ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО ДЛЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ПО МЕСТНОСТИ СО СЛОЖНЫМИ ГРУНТОВЫМИ И РЕЛЬЕФНЫМИ УСЛОВИЯМИ

Полезная модель относится к области транспорта и касается конструкции средств передвижения исследовательского илиспециального назначения по земной, лунной или марсианской грунтовой поверхности.
К таким средствам передвижения относятся наземные транспортные роботы, а также планетоходы - луноходы и марсоходы.
Главными особенностями конструкции самоходных шасси таких транспортных средств являются применение мотор-колес (колес), т.е. индивидуальных электромеханических приводов, встроенных в каждое колесо, а также применение неупругих балансирных подвесок, обеспечивающих механические связи каждого мотор-колеса с рамой шасси или несущим корпусом таким образом, чтобы все мотор-колеса многоприводного транспортного средства имели контакт с неровной контактной поверхностью.
Известна конструкция марсохода, балансирная подвеска которого выполнена по схеме Rocker Bogie [Маленков М.И. и др. Повышение подвижности марсоходов путем совершенствования систем передвижения и алгоритмов их управления. Вестник Машиностроения. 2015. «№8. с. 37-44], обеспечивающей постоянный контакт с опорной поверхностью всех шести колес при движении по сложному грунтовому рельефу в пределах углов качания балансиров, ограниченных упорами. Этот результат достигается благодаря установке на каждом борту шасси продольного бортового балансира, один из концов которого связан с одним из мотор-колес, а второй выполнен в виде шарнира дополнительного продольного балансира, каждый из концов которого связан с двумя другими мотор-колесами этого борта. Для уменьшения углов крена и дифферента корпуса транспортного средства оси качания бортовых балансиров связаны механизмами синхронизации углов поворота этих балансиров, обеспечивающих возможность поворота бортовых балансиров противоположных бортов только в противоположных направлениях.
В зависимости от конструкции шасси механизм синхронизации бортов может быть выполнен в виде двух полуосей и, связывающих эти полуоси, конического дифференциала либо в виде рычажно-шарнирного механизма с одним поперечным балансиром.
Недостатком описанной конструкции шасси является наличие подвижных поперечных связей балансиров противоположных бортов, что значительно ограничивает возможности компоновки либо бортового служебного и научного оборудования, размещенного в контейнере (при применении механизма синхронизации с межбортовым дифференциалом), либо навесного служебного и научного оборудования (при применении рычажно-шарнирного механизма синхронизации).
Вторым и основным недостатком конструкции аналога является неоптимальное перераспределение нормальных реакций по колесам одного борта вследствие влияния реактивных крутящих моментов колес, которые замыкаются на грунт через шарниры рычагов. Это снижает проходимость транспортного средства особенно при преодолении подъемов на деформируемых, слабосвязных грунтах типа песка или вулканического шлака. В некоторых случаях возможен отрыв отдельных колес от грунта, что увеличивает нормальные нагрузки на опорные колеса и приводит к буксованию и погружению наиболее нагруженных колес в грунт.
Последний, из указанных выше недостатков, устранен в конструкции шасси с так называемой трехточечной подвеской колес [Kucherenko V., Bogatchov A., Winnendael М., Chassis Concepts for ExoMars Rover. Proc. Of the ESA Workshop «ASIRA». November 2-4. ESTEC. Noordwijk (the Netherlands). 2004.]. Это шасси снабжено тремя модулями, каждый из которых представляет собой балансирную подвеску, выполненную в виде двух параллелограммов с общим балансиром. Опоры осей качания балансиров двух передних модулей жестко связаны с боковыми стенками контейнера транспортного средства, а опора оси качания заднего модуля жестко связана с задней стенкой этого контейнера. Такая подвеска также обеспечивает постоянный контакт всех шести колес с неровной опорной поверхностью в пределах углов качания балансиров перечисленных модулей и существенное уменьшение углов крена и дифферента корпуса при преодолении эскарпов одновременно двумя бортами, а также при преодолении различных по высоте одиночных препятствий под колесами каждого борта.
Однако, в отличие от подвесок типа Rocker Bogie, бортовые продольные балансиры передних модулей не имеют поперечных связей и не ограничивают возможности компоновки аппаратуры внутри контейнера, а также возможности компоновки навесного оборудования. Благодаря параллелограммным подвескам выравниваются нормальные реакции двух колес, связанных одним балансиром, что значительно улучшает общую картину перераспределения реакций по колесам. Исключается отрыв средних колес от опорной поверхности даже в ситуации упора передних колес в вертикальную стенку.
Недостаток этого транспортного средства заключается в чрезмерной интеграции самоходного шасси и контейнера, который оказывается необходимым для организации движения и проведения ходовых испытаний. Между тем, конфигурация контейнера в решающей мере зависит от габаритно-массовых и иных характеристик навесного оборудования и размещенной внутри него аппаратуры, включая систему обеспечения теплового режима. Отсутствие автономности шасси и контейнера на всех, даже самых ранних стадиях разработки, изготовления и испытаний, например, планетохода, существенно усложняет организацию работ и наземную отработку компонентов.
th
Указанный недостаток исключен в конструкции шасси марсохода, принятой за прототип [Design and Manufacture of full size breadboard EXOMARS Rover Chassis. Lee C, Dalcolmo J., Klinker S. Proc. of the 9Workshop «ASTRA». november 28-30. ESTEC. Noorlwijk, the Netherlands. 2006.]. Основой транспортного средства является шестиколесное шасси, включающее несущую раму, образованную совокупностью связанных между собой, продольных и поперечных балок. Опорная часть шасси представлена тремя колесными модулями, которые связаны с несущей рамой, при этом каждый модуль снабжен парой мотор-колес. Модуль выполнен в виде балансирной тележки, содержащей балансирную балку, шарнирно связанную с несущей рамой, на концах которой с помощью качающихся рычагов смонтированы мотор-колеса. Рычаги посредством шарнирно соединенных с ними реактивных тяг, которые также шарнирно связаны и с рамой, образуют с балансирной балкой параллелограммный механизм, обеспечивающий плоскопараллельное перемещение мотор-колесам. К несущей раме посредством болтового соединения крепится контейнер для размещения различного рода аппаратуры.
Болтовое соединение увеличивает жесткость несущей конструкции, однако, это приводит к увеличению и без того значительной, из-за массы рамы, общей массы шасси, что применительно к планетоходам, предназначенным для перемещения по сложным и непредсказуемым грунтовым условиям, и является недостатком. Следует отметить как недостаток некоторую усложненность конструкции несущей рамы, не оправданную стоящей перед ней задачей объединения всех элементов шасси.
Таким образом, задачей полезной модели является снижение массы транспортного средства и упрощение ее конструкции.
Поставленная задача достигается за счет того, что в транспортном средстве для передвижения по местности со сложными грунтовыми и рельефными условиями, выполненным в виде шестиколесного шасси, включающем несущую раму с контейнером, с которой шарнирно связаны три колесных модуля, выполненном в виде балансирных тележек, каждая из которых снабжена парой мотор-колес, несущая рама выполнена из двух балок, образующих Т-образную конструкцию, каждый конец которой снабжен шарниром связи с одной из балансирных тележек.
Технический результат полезной модели заключается в новой Т-образной конструкции рамы шасси, содержащей всего две балки - продольную и поперечную, что упрощает и облегчает ее конструкцию.
На чертежах, прилагаемых к описанию, даны:
- фиг. 1-3d - изображение общего вида транспортного средства;
- фиг. 2-3d - изображение общего вида шасси;
- фиг. 3-3d - изображение одного из передних колесных модуля;
- фиг. 4-3d - изображение заднего колесного модуля;
Транспортное средство содержит шестиколесное шасси 1, на котором смонтирован контейнер 2, предназначенный для размещения различного оборудования. Шасси 1 содержит несущую раму 3, на которой посредством болтового соединения (на чертеже не показано) крепится своим днищем контейнер 2. Несущая рама 3 выполнена из двух балок (продольной и поперечной), образующих совместно жесткую Т-образную конструкцию. Опорная часть шасси 1 содержит три колесных модуля: два передних - 4 и один задний - 5. Каждый модуль снабжен парой мотор-колес 6 и выполнен в виде балансирной тележки, основу которой составляет балансирная балка 7, своей средней частью связанной посредством шарнира 8 с одним из трех концов Т-образной рамы 3. Колеса 6 установлены на концах поворотных рычагов 9, которые с помощью шарниров 10 связаны с концами балансирной балки 7. Другие концы рычагов 9 с помощью шаровых шарниров связаны с реактивными тягами 11, которые, в свою очередь, также шарнирно связаны с рамой 3 в зоне ее шарнирного сочленения с балансирной балкой 7. Реактивные тяги 11 каждого модуля образуют с соответствующей балансирной балкой 7 параллелограммный механизм, который обеспечивает плоскопараллельное перемещение колес модуля при повороте балансирной балки 7. Следует отметить, что механическое сопряжение рамы 3 и днища контейнера 2 осуществляется не менее чем по трем опорным площадкам 12 с использованием дополнительных к болтовым соединениям, штифтовых соединений, исключающих возможность относительного перемещения этих элементов транспортного средства, повышая общую жесткость несущей конструкции.
Предлагаемое в полезной модели усовершенствование упрощает конструкцию несущей части шасси и снижает общую массу последнего, что, в конечном итоге, дает возможность увеличить массу научных приборов и за счет их дублирования повысить надежность служебной бортовой аппаратуры.