ШАГАЮЩАЯ ОПОРА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ПОВЫШЕННОЙ ПРОХОДИМОСТИ ДЛЯ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТОВ

Полезная модель относится к транспортной технике и касается создания самоходных многоопорных транспортных средств повышенной проходимости, предназначенных для работы на водонасыщенных грунтах.
Известна шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости (Патент России №2239577, B62D 57/032, б.и. №31, 2004 г. ), содержащая корпус, выполненный в виде двухсекционной рамы, на каждой из двух секций которой попарно установлены шагающие движетели, соединенной межсекционным шарниром с двумя степенями свободы, образующей систему адаптации с возможностью пространственного смещения двух секций рамы, снабженную торсионным валом, установленным на задней секции жестокозакрепленным одним концом, второй конец которого связан с передней секцией посредством межсекционного шарнира, при этом каждый шагающий движитель индивидуально выполнен с независимым управлением, обеспечивающим поворот передней балки на заданный угол при кинематически точном повороте.
Недостатком данной шагающей опоры являются существенные энергозатраты на преодоление компрессионного эффекта на водонасыщенных грунтах при смене ног, из-за разрежения под стопой находящейся в опорной фазе, возникает сила препятствующая отрыву стопы от грунта. Большая опорная поверхность башмака данной шагающей опоры способствует увеличению компрессионной силы, которая пропорциональна площади контакта с водонасыщенным фунтом, потому что жесткая опорная поверхность башмака стремится оторваться от водонасыщенного грунта сразу [всей площадью контакта. В результате при движении данной шагающей опоры возникают дополнительные затраты мощности на преодоление компрессионной силы, что негативно отражается на энергоэффективности.
Известна самоходная шагающая тележка многоопорной дождевальной машины (Патент России №2496304, A01G 25/09, B62D 57/02, б.и. №30, 2013 г. ), включающая раму с поперечно закрепленной к напорному трубопроводу с помощью стоек несущей балкой, по концам которой попарно установлены шагающие опоры, содержащие опорные стопы и шарнирные четырехзвенники, связанные с выходным валом редуктора силового привода, отличающаяся тем, что она содержит ведущие и ведомые шагающие опоры, попарно расположенные по концам несущей балки, причем в ведущих шагающих опорах шарнирные четырехзвенники, состоящие из опорных звеньев, выполненных в виде двуплечих шатунов, коромысел, свободные концы которых шарнирно побортно закреплены на несущей балке, а также ведущих кривошипов, связаны с выходным валом редуктора силового привода посредством дополнительных механизмов-корректоров в виде плоских четырехзвенных механизмов, преобразующих равномерное вращение в неравномерное, содержащих ведущие кривошипы механизмов-корректоров, промежуточные шатуны и ведомые кривошипы, которые одновременно являются ведущими кривошипами шарнирных четырехзвенников ведущих шагающих опор, причем ведущие кривошипы механизмов-корректоров закреплены на выходном валу редуктора силового привода в противофазе, а в ведомых шагающих опорах шарнирные четырехзвенники, также состоящие из опорных звеньев, коромысел и кривошипов, побортно связаны с силовым приводом через шарнирные четырехзвенники ведущих шагающих опор посредством общих опорных стоп, выполненных лыжеобразной формы, шарнирно прикрепленных к опорным звеньям шарнирных четырехзвенников.
Данная шагающая опора имеет общую стопу сразу для двух опорных звеньев. Большая опорная площадь способствует снижению давления на водонасыщенный грунт, но способствует возникновению компрессионной силы значительной величины. Жесткая опорная поверхность стопы не дает возможности растянуть по времени процесс отрыва стопы от грунта, что вызывает сначала значительные затраты мощности приводов на преодоление компрессионной силы, а затем возникают колебания опоры из-за резкого отрыва стопы, что негативно сказывается на энергоэффективности опоры.
Наиболее близким устройством является шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости (Патент России №2156711, B62D 57/032, б.и. №27, 2000 г. ), содержащая корпус с установленными на нем шагающими движителями, выполненными в виде шарнирных четырехзвенников, содержащих криволинейные опоры, снабженные башмаками, шарнирно связанные с кривошипами и с качающимися рычагами, свободные концы которых шарнирно соединены с корпусом, кинематически связанный с кривошипами шагающих движителей, выполнена в виде блока шагающих движителей, кинематически взаимосвязанных и шарнирно установленных со сдвигом по фазе на четверть оборота кривошипа шагающего движителя по одному борту корпуса, выполненного в виде полой несущей балки, кривошипы шагающих движителей жестко закреплены на осях, расположенных перпендикулярно продольной оси корпуса, снабженных дополнительными кривошипами, кинематически связанных посредством общего шатуна, причем расстояния между осями шагающих движителей выбираются из условия обеспечения перекрытия рабочих опорных поверхностей башмаков в продольном направлении, а башмаки, выполненные лыжеобразной формы, установлены под углом к продольной оси по одному борту корпуса, каждый башмак снабжен механизмом подъема носка башмака в фазе переноса шагающего движителя, выполненного в виде шарнира повышенного трения, связывающего башмаке криволинейной опорой.
Недостатком данной шагающей опоры является низкое сопротивление явлению компрессионного эффекта, что негативно сказывается на энергоэффективности шагающей опоры в целом. Короткий по времени процесс отрыва башмака от водонасыщенного грунта способствует возрастанию компрессионной силы, препятствующей его отрыву, как следствие, повышению затрат мощности на ее преодоление. Это происходит из-за жесткой опорной поверхности башмака, которая не позволяет растянуть по времени процесс отрыва от водонасыщенного грунта.
Техническим результатом полезной модели является создание шагающих опор для транспортных средств повышенной проходимости для движения по переувлажненным почвам, с конструкцией опорной поверхности башмака, позволяющей обеспечить новый цикл контактного взаимодействия шагающей опоры с водонасыщенным грунтом. Он позволяет увеличить по времени процесс отрыва башмака от водонасыщенного грунта при переступании, что позволяет воде отфильтроваться в зону разрежения под башмаком и существенно снижает затраты мощности на преодоление компрессионной силы. Тем самым повышается энергоэффективность шагающей опоры.
Указанный технический результат достигается тем, что шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости содержит корпус с установленными на нем шагающими движителями, выполненными в виде шарнирных четырехзвенников, содержащих криволинейные опоры, снабженные башмаками, шарнирно связанные с кривошипами и с качающимися рычагами, свободные концы которых шарнирно соединены с корпусом, а также имеет силовой привод, кинематически связанный с кривошипами шагающих движителей, причем шагающая опора выполнена в виде блока кинематически взаимосвязанных шагающих движителей, и шарнирно установленных по одному борту корпуса, выполненного в виде полой несущей балки, кривошипы шагающих движителей жестко закреплены на осях, расположенных перпендикулярно продольной оси корпуса, снабженных дополнительными кривошипами, кинематически связанных посредством общего шатуна, причем расстояния между осями шагающих движителей выбираются из условия обеспечения перекрытия рабочих опорных поверхностей башмаков в продольном направлении, а башмаки выполненны лыжеобразной формы, каждый башмак снабжен механизмом подъема носка башмака в фазе переноса шагающего движителя, выполненного в виде шарнира повышенного трения, связывающего башмак с криволинейной опорой, причем башмак снабжен водонепроницаемой мембраной из эластомера, закрепленной по периметру нижней грани башмака и по периметру сферических углублений, равномерно распределенных по всей нижней грани башмака, причем мембрана и сферические углубления образуют изолированные от грунта полости переменного объема, связанные с атмосферой посредством поперечных сквозных отверстий в башмаке.
Сферические углубления, выполненные в башмаке, образуют пространство для растяжения эластичной мембраны. Для исключения ситуации образования в сферических углублениях избыточного давления или, наоборот, недостаточного, в башмаках выполнены сквозные отверстия, сообщающиеся с атмосферой. Эластичная мембрана предназначена для увеличения времени процесса отрыва башмака от водонасыщенного грунта, она заполняет пространство сферических углублений при контакте с водонасыщенным грунтом, а при отрыве, растягиваясь, позволяет заполнить воздуху пространство сферических углублений. Так как компрессионная сила пропорциональна опорной площади, жесткая часть опорной поверхности башмака отрывается раньше мембраны, расположенной в зоне сферических углублений, из-за чего процесс отрыва увеличивается по времени и на него требуются меньшие затраты мощности, тем самым повышается энергоэффективность шагающей опоры.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 - его вид сверху; на фиг. 3 - башмак, вид снизу; на фиг. 4 - заполнение мембраной сферических углублений при опоре на водонасыщенный грунт; на фиг. 5 - растяжение мембраны при отрыве башмака от водонасыщенного грунта.
Шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости содержит корпус 1 (фиг. 1) с установленными на нем шагающими движителями 2, выполненными в виде шарнирных четырехзвенников 3, содержащих криволинейные опоры 4, снабженные башмаками 5, шарнирно связанные с кривошипами бис качающимися рычагами 7, свободные концы которых шарнирно соединены с корпусом 1, а также имеет силовой привод 8, кинематически связанный с кривошипами 6 шагающих движителей 2, причем шагающая опора выполнена в виде блока кинематически взаимосвязанных шагающих движителей, и шарнирно установленных по одному борту корпуса 1, выполненного в виде полой несущей балки, кривошипы 6 шагающих движителей жестко закреплены на осях 9, расположенных перпендикулярно продольной оси корпуса, снабженных дополнительными кривошипами 10 (фиг. 2), кинематически связанных посредством общего шатуна 11, причем расстояния между осями шагающих движителей выбираются из условия обеспечения перекрытия рабочих опорных поверхностей башмаков 5 в продольном направлении, а башмаки 5 выполненны лыжеобразной формы, каждый башмак 5 снабжен механизмом подъема носка башмака в фазе переноса шагающего движителя, выполненного в виде шарнира повышенного трения 12, связывающего башмак 5 с криволинейной опорой 4, причем башмак снабжен водонепроницаемой мембраной 13 из эластомера, закрепленной по периметру нижней грани башмака 5 и по периметру сферических углублений 14, равномерно распределенных по всей нижней грани башмака 5 (фиг. 3), причем мембрана 13 и сферические углубления 14 образуют изолированные от грунта полости переменного объема, связанные с атмосферой посредством поперечных сквозных отверстий 15 в башмаке.
Устройство работает следующим образом.
После включения силового привода 8 крутящий момент передается на ось 9 и кривошип 6 первого шагающего движителя 2 и через дополнительные кривошипы 10 и общий шатун 11 на оси 9 и кривошипы 6 остальных шагающих движителей 2. Кривошипы 6 шагающих движителей 2 начинают вращаться и приводят в движение криволинейные опоры 4 и качающиеся рычаги 7, тем самым осуществляя движение шагающих движителей 2. Благодаря взаимодействию башмаков 5 шагающих движителей 2 с фунтом шагающая опора начинает движение. В фазе опоры на грунт эластичная мембрана 13, растягиваясь под действием водонасыщенного грунта, вытесняет воздух из пространства, образуемого мембраной 13 и сферическим углублением 14, заполняя его (фиг. 4). В фазе отрыва башмака 5 от фунта на водонасыщенных грунтах возникает компрессионный эффект, который заключается в том, что в фазе отрыва опорного элемента от грунта с низкой несущей способностью возникает сила, препятствующая его подъему. При отрыве башмака 5 от в зоне контактного взаимодействия образуется зона разрежения, сферические углубления 14 через сквозные отверстия 15 заполняются воздухом и эластичная мембрана 13 растягивается в сторону грунта, оставаясь в фазе контакта (фиг. 5). В результате компрессионная сила, пропорциональная площади опорной поверхности, уменьшается. В итоге уменьшаются энергозатраты на передвижение шагающей опоры.
Полезная модель предназначена для применения в сельском хозяйстве и может быть использована в многоопорных самоходных дождевальных машинах, новая конструкция башмаков шагающих опор позволяет существенно снизить затраты мощности на преодоление компрессионной силы, препятствующей отрыву башмака опоры от грунта, что повышает энергоэффективность шагающей опоры в целом.