ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к области тренажеростроения, а именно - к динамическим тренажерам транспортных средств.
Известен динамический тренажер транспортного средства, содержащий кабину и динамическую опору, содержащую расположенную на раме треугольную платформу, соединенную при помощи шарнирно-рычажных механизмов с движителями, разгруженными в нейтральном положении двумя упругими элементами, выполненными в виде торсионов, при этом каждая из двух вершин треугольной платформы через шарнирно-рычажный механизм соединена с отдельным движителем, закрепленным на раме, а третья вершина платформы непосредственно соединена с рамой через двухстепенной шарнир. Движители в данной конструкции опоры выполнены в виде двух гидроцилиндров (патент РФ на полезную модель №31869, опубл. 27.08.2003 г.).
Однако, наличие двух торсионов и использование в качестве движителей двух гидроприводов усложняет конструкцию опоры.
Известна также система подвижности тренажера транспортного средства, содержащая неподвижное основание с опорами, три гидроцилиндра, шарнирно соединенных штоками с подвижной платформой, три направляющих, механически соединенные на концах с опорами. Направляющие выполнены с возможностью поворота вокруг своей продольной оси и размещены на основании так, что две направляющие параллельны между собой, а третья перпендикулярна и равноудалена по отношению к первым двум, причем основания корпусов гидроцилиндров установлены на направляющих. Имеются также три кривошипно-ползунных механизма, концы рычагов которых соответственно соединены шарнирно с ползунами и штоками
гидроцилиндров, а концы кривошипов соответственно соединены шарнирно с основанием корпусов гидроцилиндров и средней частью рычагов (патент РФ на изобретение №1828295, опубл. 10.07.1996 г.).
Недостатком данной конструкции системы подвижности тренажера являются значительные размеры системы кинематики по отношению с размерами кабины тренажера, необходимость специального помещения, наличие электрогидроприводов.
За прототип принято устройство динамического тренажера танка, опора которого содержит неподвижную станину и подвижную платформу, шарнирно установленную на балке, закрепленной на торсионе. Кабина оператора реального объекта устанавливается на динамическую опору. На станине расположены три электропривода, редукторы и три кривошипно-шатунных механизма, шатуны которых шарнирно соединены с платформой в трех точках (htpp//www.morozov.com.ua/rus, 2004, сайт казенного предприятия «Харьковское конструкторское бюро по машиностроению им. А.А.Морозова»).
см
см
б
мин
макс
б
В данной конструкции в нейтральном положении торсиона управление электроприводами способствует перемещению платформы по крену и тангажу вокруг точки (вокруг места крепления балки и платформы), однако при этом вертикальная составляющая перемещений незначительна и равна h=1·sinα, где 1 - расстояние между шарнирами балки и шатуна, α - угол тангажа (фиг.3). Имитация полной вертикальной составляющей тангажа воспроизводится радиальным перемещением балки, что сопровождается линейным смещением рабочего места обучаемого Δх=1·(соs-соs) не адекватным смещению в реальной машине, где 1 - длина балки, мин и макс - углы отрицательного и положительного тангажа, соответственно (фиг.4). Следствием принятой конструкции являются значительные угловые перемещения шатунов в шарнирных соединениях.
Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения имитации сенсорных воздействий на обучаемого, максимально соответствующих сенсорным воздействиям на членов экипажа реальной машины за счет обеспечения соответствия величины вертикального перемещения кресла обучаемого величине вертикального перемещения кресла оператора реального транспортного средства при одинаковых углах тангажирования.
Для достижения этого технического результата в динамическом тренажере транспортного средства, содержащем кабину с креслом закрепленную на подвижной раме, установленной на балке, которая закреплена на торсионе и соединена при помощи кривошипно-шатунных механизмов с электроприводами, установленными на неподвижной станине введена подвижная рама соединенная цилиндрическими шарнирами с балкой, соединенной с закрепленной на торсионе траверсой, причем в нейтральном положении (нулевой угол тангажа) балка располагается горизонтально, а кабина тренажера установлена на подвижную раму с соблюдением равенства расстояния от оси торсиона до кресла оператора расстоянию от статического центра тяжести транспортного средства до рабочего места оператора реального транспортного средства. При этом подвижная рама дополнительно снабжена винтовым приводом продольного перемещения относительно балки, а расстояние от неподвижной станины до оси балки составляет не менее половины величины вертикального перемещения подвижной рамы.
Отличительными признаками предлагаемой динамической опоры тренажера от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются: установка рамы на балке с помощью цилиндрических шарниров, обеспечивающих возможность поворота рамы относительной оси балки, наличие винтового привода продольных перемещений рамы, горизонтальная установка балки в нейтральном положении (при нулевом угле тангажа) и расположение кабины на подвижной раме с соблюдением равенства расстояния от оси торсиона до кресла оператора расстоянию от
статического центра тяжести транспортного средства до рабочего места оператора реального транспортного средства, установка на раму винтового привода продольных перемещений рамы.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается увеличение необходимой вертикальной составляющей перемещения по тангажу h=2·1б·sin, имитация отсутствующих в прототипе продольных акселерационных воздействий и сведение неадекватного линейного смещения до минимума Δx=1б·(l-cosα) (фиг.5). За счет установки кривошипных механизмов в срединные положения линейных смещений концов шатунов относительно плоскости тангажа Δх/2 достигнуто уменьшение диапазона угловых перемещений шатунов в шарнирных соединениях.
Предлагаемая динамическая опора тренажера транспортного средства иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показан вид динамического тренажера сбоку;
на фиг.2 - вид тренажера сверху (без кабины);
на фиг.3 - схема имитации крена и тангажа при неподвижной балке прототипа;
на фиг.4 - схема перемещения балки прототипа;
на фиг.5 - схема перемещения балки.
Динамический тренажер (фиг.1) содержит неподвижную станину 1, подвижную раму 2, установленную на балке 3, которая с помощью траверсы 4 закреплена на торсионе 5. Торсион 5 установлен на опорах 6, закрепленных на неподвижной станине 1. Подвижная рама 2 связана с балкой 3 цилиндрическими шарнирами 7 для обеспечения поворота рамы вокруг оси балки, на балке установлен электродвигатель 8 и винтовой привод 9, связанный с подвижной рамой 2 и обеспечивающий перемещение рамы вдоль балки 3. По обе стороны от оси балки 3 (фиг.2) на станине 1 установлены электроприводы, состоящие из электродвигателей 10 с редукторами 11, выходные валы которых
соединены с кривошипами 12, шатуны 13 которых шаровыми опорами 14 соединены с боковыми сторонами подвижной рамы 2. Балка 3 установлена таким образом, что ее горизонтальное положение соответствует нулевому углу тангажа. Электроприводы разгружены упругими элементами торсиона 5 на всем рабочем диапазоне ходов. На подвижной раме 2 установлена кабина 15 тренажера с креслом 16 обучаемого оператора, при этом кабина установлена на раме таким образом, что расстояние от оси торсиона 5 до кресла 16 обучаемого в кабине 15 тренажера равно расстоянию от статического центра тяжести до рабочего места водителя реального транспортного средства, а расстояние от неподвижной станины 1 до оси балки 3 составляет не менее половины величины вертикального перемещения подвижной рамы 2.
Работа динамической платформы тренажера осуществляется следующим образом. При поступлении от программного комплекса тренажера (на чертеже не показан) сигнала, пропорционального пространственной ориентации имитируемого отделения транспортного средства в виртуальном мире (для танка - корпуса или башни), электродвигатели 10 через редукторы 11 изменяют угловое положение кривошипов 12 и шатунов 13, а через них и ориентацию подвижной рамы 2, электродвигатель 8 через винтовой привод изменяет линейное положение рамы 2. Осью вращения рамы в одной плоскости служит торсион 5, как узел тангажа, а в другой плоскости - балка 3, как узел крена. Соотношения элементов конструкции (положение оси кривошипа, длина рычага кривошипа, ширина рамы, расстояние от оси торсиона до шаровых опор) подбираются с условиями обеспечения необходимых диапазонов перемещения рамы 2 (от минус 15° до плюс 15° по крену и тангажу) и отсутствия заклинивая кривошипов при их полном обороте.
Предлагаемый динамический тренажер транспортного средства позволяет обеспечить имитацию сенсорных воздействий на обучаемого, максимально соответствующих сенсорным воздействиям на оператора
реальной машины и тем самым повысить качество обучения экипажа. В качестве реальной машины может быть как наземное, так и воздушное транспортное средство.