ГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для увеличения проходимости колесных транспортных средств, а именно автомобилей, а также мотоциклов и квадроциклов. трициклов, тракторов.
Известно (патент RU 2159193, опубликовано: 20.11.2000 г.). Ниже приведена формула этого изобретения.
1. Устройство для повышения проходимости автомобиля, содержащее приводное и неприводное съемные опорные приспособления, соединенные с элементами автомобиля, отличающееся тем, что приводное опорное приспособление содержит устанавливаемую шарнирно на ведущей оси автомобиля тележку с опорными катками и эластичную ленту, охватывающую опорные катки и ведущее колесо транспортного средства или устанавливаемые вместо них барабан или звездочку, а неприводное опорное приспособление включает в себя лыжу с опорой для неприводного колеса и с элементами фиксации относительно него.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передний опорный каток шарнирно связан с рычагами, один из которых шарнирно соединен с кузовом или рамой автомобиля, а другой шарнирно соединен с тележкой.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передний и задний опорные катки шарнирно связаны с рычагами, которые шарнирно соединены с тележкой и связаны с ней упругими элементами.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что шарнирно соединенный с кузовом или рамой автомобиля рычаг подпружинен относительно них.
5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что снабжено защитно-натяжными пластинами, закрепленными в нижней части колесных арок автомобиля.
6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что тележка содержит натяжные ролики, упругосвязанные с тележкой и взаимодействующие с внешней стороной эластичной ленты.
7. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что тележка снабжена дополнительными опорными катками, жестко связанными с ранее указанными соответствующими передним и задним опорными катками, или последние выполнены удлиненными с одной или двумя дополнительными лентами, расположенными соответственно с одной или двух сторон тележки и охватывающими дополнительные катки или удлиненные части опорных катков.
8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждый дополнительный опорный каток или каждая удлиненная часть опорного катка шарнирно связана с дополнительными или ранее указанным другим рычагом, который шарнирно связан с рамой тележки.
9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что к тележке спереди и/или сзади закреплены пластины с загнутыми вверх концами.
10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что содержит устанавливаемую на приводное колесо эластичную зубчатую ленту с замковым устройством на концах.
11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что зубчатая лента содержит по бокам несколько поводков, закрепляемых в прорезях диска колеса.
12. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лыжа выполнена с лапами крепления лыжи с противоположных сторон к диску неприводного колеса автомобиля.
13. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что оба конца лыжи загнуты вверх.
14. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лыжи содержат интерцепторы, выполненные с возможностью управления от тормозной системы автомобиля.
15. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лыжи содержат прорези, в которых размещены вращающиеся на расположенных выше плоскости опоры лыжи осях ролики с возможностью контакта с опорной поверхностью.
16. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что лыжа выполнена в виде тележки с опорными катками, охваченными эластичной лентой.
Из патента RU 2159193 (см. выше формулу изобретения, п. 1, п. 3, п. 6) выбрано в качестве прототипа, известно устройство:
из п. 1 тележка с опорными катками и эластичная лента, охватывающая опорные катки и ведущее колесо транспортного средства или устанавливаемые вместо них барабан или звездочку;
п. 3 Устройство по п. 1, отличающееся тем, что передний и задний опорные катки шарнирно связаны с рычагами, которые шарнирно соединены с тележкой и связаны с ней упругими элементами.
п. 6 Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что тележка содержит натяжные ролики, упругосвязанные с тележкой и взаимодействующие с внешней стороной эластичной ленты.
Недостатками устройства являются:
Тележка устройства содержит элементы подвески (шарнирные рычаги), представляющие собой рычажные вилки тянущего и толкающего типов. Вилки такой конструкции пригодны только для использования на небольших, легких и недорогих транспортных средствах.
В конструкции прототипа (см. описание) шарнирные рычаги 18 и 19, на которых установлены передний 20 и задний 21 опорные катки, соединены с тележкой 22 упругими элементами 23. Пункт 3 формулы: устройство по п. 1, отличающееся тем, что передний и задний опорные катки шарнирно связаны с рычагами, которые шарнирно соединены с тележкой и связаны с ней упругими элементами.
Согласно описания прототипа такая конструкция подходит для обеспечения возможности въезда на препятствие. Действительно, в каких-то случаях такая конструкция и облегчит въезд на препятствие, однако ее применение было-бы более оправдано на транспортных средствах не имеющих собственных элементов подрессоривания и амортизации.
Шарнирные рычаги устройства требуют средства обеспечения возможности своей долговременной подвижности, что усложняет, утяжеляет и соответственно удорожает устройство.
Упругие элементы усложняют, утяжеляют и соответственно удорожают устройство. Упругие элементы открыты, следовательно, шарнирные рычаги теряют подвижность при набивании в конструкцию грязи, а также образовании льда при длительной стоянке.
Ход рычагов ограничен из-за натяжения эластичной ленты при смещении переднего, заднего катков от центрального положения. Этим-же ограничена возможность установки более длинных рычагов взамен коротких. Для натяжения эластичной ленты тележка содержит натяжные ролики, упругосвязанные с тележкой. Упругие элементы подвержены обездвиживанию из-за грязи, льда, также они утяжеляют и удорожают конструкцию.
Использование подвижных рычагов делает конструкцию нежесткой, что отрицательно сказывается на управляемости транспортного средства. Утяжеление устройства приводит к увеличению неподрессоренных масс транспортного средства и соответственно увеличения момента инерции.
Кроме того,
отсутствует возможность максимально эффективно использовать опорную поверхность приводного опорного приспособления за счет отсутствия в конструкции последнего, средства обеспечения жесткой фиксации шарнирных рычагов с передним и задним опорными катками относительно элементов, на которых подвешены остальные опорные катки тележки, в требуемых положениях, а также наличия в конструкции упругих элементов;
отсутствует возможность регулировки геометрии площади опорной поверхности конструкции, увеличивать или уменьшать пятно контакта, что в свою очередь приводит к невозможности снижать удельное давление на грунт, лед, снег или др., соответственно также увеличивать/уменьшать клиренс транспортного средства.
Тележка устройства фактически не содержит рамы, к которой могли-бы крепиться элементы подвески, например, рычаги, а также устанавливаться опорные катки, ведущее колесо (имеются только отдельные элементы, определяющие взаиморасположение вышеуказанных элементов). При конструкции не имеющей жесткой рамы невозможно обеспечить жесткость тележки на кручение, соответственно, и параллельное взаиморасположение осей катков.
В рамах, у которых оси катков, оси рычагов выполняют функции силовых элементов, точки крепления этих осей должны быть сконструированы так, чтобы выдерживать увеличившиеся на них нагрузки, и сами оси, в конечном счете, должны быть прочнее аналогичных осей, устанавливаемых в раму закрытого типа или раму несущей конструкции
Известно (патент JPS 4919535 (A), 1974-02-21) устройство представляющее собой гусеничный движитель для транспортного средства, а именно автомобиля. Гусеничный движитель содержит тележку с опорными катками и эластичную ленту, охватывающую опорные катки и ведущее колесо транспортного средства или устанавливаемые вместо них барабан или звездочку. Также гусеничный движитель содержит ролики, связанные с рамой тележки и взаимодействующие с внешней стороной эластичной ленты. Конструкцией предусмотрена возможность натяжения эластичной ленты посредством винтового механизма и заднего опорного катка. Рама тележки содержит две части, между которыми на осях установлены опорные катки, ведущее колесо, какие-либо рычаги конструкцией не предусмотрены. Также не предусмотрены элементы, например, поперечина, обеспечивающие жесткость конструкции на кручение. Для облегчения преодоления препятствий при движении автомобиля вперед, передний каток гусеничного движителя имеет смещение вверх относительно основных опорных катков образуя таким образом угол въезда. Возможность увеличения угла въезда, а также возможность увеличения опорной поверхности (пятна контакта) за счет уменьшения угла въезда не предусмотрены. Задний опорный каток не имеет какого-либо смещения вверх относительно остальных опорных катков, что затрудняет преодоление вертикальных препятствий при движении задним ходом. Также не предусмотрена и возможность смещения вверх заднего опорного катка.
При применении такой конструкции гусеничного движителя на транспортном средстве, движение задним ходом последним, будет затруднительно. Конструкцией рамы не предусмотрена возможность варьировать компоненты и технические решения.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель является создание устройства, представляющего собой гусеничный движитель, который может использоваться вместо ведущего колеса транспортного средства.
При этом.
Гусеничный движитель должен иметь раму выполняющую ряд функций, которые можно разделить на «структурные» и «геометрические».
Для гусеничного движителя, со структурной точки зрения, рама служит для расположения и крепления ведущего колеса, опорных катков, в том числе парных опорных катков, эластичной ленты и прочих вспомогательных деталей. Для эффективного выполнения этой функции рама должна быть жесткой, в том числе и на кручение, прочной и по возможности легкой. Гусеничный движитель должен иметь раму, конструкцией которой была-бы предусмотрена возможность варьировать компоненты и технические решения.
С геометрической точки зрения, рама гусеничного движителя должна обеспечивать требуемые геометрию рулевого управления, подвески, колесную базу, колею, центр масс для транспортного средства, с которым будет использоваться гусеничный движитель.
Для гусеничного движителя рама должна обеспечивать расположение колес (опорных катков) на одной линии. Рама должна быть достаточно жесткой под воздействием сил, появляющихся при движении в повороте, ускорении и торможении.
При отсутствии соответствующей прочности и жесткости рамы может происходить смещение колес (опорных катков) относительно друг друга и ведущего колеса. Недостаточная жесткость рамы может не только служить причиной затрудненного передвижения, она может сводить преимущества двигателя транспортного средства, с которым будет использоваться гусеничный движитель на нет, вынуждая придерживаться осторожного стиля езды.
При повороте желательно обеспечить одинаковое сцепление гусеницы по всей своей рабочей площади с грунтом, для этого необходимо чтобы колесо гусеничного движителя (ведущее колесо) устанавливаемое вместо колеса транспортного средства было равноудалено от крайних опорных катков.
Гусеничный движитель должен иметь опорную поверхность, геометрию которой можно изменять, следствием чего являлись-бы:
возможность изменения (увеличения и уменьшения) площади опорной поверхности движителя (возможность увеличения и уменьшения пятна контакта), соответственно возможность увеличивать либо уменьшать давление на грунт, а также возможность улучшения восприятия боковых нагрузок;
возможность увеличивать и уменьшать угол въезда и угол съезда, соответственно возможность улучшения способности преодолевать вертикальные препятствия при движении как передним, так и задним ходом, а также возможность плавного съезда с поверхности.
Поставленная задача решается за счет обеспечения возможности для элементов гусеничного движителя, а именно ведущего колеса, опорных катков, направляющих катков, эластичной ленты, натяжных роликов, других элементов гусеничного движителя находиться на требуемом (заданном) расстоянии друг от друга, а также за счет обеспечения возможности изменения геометрии рамы, в результате чего обеспечиваются возможность увеличения опорной поверхности и возможность уменьшения опорной поверхности.
Задача решается тем, что согласно полезной модели, гусеничный движитель содержащий раму, на которой установлены ведущее колесо, опорные катки, направляющие катки, эластичную ленту, охватывающую ведущее колесо, опорные катки и направляющие катки, ролики, связанные с рамой и взаимодействующие с внешней стороной эластичной ленты отличается тем, что рама представляет собой пространственную конструкцию, имеющую по меньшей мере, одну поперечину жестко соединяющую противоположные части рамы, а также несущие на себе направляющие катки элементы, выполненные с возможностью изменения и фиксации своего положения относительно рамы, тем самым обеспечивая возможность изменения геометрии рамы и обеспечивая возможность функционирования направляющих катков в качестве опорных.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 показан гусеничный движитель, (вид сбоку), где крайние пары элементов 2, 3 рамы 1 зафиксированы в положении «вверх». Крайние (передняя и задняя, т.е. установленные на крайних элементах рамы) пары катков подняты. Угол въезда, угол съезда - максимальные, площадь опорной поверхности - минимальная, (пятно контакта минимальное).
На фиг. 2 показан гусеничный движитель, (вид сбоку), где одна пара из крайних элементов рамы зафиксирована в положении «вверх», например, пара элементов 3. Одна пара крайних катков поднята. Соответственно это будет пара катков 11. Другая пара крайних элементов рамы (пара элементов 2) зафиксирована в положении обеспечивающим расположение пары катков на этой паре крайних элементов рамы на одном уровне с опорными катками 7 рамы 1. То есть, такая пара крайних катков (10) выполняет функции и направляющих катков и опорных. Угол въезда либо угол съезда, в зависимости от направления движения транспортного средства, максимальный. Площадь опорной поверхности - средняя.
На фиг. 3 показан гусеничный движитель, (вид сбоку), где крайние
пары элементов 2, 3 рамы зафиксированы в положениях, обеспечивающих расположение пар катков на этих элементах на одном уровне с опорными катками рамы. То есть, эти пары крайних катков функционируют и как опорные. Угол въезда, угол съезда минимальные (имеются только за счет диаметров крайних катков), площадь опорной поверхности - максимальная (пятно контакта максимальное).
На фиг. 4 показан гусеничный движитель, (вид с другого бока).
На фиг. 5 показан гусеничный движитель, (вид с другого бока).
На фиг. 6 показан гусеничный движитель, (вид с другого бока).
На фиг. 7 показаны элементы гусеничного движителя: рама 1 с поперечиной 4 и консолью 5, ведущее колесо 6, ось для катков, (вид спереди).
На фиг. 8 показаны элементы гусеничного движителя: рама 1 с поперечиной 4, ведущее колесо 6, оси для катков, (вид снизу).
На фиг. 9, 10, 11 показан гусеничный движитель, общий вид.
Гусеничный движитель содержит раму 1 представляющую собой пространственную конструкцию, состоящую из двух противоположных боковых частей, жестко соединенных между собой с помощью центральной части (поперечины) обеспечивающей жесткость рамы, в том числе и на кручение. Количество поперечин может быть одна и более. Элементы 2 рамы, имеющие возможность функционировать в паре. Элементы 3 рамы, также имеющие возможность функционировать в паре. Элементы 2, 3 рамы представляют собой жесткие пластины с отверстиями. Каждый из элементов 2, 3 рамы крепится к раме 1 с помощью соединительных элементов, ими могут быть болты, винты, гайки. Для каждого элемента 2, 3 рамы один из вышеуказанных соединительных элементов (кроме гаек) является осью вращения этого элемента 2, 3 рамы относительно рамы 1. Количество соединительных элементов определяется требованиями к жесткости конструкции. Отверстия в элементах 2, 3 рамы и/или раме 1 для этих болтов, винтов могут быть с резьбой, в этом случае гайки для болтов и винтов не требуются. Также в раме 1 или элементах 2, 3 рамы могут быть выполнены сквозные прорези вместо отверстий, предназначенных для регулировки положения элементов 2, 3 рамы. Количество и расположение отверстий в элементах 2, 3 рамы и раме 1 определяется требованиями к геометрии опорной поверхности. Рама 1 содержит две противоположные боковые части жестко соединенные между собой поперечиной 4 (фиг. 7). Поперечин может быть одна и более. К одной из боковых частей рамы 1, в том числе и посредством усилителя треугольной формы выполненного заодно с поперечиной рамы, прикреплена консоль 5 (фиг. 7). Консоль 5 выполнена в виде цилиндра. Внутри консоли 5 посредством подшипников установлен вал, на выходном конце которого установлено ведущее колесо 6.
Между боковыми частями рамы 1 на осях установлены: попарно опорные катки 7 в количестве не менее двух пар, две пары роликов 8 предназначенные для взаимодействия с внешней стороной эластичной ленты 9 и натяжения этой ленты. Внешняя поверхность эластичной ленты имеет грунтозацепы и выемки (направляющие) для хода роликов 8. Внутренняя поверхность эластичной ленты 9 выполнена с выемками (направляющими), предназначенными для хода ведущего колеса 6 и хода катков. Для обеспечения возможности соосного соединения со ступицей колеса транспортного средства, ведущее колесо 6 имеет специально предназначенные для этого отверстия. Могут использоваться и вспомогательные другие конструкции, обеспечивающие связь ведущего колеса 6 и элемента, предназначенного для установки на него колеса ведущего транспортного средства. Между элементами 2 рамы, на оси, установлена пара катков 10, является крайней парой катков. Пара катков 10 помимо направляющей функции имеет возможность выполнять функцию опорных катков. Между элементами 3 рамы, на оси, установлена пара катков 11, также имеющая возможность выполнения кроме направляющей функции, функцию опорных катков. Эластичная лента 9 охватывает ведущее колесо 6, парные опорные катки 7, пару катков 10, пару катков 11. Для уменьшения возможности соскакивания эластичной ленты 9 катки могут быть обрезиненными, либо снабженные полиуретановыми шинами, либо цельнометаллическими с внутренней амортизацией. Две пары роликов 8, взаимодействующие с внешней стороной эластичной ленты, установлены на осях, каждая из которых имеет возможность смещения и фиксации относительно рамы 1. Возможность смещения осей роликов 8 обеспечена за счет наличия сквозных пазов в частях рамы 1. Возможность фиксации обеспечивается посредством зубчатых пластин 12, представляющих собой регуляторы в виде эксцентриков, через которые пропущены оси роликов 8 и элементов 13 (например, болтов, винтов, штырей и т.п.), предназначенных для вхождения в зацепление с этими зубчатыми пластинами. Возможность фиксации зубчатых пластин 12 относительно рамы 1 может обеспечиваться как с помощью элементов 13, так и с помощью болтов (винтов) на осях роликов 8. Рама, катки, ролики, др. детали устройства могут быть изготовлены под различные типоразмеры эластичной ленты (гусеницы).
Возможные варианты применяемых материалов и профилей для изготовления рамы.
Сталь. Штампованные стальные элементы.
Алюминий. Его прочность и вес приблизительно в три раза меньше чем у стали, следовательно, для создания алюминиевой рамы, которая будет равносильна стальной ее потребуется увеличить в три раза. Но жесткость зависит от площади материала, и алюминиевая рама одинаковой со стальной прочности и веса будет намного жестче.
Профиль элементов рамы: треугольный, коробчатый. Для изготовления элементов рамы из алюминия применяется: литье, ковка, штамповка, прокат.
Титан. Обладает свойствами, подобными стали, но значительно легче стали и не подвергается коррозии.
Композиционные материалы. Типа углепластика или кевлара в сочетании со смолистым вяжущим веществом, иногда с алюминиевыми сотовыми конструкциями, могут обеспечивать жесткость в отдельных направлениях нагружения.
Функционирование устройства.
Устройство «Гусеничный движитель» устанавливают взамен ведущего колеса транспортного средства. Для этого, ведущее колесо 6 гусеничного движителя соосно соединяют с элементом (например, ступицей колеса), предназначенном для установки на него ведущего колеса транспортного средства. В случае невозможности соединения можно использовать устройство, позволяющее осуществить соосное соединение. Им, например, может быть пластина, на своих разных диаметрах, перпендикулярно своей плоскости снабженная шпильками с резьбой и/или имеющая отверстия с резьбой или без.
На фиг. 1, фиг. 4 показан гусеничный движитель, где попарно, крайние элементы 2, 3 рамы зафиксированы в положении «вверх». Крайние (передний и задний т.е. установленные на элементах 2, 3) пары катков подняты. Угол въезда, угол съезда - максимальные, площадь опорной поверхности - минимальная (пятно контакта - минимальное). Поднятая передняя пара катков облегчает въезд на вертикальные препятствия, поднятая задняя пара катков обеспечивает плавный съезд с поверхности. Площадь опорной поверхности - минимальная по сравнению с комбинациями на фиг. 2 или фиг. 3. Увеличение удельного давления на грунт за счет уменьшения опорной поверхности и соответственно трущейся поверхности облегчает использование устройства на твердых грунтах, снижает риск возможности возникновения эффекта аквапланирования.
На фиг. 2, фиг. 5 показан гусеничный движитель, где одна пара из крайних элементов рамы зафиксирована в положении «вверх». Соответственно одна из пар крайних катков поднята. Другая пара крайних элементов рамы зафиксирована в положении обеспечивающим расположение пары катков на этой паре крайних элементов рамы на одном уровне с опорными катками рамы. То есть, такая пара крайних катков выполняет функции и направляющих катков и опорных. Угол въезда либо угол съезда, в зависимости от направления движения транспортного средства, максимальный. Площадь опорной поверхности - средняя. Такая комбинация удобна если требуется увеличить площадь опорной поверхности, соответственно снизить удельное давление на грунт или др. что находится под лентой гусеничного движителя. Поднятая пара крайних катков улучшает способность преодолевать препятствия.
На фиг. 3, фиг. 6 показан гусеничный движитель, где попарно, крайние элементы 2, 3 рамы зафиксированы в положениях, обеспечивающих расположение катков на этих элементах 2, 3 рамы на одном уровне с опорными катками рамы. То есть, эти пары крайних катков функционируют и как опорные. Угол въезда, угол съезда минимальные (имеются только за счет диаметров крайних катков), площадь опорной поверхности - максимальная (пятно контакта - максимальное). При такой комбинации удельное давление на грунт, снег, лед или др. является минимальным. Обеспечивает наилучшее восприятие боковых нагрузок.
Регулировка натяжения (при необходимости) эластичной ленты 9 осуществляется с помощью роликов 8, зубчатых пластин 12, элементов 13.
Наибольшую проходимость может получить транспортное средство, которое взамен каждого ведущего колеса будет снабжено гусеничным движителем. Неведущие колеса транспортного средства могут быть снабжены лыжами либо вместо таких колес могут быть установлены устройства содержащие лыжи.