Шагающее колесо
WALKING WHEEL

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к движителям транспортных средств, конкретно - к шагающим колесам.
Известно шагающее колесо RU № 2730118, содержащее ступицу с радиально расположенными опорами с башмаками на концах, где устранение больших вертикальных колебаний транспортного средства от шагающих движителей осуществлено посредством снабжения ступицы замкнутой направляющей и взаимодействующей с ней опорным роликом, связанным с корпусом транспортного средства, а центр ступицы - посредством кривошипа.
Предлагаемая конструкция шагающего колеса является дальнейшим расширением вариантов выполнения шагающих колес.
Цель изобретения - сохранение упрощенной конструкции шагающего колеса, повышение ее жесткости, устойчивости при его движении и расширение арсенала механизмов шагающих движителей.
Указанная цель достигается тем, что в конструкции шагающего колеса, содержащей ступицу с радиально расположенными опорами, замкнутую направляющую и кинематически (посредством качения или скольжения) взаимодействующую с ней опорную (посредством звена в виде ролика или клинчатого ролика, или ползуна) конструкцию, подвижно связывающие ступицу колеса с корпусом транспортного средства, где подвижную связь ступицы колеса с транспортным средством выполнена:
либо осуществлением связи (непосредственно или через подвеску) замкнутой направляющей с корпусом транспортного средства, а подвижно взаимодействующая с ней опорная конструкция выполнена посредством опорных звеньев (роликов, клинчатых роликов, ползунов), радиально установленных на ступице с опорами;
либо осуществлением связи замкнутой направляющей с корпусом транспортного средства, а подвижно взаимодействующая с ней опорная конструкция выполнена посредством опорных звеньев, радиально установленных на ступице с опорами и поворотной установкой ступицы колеса на коромысле, связанном с корпусом транспортного средства.
Указанная цель так же достигается тем, что в конструкции колеса, содержащем радиально расположенные опоры с башмаками, для реализации процесса устойчивой подготовки последующих башмаков к контакту с плоскостью грунта в процессе движения колеса, каждый башмак колеса снабжен дополнительными шарнирами, расположенными в разных сторонах от шарнира башмака, соединяющего башмак с выходным шарниром опоры и от плоскости опоры башмака, и под углом по отношению опорной плоскости башмака, равным в диапазоне ±15% половины величины угла между соседними радиальными опорами колеса, и выполнением связи между соседними дополнительными шарнирами башмаков посредством дополнительных звеньев, где выполнения связей между соседними башмаками посредством дополнительных звеньев могут быть выполнены упругой или гибкой связью.
На фиг. 1 приведена кинематическая схема шагающего колеса с замкнутой направляющей, выполненной в виде паза и взаимодействующих с ней опорных звеньев, выполненных в виде роликов и размещенных на ступице с опорами на радиальных линиях размещения опор.
На фиг. 2 - кинематическая схема шагающего колеса с замкнутой направляющей, выполненной с одной крайней поверхностью сопряжения направляющей с опорными звеньями (роликами, клинчатыми роликами), при размещении опорных роликов на ступице между радиальными линиями опор.
На фиг. 3 - с замкнутой направляющей, выполненной в виде паза с взаимодействующими с ней опорными роликами, установленными на ступице с опорами уменьшенным количеством опорных роликов, для шагающего колеса с восемью опорами.
На фиг. 4 приведена кинематическая схема шагающего колеса с замкнутой направляющей, выполненной с одной внешней боковой ее поверхностью для сопряжения с опорными роликами (клинчатыми роликами) (звеньями) для ступицы с шестью опорами и с уменьшенным количеством опорных роликов, где ступица с опорами дополнительно установлена поворотно на коромысле, связанном с корпусом транспортного средства.
На фиг. 5 - кинематическая схема шагающего колеса с радиально расположенными опорами с башмаками на их концах для осуществления процесса подготовки опорной плоскости последующего башмака к контакту с поверхностью грунта, в процессе движения колеса.
Шагающее колесо на фиг. 1-4 содержит, звено 1, связанное (возможно, непосредственно или посредством подвески) с корпусом 2 транспортного средства (не указ.), установленную на звене 1 замкнутую направляющую 3, с которой взаимодействуют (посредством качения или скольжения) опорные звенья (здесь ролики или клинчатые ролики на фиг.2, 4) 4, размещенные радиально на ступице 5 с опорами бис башмаками (не указ.) на концах, - на выходных звеньях 7 опор 6. На фигурах так же приведены, центровой профиль 8 замкнутой направляющей 3 и траектория 9 движения выходного звена 7 опоры 6.
Шагающее колесо на фиг. 4 дополнительно содержит, установленное на звене 1 коромысло 10, на свободном конце которого на оси 11 поворотно установлена ступица 5 с опорами.
Шагающее колесо на фиг. 5 содержит, башмаки 12 опор 6, дополнительные шарниры 13, размещенные на звеньях (кронштейнах) 14 башмаков. Звенья 14 на башмаке 12 расположены в разной стороне от шарнира 7, соединяющего башмак 12 с выходным шарниром 7 опоры 6 и от опорной плоскости башмака 12. При этом соседние дополнительные шарниры 13 башмаков 12 шагающего колеса между собой соединены посредством дополнительных звеньев 15, где звенья 14 башмаков и(или) дополнительные звенья 15, могут быть выполненными упругими.
Предложенное шагающее колесо работает следующим образом.
При приложении толкающего усилия от корпуса транспортного средства на колесо, например находящегося в исходном состоянии, то есть когда два башмака колеса находятся в контакте с грунтом, один башмак 7, оставаясь в контакте с грунтом, приводит к повороту ступицу 5 и колесо начинает совершить цикл шага. При этом ролики 4 ступицы с опорами, перекатываясь в пазу замкнутой направляющей 3, в первой половине цикла шага перемещают ступицу 5 вверх. Далее, во второй половине цикла шага, ступица с опорами, вращаясь, опускается, совершая полный шаг, опираясь и на последующий башмак. Таким образом, при каждом цикле шага, совершая такое движение ступицами колеса, позволяет перемещать транспортное средство вдоль поверхности грунта, устраняя его вертикальные колебания.
На фиг. 4 ступица с опорами дополнительно установлена на оси 11 на коромысле 10, размещенном на звене 1. При этом так же движение ступицы в вертикальной плоскости обеспечивается с соответствующим выбором профиля замкнутой направляющей и такая, дополнительная установка ступицы на оси, позволяет повысить жесткость конструкции шагающего колеса и уменьшить его колебание при движении.
В процессе движения колеса, особенно по неровной поверхности, в момент смены контактирующих с поверхностью грунта башмаков, башмаки могут испытывать толчки, в том числе и башмаки, не участвующие в процессе контакта с грунтом. И наличие на фиг.5 упругой связи между башмаками, позволит уменьшить или нейтрализовать эти толчки.
Предложенное шагающее колесо так же можно использовать и как ведущее колесо, соединив центр ступицы с ведущим валом транспортного средства через шарнирную муфту.
Использование предложенной, максимально простой, для шагающего колеса конструкции, позволяет повысить проходимость транспортного средства с такими движителями, по сравнению с транспортными средствами с колесом качения, а так же позволяет уменьшить потребность необходимой удельной мощности транспортному средству на перемещение по мягкому грунту, по сравнению с транспортными средствами с гусеничным и колесным ходом, что позволяет уменьшить и затраты энергии на перемещение транспортного средства.
Приведенные в описании конструкции колеса, не ограничивают ее применение и при частичном конструктивном изменении в рамках предложенной формулы.
Дополнительно для экспертов к заявке прилагаю фиг. 6, с целью подтверждения указанной допустимой границы углов размещения дополнительных шарниров на башмаках.
Так как в основном определяющим для достижения указанной цели на фиг. 5 и 6 является величина расстояния между соседними дополнительными шарнирами башмаков, находящихся в контакте с грунтом, то это расстояние надо выбрать оптимальным. Так на фиг. 6 при длине радиальных опор равном 70 мм и при угле 39°, это расстояние равно 71 мм, а при 51° - 76,5 мм, соответственно видим, что при таких углах невозможно получать оптимально работающую конструкцию, обеспечивающую достижения указанной цели. Но использование упругой связи между дополнительными шарнирами может обеспечить посредственную работу колеса в медленном режиме. На фиг. 5 заявки, указанный угол равен 28°, соответственно и, - результат.