЭД-6, ЭД-7 и ЭД-8.
Преимущества:
1. При повороте ТС, при подъеме внешнего борта и опускании внутреннего борта по отношению к полюсу поворота, что повышает поперечную устойчивость ТС, осуществляется сближение осей тандемных колес 2, 3 в малой степени внешнего борта и в большей степени внутреннего борта и соответственно больший поворот колес 2, 3 внутреннего борта, обеспечивается согласованный поворот всех колес ТС.
2. Упрощается возможность создания активной подвески путем управления электродвигателями.
3. При подъеме четырех угловых колес 2 облегчается и ускоряется поворот ТС на месте путем вращения колес 2, 3 бортов в противоположные стороны.
4. При выходе из строя любого электродвигателя вращение тандемных балансиров 4, 5 обеспечивается соосным электродвигателем (при небольшом угловом смещении от параллельности продольных осей балансиров 4, 5 из-за закручивания связующего вала 25). Повышается надежность работы ТС.
При наличии переключающей муфты между валами рядом расположенных электродвигателей ЭД-2 и ЭД-3, ЭД-6 и ЭД-7 надежность увеличивается дополнительно.
Штоки 8, 9 гидроцилиндров 6, 7 связаны с поршнем 17 в осевом направлении и свободны в окружном, это обеспечивает возможность их независимого вращения.
Подобным образом валы 18, 19 связаны с муфтой 20 в осевом и окружном направлениях.
Ступицы 10, 11 тандемных колес 2, 3 противоположных бортов совместно с внешних сторон расположенными жестко связанными поворотными рычагами 12 и в осевом направлении расположенными подвижно связанными в окружном направлении деталями образуют силовое кольцо. Это увеличивает устойчивость колес 2, 3 к внешним воздействиям.
Этому способствует и размещение оси поворота колеса 2, оси разнесенного шарнира 13 в центральной плоскости колеса 2.
Балансиры 4, 5 тандемных колес 2, 3 равны по длине и параллельны, кинематически связаны и совместно с колесами 2, 3 и поворотным рычагом 12 образуют шарнирный параллелограмм. Его изменение и фиксация осуществляются двумя электродвигателями, например ЭД-1 и ЭД-2, при помощи червячных передач, состоящих из двух соосных червяков 23, 24 и двух червячных колес 21, 22, одно (21) из которых жестко связано с валом 18(19) балансира 4 переднего (заднего) колеса 2, а другое (22) имеет подвижное шлицевое соединение со штоком 8 (9) гидроцилиндра 6 (7).
Нагрузки от колес 2, 3 с балансирами 4, 5 воспринимаются валами 18, 19 и штоками 8, 9, при малой жесткости они выполняют роль подвески.
Наличие шарнирного параллелограмма определяет неизменное угловое положение в пространстве ступиц 10, 11 колес 2, 3 и поворотных рычагов 12, поэтому возможна установка щитков - обтекателей над колесами 2, 3, эффективных при любых положениях балансиров 4, 5.
На чертеже - длина базы ТС минимальная, при повороте задних тандемных пар балансиров 4, 5 на 180 градусов - длина базы ТС - максимальная.
Колеса 2, 3 передних и задних тандемных пар двух бортов кинематически связаны и при повороте ТС угловые перемещения колес зависимы. Но между передними и задними тандемными парами колес 2, 3 определенной зависимости нет. В зависимости от конкретных условий возможно:
- при нормальных передних управляемых тандемных колесах 2, 3 назначать, иметь наиболее благоприятные углы поворота задних тандемных колес 2, 3;
- осуществлять поворот задних тандемных колес 2, 3 на меньшую величину и с запаздыванием;
- иметь блокированные задние тандемные колеса 2, 3;
При большой скорости движения повышается управляемость и устойчивость ТС, при езде по бездорожью обеспечивается двухколейный путь, даже при повороте ТС, повышается проходимость ТС и уменьшается потребная мощность двигателя.
Кинематическая связь тандемных колес 2, 3 с балансирами 4, 5 при помощи соосных червячных передач позволяет осуществлять подъем или одной пары тандемных колес 2, 3 или двух пар или всех колес. Повышаются углы преодолеваемых подъемов (особенно при максимальной базе), спусков, косогоров, обеспечивается высота корпуса 1, удобная для погрузки и выгрузки грузов. Преодоление трудных участков пути (болото, грязь) возможно путем вращения любой пары тандемных балансиров 4, 5 с заторможенными колесами 2, 3 или синхронное вращение всех пар балансиров 4, 5.
Прохождение поворотов возможно осуществлять с наклоном корпуса 1 в сторону поворота путем опускания и подъема колес 2, 3 соответствующих бортов. Повышается поперечная устойчивость ТС, скорость прохождения поворота или уменьшается радиус поворота.
В экстремальном случае возможно интенсивное торможение ТС путем опускания корпуса 1 на полотно дороги (на днище корпуса 1 должны быть специальные накладки).
Преодоление водных преград возможно как вброд, так и вплавь путем подъема всех колес 2, 3 выше уровня воды, опускания части ведущих колес 2, 3 на определенную глубину, использования их в качестве водного двигателя и для поворота. При этом единый корпус 1 оказывает минимальное гидро - и аэродинамическое сопротивление.
Привод ТС осуществляется моторколесами с шинами регулируемого давления или с металлоэластичными колесами, например, по патенту №2. 245. 256. Альтернативными приводами могут быть гидропривод при помощи гидромоторколес или воздушный винт.
Возможен поворот ТС на месте с опорой в основном на внутренние, средние колеса 3, при вращении колес 2, 3 бортов в противоположные стороны.
Зимой для передвижения по снегу возможна замена передних тандемных колес 2, 3 на лыжи, при этом задние ведущие колеса 2, 3 движутся по лыжне, что увеличивает их тяговое усилие.
При эксплуатации ТС отпадает необходимость в домкрате.
Конструкция ТС сравнительно проста, надежна и маневренна, имеет повышенную скорость, плавность хода и безопасность. При большой скорости ТС обеспечивается повышенная управляемость и устойчивость, при движении по бездорожью повышается проходимость и снижается затраты мощность на движение. Все это существенно повышает уровень технико-эксплуатационных качеств ТС.