Устройство для увеличения силы сцепления колес с поверхностью дороги

Область техники
Полезная модель относится к области автомобильного транспорта, в частности к устройствам для повышения сцепления движителя с опорной поверхностью при движении или торможении.
Предшествующий уровень техники
При движении транспортного средства по дороге или бездорожью известны проблемы, связанные с недостаточным сцеплением движителя с опорной поверхностью, выражающиеся проскальзывании ведущих колес (буксование) или движении юзом. Для повышения сцепления колес к настоящему времени разработаны и используются различные технические решения. Широко для этих целей применяют шипованную резину, оборудуют транспортные средства самоблокирующимися дифференциалами, антиблокировочными системами. Однако эффективность данных решений может быть не достаточной.
Другим подходом к решению упомянутых проблем является подача абразивного материала в зону контакта движителя с опорной поверхностью или непосредственно на поверхность движителя. Например, известны технические решения, в которых воздушно-абразивная смесь подается в область контакта колеса с опорной поверхностью [RU 2289514 Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес мобильных машин, заявлено 11.07.2005; RU 2289515 Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес мобильных машин, заявлено 11.07.2005 г.; RU 107103 Устройство для повышения сцепных свойств колеса транспортного средства с дорожным покрытием, заявлено 07.04.2011]. Такие средства включают бункер для хранения абразивного материала и блок подачи воздушно-абразивной смеси.
Недостатками такого рода технических решений являются: относительно сложная конструкция; сложность дооборудования транспортного средства такими системами после начала его эксплуатации; невысокая надежность, выражающаяся в том, что в дорожных условиях может происходить засорение элементов блока подачи воздушно-абразивной смеси, что в результате не позволяет реализовывать назначение технического решения. Кроме того, упомянутое засорение может привести к выходу устройства из строя из-за возникающего избыточного давления в системе блока подачи воздушно-абразивной смеси. Следует отметить высокие требования к гранулометрическому составу абразивного материала, который должен соответствовать техническим характеристикам блока подачи воздушно-абразивной смеси.
Известны средства для улучшения сцепных и тормозных качеств колес транспортных средств, основанные на принципе «пассивной» (под действием силы тяжести) подачи абразивного материала в зону контакта колеса с опорной поверхностью [RU 2309054 Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих задних колес грузового автомобиля, заявлено 23.05.2006 г.; RU 2567471 Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес автомобиля, заявлено 13.05.2014 г. ]. Такие средства включают в себя бункер для хранения и выдачи абразивного сыпучего материала, установленный вблизи колес автомобиля и имеющий по крайней мере одно выпускное отверстие, а также регулировочный блок подачи абразивного материала, представляющий собой заслонку, выполненную с возможностью управления подачи абразивного сыпучего материала.
Недостатками таких устройств является, во-первых, низкая надежность, выражающаяся в том, что при движении, особенно в зимний период времени, в нижней части транспортного средства образуются наросты из снега, льда и грязи, которые забивают выпускные отверстия. Из-за этого при открытии заслонки (что тоже может быть осложнено из-за ее примерзания) сыпучий абразивный материал не поступает на опорную поверхность. Во-вторых, принцип подачи абразивного материала под действием силы тяжести и управления потоком материала при помощи заслонки не позволяет точно регулировать дозировку, что приводит к перерасходу ограниченного запаса сыпучего абразивного материала. Следует также отметить, что регулировка точности подачи абразивного материала осложнена и тем, что степень сыпучести абразивного материала меняется под воздействием внешних факторов, а, следовательно, при одном и том же положении заслонки может подаваться различный объем абразивного материала.
Части указанных недостатков лишены средства для улучшения сцепных и тормозных качеств колес транспортных средств, основанные на принципе механической «принудительной» подачи абразивного материала в зону контакта движетеля с опорной поверхностью. Например, известна песочница для транспортного средства, включающая бункер для песка, устройство подачи песка, состоящее из шнека, размещенного в кожухе с выходными отверстиями и имеющего механический привод [US 571136 Sand-depositing apparatus for cars, заявлена 18.03.1896 г. ].
Недостатком устройства является то, что оно не предназначено для использования в транспортных средствах, движущихся по автомобильным дорогам или бездорожью. Например, при езде по неровной дороге высока вероятность задевания элементов устройства о неровности дороги, что может приводить к выходу из строя устройства, а также повреждения других элементов машины, закрепленных на раме (например, топливный бак) деформируемыми частями устройства.
Наиболее близким аналогом является устройство для предотвращения проскальзывания колес транспортного средства, включающее в себя накопитель для хранения абразивного материала, средство для подачи абразивного материала, состоящее по меньшей мере, из одной установленной в корпусе роторной крыльчатки и, по меньшей мере, одного шнека для подачи абразивного материала к указанной крыльчатке, причем средство для подачи абразивного материала выполнено с возможностью регулирования количества подаваемого абразивного материала [RU 2198100 Устройство для предотвращения проскальзывания ведущих колес транспортного средства (варианты), заявлено 25.11.1999 г. ].
Устройство имеет ряд недостатков. Несмотря на обеспечение возможности регулировки подачи абразивного материала эффективность устройства на интенсивных режимах подачи (при высокой частоте вращения роторной крыльчатки) может быть низка. Такая ситуация возникает, например, если требуется совершить экстренное торможение или транспортное средство находится на ледяном спуске, и требуется увеличить количество подаваемого абразивного материала. Однако в описанном устройстве подача абразивного материала из накопителя для хранения абразивного материала осуществляется на шину колеса, а не в зону пробуксовки. При интенсивной подаче частицы абразивного материала обладают высокой кинетической энергией и при столкновении с поверхностью колеса происходит их отскок, т.е. фактически возникает ситуация, когда вместо увеличения количества абразивного материала в месте контакта колеса с опорной поверхностью наблюдается его уменьшение.
Кроме того, следует указать на относительную сложность устройства, которое требует наличие по меньшей мере одной установленной в корпусе вращающейся роторной крыльчатки и дополнительно к ней шнека. Это снижает надежность устройства, особенно учитывая, что оно находится (даже если не используется) в тяжелых условиях эксплуатации (на него воздействует вода, песок, снег, лед, грязь). Например, движение транспортного средства по дороге в зимний период может приводить к образованию наледи, набивания грязи и ее замерзанию на элементах устройства, и, в частности, на корпусе роторной крыльчатки. Это в результате может приводить к некорректной работе устройства, его перегрузке и в конечном счете выходу из строя.
Описанное устройство требовательно к гранулометрическому составу частиц абразивного материала. Наличие крупных частиц (например камней в песке) способно вызвать перегрузку роторной крыльчатке и/или привести к ее заклиниванию в корпусе, что в целом снижает надежность устройства.
Наличие в конструкции роторной крыльчатки увеличивает габаритные размеры устройства, так как в своем строении крыльчатка предполагает наличие лопастей, размеры которых для обеспечения метания абразивного материала будут превосходить диаметр шнека, используемого для подачи абразивного материала к указанной крыльчатке. Следует учитывать и то, что для снижения требований к гранулометрическому составу частиц абразивного материала, повышению надежности устройства потребуется увеличение размеров крыльчатки, а, соответственно, габаритных размеров. Учитывая то, что размеры устройства должны позволять устанавливать его на раму транспортного средства, к габаритным размерам которого предъявляются жесткие требования на законодательном уровне, увеличение размеров роторной крыльчатки потребует уменьшения объема накопителя для хранения абразивного материала.
Кроме того, при расположении на одном валу роторной крыльчатки и шнека сложно обеспечить их согласования по количеству подаваемого и метаемого абразивного материала на разных частотах вращения, т.е. устройство будет эффективно в узком диапазоне частоты вращения вала, на котором установлены шнек и роторная крыльчатка, при этом диапазон может смещаться в зависимости от применяемого абразивного материала (гранулометрического состава, плотности материала, степени сыпучести и др.). На практике это будет приводить либо к низкой эффективности устройства, либо к перерасходу ограниченного запаса абразивного материала. Размещение роторной крыльчатки и шнека на разных валах приведет к усложнению конструкции и снижению ее надежности.
Раскрытие технического решения
Задача данного технического решения состоит в разработке такого устройства, которое позволяло бы: улучшить сцепные и тормозные качества транспортного средства как при необходимости поддержания хода транспортного средства, например при движении по ледяному насту в гору, так и при экстренном торможении, трогании или движении по спуску; обеспечить надежность конструкции; снизить требования к гранулометрическому составу применяемого абразивного материала; относительно увеличить объем накопителя для хранения абразивного материала при сохранении допустимых габаритных размеров; обеспечить более эффективный расходы абразивного материала; повысить удобство эксплуатации.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении надежности работы устройства
Для решения этой задачи и достижения указанного результата в настоящей полезной модели предложено Устройство для увеличения силы сцепления колес с поверхностью дороги, включающее: накопитель для хранения абразивного материала; средство для подачи абразивного материала, выполненное с возможностью регулирования количества подаваемого абразивного материала, содержащее выпускное окно, расположенное снизу устройства, и шнек; защитную откидную крышку, прикрывающую нижнюю часть устройства и выполненную с возможностью открытия и закрытия на основе внешнего сигнала.
Особенность устройства по заявляемой полезной модели состоит в том, что упомянутый шнек размещен в кожухе под накопителем для хранения абразивного материала, причем кожух в верхней части имеет впускное окно, расположенное под горловиной, выполненной в нижней части накопителя для хранения абразивного материала, при этом в нижней части кожуха выполнено выпускное отверстие, расположенное над упомянутым выпускным окном.
Еще одна особенность устройства состоит в том, что накопитель для хранения абразивного материала, средство для подачи абразивного материала размещены в емкости для хранения запаса жидкого топлива.
Другая особенность устройства состоит в том, что оно содержит два выпускных окна, отстоящих друг от друга на расстоянии, а упомянутый шнек имеет разное направление витков.
Еще одна особенность устройства состоит в том, что накопитель для хранения абразивного материала снабжен подогревом.
Наконец, еще одна особенность устройства по заявляемой полезной модели состоит в том, что упомянутый шнек имеет переменный шаг витков, причем шаг уменьшается по направлению к выпускному окну.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства по первому варианту осуществления полезной модели.
На фиг. 2 показана принципиальная схема устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления полезной модели.
На фиг. 3 показана принципиальная схема устройства по третьему варианту осуществления полезной модели.
На фиг. 4 показана принципиальная схема устройства еще по одному варианту осуществления полезной модели.
На фиг. 5 приведена схема размещения устройства на шасси автомобиля (вид сбоку).
На фиг. 6 приведена схема размещения устройства на шасси автомобиля (вид сверху).
Подробное описание вариантов осуществления полезной модели
Устройство для увеличения силы сцепления колес с поверхностью дороги по первому варианту осуществления полезной модели иллюстрируется на фиг. 1. Устройство включает: накопитель 1 для хранения абразивного материала, средство для подачи абразивного материала, выполненное с возможностью регулирования количества подаваемого абразивного материала, содержащее шнек 2, снабженный приводом, и по меньшей мере одно выпускное окно 3, расположенное в нижней части устройства; защитную откидную крышку 4, прикрывающую нижнюю часть устройства и выполненную с возможностью открытия и закрытия на основе внешнего сигнала.
Накопитель 1 для хранения абразивного материала может выполняться из металла, пластика, дерева, облицованного металлом (например, листами из нержавеющей или оцинкованной стали), и других материалов, в частности композитных, обеспечивающих прочность, необходимую для функционирования устройства. Накопитель 1 для хранения абразивного материала имеет загрузочное отверстие (на фиг. не показано), прикрываемое поворотной крышкой 5.
В качестве абразивного материала может использоваться: песок, отсев от дробления каменных пород, асфальтная крошка, мелкий гравий или щебень, а также другие сыпучие материалы, способные обеспечить повышение сцепления движителя транспортного средства с опорной поверхностью.
Шнек 2 выполняется из металла, а его привод может быть выполнен в виде редуктора 6 и электродвигателя 7, питающегося от бортовой электрической системы транспортного средства. Витки шнека 2 выбираются таким образом, чтобы обеспечивать подачу абразивного материала к выпускному окну 3.
В варианте исполнения полезной модели, приведенной на фиг. 1, шнек 2 размещен непосредственно в накопителе 1 для хранения абразивного материала. Такая конструкция позволяет обеспечивать рыхление абразивного материала, предотвращая его слеживание и смерзание, т.е. шнек 2 выполняет функцию не только подачи абразивного материала, но и рыхлителя. Такая конструкция предпочтительна для абразивных материалов из мелких частиц (например, песок). В целом это позволяет более точно регулировать подачу абразивного материала (дозирование), обеспечивая эффективное использование устройства в различных ситуациях (дорожной обстановке), снижение расхода абразивного материала, а также удобство эксплуатации.
В одном из вариантов осуществления полезной модели шнек 2 может иметь переменный шаг витков, причем шаг уменьшается по направлению к выпускному окну 3. При этом абразивный материал уплотняется и формируется «ком» (порция) перед подачей на опорную поверхность, по которой движется транспортное средство. Это позволяет более точно регулировать подачу абразивного материала (дозирование), состоящего из мелких частиц (песок, смесь мелкого гравия и песка).
Выполнение средства для подачи абразивного материала с возможностью регулировки может быть осуществлено путем управления частотой вращения шнека 2, например при помощи увеличения или уменьшения оборотов электродвигателя 7. Управление частотой вращения шнека 2 может осуществляться из кабины транспортного средства по проводной 8 или беспроводной связи, при этом в кабине транспортного средства размещается пульт управления 9 (фиг. 5).
Выпускное окно 3 может представлять собой отверстие круглой или иной формы, например, иметь продолговатую форму.
Защитная крышка 4 может выполняться из металла, пластика, дерева, облицованного металлом (например, листами из нержавеющей или оцинкованной стали), и других материалов, в частности композитных. Защитная крышка 4 может крепиться к устройству при помощи петель, а возможность открытия и закрытия на основе внешнего сигнала может быть обеспечено, например, в самом простом варианте путем установки электромагнита (на фиг. не показан), питающегося от бортовой электрической системы транспортного средства и открывающего защитную откидную крышку 4, и пружины (на фиг. не показана), удерживающей защитную откидную крышку 4 в закрытом состоянии при отключении электромагнита. Управление магнитом может осуществляться из кабины транспортного средства по проводной 8 или беспроводной связи, например с пульта управления 9, размещенного в кабине транспортного средства.
В некоторых вариантах устройство может дополнительно оснащаться: датчиком открытия и закрытия защитной крышки 4; датчиком частоты вращения шнека 2; датчиком уровня загрузки накопителя 1 для хранения абразивного материала. Сигналы от датчиков могут поступать на пульт управления 9 по проводной 8 или беспроводной связи.
Беспроводное управление может быть осуществлено путем оснащения устройства модулем передачи данных Wi-Fi и платой с контроллером. В этом случае пуль управления может представлять собой мобильный телефон.
В некоторых вариантах осуществления полезной модели накопитель 1 для хранения абразивного материала может быть снабжен подогревом для предотвращения смерзания, а также просушивания абразивного материала. Подогрев может быть осуществлен в виде пластины или пластин с нагревательным элементом. Пластина (платины) монтируется на стенке (стенках) накопителя 1 для хранения абразивного материала снаружи и/или изнутри. Питание подогрева осуществляется от бортовой электрической системы транспортного средства. Включение и выключение подогрева осуществляется с пульта управления 9 по проводной 8 или беспроводной связи. Пульт 9 может оснащаться индуктором включения и выключения подогрева. Еще в одном варианте подогрев или просушка абразивного материала обеспечивается автоматически, при этом устройство дополнительно оснащается датчиком температуры и/или влажности.
Устройство может иметь электрическое соединение с антипробуксовочной системой. В этом варианте реализуется автоматическое открытие защитной крышки 4 и приведение во вращение шнека 2 на основе поступающего сигнала от антипробуксовочной системой транспортного средства.
Устройство монтируется на шасси транспортного средства вблизи колес (фиг. 5 и 6).
В другом варианте исполнения полезной модели (фиг. 2) шнек 2 размещен в кожухе 10 под накопителем 1 для хранения абразивного материала, причем кожух 10 в верхней части имеет впускное окно 11, расположенное под горловиной 12, выполненной в нижней части накопителя 1 для хранения абразивного материала, а в нижней части выпускное отверстие 13, расположенное над упомянутым выпускным окном 3. Кожух 10 может представлять собой трубу или другую конструкцию, отделяющую шнек 2 от накопителя 1 для хранения абразивного материала.
В таком варианте исполнения заявляемой полезной модели обеспечивается более точная регулировка подачи абразивного материала (дозирование), так как порции абразивного материала, находящиеся между витками шнека 2, полностью изолируются от объема абразивного материала накопителя 1 для хранения абразивного материала.
Кроме того, на фиг. 2 показана схема варианта осуществления технического решения, в котором реализуется модульный принцип. Первый модуль представляет собой накопитель 1 для хранения абразивного материала, а второй модуль 14 - средство для подачи абразивного материала, в котором размещены шнек 2 в кожухе 10 и привод шнека 2. Первый модуль соединяется, например с использованием болтового соединения, со вторым модулем 14. Таким образом, при обеспечении универсального крепежа можно формировать устройство с различными техническими характеристиками (например, менять размеры накопителя 1 для хранения абразивного материала, менять характеристики средства для подачи абразивного материала). Это позволяет дополнительно повысить удобство использования за счет гибкого подбора технических характеристик устройства под конкретную модель транспортного средства и условия эксплуатации. Следует также отметить то, что при такой конструкции устройство имеет защищенное пространство, отделенное от абразивного материала («чистое место»), где могут размещаться электродвигатель, редуктор, а также «электронная начинка» (модуль передачи данных Wi-Fi, плата с контроллером). Благодаря этому достигается повышение надежности работы устройства, увеличение срока его службы.
По одному из вариантов реализации полезной модели накопитель 1 для хранения абразивного материала, средство для подачи абразивного материала размещены в емкости для хранения запаса жидкого топлива 15 (фиг. 3). Размещение устройства на шасси транспортного соседства обеспечивается стандартными крепежами, предусматривающими установку емкости для хранения запаса жидкого топлива на раму транспортного средства. В таком варианте также предусматривается возможность подключения устройства к бортовой электрической системе автомобиля.
Еще в одном варианте осуществления полезной модели содержится два выпускных окна 16 и 17 соответственно, отстоящих друг от друга на расстоянии, а упомянутый шнек 2 имеет разное направление витков (фиг. 4). При реализации устройства в варианте с кожухом 10 в его нижней части над выпускными окнами 16 и 17 выполняются выпускные отверстия 18, 19 соответственно. Разное направление витков шнека 2, показанное на фиг. 4, позволяет подавать абразивный материал одновременно к двум выпускным окнам 16 и 17. Варианты осуществления полезной модели со шнеком 2, имеющим разное направление витков, предназначены для использования с двухскатными колесами (фиг. 6).
Полезная модель никоим образом не ограничена вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, имеется много возможностей модификации, которые будут очевидны для среднего специалиста в данной области техники без отхода от основной идеи полезной модели, описанной в формуле.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Перед движением транспортного средства для использования устройства открывают поворотную крышку 5 и через загрузочное отверстие наполняют абразивным материалом накопитель 1 для хранения абразивного материала.
В процессе движения транспортного средства по опорной поверхности (по дороге или бездорожью) для повышения сцепления движителя с опорной поверхностью водитель с пульта управления 9 запускает привод (электродвигатель 7) шнека 2 и открывает защитную откидную крышку 4. Шнек 2, вращаясь, подает абразивный материал к выпускному окну 3. Частицы абразивного материала через выпускное окно 3 попадают на защитную откидную крышку 4, которая их направляет в сторону движителя. Частицы абразивного материала скатываются по защитной крышке 4 и падают под действием силы тяжести на опорную поверхность. Далее упомянутые частицы попадают в зону контакта опорной поверхности с поверхностью движителя, увеличивая коэффициент трения, т.е. повышается сцепления движителя с опорной поверхностью. При отсутствии необходимости в повышении сцепления водитель с пульта управления 9 выключает привод (останавливает вращение шнека 2) и закрывает защитную откидную крышку 4.
При размещении шнека 2 непосредственно в накопителе 1 для абразивного материала одновременно с подачей абразивного материала к выпускному окну 3 осуществляется рыхление абразивного материала.
При размещении шнека 2 в кожухе 10 абразивный материал с накопителя 1 для абразивного материала через горловину 12 и впускное окно 11 попадает в кожух 10 и шнеком 2 подается к выпускному отверстию 13 и далее через выпускное окно 3 попадает на защитную откидную крышку 4.
Если используются варианты для двухскатных колес, то абразивный материал из накопителя 1 для абразивного материала шнеком 2, выполненным с разными направлениями витков, подается к выпускным окнам 16 и 17, отстоящих друг от друга на расстоянии, через выпускные отверстия 18, 19 кожуха 10 соответственно.
Регулировка количества подаваемого абразивного материала осуществляется водителем с пульта управления 9 посредством изменения частоты вращения шнека 2. Например, в случае движения в гору по ледяному насту и при условии, что транспортное средство имеет достаточную скорость, необходимо лишь поддерживать его ход. В этом случае водитель устанавливает умеренную скорость вращения шнека 2. В другой ситуации, в частности если требуется совершить экстренное торможение или транспортное средство находится на ледяном спуске, или трогается с места, имеется потребность в увеличенном количестве подаваемого под движитель абразивного материала. Для этого водитель увеличивает скорость вращение шнека 2.
Если устройство снабжено датчиком открытия и закрытия защитной крышки 4, датчиком частоты вращения шнека 2; датчиком уровня загрузки накопителя 1 для хранения абразивного материала водитель может на пульте управления 9 контролировать основные показатели устройства: открылась ли защитная крышка 4, вращается ли шнек, уровень загрузки накопителя 1 для абразивного материала.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет гораздо лучше повышать сцепные и тормозные качества транспортного средства как при необходимости поддержания хода транспортного средства, так и при экстренном торможении, трогании или движении по спуску за счет обеспечения сравнительно более эффективного регулирования (дозирования) количества подаваемого абразивного материала в зону контакта движителя и опорной поверхности. Эффективность регулирования (дозирования) количества подаваемого абразивного материала объясняется тем, что сочетание шнековой подачи с подачей под действием силы тяжести обеспечивает предсказуемый уровень дозирования абразивного материала в зоне контакта движителя с опорой поверхностью в широком диапазоне частот вращения шнека 2 (выше частота - больше абразивного материала в зоне контакта). Также это позволяет обеспечить более эффективный расход абразивного материала.
Кроме того, обеспечивается большая надежность конструкции за счет ее простоты и наличия элементов, выполняющих защитные функции. В частности, конструкция устройства предполагает минимальное количество вращающихся деталей. Шнековая подача не требует высоких частот вращения. Кроме того, практически сложно при использовании сыпучих абразивных материалов повредить или заклинить шнек 2. Также это позволяет снизить требования к гранулометрическому составу применяемого абразивного материала. Допускается в нем наличие сравнительно крупных частиц. При этом защитная крышка 4 предохраняет выпускное окно 3 (или выпускные окна 16 и 17 в вариантах для двухскатных колес) от воздействия воды, песка, снега, льда и грязи, обеспечивая функциональную готовность устройства даже при длительном движении в зимних условиях.
Также конструкция устройства позволяет сравнительно увеличить объем накопителя 1 для хранения абразивного материала при сохранении допустимых габаритных размеров.
В целом вся совокупность признаков позволяет повысить удобство эксплуатации устройства, так оно меньше требует обслуживания и ремонта, а управление осуществляется на расстоянии с пульта управления 9.