Универсальное транспортное средство на роторно-винтовом движителе
ALL-PURPOSE VEHICLE ON ROTARY SCREW PROPULSOR

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к конструкции транспортных средств на роторно-винтовом движителе, предназначенных для автономного перемещения под водой, в том числе по донным грунтам морей, в переходных сильно обводненных средах (болотах), а также на природных космических телах.
Известно «Устройство и способ работы движителя для надводного и подводного транспорта» (патент на изобретение 2665103, опубл. 28.08.2018 г.). Движитель сигарообразной формы состоит из двух шнеков с саблевидными лопастями, направленными в разные стороны, между шнеками установлен двигатель. При вращении шнеков в противоположные стороны движитель перемещается вперед без излишнего шума и вибрации. Действительно, опыт создания шнековых вездеходов-амфибий в России, Японии и в других странах (А.П. Куляшов, В.Е. Колотилин «Экологичность движителей транспортно-технологических машин», Москва, Машиностроение, 1993, см. табл. 2.13 на стр. 192) подтверждает положительный эффект в работе предлагаемого устройства. Однако, для создания необходимого упора, а значит и потребного тягового усилия, необходимо развивать высоту лопасти, что приводит к увеличению габаритов транспортного средства и сокращению полезного объема его корпуса.
Встраивание двигателя в полое тело шнека, («Шнековый движитель», патент на полезную модель 167 625, опубл. 10.01.2017 г.), позволяет несколько сократить габаритные размеры движителя, однако существенно усложняет его устройство.
Известны «Глубоководный аппарат с водометным движителем». (патент на полезную модель 174716, опубл. 30.10.2017 г.) и «Винтолопастной электромагнитный движитель глубоководного применения», (патент на полезную модель 179428, опубл. 15.05.2018 г.), для скоростных подводных аппаратов, не имеющих контакта с донной поверхностью. У предложенных в данных устройствах движителей упор (тяга) зависит от скорости отбрасываемой струи. Поэтому маневрирование скоростью, создание тягового усилия на малых скоростях, характерных для технологических транспортных средств, практически невозможно.
о
Известно «Универсальное транспортное средство» (патент на полезную модель 180 701, опубл. 21.06.2018 г.), для движения в любых средах от грунтовой поверхности до воды, оснащенное роторно-винтовым движителем, размещенным на платформе, на которую в свою очередь опирается через опорные катки корпус транспортного средства, так что роторно-винтовой движитель может поворачиваться относительно продольной оси транспортного средства на 180, что обеспечивает повышение маневренности транспортного средства. Подвижное соединение платформы роторно-винтового движителя с корпусом транспортного средства, обеспечивающее изменение (регулирование) положения корпуса машины относительно движителя (его продольной оси), позволяет использовать движитель в режиме движения лагом (когда роторы обоих бортов вращаются в одну сторону) и роторы работают как катки, а направление движения корпуса машины перпендикулярно продольной оси роторов. Данное устройство наиболее полно соответствует предлагаемому техническому решению, однако обладает рядом существенных недостатков. Во-первых, оно не дает возможности движения по сильно пересеченному донному рельефу, т.к. роторы движителя представляют собой жесткие балки, оси которых закреплены в неподвижных опорах платформы. Во-вторых, вследствие жесткого закрепления опор роторов, при движении машины по косогору корпус машины испытывает крен, что ограничивает применение транспортного средства совместно с некоторыми рабочими органами (например, землеройными или кабелеукладочными). И в-третьих, движение продольной оси роторов по криволинейной траектории при маневрировании машины осуществляется т.н. бортовым поворотом, т.е. за счет разности тяговых усилий движителей обоих бортов. Такой способ поворота вызывает увод машины с траектории движения из-за возрастающего сопротивления движению и повороту, повышенное буксование на слабых грунтах, что также затрудняет использование транспортного средства как базы технологической машины.
Технический результат - обеспечение наиболее полной приспосабливаемости роторно-винтового движителя к поверхности пути, максимального контакта роторов с грунтом, минимизации крена корпуса при движении по косогору, сохранение устойчивого движения корпуса по заданной криволинейной траектории и наиболее полной реализации тяговых возможностей по сцеплению движителя с грунтом.
Технический результат достигается тем, что в универсальном транспортном средстве с роторно-винтовым движителем, включающем корпус и роторно-винтовой движитель, роторно-винтовой движитель состоит из модулей, закрепленных на корпусе транспортного средства подвижно, например, по два с каждого борта с помощью трехточечной подвески, а каждый модуль роторно-винтового движителя состоит из двух полуроторов, установленных соосно с возможностью независимого вращения в подвижном опорном каркасе, закрепленном поворотно и управляемом гидроцилиндрами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и каждый полуротор приводится во вращение встроенным в него гидромотором.
Устройство униыверсального транспортного средства с роторно-винтовым движителем поясняется чертежами на которых на фиг. 1 представлен общий вид транспортного средства, на фиг. 2 – роторно-винтовой модуль, а на фиг. 3 – адаптация движителя к условиям движения. На чертежах обозначены позиции: 1 – корпус транспортного средства, 2 – рабочий орган, 3 – роторно-винтовой модуль, 4 – трехточечная подвеска, 5 – у-образный рычаг, 6 – гидроцилиндр-амортизатор, 7 – цилиндрическая пружина, 8 – кронштейн, 9 – цапфа, 10 – поворотная переходная опора, 11 – проушина, 12 – шкворень, 13 – опорный каркас модуля, 14 и 15 – опоры полуротора, 16 – полуротор, 17 – винтовая лопасть, 18 – гидромотор, 19 и 20 - гидроцилиндры
Глубоководное транспортное средство состоит из корпуса транспортного средства 1 с рабочим органом 2, На корпусе 1 подвижно размещены роторно-винтовые модули 3, например, по два с каждого борта. Каждый модуль 3 закреплен на корпусе 1 с помощью трехточечной подвески 4, состоящей из у-образного рычага 5, гидроцилиндра-амортизатора 6 и цилиндрической пружины 7. У-образный рычаг 5 соединен с корпусом через кронштейны 8, а на свободном его конце на цапфе 9 насажена поворотно переходная опора 10, на проушине 11 которой закреплен также подвижно с помощью шкворня 12 опорный каркас модуля 13, в котором в опорах полуроторов 14 и 15 с возможностью независимого вращения соосно установлены два полуротора 16 с винтовыми лопастями 17 противоположного направления навивки. Внутри каждого полуротора 16 размещен гидромотор 18, приводящий его во вращение. Перемещение и фиксацию в заданном положении подвижных частей роторно-винтового модуля 3 обеспечивают гидроцилиндры 19, соединяющие по обе стороны от проушины 11 переходную опору 10 с опорным каркасом модуля 13, и гидроцилиндры 20, установленные между у-образным рычагом 5 и опорным каркасом модуля 13.
Устройство работает следующим образом.
При прямолинейном движении транспортного средства по неровностям донной поверхности и наезде роторно-винтового модуля 3 на препятствие под действием вертикальной реакции опорный каркас модуля 13 поворачивается вместе с переходной опорой 10 относительно оси цапфы 9 у-образного рычага 5. Гидроцилиндр 20 не препятствует повороту опорного каркаса модуля, находясь в плавающем положении. Под действием этой же силы у-образный рычаг 5 поворачивается в кронштейнах 8 вверх и сжимает гидроцилиндр-амортизатор 6 и цилиндрическую пружину 7. Силы сопротивления гидроцилиндра-амортизатора 6 и цилиндрической пружины 7 трехточечной подвески 4 препятствуют отрыву полуроторов 16 от грунтовой поверхности и обеспечивают контакт винтовых лопастей 17 с грунтом. В то же время корпус 1 транспортного средства испытывает минимальные перемещения, как и закрепленный на нем рабочий орган 2. Однако, положение у-образного рычага 5 и опорного каркаса модуля 13 относительно их осей поворота может быть зафиксировано с помощью гидроцилиндра-амортизатора 6 и гидроцилиндра 20 соответственно.
Поворот транспортного средства осуществляется с помощью изменения направления движения полуроторов 16 роторно-винтовых модулей 3. При входе в поворот гидроцилиндры 19 воздействуют на опорный каркас модуля 13, поворачивая его в заданном направлении относительно оси шкворня 12 в проушине 11 переходной опоры 10. В процессе поворота режим работы гидромоторов 18 не изменяется по сравнению с прямолинейным движением, что обеспечивает сохранение максимальных тяговых возможностей силового привода.
Привод каждого полуротора 16 осуществляется гидромотором 18 независимо от полуротора, расположенного соосно с ним. Привод выполнен так, что обеспечивает постоянный упор винтовых лопастей 17 в грунт. В процессе буксования или юза роторно-винтового модуля 3 скорости вращения каждого полуротора 16 изменяются автоматически, что также направлено на реализацию максимальных тяговых возможностей роторно-винтового движителя
Таким образом, устройство обеспечивает, в зависимости от рельефа местности и грунтовых условий, следующие режимы работы:
- качание роторно-винтового модуля 3 относительно оси кронштейнов 8 при движении по неровностям. В этом случае гидроцилиндр-амортизатор 6 и цилиндрическая пружина 7 работают как обычная трехточечная подвеска автомобиля; гидроцилиндр-амортизатор 6 находится в плавающем положении. С помощью гидроцилиндра-амортизатора 6 можно зафиксировать модуль в промежуточном положении, например, как показано на фиг. 3, а), вид спереди, когда транспортное средство движется по косогору, а его корпус 1 сохраняет горизонтальное положение, исключая боковые нагрузки на рабочий орган 2;
- качание или принудительный поворот переходной опоры 10 относительно оси цапфы 9 у-образного рычага 5. Свободное качание переходной опоры 10, а вместе с ней и опорного каркаса модуля 13 возможно при условии, что гидроцилиндр 20 находится в плавающем положении. Если гидроцилиндр 20 заперт в любом промежуточном положении, то опорный каркас модуля 13, а вместе с ним и полуроторы 16 находятся под некоторым углом к продольной оси корпуса 1. Такое положение полуроторов 16 обеспечивает им сохранение полного контакта с опорной поверхностью при преодолении неровностей и входе на подъем, как показано на фиг. 3, б), вид сбоку;
- движение транспортного средства по заданной криволинейной траектории осуществляется за счет поворота опорного каркаса модуля 13 в проушине 11 переходной опоры 10 относительно вертикальной оси шкворня 12 гидроцилиндрами 19. При этом продольные оси полуроторов могут занимать положение, например, как показано на фиг. 3, в), вид сверху;
- движение транспортного средства осуществляется за счет создания упора (тягового усилия) винтовыми лопастями 17 полуроторов 16, приводимых во вращение гидромоторами 18. Приводы полуроторов 16 каждого роторно-винтового модуля 3 работают независимо друг от друга так, чтобы компенсировать буксование или проскальзывание одного из полуроторов 16 и поддерживать постоянный упор винтовой лопасти 17 в грунтовой среде. Это повышает тяговую эффективность каждого роторно-винтового модуля 3 и всего транспортного средства.
Предложенное устройство движителя повышает тяговые возможности универсального транспортного средства с модульным роторно-винтовым движителем в режимах прямолинейного движения и поворота, на подъемах и косогорах, а также при оснащении его рабочими технологическими органами, обеспечивая их минимальную нагруженность от перекосов элементов конструкции, связанных с рельефом местности.