РАМА СНЕГОХОДА
SNOWMOBILE FRAME

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Данное изобретение относится к рамам снегоходов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Снегоходы, в частности снегоходы общественного пользования, иногда используются в районах, где нет обустроенных трасс. В таких условиях передние лыжи снегохода могут ударяться о предметы, скрытые из виду снегом, такие как камень или пень дерева. При этом рамы этих снегоходов должны быть достаточно жесткой конструкции, чтобы выдерживать эти удары.
Как показано на фиг.1, рама 10 известного снегохода включает в себя туннель 12, выполненный из штампованного листового металла и имеющий поперечное сечение в форме перевернутой буквы U. Внутри туннеля 12 расположена, в частности, бесконечная ведущая гусеница (не показана). К передней части туннеля 14 прикреплена опорная рама 14 двигателя, например, болтами, сваркой или путем формирования туннеля и опорной рамы как единого целого. Опорная рама 14 двигателя поддерживает двигатель 16 внутреннего сгорания, сообщающего ведущей гусенице мощность через трансмиссию (не показана) для продвижения снегохода. Собственная жесткость двигателя 16 вносит дополнительную жесткость в опорную раму 14 двигателя. Узел 18 передней подвески включает в себя траверсу 20, которая также образует переднюю часть опорной рамы 14 двигателя. Траверса 20 поддерживает пару передних лыж 22, каждую через посредство амортизатора 24. Жесткость рамы 10 можно дополнительно увеличить за счет введения пирамидальной несущей конструкции (не показана), соединенной с туннелем 12, опорной рамой 14 двигателя и узлом 18 передней подвески.
В случае когда одна из лыж снегохода ударяется о какой-то предмет, рама 10 по-разному амортизирует силы в зависимости от серьезности удара. Легкие удары амортизируются главным образом амортизатором 24. Более тяжелые удары достаточно сильны, чтобы полностью сжать амортизатор, в результате чего удар в большей мере приходится на жесткие части рамы 10, а именно туннель 12, опорную раму 14 и узел 18 передней подвески. В большинстве случаев рама 10 оказывается достаточно жесткой, чтобы выдержать эти удары, не подвергаясь неустранимому повреждению. Однако есть вероятность того, что удар окажется достаточно сильным, чтобы вызвать пластическую деформацию рамы 10. Пластическая деформация возникает в части рамы 10, которая конструктивно является слабейшей, и обычно это происходит либо в части туннеля 12 либо в боковых стенках опорной рамы 14 двигателя, которые образуют часть соединения между тоннелем 12 и опорной рамой 14 двигателя. В результате пластическая деформация рамы 10 обычно вызывает рассогласование между опорной рамой 14 двигателя и туннелем 14, а значит, и между компонентами трансмиссии, которые передают мощность от двигателя 16 к бесконечной гусенице, что потенциально приводит к выходу снегохода из строя.
Попытки отремонтировать снегоход путем восстановления формы имеющейся рамы 10 может привести к менее совершенному согласованию между компонентами трансмиссии, поскольку изгибы не всегда можно устранить полностью. В этих случаях важно отремонтировать транспортное средство адекватным образом, не заменяя всю раму 10, что приводит к большим затратам на ремонт.
Следовательно, существует потребность в раме снегохода, затраты на ремонт которой, обусловленный подверженностью сильным ударам, снижены.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы нивелировать, по меньшей мере, некоторые из неудобств, характерных для известных технических решений.
Задача данного изобретения также состоит в том, чтобы разработать раму снегохода, имеющую зону смятия между узлом передней подвески и опорной рамой двигателя.
Задача данного изобретения также состоит в том, чтобы разработать раму снегохода, которая поддерживает согласование между опорной рамой двигателя и туннелем, когда подвергается удару достаточно сильному, чтобы повредить раму.
Задача данного изобретения также состоит в том, чтобы разработать раму снегохода, сопротивляющуюся пластической деформации туннеля, когда подвергается удару достаточно сильному, чтобы повредить раму.
В одном аспекте в изобретении предложена рама снегохода, содержащая туннель, имеющий форму перевернутой буквы U. Опорная рама двигателя, предназначенная для поддержания двигателя с коленчатым валом, ориентированным в поперечном направлении, крепится к передней части туннеля и проходит вперед от туннеля. Перед опорной рамой двигателя расположен узел подвески. По меньшей мере, один несущий элемент поддерживает узел подвески на опорной раме двигателя. Каждый упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент имеет заднюю часть, соединенную с опорной рамой двигателя, и переднюю часть, соединенную с узлом подвески. Упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент имеет зону смятия между узлом подвески и опорной рамой двигателя.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент представляет собой, по меньшей мере, один, по существу, треугольный несущий элемент.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент включает в себя загнутый листовой металл.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент содержит два несущих элемента.
В дополнительном аспекте каждый упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент имеет основание, обращенное в основном назад и прикрепленное к опорной раме двигателя, и вершину, обращенную в основном вперед и прикрепленную к узлу подвески. Эта вершина расположена сбоку снаружи от основания относительно продольной осевой линии рамы.
В дополнительном аспекте пирамидальная несущая конструкция расположена в основном над тоннелем и опорной рамой двигателя. Пирамидальная несущая конструкция имеет два первых элемента, соединенных с туннелем. Пирамидальная несущая конструкция имеет два вторых элемента, соединенных с соответствующими из двух несущих элементов. Вторые элементы расположены перед первыми элементами.
В дополнительном аспекте вершина каждого упомянутого, по меньшей мере, одного несущего элемента расположена сбоку снаружи от опорной рамы двигателя относительно продольной осевой линии рамы.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент подвергается пластической деформации в ответ на действие силы, величина которой находится в диапазоне между 17000 Н и 22000 Н, прикладываемой к узлу подвески. Упомянутая сила ориентирована в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала, и наклонена кверху и назад от горизонтали под углом, величина которого находится в диапазоне между 62 градусами и 68 градусами.
В дополнительном аспекте, упомянутая сила составляет около 22000 Н. Эта сила ориентирована под углом примерно 65 градусов от горизонтали.
В дополнительном аспекте узел подвески включает в себя в основном поперечную траверсу. К траверсе прикреплены левая и правая телескопические подпорки. Упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент крепится к узлу подвески посредством траверсы.
В дополнительном аспекте узел подвески отстоит от опорной рамы двигателя.
В дополнительном аспекте в изобретении предложена рама снегохода, содержащая туннель, имеющий форму перевернутой буквы U. Опорная рама двигателя, предназначенная для поддержания двигателя с коленчатым валом, ориентированным в поперечном направлении, крепится к передней части туннеля и проходит вперед от туннеля. Перед опорной рамой двигателя расположен узел подвески. Узел подвески включает в себя, по меньшей мере, один амортизатор. Упомянутый, по меньшей мере, один амортизатор имеет крайнее нижнее положение. По меньшей мере, один несущий элемент поддерживает узел подвески на опорной раме двигателя. Упомянутый, по меньшей мере, один амортизатор достигает крайнего нижнего положения в ответ на первую заданную силу, прикладываемую к узлу подвески. Упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент сопротивляется пластической деформации в ответ на первую заданную силу, прикладываемую к узлу подвески. Упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент подвергается пластической деформации в ответ на вторую заданную силу, прикладываемую к узлу подвески. Вторая заданная сила больше по величине, чем первая заданная сила. Туннель сопротивляется пластической деформации в ответ на вторую заданную силу, прикладываемую к узлу подвески.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент представляет собой, по меньшей мере, один в основном треугольный несущий элемент.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент включает в себя загнутый листовой металл.
В дополнительном аспекте упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент содержит два несущих элемента.
В дополнительном аспекте каждый упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент имеет основание, обращенное в основном назад и прикрепленное к опорной раме двигателя, и вершину, обращенную в основном вперед и прикрепленную к узлу подвески. Эта вершина расположена сбоку снаружи от основания относительно продольной осевой линии рамы.
В дополнительном аспекте пирамидальная несущая конструкция расположена в основном над тоннелем и опорной рамой двигателя. Пирамидальная несущая конструкция имеет два первых элемента, соединенных с туннелем. Пирамидальная несущая конструкция имеет два вторых элемента, соединенных с соответствующими из двух несущих элементов. Вторые элементы расположены перед первыми элементами.
В дополнительном аспекте вершина каждого упомянутого, по меньшей мере, одного несущего элемента расположена сбоку снаружи от опорной рамы двигателя относительно продольной осевой линии рамы.
В дополнительном аспекте величина второй заданной силы находится в диапазоне между 17000 Н и 22000 Н. Вторая заданная сила ориентирована в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения коленчатого вала, и наклонена кверху и назад от горизонтали под углом, величина которого находится в диапазоне между 62 градусами и 68 градусами.
В дополнительном аспекте, величина второй заданной силы составляет около 22000 Н. Вторая заданная сила наклонена кверху и назад от горизонтали под углом примерно 65 градусов.
В дополнительном аспекте узел подвески включает в себя в основном поперечную траверсу. К траверсе прикреплены левая и правая телескопические подпорки. Упомянутый, по меньшей мере, один несущий элемент крепится к узлу подвески посредством траверсы.
В дополнительном аспекте узел подвески отстоит от опорной рамы двигателя.
В целях, преследуемых этой заявкой, термины направления, такие как «горизонтальный(ая, ое)» и «вертикальный(ая, ое)», в связи с частью снегохода относятся к ориентации этой части, когда та размещена на снегоходе, который движется прямо на уровне грунта и в котором в нормальном положении для вождения сидит водитель весом 77,1 кг (170 фунтов), а упомянутые термины направления следует понимать так, как воспринимал бы соответствующие направления водитель, сидя в нормальном положении для вождения.
Каждый из вариантов осуществления данного изобретения имеет, по меньшей мере, одну из вышеупомянутых задач и/или один из вышеупомянутых аспектов, но не обязательно имеет все такие аспекты и/или признаки. Следует понять, что некоторые аспекты данного изобретения, которые стали результатом попыток решить вышеупомянутые задачи, могут не удовлетворять решению этих задач и/или удовлетворять решению других задач, которые здесь не оговорены конкретно.
Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества конкретных вариантов осуществления данного изобретения станут ясными из нижеследующего подробного описания, сопроводительных чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы лучше понять данное изобретение, а также другие его аспекты и дополнительные признаки, надо обратиться к нижеследующему описанию, которым надлежит пользоваться вместе с сопроводительными чертежами, на которых:
фиг.1 - вид в перспективе спереди слева рамы снегохода в соответствии с известным уровнем техники;
фиг.2 - вид в перспективе спереди справа снегохода;
фиг.3 - вид сверху рамы и лыж снегохода согласно фиг.2;
фиг.4 - вид спереди рамы и лыж снегохода согласно фиг.2;
фиг.5 - вид сбоку несущего элемента;
фиг.6А и 6В - виды в перспективе спереди справа левого и правого несущих элементов, соответственно; и
фиг.7 - виды в перспективе спереди слева несущего элемента, прикрепленного к раме снегохода.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как показано на фиг.2, снегоход 100 в соответствии с данным изобретением включает в себя переднюю часть 102 и заднюю часть 104, которые определяются в соответствии с направлением движения транспортного средства вперед. Как лучше всего видно на фиг.3 и 4, снегоход 100 включает в себя раму (также известную под названием «шасси») 106, которая включает в себя задний туннель 108, опорную раму 110 двигателя (видную на фиг.3), прикрепленную к передней части туннеля 108, проходящую от него вперед, и узел 112 передней подвески, расположенней перед опорной рамой 110 двигателя и прикрепленный способом, который будет подробнее рассмотрен ниже. Часть 110 опорной рамы двигателя, имеющаяся в раме 106 и образующая часть отделения двигателя, несет двигатель 114 (показанный схематически). Двигатель 114 ориентирован таким образом, что коленчатый вал (не показан) проходит поперек обычного направления движения снегохода 100. В передней части 102 снегохода 100 расположены две лыжи 116, которые прикреплены к раме 106 посредством узла 112 передней подвески. Каждая лыжа 116 оперативно соединена с рулевым узлом, который включает в себя рулевую колонку (не показана), соединенную с рулем 124. Руль 124 используется для поворота лыж 116 с целью управления транспортным средством.
В задней части 104 снегохода 100 под туннелем 108 расположена бесконечная ведущая гусеница 126. Бесконечная ведущая гусеница 126 оперативно соединена с двигателем 114 через систему ременной передачи (не показана). Бесконечная ведущая гусеница 126 приводится в движение вокруг узла 128 задней подвески для движения снегохода 100.
В передней части 102 снегохода 100 двигатель 114 и система ременной передачи ограждены капотом 130, состоящим из нескольких деталей, что обеспечивает внешнюю оболочку, которая не только защищает двигатель 114 и систему ременной передачи, но и может также быть декоративным, придавая снегоходу 100 более эстетичный внешний вид. Как правило, капот 130 включает в себя крышку и одну или более боковых панелей. По меньшей мере, одну часть капота 130 можно открывать или снимать, обеспечивая доступ к двигателю 114 и системе ременной передачи, например, для их осмотра или технического обслуживания. С капотом 130 около передней части 103 снегохода 100 соединено ветровое стекло 132.
В альтернативном варианте ветровое стекло 132 может быть соединено непосредственно с рулем 124. Ветровое стекло 132 действует как ветровой экран, уменьшая силу воздействия воздуха на водителя, когда снегоход 100 движется.
Над туннелем 108 расположено седловидное сиденье для водителя и по выбору одного или более пассажиров, проходящее от задней части 104 снегохода 100 к капоту 130. На противоположных сторонах снегохода 100 ниже сиденья 134 расположены стремена 136 для ног водителя и пассажира.
Дополнительные аспекты и признаки рассматриваемого снегохода будут ясны специалистам в данной области техники.
Теперь, со ссылками к фиг.3 и 4 будет подробнее описано крепление узла 112 передней подвески к раме 106 снегохода 100.
Узел 112 передней подвески состоит из левого и правого телескопических амортизаторов 138, соединенных с противоположными концами поперечной траверсы 140. В альтернативном варианте предусматривается использование подвески других известных типов, такой как двойная рычажная подвеска. Узел 112 передней подвески отстоит от опорной рамы 110 двигателя и поддерживается на ней двумя несущими элементами 142, которые будут подробнее описаны ниже. В альтернативном варианте предусматривается возможность использования одного единственного несущего элемента или более двух несущих элементов. Пирамидальная несущая конструкция 144 расположена в основном над рамой 106 и служит для добавления жесткости раме 106. Несущая конструкция 144 включает в себя два задних элемента 146, прикрепленных к туннелю 108 у их основания и проходящих вверх, вперед и вбок внутрь него к вершине несущей конструкции 144. Два передних элемента 148 несущей конструкции 144 проходят вниз, вперед и вбок наружу от вершины несущей конструкции 144 и соединены с несущими элементами 142.
Теперь со ссылками на фиг.5, 6A, 6B и 7 будет подробно описан один из несущих элементов 142. Следует понять, что другой несущий элемент 142 представляет собой зеркальное отражение первого и функционирует, по существу, аналогичным образом. Несущий элемент 142 выполнен из штампованного листового металла и имеет в основном треугольную форму. В несущем элементе 142 путем удаления его средней части проделан проем 150, чтобы уменьшить вес. Жесткость несущего элемента 142 увеличена за счет загнутых внешних краев 152 несущего элемента 142, загнутых краев 154 отверстия 150 и пазов 156, выполненных в теле несущего элемента 142. Предусматривается, что несущему элементу 142 можно придать многие другие формы в той мере, в какой несущий элемент 142 будет иметь подходящую конструктивную жесткость, и это подробнее рассматривается ниже.
Как показано на фиг.7, вершина 158 несущего элемента 142 ориентирована вперед и соединена с узлом 112 передней подвески посредством фланца 160 траверсы 140. Позади вершины 158 расположено основание 162 несущего элемента 142. Основание 162 соединено своей нижней частью 164 и средней частью 166 с опорной рамой 110 двигателя через посредство соответствующих фланцев на несущем элементе 142 опорной раме 110 двигателя. Верхняя часть 168 основания 162 несущего элемента 142 также соединена с передним элементом 148 несущей конструкции 144. В альтернативном варианте предусматривается, что несущий элемент 142 может быть соединен с узлом 112 передней подвески и опорной рамой 110 двигателя. Фланец 160 размещен сбоку снаружи от опорной рамы 110 двигателя, так что вершина 158 оказывается сбоку снаружи от опорной рамы 110 двигателя и основания 162 относительно продольной осевой линии транспортного средства, обеспечивая дополнительную жесткость.
Конструкцию несущих элементов 142, а также количество несущих элементов 142 и их расположение на раме 106 выбирают так, что несущие элементы 142 обеспечивают зону смятия между узлом 112 передней подвески и опорной рамы 110 двигателя. Зона смятия спроектирована так, что если к узлу 112 передней подвески прикладывается сила, которая в обычном случае была бы достаточно большой, чтобы вызвать пластическую деформацию туннеля 108, опорной рамы 110 двигателя или несущей конструкции 144, то в предпочтительном варианте пластической деформации будут подвергаться несущие элементы 142, тем самым амортизируя большую часть силы удара или всю ее и либо предотвращая передачу силы удара на туннель 108, опорную раму 110 двигателя или несущую конструкцию 144, либо уменьшая силу удара, воздействующую на туннель 108, опорную раму 110 двигателя или несущую конструкцию 144, до уровня, который эти составляющие конструкции могут выдержать. Зона смятия также спроектирована так, что если к узлу 112 передней подвески прикладывается сила, которая слишком мала, чтобы вызвать пластическую деформацию туннеля 108, опорной рамы 110 двигателя или несущей конструкции 144, то несущие элементы 142 будут поддерживать свою форму. Несущие элементы 142 в предпочтительном варианте могут выдерживать силу, как можно более близкую к минимальной силе, которая могла бы повредить туннель 108, опорную раму 110 двигателя или несущую конструкцию 144, вследствие чего обеспечивается как можно более жесткая рама 106, и при этом пластической деформации под воздействие сильного удара подвергаются несущие элементы, а не туннель 108, опорная рама 110 двигателя или несущая конструкция 144. Следует понять, что несущие элементы 142 могут не полностью предотвращать повреждение туннеля 108, опорной рамы 110 двигателя или несущей конструкции 144 в каждом случае. Возможно, что какой-то удар смог бы оказаться достаточно сильным, что даже после амортизации части силы за счет пластической деформации несущих элементов 142 остальная сила, передаваемая в туннель 108, опорную раму 110 двигателя или несущую конструкцию 144, все же окажется достаточной, чтобы причинять им некоторое повреждение.
Теперь работа снегохода 100 согласно фиг.2 будет рассмотрена на примере. Следует понять, что разные снегоходы будут иметь разные рамы с разной жесткостью и другие свойства, а максимальную силу, которую должны выдерживать несущие элементы 142, надо соответственно корректировать, изменяя форму и размеры несущих элементов. Если правая лыжа 116 ударяется о предмет 170, то к узлу 112 передней подвески прикладывается сила F. Посредством экспериментов определилось, что благодаря геометрии передних подвесок снегоходов и условиям, в которых они, как привило, эксплуатируются, сила F в типичном случае прикладывается под углом θ от горизонтали, составляющим 62-68 градусов, а в вертикальной плоскости эта сила перпендикулярна поперечной оси коленчатого вала. Если сила F превышает примерно 1600 ньютонов, то она окажется достаточной, чтобы полностью сжать правый амортизатор в крайнем нижнем положении. Если сила F превышает примерно 17000-22000 Н, то несущие элементы 142 утратят расчетную форму и подвергнутся пластической деформации, тем самым амортизируя удар и в большинстве случаев защищая туннель 108, опорную раму 110 двигателя или несущую конструкцию 144 от повреждения туннеля 108, опорной рамы 110 двигателя или несущей конструкции 144, что обычно происходило бы из-за такой огромной силы. Снегоход 100 можно позже с удобством подвергнуть недорогому ремонту, заменяя несущие элементы 142. Следовательно, несущие элементы 142 для этого конкретного снегохода можно спроектировать выдерживающими силу примерно 22000 Н, прикладываемую к узлу 112 передней подвески под углом 65 градусов от горизонтали, до того как они подвергнутся пластической деформации. Тщательные эксперименты, проведенные путем приложения статической силы к изолированной раме снегохода для моделирования эффектов сильного удара, позволили определить, что эти 22000 Н являются порогом, обеспечившим достаточную жесткость, при которой водитель не заметил бы разницы в общих конструктивных свойствах по сравнению с известными снегоходами, и при этом туннель 108, опорная рама 110 двигателя или несущая конструкция 144 по-прежнему оказались бы защищенными от повреждения.
Для специалистов в данной области техники будут ясны возможные модификации и усовершенствования, которые можно было бы внести в вышеописанные варианты осуществления данного изобретения. Вышеизложенное описание является лишь иллюстративным, а не ограничительным. Поэтому объем изобретения определяется только формулой изобретения.