ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПО ПОВЕРХНОСТЯМ РАЗЛИЧНЫХ СРЕД

Техническое решение относится к транспортным средствам, приспособленным для передвижения, по поверхностям различных сред, как по суше, так по болотам или воде. Такие транспортные средства способны эффективно работать на грунтах с малой несущей способностью в сложных природно-климатических условиях, а также перемещать людей и грузы через небольшие водные преграды. Они востребованы в народном хозяйстве, при разведке и добыче полезных ископаемых.
Давно известны амфибии, содержащие колесное шасси с шинами высокого давления, плавучесть которых обеспечена за счет водоизмещения герметичного корпуса (кузова). Так амфибии по US 2341165 и 3903831 способны преодолевать водные участки, но при этом оказывают значительное давление на грунт. Колеса большого диаметра и обтекаемая форма корпуса амфибии по US 3199486 определяют ее поведение в водной среде. Армейская открытая амфибия (см. US 3266591) и амфибия по GB 1576346 со вспомогательной осью для облегчения выхода из воды на берег имеют приемлемую геометрическую проходимость, но из-за узких колес высокого давления не могут передвигаться по грунтам с малой несущей способностью. Остойчивость в полноприводной амфибии по WO 2060707 улучшена за счет центрального расположения двигателя, который через цепную передачу приводит водомет. Амфибия по US 7128175 с сегментным движителем предназначена для движения по различным поверхностям и воде, однако она не предназначена для дорог общего пользования, к тому же ее движитель сложен и малонадежен. Движитель типа «АЭРОЛ» в амфибии по US 2916006 с пневмокатками, закрепленными на своеобразной гусенице может адаптироваться к условиям движения, но, как и в предыдущем случае возможности передвижения по твердым поверхностям ограничены. Существуют также амфибии с шнэковым движителем (см. US 4476948), но они совсем не приспособлены для передвижения по дорогам общего пользования.
Колесный движитель многоосных амфибий, в основном жестко подвешен к герметичному корпусу (см. US 3204713, 3444837, 7211983, GB 1162624 и EP 2152530). Такие конструкции просты в изготовлении и обладают малым весом, но бортовой способ поворота приводит к срыву поверхностного слоя грунта при маневрировании, что увеличивает сопротивление движению и вредит экологии. Большей грузоподъемностью и адаптируемостью к рельефу обладают сочлененные амфибии по US 3353618, 3653455 и DE 3878714. Немного улучшены эксплуатационные качества амфибии по SU 1752584. Она содержит корпус, силовую установку с коробкой передач и валом отбора мощности, кинематически связанную с гребным винтом. При этом, для повышения амфибийных качеств, гребной винт установлен в нише корпуса.
Амфибии военного назначения (см. US 3176585 и 3395672) имеют значительную массу из-за бронированного корпуса, но при этом способны преодолевать водные участки благодаря его герметичности.
Подобные технические решения резко ограничивают сферу применения вышеприведенных амфибий определенным типом поверхностей и водной средой.
Более широкими возможностями обладают амфибии, оснащенные колесами с шинами низкого и сверхнизкого давления.
Так вездеход-амфибия по RU 64140, содержит корпус, склепанный из листов легких металлов и разделенный на объемы, для размещения агрегатов, экипажа, отопления салона, опирающийся через упругую подвеску на колеса с шинами низкого давления. Его силовой агрегат с коробкой передач, карданными передачами и раздаточными коробками, расположены последовательно, при этом раздаточная коробка имеет один принудительно отключаемый выходной фланец, соединенный с редуктором, приводящим во вращение гребной винт.
Колесное плавающее транспортное средство по RU 10373 и 2140363, содержит самоходное шасси, имеющее расположенную в базе кабину, передний и задний бамперы. Оно снабжено дополнительными поплавками, выполненными в виде подножек, расположенных под кабиной, бамперов заполненных пористым полимерным материалом и объемных колесных колпаков.
Вездеходное транспортное средство «ПЕТРОВИЧ» ООО «ЭКОТРАНС» (см. сайт компании http://www.petrovichauto.ru) имеет несущую раму с кабиной и грузовой платформой, а также колеса с бескамерными шинами сверхнизкого давления размерностью 1300×600×533. При сухой массе 1950 и 2600 кг, грузоподъемность составляет 800 и 1000 кг соответственно. Его массово-геометрические параметры не обеспечивают плавучесть за счет объема колес, и требуют применения поплавков (понтонов), изготовленных из пенопласта обшитого алюминиевым листом, что усложняет конструкцию и повышает затраты на изготовление.
Значительная снаряженная масса (2900 кг) снегоболотохода «Кержак» на шинах сверхнизкого давления размерностью 1300×700 ООО «ТрансМаш» (см. сайт http://www.transmashnn.ru) обусловлена его конструкцией, а именно: кабина и коробка передач заимствована у ГАЗели, силовая установка ЗМЗ-406, 405, 514 или ГАЗ-560, раздаточная коробка ГАЗ-66, а ведущие мосты - от трактора МТЗ-82. И хотя он предназначен для перевозки грузов и людей в условиях бездорожья, снежной целины и болот, заявленная способность вплавь преодолевать водные преграды не реализуема без применения дополнительных навесных водоизмещающих элементов в переднем бампере и боковых подножках, что усложняет его конструкцию. К тому же проблематична эксплуатация на дорогах с твердым покрытием из-за переутяжеленного шасси. И все это из-за неоптимальных массово-геометрических параметров.
Вездеход Z-83 компании АВТОРОС (см. http://www.z-project.ru, а также журнал Коммерсантъ Автопилот Off-Road, Апрель-Июнь 2009) или его преемник - вездеход с колесной формулой 8×8 - «Шаман» (см. http://avtoros.info),. предназначены для эксплуатации на грунтах со слабой несущей способностью, преодоления болотистых местностей и водных преград. Он выполнен с колесной формулой 8×8 и оснащен шинами сверхнизкого давления AVTOROS X-TRIM 49×23,5-21LT (1230×600). Выпущены его образцы с пластиковым и алюминиевым кузовами, при этом все его колеса управляемы и позволяют двигаться в трех режимах, в том числе и «крабом». Несущая система вездехода герметизирована для повышения плавучести, т.к. снаряженная масса, составляет 4100 кг.
Для всех этих транспортных средств характерно оснащение дополнительными водоизмещающими элементами либо герметизация корпуса, что указывает на неоптимальные массово-геометрические параметры. При этом их движитель по размерам, форме и эластичности не всегда отвечает условиям эксплуатации.
Известны также технические решения, описывающие геометрические или массово-геометрические параметры плавающих транспортных средств-амфибий.
Так колесное транспортное средство по RU 13199 имеет полноприводное двухосное шасси на колесах с пневматическими шинами. Отношение наружного диаметра его шин к базе транспортного средства, составляющее 0,4-0,6, повышает геометрическую проходимость, но эффективная работа на грунтах с малой несущей способностью обеспечена лишь при ограниченных значениях его массовых параметров. А соотношение ширины профиля шины к возможной колее транспортного средства в диапазоне 0,25-0,35 снижает маневренность транспортного средства и ограничивает возможности его компоновки.
Содержащее негерметичный корпус и раму с установленными на ней через подвеску колесами с пневматическими шинами транспортное средство по RU 2042560 имеет внутренний объем V каждой шины определяемый по формуле:
При таких соотношениях обеспечена плавучесть без внесения дополнительных изменений в конструкцию, однако расположение осей колес ниже обреза нижней части корпуса на величину H=(0,2…0,5)D приводит к неоправданному повышению центра тяжести, а это ухудшает устойчивость и управляемость при движении по дорогам с твердым покрытием. К тому же, при движении по грунтам с несущей способностью менее 0,05 МПа возникают проблемы сохранности поверхностного почвенно-растительного слоя, из-за значительной деформации грунта и образования колеи, что приводит к увеличению расхода топлива.
Незатейливо решен вопрос повышения проходимости и поперечной устойчивости в шестиколесном транспортном средстве с осевой схемой 1-2 по RU 2042561. Оно содержит корпус с выполненными в нем колесными нишами и раму с установленными на ней управляемыми приводными колесами с пневматическими шинами. При этом размеры его корпуса, колес и шин выполнены в следующих соотношениях: A:C:1:L:B:D:S 2,5:5,0:0,75:3,5:1,9:1,3:0,6. Эти соотношения при отсутствии параметра расположения центра тяжести не позволят оптимально выполнить компоновку транспортного средства и могут привести к существенному снижению его устойчивости и остойчивости.
Не удается добиться повышения проходимости увеличением диаметра шин и в колесном транспортном средстве по RU 2042562. Данное транспортное средство содержит корпус и раму с установленными на ней через элементы подвески управляемые приводные колеса с пневматическими шинами, при этом элементы подвески и механизма передачи вращающего момента на колеса закреплены на кронштейнах, выступающих ниже обреза нижней части рамы на величину, равную 0,25-0,3 наружного диаметра шины. При такой компоновке возможно установить шины большего диаметра, но увеличение их диаметра приводит к перегруженности трансмиссии, а это снижает ее надежность и ухудшает управляемость транспортного средства из-за увеличения боковых уводов шин.
В колесном транспортном средстве по RU 2084366, содержащем негерметичный несущий кузов, с установленными на нем через подвеску колесами с пневматическими шинами, внутренний объем каждой шины составляет:
,
ш
3
а оси колес расположены ниже обреза нижней части корпуса на величину H=(0,25…0,5)D, при этом отношение массы каждой шины к ее внутреннему объему воздуха составляет M/V=5,0…70, кг/м, а коэффициент водоизмещения шины K=1,1…6,0. При таких соотношениях оптимизирована масса шины и объем воздуха во внутренней ее полости, однако нет улучшения проходимости и плавучести транспортного средства, велика масса колеса и мала адаптируемость шины к поверхности перемещения.
т.с
Колесное транспортное средство по RU 2122504 (US 6375199, CA 2300916 и международная заявка WO 9908923) содержит кузов и шасси оснащенное колесами, с шинами сверхнизкого давления, общее водоизмещение которых обеспечивает его плавучесть. При этом габаритные размеры D и B шин связаны с полной массой Mтранспортного средства соотношением:
т.с.
-5
[M/(DBn)]·10=0,004-0,007 МПа;
3
Отношение массы шины к ее внутреннему объему находящееся в диапазоне 45-80 кг/м обеспечивает плавучесть транспортного средства, однако оно чрезмерно погружено в воду, что приводит к снижению скорости перемещения на плаву. Кроме того при такой размерности шин (колес) усложнена компоновка и снижена проходимость, что не отвечает условиям передвижения по поверхностям с различной несущей способностью.
Транспортное средство по RU 2143980 имеет колеса с пневматическими шинами, общее водоизмещение которых обеспечивает плавучесть транспортного средства, полная масса которого связана с габаритными размерами шин соотношением:
,
3
оно способно эффективно работать на грунтах с несущей способностью менее 0,02 МПа без существенного механического воздействия на слабонесущие грунты. Однако, значение верхней границы данного диапазона ограничивает грузоподъемность транспортного средства, а отношение массы каждой шины к ее внутреннему объему в пределах 35-80 кг/м не в полной мере охватывает диапазон массово-геометрических параметров устанавливаемых на данное транспортное средство движителей.
В колесном транспортном средстве по RU 2147529, имеющим привод на все колеса, силовой агрегат размещен внутри базы в зоне центра тяжести снаряженного транспортного средства, при этом статические радиальные нагрузки на колеса с шинами первой оси меньше нагрузок на колеса с шинами второй оси на 3-25% при неполной загрузке транспортного средства в пределах его штатной грузоподъемности. Такая компоновка транспортного средства и его параметры позволяют повысить проходимость и снизить расход топлива при работе на деформируемых грунтах с загрузкой до 50% штатной грузоподъемности. Увеличение загрузки до штатной грузоподъемности снижает проходимость, при этом даже суммарное водоизмещение колес, составляющее не менее 1,2 полной массы транспортного средства и наличие более двух осей не могут исправить данную проблему.
Среди приведенных технических решений, определяющих массово-геометрические параметры, нет транспортного средства для передвижения по поверхностям различных сред, с многообразно различающейся несущей способностью, включая водные участки.
Известно транспортное средство-амфибия по RU 70851, содержащее корпус, силовой агрегат с валом отбора мощности, коробку отбора мощности, ведущие мосты с колесами и элементами подвески и дополнительный водный движитель, связанный с валом отбора мощности. Ее независимая пневматическая подвеска колес с регулировкой клиренса обеспечивает приемлемые ходовые качества, однако она малонадежна, а снабженные системой автоматической подкачки колес планетарные колесные редукторы мостов с механизмами блокировки, коробка передач с насадкой, в которой установлена шестая передача, валы отбора мощности для компрессора и водного движителя, а также механизм жесткой межосевой блокировки, сильно усложняют трансмиссию. Для повышения плавучести на сегментированной герметичной раме-лодке жестко закреплен каркас, на котором, в свою очередь, смонтирован трансформируемый пластиковый кузов, а это снижает удобство обслуживания. При этом, вынужденное снабжение амфибии системой продувки лодки и охлаждения основных агрегатов, приводит к увеличению массы конструкции в целом. Таким образом, стремление к повышению универсальности, путем оснащения амфибии сложными техническими решениями отдельных ее узлов и агрегатов, несомненно, повышает некоторые эксплуатационные качества, но в итоге приводит к неоправданному усложнению конструкции в целом.
Задача - создать простое транспортное средство для передвижения по поверхностям различных сред.
Достижение технического результата, а именно повышение проходимости транспортного средства по поверхностям различных сред и плавучести, обеспечено рациональным выбором его массово-геометрических параметров.
Для этого в транспортном средстве, содержащем кузов и раму с установленными на ней двигателем, трансмиссией и системой подрессоривания колес с шинами сверхнизкого давления, снаряженная масса связана с суммарным внутренним объемом колес соотношением:
3
(Mсн·g)/ΣVк=3500÷12000, Н/м
2
3
, где Mсн - снаряженная масса транспортного средства, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; Vк - внутренний объем колеса, м;
Такие массово-геометрические параметры обеспечивают малое удельное давление на поверхность перемещения и плавучесть транспортного средства, что повышает его проходимость и универсальность.
Тому же способствует то, что масса шасси, составляет 0,4÷0,8 от снаряженной массы транспортного средства, при этом основные элементы его кузова расположены по существу над несущими элементами рамы шасси.
ш
Профильную проходимость и остойчивость транспортного средства улучшает, то что отношение наружного диаметра колеса (D) к базе шасси (L) составляет 0.15÷0.6, а отношение ширины профиля шины (B) к колее (B) составляет 0,2-0,5.
Скорость перемещения по воде повышает то, что в задней части установлен дополнительный водный движитель, а колеса оснащены гребными лопатками.
Установка в качестве дополнительного водного движителя водомета или гребного винта (винтов), приводимых трансмиссией, также улучшает амфибийные качества.
Этому же способствует установка в качестве дополнительного водного движителя подвесного лодочного мотора.
Изображено на:
Фиг. 1 - Транспортное средство вид сбоку;
Фиг. 2 Транспортное средство вид сверху;
Фиг. 3 - Колесо;
Фиг. 4 - Транспортное средство. Фрагмент задней части;
Фиг. 5 - Транспортное средство с лодочным мотором вид сбоку;
Фиг. 6 - Транспортное средство вид 3/4;
Транспортное средство для передвижения по поверхностям различных сред, содержит кузов 1 (Фиг. 1) и шасси 2 с установленными на его раме 3 двигателем 4, трансмиссией 5. Систему 6 подрессоривания с колесами 7 (Фиг. 2) и шинами 8 сверхнизкого давления крепят к раме 3. Снаряженная масса транспортного средства связана с суммарным внутренним объемом 9 колес соотношением:
3
2
3
(Mсн·g)/ΣVк=3500÷12000, Н/м, где Mсн - снаряженная масса транспортного средства, кг; g - ускорение свободного падения, м/с; ΣVк - суммарный внутренний объем колес, м, что обеспечивает ходимость по поверхностям различных сред. Масса шасси, составляет 0,4÷0,8 от снаряженной массы транспортного средства, при этом основные элементы его кузова расположены по существу над несущими элементами 10 рамы шасси.
ш
Отношение наружного диаметра колеса (D) к базе шасси (L) составляет 0.15÷0.6, а отношение ширины профиля шины (B) к колее (K) составляет 0,2-0,5. Движение на плаву обеспечивается вращением колес и/или дополнительным водным движителем 11, при этом колеса оснащены креплениями 12 (Фиг. 3) гребных лопаток 13. В качестве дополнительного водного движителя установлен водомет 14 (Фиг. 4) или гребной винт 15 (винты) приводимые трансмиссией. В качестве дополнительного водного движителя установлен подвесной лодочный мотор 16 (Фиг. 5). Внешний вид транспортного средства представлен на Фиг. 6.
Транспортное средство для передвижения по поверхностям различных сред функционирует следующим образом.
3
Водитель, пассажиры и груз размещаются в кузове 1. Водитель, воздействуя на колеса 7 шасси 2 и установленные на его раме 3 двигатель 4 и трансмиссию 5, управляет транспортным средством. Плавность хода при движении обеспечивается системой 6 подрессоривания колес 7 с шинами 8 сверхнизкого давления. При этом транспортное средство, выполненное с указанным отношением снаряженной массы и суммарного внутреннего объема 9 колес (Mсн·g/ΣVк равным 3500 Н/м, способно перемещать людей и грузы через небольшие водные преграды в сложных природно-климатических условиях, а также эффективно работать на грунтах с малой несущей способностью. Движение на плаву обеспечивается вращением колес с гребными лопатками 13 и/или дополнительным водным движителем 11, управляемым с места водителя. В качестве дополнительного водного движителя может быть установлен водомет 14 или гребной винт 15 (винты) приводимые трансмиссией. В случае установки подвесного лодочного мотора 16 управление им осуществляет один из пассажиров с задней части кузова.