ДИНАМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА ТРЕНАЖЕРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к области учебно-тренировочных средств и может быть использована для имитации колебаний, приведенных к кабине транспортного средства, в процессе обучения вождению на тренажере.
Известна динамическая опора тренажера транспортного средства, содержащая раму, платформу, три движителя и три упругих элемента растяжения. Движители имеют одинаковую конструкцию и состоят из рычажной передачи, мотор-редуктора, кривошипа и шатуна.
На платформу устанавливается полезная нагрузка (кабина тренажера), проекция центра тяжести которой находится в центре тяжести треугольника, вершинами которого являются точки приложения усилий от движителей через шарнирно-рычажные механизмы. В нейтральном положении платформы движители разгружены с помощью элементов растяжения, представляющих собой резиновые жгуты [1].
Конструкция данной динамической опоры обеспечивает движение полезной нагрузки с тремя степенями свободы: поступательное движение вдоль вертикальной оси - обеспечивается синхронной работой всех трех движителей; вращение вокруг поперечной оси (тангаж) - обеспечивается синхронной работой двух и противофазной работой третьего движителя, расположенных, соответственно, по разные стороны поперечной оси; вращение вокруг продольной оси (крен) - обеспечивается противофазной работой двух движителей, расположенных по разные стороны продольной оси. Вращение осуществляется вокруг проекции центра тяжести полезной нагрузки на плоскость платформы.
Наличие трех степеней свободы в рассматриваемой динамической опоре позволяет осуществлять колебания полезной нагрузки, наиболее полно отображающие движение транспортного средства по местности.
Однако, несмотря на очевидные преимущества в эксплуатационных характеристиках, она имеет усложненную конструкцию, увеличенные габариты, а также ограниченный ресурс упругих элементов, что в целом снижает надежность конструкции.
Известна также динамическая платформа, содержащая подвижную столешницу для размещения полезной нагрузки (кабины тренажера), неподвижную станину, на которой установлены три электропривода (мотор-редукторы), связанные через кривошипно-аксиальные механизмы с подвижной столешницей в трех точках, являющихся вершинами воображаемого треугольника, блок управления приводами и подпружиненная подвижная стойка, верхний конец которой через карданный шарнир соединен со столешницей в центре масс треугольника, а нижний через шлицевое соединение - с неподвижной столешницей [2].
Данная динамическая платформа тренажера транспортного средства наиболее близка к заявляемой по совокупности признаков и является ее ближайшим аналогом.
Она также имеет три степени свободы и обеспечивает движение полезной нагрузки по трем направлениям: поступательное движение вдоль вертикальной оси, вращение вокруг поперечной оси (тангаж), вращение вокруг продольной оси (крен). Движения осуществляются тем же способом, который описан выше в предыдущем аналоге.
Эта платформа более проста по конструкции. Благодаря наличию вертикальной стойки с установленной на ней пружиной, она более компактна и имеет меньшие габариты. Ресурс упругих элементов значительно выше, чем у первого аналога, что повышает надежность конструкции.
В то же время, данная динамическая платформа имеет существенный недостаток - низкую податливость подвижной системы, которая предопределяется наличием в ее конструкции одной пружины. Для удержания заданной величины полезной нагрузки (веса кабины) пружина должна быть изготовлена с повышенной жесткостью, то есть навита из
проволоки большего диаметра. Такая пружина не обеспечивает требуемой величины вертикального перемещения кабины. В результате этого водитель, находясь на рабочем месте, недостаточно полно ощущает ситуацию реальной обстановки. Кроме того, эта пружина сложна в изготовлении, и в условиях серийного производства для этого потребуется специальное оборудование и дополнительные материальные и энергетические затраты.
Предлагаемой полезной моделью решается задача приближения условий обучения к реальным за счет увеличения податливости подвижной системы и повышения ее технологичности.
Ожидаемый технический результат при осуществлении полезной модели - это улучшение динамических характеристик платформы за счет увеличения податливости подвижной системы, а также повышение технологичности ее изготовления.
Для достижения этого технического результата известная динамическая платформа тренажера транспортного средства, содержащая подвижную столешницу для размещения кабины и неподвижную станину, на которой установлены три электропривода (мотор-редукторы), связанные через кривошипно-аксиальные механизмы с подвижной столешницей в трех точках, являющихся вершинами воображаемого треугольника, блок управления приводами и подпружиненная подвижная стойка, верхний конец которой через карданный шарнир соединен со столешницей в центре масс треугольника, а нижний - через шлицевое соединение с неподвижной станиной, дополнительно содержит вторую пружину, концентрично установленную относительно первой, при этом, пружины имеют разную длину и разный шаг навивки и расположены так, что направление навивки одной пружины противоположно направлению навивки другой.
Отличительными признаками заявленной динамической платформы от ближайшего аналога являются наличие второй пружины, а также концентричное ее расположение относительно первой, причем пружины имеют разную длину и разный шаг навивки и расположены таким образом,
что направление навивки одной пружины противоположно направлению навивки другой.
Благодаря наличию этих признаков в конструкции заявляемой динамической платформы, увеличилась податливость подвижной системы за счет разности длины пружин, разности шага навивки и последовательной их работы (сжатия) при концентричном расположении. Это дало возможность увеличить величину вертикального перемещения кабины, приведя ее в соответствие с требуемыми характеристиками. Разный шаг и противоположное направление навивки обеспечивают нормальную работу пружин, исключающую задевание соседних витков в процессе их сжатия.
Кроме того, достигается повышение технологичности конструкции, поскольку при эквивалентной нагрузочной способности однопружинной и двухпружинной систем в последней появляется возможность изготавливать пружины из проволоки меньшего диаметра на обычном универсальном оборудовании.
Предлагаемая динамическая платформа тренажера транспортного средства иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-2.
На фиг.1 показан продольный разрез динамической платформы;
на фиг.2 - кинематическая схема платформы.
Динамическая платформа (фиг.1) содержит подвижную столешницу 1, неподвижную станину 2 с установленными на ней тремя электроприводами 3, 4 и 5 (фиг.2), связанными через кривошипно-аксиальные механизмы 6 с подвижной столешницей 1 в трех точках 7, 8 и 9, являющихся вершинами воображаемого треугольника 10, блоком управления приводами 11, стойкой 12, на которой установлены концентрично расположенные (одна в другой) пружины 13 и 14. Верхний конец стойки 12 через карданный шарнир 15 соединен со столешницей 1 в центре масс 16 треугольника 10, а нижний конец через шлицевое соединение 17 с неподвижной станиной 2. Пружины 13 и 14 имеют разные длины и шаги навивки и расположены на стойке 12 таким образом, что направления их навивки противоположны.
Полезная нагрузка (кабина) устанавливается на столешнице 1 так, что проекция ее центра масс совпадает с центром масс треугольника 10.
Работа динамической платформы транспортного средства осуществляется следующим образом.
Пространственное положение подвижной столешницы 1 определяется положениями вершин 7, 8 и 9 воображаемого треугольника 10 (точек присоединения тяг кривошипно-аксиальных механизмов к столешнице).
Управление производится при помощи блока управления приводами 11 от внешнего вычислителя путем подачи на электроприводы управляющих сигналов, сформированных в процессе движения транспортного средства по местности.
Статический вес столешницы 1 с установленной на нее кабиной удерживается системой пружин 13 и 14. Исключение побочных вращений и смещений столешницы обеспечивается шлицевым соединением 17 и жестким соединением стойки 12 с неподвижной станиной 2.
Вращение вокруг поперечной оси (тангаж) обеспечивается синхронной работой двух приводов 3 и 4, точки 7 и 8 приложения усилий которых находятся по одну сторону поперечной оси и противофазной работой третьего привода 5, точка 9 приложения усилий которого расположена по другую сторону поперечной оси столешницы 1.
При подаче с внешнего вычислителя на блок управления приводами сигнала «угол тангажа», последний вырабатывает группу синхронных сигналов, поступающих на входы приводов 3 и 4 в фазе и противофазный сигнал, поступающий на вход привода 5. Приводы 3, 4 и 5, воздействуя через кривошипно-аксиальные механизмы 6 на столешницу 1 совместно с двухстепенным карданным шарниром 15, обеспечивают поворот кабины вокруг поперечной оси.
Вращение вокруг продольной оси (крен) обеспечивается противофазной работой двух электроприводов 3 и 4, точки 7 и 8 приложения усилий которых находятся по разные стороны продольной оси столешницы 1 при
неподвижном третьем электроприводе 5.
Сигнал управления «угол крена» поступает на блок управления приводами, который вырабатывает противофазные сигналы, поступающие на электроприводы 3 и 4. Эти приводы через кривошипно-аксиальные механизмы 6 синхронно воздействуют на столешницу 1, совместно с двухстепенным карданным шарниром 15 обеспечивая ей и кабине поворот вокруг продольной оси, то есть крен.
Возвратно-поступательное движение вдоль вертикальной оси обеспечивается синхронной работой всех трех электроприводов 3, 4 и 5.
При подаче на блок управления сигнала «вертикальное перемещение», последний вырабатывает совпадающие по фазе сигналы, поступающие на входы всех трех электроприводов 3, 4 и 5. Электроприводы 3, 4 и 5, работая синхронно, и, воздействуя через кривошипно-аксиальные механизмы 6 на столешницу 1, совместно с двухстепенным карданным шарниром 15, подпружиненной пружинами 13 и 14 и удерживаемой от побочных перемещений шлицевым соединением 17 подвижной стойки 12, обеспечивает столешнице и кабине возвратно-поступательное движение вдоль вертикальной оси.
При движении транспортного средства по местности имеет место суперпозиция, то есть совмещение этих сигналов, в результате чего обучаемый, находясь в кабине тренажера, воспринимает одновременно все колебания и движения.
Величина вертикального перемещения кабины, необходимого для моделирования условий движения на тренажере, максимально приближенных к условиям движения на реальном транспортном средстве, достигается за счет применения в конструкции платформы двухпружинной подвижной системы, которая в значительной степени увеличивает ее податливость. Устанавливаемые на стойку 12 пружины 13 и 14 имеют разную длину, шаг и направление навивки. Каждая пружина в отдельности имеет менее жесткие характеристики упругости, чем в однопружинной
конструкции. В сумме же они становятся эквивалентными.
Требуемая величина вертикального перемещения обеспечивается последовательной работой (сжатием) пружин.
При включении приводов 3, 4 и 5 на вертикальное перемещение первоначально сжимается внутренняя, более длинная пружина 13, задающая определенную величину вертикального перемещения кабины. Затем в работу включается вторая внешняя пружина 14 и в дальнейшем продолжается их совместная работа.
За счет введения в конструкцию второй пружины и последовательной работы пружин удалось значительно повысить податливость системы и увеличить вертикальное перемещение кабины.
Таким образом, заявляемая динамическая платформа за счет увеличения вертикального перемещения кабины позволяет более точно имитировать динамику движения транспортного средства и приблизить условия обучения к условиям вождения реальной машины.
Кроме того, она более технологична в изготовлении, не требует специального оборудования и дополнительных материальных и энергетических затрат.
Использованные источники.
1. Патент США №5.018.973, кл. G09 В9/04, опубл. 29.05.1991 г.
2. Масанов А.Н., Костин К.К., Танковые тренажеры. Агрегатное моделирование. - Рязань: издательство «Поверенный», 2007. - 328, стр.208-210