УЗЕЛ ПОДВЕСКИ ОПОРНОГО КОЛЕСА В ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
SUSPENSION ASSEMBLY OF SUPPORT WHEEL IN TRANSPORT VEHICLE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к транспортным средствам, а в частности, к узлу подвески опорного колеса в транспортном средстве, и предназначено для использования в транспортных средствах различного назначения, например, в вездеходах, беспилотных транспортных средствах и т.п.
Уровень техники
Для проектирования и изготовления специальных транспортных средств, используемых для передвижения по бездорожью или выполнения специальных задач (например, для тушения лесных пожаров, торфяников, для ликвидации последствий техногенных катастроф и др.) обычно используют либо колеса большого диаметра на шинах сверхнизкого давления, либо металлические, резинокордовые, газонаполненные и другие виды гусениц.
При этом, чем больше диаметр используемых колес, тем сложнее и тяжелее получается трансмиссия транспортного средства при требуемых показателях надежности, растут габариты, общая снаряженная масса и стоимость, значительно затрудняется доставка таких транспортных средств к месту эксплуатации. Использование же для этих целей гусеничных движителей с разными видами гусениц предполагает применение либо бортового поворота, либо сочленения двух гусеничных модулей, либо смешанную колесно-гусеничную конструкцию, что в итоге приводит к аналогичным результатам.
Как у колесных, так и у гусеничных транспортных средств самыми дорогостоящими и самыми ненадежными узлами являются как раз сами шины и гусеницы, а также подвески и элементы трансмиссии, приводящие их в движение и обеспечивающие грузоподъемность, устойчивость и проходимость транспортных средств.
В технических решениях с разными видами гусениц (патент РФ №2325299, опубл. 27.05.2008; патент РФ №2119438, опубл. 27.09.1998), а тем более колес простой прокол шины или упругого элемента пневматической гусеницы приводит к невозможности дальнейшей эксплуатации транспортного средства без ремонта или замены.
Некоторые транспортные средства для повышения проходимости используют такие подвески ведомых колес, в которых спаренные ведомые колеса приводятся во вращение с помощью ведущего колеса (или ролика) меньшего размера, зажатого между ними (см. патент США №3923112, опубл. 02.12.1975; патент Великобритании №1461547, опубл. 13.01.1977). Такая конструкция обеспечивает достаточную простоту и высокую проходимость, когда речь идет о транспортных средствах, предназначенных для перемещения по дорогам с относительно твердым покрытием. Однако, когда дело касается бездорожья, используемые в этих технических решениях обычные колеса практически не позволяют уверенно перемещаться.
Сравнительно хорошо зарекомендовал себя на бездорожье советский Луноход на жестких колесах, сделанных в виде двух окружностей, скрепленных прямыми стержнями. Однако в Луноходе вследствие требований надежности, равно как и ограничений по весу и размерам, приводы колес были индивидуальными и не давали возможности развивать сколь-нибудь большую скорость.
Раскрытие изобретения
Цель данного изобретения состоит в разработке такого узла подвески опорного колеса в транспортном средстве, который обеспечивал бы простую и в то же время надежную конструкцию многофункциональных ко лес для транспортных средств различного назначения, в том числе для вездеходов и беспилотных транспортных средств.
Для достижения указанного технического результата в данном изобретении предложен узел подвески опорного колеса в транспортном средстве, содержащий: двухосный кулак, первая ось которого предназначена для установки основы опорного колеса, а вторая ось закреплена с возможностью вращения практически параллельно первой оси и предназначена для передачи вращения к приводному элементу; основу опорного колеса в виде полого цилиндра со ступицей, выполненной для последующего крепления с возможностью вращения на первой оси двухосного кулака, причем на внутренней или внешней поверхности полого цилиндра выполнена приводная дорожка для обеспечения сцепления с приводным элементом; приводной элемент, жестко закрепленный на второй оси двухосного кулака, причем наружная поверхность приводного элемента находится в сцеплении с поверхностью приводной дорожки полого цилиндра.
Особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что приводной элемент может быть выполнен в виде зубчатого колеса, а приводная дорожка выполнена с соответствующими пазами, предназначенными для зацепления зубцами зубчатого колеса при его вращении. Альтернативно, приводной элемент может быть выполнен в виде фрикционного ролика, а поверхность приводной дорожки выполнена с возможностью сцепления с фрикционным роликом.
Еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что двухосный кулак может иметь посадочные места для крепления к корпусу транспортного средства.
Еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что внутри полого цилиндра могут быть выполнены посадочные места для закрепления на них по меньшей мере одной емкости, либо внутри полого цилиндра могут быть выполнены по меньшей мере одна емкость. При этом емкость может быть выполнена кольцевой либо каждая из емкостей может быть выполнена в виде кольцевого сегмента.
Еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что наружная поверхность упомянутого полого цилиндра вне упомянутой приводной дорожки может быть выполнена с возможностью установки на ней дополнительного элемента, выбранного из группы, состоящей из резинокордовой гусеницы, пневматической шины и грунтозацепов.
Еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что основа опорного колеса может содержать на своей стороне, обращенной от двухосевого кулака, посадочные места для прикрепления к ним по меньшей мере одной дополнительной емкости.
Еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что основа опорного колеса может содержать на стороне, обращенной от упомянутого двухосевого кулака, посадочные места для прикрепления к ним дополнительного колеса.
Наконец, еще одна особенность узла подвески согласно настоящему изобретению состоит в том, что основа опорного колеса может содержать на своей стороне, обращенной от двухосевого кулака, посадочные места для прикрепления к ним исполнительных механизмов, предназначенных для выполнения по меньшей мере некоторых функций из группы, включающей в себя: функции забора проб грунта или жидкости, функции смешивания веществ и выпуска смеси, функции пассивной защиты и (или) экранирования, функции активной защиты, функции манипулятора, функции движителя в текучей среде.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, на которых одинаковым или сходным элементам присвоены одни и те же ссылочные позиции.
На Фиг.1 приведен условный вид узла подвески опорного колеса по первому варианту осуществления данного изобретения.
На Фиг.2 приведен условный вид узла подвески опорного колеса по второму варианту осуществления данного изобретения.
На Фиг.3 показаны различные варианты осуществления опорного колеса.
На Фиг.4 показан возможный вариант осуществления опорного колеса с дополнительными элементами.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Узел подвески опорного колеса в транспортном средстве по данному изобретению может иметь два основных варианта своего осуществления.
На Фиг.1 приведен условный вид узла подвески опорного колеса по первому варианту осуществления данного изобретения. Опорное колесо по данному изобретению является составным элементом и обозначено на чертежах в целом ссылочной позицией 10. Основным элементом узла подвески опорного колеса является двухосный кулак 11. Первая ось 12 этого двухосного кулака 11 выступает горизонтально в сторону, противоположную корпусу транспортного средства (которое на Фиг.1а предполагается справа от двухосного кулака 11). Первая ось 12 предназначена для установки на нее основы 14 опорного колеса 10 с возможностью вращения. Вторая ось 13 двухосного кулака 11 закреплена в нем с возможностью вращения практически параллельно первой оси 12 и предназначена для передачи вращения от двигателя (не показано) транспортного средства к жестко закрепленному на второй оси 13 приводному элементу 15, описанному ниже.
Основа 14 опорного колеса 10 для первого варианта осуществления по Фиг.1 представляет собой полый цилиндр с втулкой, выступающей от дна в центре внутри этого полого цилиндра и выполненной для последующего крепления с возможностью вращения на первой оси 12 двухосного кулака 11. На внутренней поверхности этого полого цилиндра в первом варианте осуществления по Фиг.1 выполнена приводная дорожка 16 для обеспечения сцепления с приводным элементом 15. В этом варианте осуществления дно полого цилиндра расположено на стороне, обращенной от двухосевого кулака 11. Отметим, что дно полого цилиндра не обязательно сплошное, оно может быть выполнено в виде спиц, как это показано на Фиг.16, тогда втулка является ступицей.
Приводной элемент 15, как уже отмечено, жестко закреплен на второй оси 13 двухосного кулака 11. Наружная поверхность приводного элемента 15 находится в сцеплении с поверхностью приводной дорожки 16 внутри полого цилиндра. В варианте осуществления по Фиг.1 приводной элемент 15 выполнен в виде зубчатого колеса, а приводная дорожка 16 имеет соответствующие пазы, предназначенные для зацепления зубцами этого зубчатого колеса при его вращении, как это видно на Фиг.16. Эти пазы могут быть выполнены в виде окон либо перемычек фиксированного шага для зацепления с зубьями зубчатого колеса (приводного элемента 15).
Отметим, что при таком внутреннем (внутри полого цилиндра) расположении приводной, пары, т.е. приводного элемента 15 и приводной дорожки 16, вращение опорного колеса 10 будет происходить в ту же сторону, что и вращение приводного элемента 15.
Двухосевой кулак 11 крепится к корпусу транспортного средства соответствующими рычагами 17 или иными средствами, обеспечивающими крепление узла подвески опорного колеса по данному изобретению. Рычаги 17 соединяются с двухосевым кулаком 11 с помощью так называемых сайлентблоков (резинометаллические шарниры, представляющие из себя две металлические втулки, между которыми имеется резиновая вставка), если узел подвески опорного колеса не является поворотным, или шаровых опор, когда узел подвески опорного колеса должен поворачиваться. Разумеется, для крепления узла подвески опорного колеса могут использоваться и любые другие конструкции, известные или разработанные в будущем. Отметим, что двухосевой кулак 11 имеет соответствующие посадочные места для рычагов или иных крепежных средств, обеспечивающих крепление к корпусу транспортного средства.
На Фиг.2 приведен условный вид узла подвески опорного колеса по второму варианту осуществления данного изобретения. В целях экономии будут описаны только отличия этого варианта осуществления от того, который показан на Фиг.1.
Как видно из Фиг.2, в данном варианте осуществления приводной элемент 15 расположен не внутри основы 14 опорного колеса 10, а снаружи от нее. Поэтому и приводная дорожка 16 расположена на внешней поверхности полого цилиндра. В варианте осуществления по Фиг.2 приводной элемент 15 выполнен в виде фрикционного ролика, а поверхность приводной дорожки 16 выполнена с возможностью сцепления с этим фрикционным роликом, как это видно на Фиг.2а и 26, где приводной ролик (приводной элемент 16) показан сплющенным в нижней части. Для этого поверхность приводной дорожки 16 может иметь дополнительные элементы или покрытия, повышающие коэффициент трения.
Внешнее (снаружи полого цилиндра) расположение приводной пары, т.е. приводного элемента 15 и приводной дорожки 16, позволяет применить в данном варианте осуществления иную конструкцию основы 14 опорного колеса 10. Как видно из Фиг.2а, полый цилиндр основы 14 имеет дно на стороне, обращенной к двухосевому кулаку 11. Как и в первом варианте осуществления, дно полого цилиндра не обязательно сплошное, как это показано на Фиг.26, оно может быть выполнено в виде спиц, тогда втулка является ступицей.
Отметим, что при таком внешнем (снаружи полого цилиндра) расположении приводной пары, т.е. приводного элемента 15 и приводной дорожки 16, вращение опорного колеса 10 будет происходить в обратную сторону по сравнению с вращением приводного элемента 15.
Как видно из приведенного описания, конструкция опорного колеса 10 обеспечивает получение открытого колесного редуктора внутреннего или внешнего зацепления.
Специалистам понятно, могут иметь место и иные варианты осуществления опорного колеса 10. Например, в полом цилиндре основы 14 спицы могут отходить не от края, а от середины цилиндрической поверхности при любом расположении приводного элемента 15 и приводной дорожки 16. Либо дно полого цилиндра при внутреннем расположении приводного элемента 15 и приводной дорожки 16 может начинаться от края цилиндрической поверхности на стороне, обращенной от транспортного средства (т.е. слева на Фиг.1а), затем переходить в цилиндрическую поверхность такого диаметра, чтобы оставлять свободное пространство для приводного элемента 15, и завершаться сплошным дном с втулкой в центре на стороне, обращенной к транспортному средству (т.е. справа на Фиг.1а). Вместо втулки в центре дна может быть предусмотрена коническая или воронкообразная поверхность, заканчивающаяся втулкой для надевания на первую ось 12. Эти конус или воронка могут быть образованы и спицами. Примеры таких вариантов осуществления основы 14 показаны на Фиг.36 и Зв.
Представленная выше конструкция опорного колеса 10 позволяет устанавливать на внешней поверхности полого цилиндра (вне приводной дорожки 16 при ее внешнем размещении) различные компоненты, как показано на Фиг.3. Это могут быть, к примеру:
1. Резинокордовые гусеницы 18 шириной от 150 до 600 мм, выпускаемые серийно (Фиг.3а). В этом случае пазы в приводной дорожке 16 для зацепления зубьев приводного элемента 15 на поверхности полого цилиндра основы 14 опорного колеса 10 можно не делать, а использовать окна и перемычки самой резинокордовой гусеницы 18.
2. Пневматические продольные шины-оболочки 19, закрепляемые поперечными эластичными элементами 20 в виде резинокордовых полос, тросов, цепей и др. (Фиг.3б).
3. Разнообразные жесткие и эластичные грунтозацепы 21 различных конструкций (зигзаги, круги, эллипсы и пр.), закрепляемые также поперечными эластичными элементами или винтовыми соединениями к поверхности основы 14 опорного колеса 10 (Фиг.3в).
Упомянутые поперечные элементы 20 и грунтозацепы 21 можно также устанавливать поверх резинокордовых гусениц 18.
Отметим, что выполнение основы 14 опорного колеса 10 в виде полого цилиндра позволяет использовать внутренний объем этого полого цилиндра, не занятый втулкой (ступицей) и свободным пространством, необходимым для функционирования приводного элемента 15. Например, в упомянутом внутреннем объеме полого цилиндра основы 14 может быть выполнена емкость 22, либо внутри полого цилиндра основы 14 можно предусмотреть посадочные места (к примеру, резьбовые отверстия) для закрепления емкости, которая изготовлена отдельно (Фиг.За). Если по конструктивным соображениям нельзя использовать одну кольцевую емкость 22, в полом цилиндре основы 14 можно выполнить или разместить на соответствующих посадочных местах несколько емкостей 23, выполненных каждая, например, в виде кольцевого сегмента, так что вместе они образуют составную кольцевую емкость (Фиг.3б и 3в).
Если эти емкости 22 или 23 выполнены негерметичными, они могут быть заполнены любым легким конструкционным материалом, например монтажной пеной и т.п., не впитывающим воду и увеличивающим общую жесткость и несущую способность опорного колеса 10. Если же емкости 22 или 23 выполнены герметичными, их можно использовать для транспортировки жидких материалов, таких как, например вода, топливо, щелочи, кислоты, химические реагенты и т.п.
Конструкция опорного колеса 10 позволяет еще больше расширить возможности его использования. Как показано на Фиг.4, к опорному колесу 10 на стороне, обращенной от транспортного средства (т.е. слева на Фиг.4), можно устанавливать дополнительное оборудование 24: боковые колеса, емкости, приспособления, исполнительные механизмы, т.е. делать опорное колесо 10 составным. Для этого на стороне опорного колеса 10, обращенной от транспортного средства (от двухосевого кулака 11), выполняются соответствующие посадочные места (к примеру, резьбовые отверстия). В качестве исполнительных механизмов можно указать, например, такие:
1. Механизмы для забора проб грунта или жидкости.
2. Механизмы для смешивания веществ и выпуска получаемой смеси. Это, например, могут быть пенообразователи, многокомпонентные компаунды, самовоспламеняющиеся жидкости, антисептики, дезинфекционные, дезактивационные и другие препараты и реагенты в жидком, твердом или газообразном виде.
3. Механизмы для пассивной защиты и (или) экранирования. Это могут быть, например, механизмы для выпуска охлаждающей жидкости или газа для пожарного транспортного средства. Или, к примеру, это может быть навесная бронезащита, огнезащита, экранирующие элементы и устройства. Так как диаметр колес можно сделать больше высоты корпуса транспортного средства, а внешняя форма навесных элементов на колеса может отражать те или иные воздействия, например, пули, снаряды, лазерные лучи и.т.д., возможно перераспределить толщину брони (защитного материала) между корпусом и внешними колесами транспортного средства (танка или бронемашины). В этом случае при повреждении навесных элементов или всего колеса обеспечивается сохранность корпуса, экипажа или внутреннего содержимого транспортного средства. Навесные элементы и колеса легко заменяются, а многоколесные транспортные средства могут сохранять способность двигаться при повреждении одного или нескольких колес в зоне своего действия.
4. Механизмы для активной защиты, например, элементы или устройства поражающего излучения.
5. Манипуляторы.
6. Движители в текучей среде, например, гребные лопатки.
Таким образом, узел подвески опорного колеса в транспортном средстве по данному изобретению позволяет:
1. Создавать опорные колеса с требуемыми параметрами и размерами с открытыми колесными редукторами внутреннего или внешнего зацепления.
2. Значительно снизить вес опорных колес, трансмиссии, снаряженной массы и габаритов транспортного средства в целом.
3. Использовать двигатели меньшей мощности и снизить потребление энергоресурсов.
3. Увеличить клиренс, проходимость и надежность транспортного средства.
4. Использовать опорные колеса одинарной и составной конструкции для транспортировки жидких и твердых продуктов, размещения различных устройств и исполнительных механизмов.