ДВИЖИТЕЛЬ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ
TRACKED MACHINE MOVER

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к транспортным средствам на гусеничном ходу, и может быть применено в качестве движителя для гусеничной машины.
Из общего уровня техники известны различные типы движителей, предназначенные для перемещения транспортных средст по суше – колесные, гусеничные, полугусеничные, лыжно-гусеничные,  шнеки, конечности и маглевы (сайт ВикпедиЯ, статья «Движитель», адрес: https://ru.wikipedia.org/wiki/Движитель). Преимуществами гусеничного типа движителя являются повышенная проходимость самоходной машины, что вызвано большой площадью соприкосновения гусениц с почвой и обеспечением низкого давления на грунт (сайт ВикпедиЯ, статья «Гусеничный движитель», адрес: https://ru.wikipedia.org/wiki/Гусеничный_движитель).
При этом известные в настоящее время движители гусеничного транспорта, как правило, содержат два гусеничных полотна. Эти полотна являются частным случаем цепной передачи и, по определению, могут двигаться лишь вперед или назад, так как гусеница не способна изгибаться в направлении, перпендикулярном ее движению. Эта особенность цепной передачи описана, например, в книге Д. В. Чернилевский. Основы проектирования машин. Москва, УМиИЦ. «Учебная литература», 1998 г.,стр.122: «Поскольку цепь в поперечном сечении не обладает гибкостью, валы цепной передачи должны быть параллельны, а звездочки установлены в одной плоскости». Поэтому гусеничные вездеходы выполняются обычно с двумя гусеницами. Для выполнения поворота такой машины, одной гусенице приходится тормозить, а другой - двигаться вокруг нее. Это требует большой мощности двигателя и наносит большой урон почве или дорожному покрытию.
Для решения данной технической проблемы были предложены различные технические решения гусеничных движителей, в том числе с одним гусеничным полотном, с реализацией альтернативных способов поворота машины.
Например, известно решение «ГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ И ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО ДВИЖИТЕЛЯ» (российский патент на изобретение № 2094283, дата публикации 27.10.1997), в котором для вхождения в поворот вправо или влево по ходу перемещения движителя посредством силового органа поворачивается поворотный элемент корпуса на некоторый угол соответственно вправо или влево от продольной оси гусеничного движителя. При этом часть траков, расположенных между последним уже уложенным на грунт и находящимся на натяжном колесе перекашиваются относительно упомянутых траков. Гибкие пластины  скользят по нижней поверхности упора и по достижении определенного угла перекоса одна из гибких пластин спружинит и зацепится за упор, другая будет продолжать скользить далее по нижней поверхности упора. В таком зафиксированном состоянии траки поочередно попадают под нагрузку опорных элементов и находятся там до момента расфиксации. Процесс фиксации будет продолжаться до тех пор, пока передний поворотный элемент корпус будет повернут силовым органом на определенный угол.
Известно решение «СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ГРУНТОВОГО И ТОРФЯНОГО ОСНОВАНИЯ ПОД ГУСЕНИЧНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ» (российский патент на изобретение № 2376189, дата публикации 20.12.2009), в котором поворот осуществляется следующим образом: силовыми цилиндрами производят поворот кареток на осях с выдвижением опорных катков и опорной части гусеницы по дуге окружности радиусом R. Вытяжка опорной части гусеницы по требуемой дуге окружности радиусом R приводит к подтягиванию и поднятию подвижных в вертикальном направлении поджимных катков, установленных поверх верхней ветви гусеницы на поджимных пружинных приспособлениях.
Известно решение «ЭКОЛОГИЧНЫЙ ГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА» (российский патент на изобретение № 2152888, дата публикации 20.07.2000), в котором для осуществления поворота транспортного средства кинематическим способом с изгибанием гусениц в горизонтальной плоскости (в плане) каретки синхронно поворачивают, посредством рулевого приводя, в положение, при котором оси закрепленных на каретках колес и катков  поворачиваются по азимуту (т.е. в горизонтальной плоскости) и устанавливаются по нормалям к расчетным дуговым траекториям гусениц отстающего и забегающего бортов. За счет натяжения гусениц и взаимодействия направляющих гребней траков с внутренними торцами колес и катков части траков поворачиваются друг относительно друга в горизонтальной плоскости на шарнирах, вследствие чего гусеницы изгибаются в горизонтальной плоскости (в плане) по указанным дуговым траекториям.
Известно решение «СИСТЕМА ПОВОРОТА ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА» (иностранный патент на изобретение № US6145609A, дата публикации 14.11.2000), в котором поворотная система содержит гидравлический цилиндр, а также соответствующие гидравлические органы управления и клапаны для приведения в действие гидравлического цилиндра. Когда цилиндр втянут, он тянет вверх переднюю часть правой гусеницы. Это переносит больший вес назад на заднюю часть правой гусеницы. Это также приводит к большему весу в передней части левой гусеницы  и меньше на задней части левой гусеницы. В результате задняя часть правой гусеницы действует как точка поворота, а узел ходовой части выполняет правый поворот с минимальным задиром на землю, а также с меньшим износом.
Известно решение «ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО НА ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЕ» (иностранный патент на изобретение № JPS611581A, дата публикации 07.01.1986), в котором опорные катки снабжены поворотными рычагами, прикрепленными к раме гусеничной ленты, так что опорные катки перемещаются вниз с помощью исполнительного механизма. В качестве исполнительного механизма может использоваться возвратно-поступательное устройство, такое как, например, гидравлический цилиндр, колебательный двигатель, электрический цилиндр и т. д.
Известно решение «СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ С ПОВОРОТНОЙ ГУСЕНИЦЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА» (иностранный патент на изобретение № DE2403602A1, дата публикации 01.08.1974), в котором поворачивают транспортное средство за счет удлинения одной стороны и соответствующего укорочения другой стороны гусеницы за счет вращения концевых роликов, направляющих гусеницу в направлении шасси транспортного средства и гусеницы.
Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является техническое решение «ДВИЖИТЕЛЬ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ» (российский патент на изобретение № 2340506, дата публикации 10.05.2008), в котором для поворота осуществляется плавное изменение профиля гусеничного полотна, принимающего форму той окружности, по которой производится поворот транспортного средства. Для этого траки выполнены симметрично сужающимися от центральной части к концам связаны между собой непрерывным упругим элементом, укрепленным в центральной части траков с возможностью вертикального и горизонтального изгиба в любом своем сечении. При необходимости поворота транспортного средства направо или налево включают механизм поворота, и направляющее колесо, одновременно с поворотной секцией  опорных катков и стабилизатором гусеничного полотна, начинает движение по дуге окружности с центром - на оси. Упругий элемент, участки которого расположены в пазах зубьев опорных катков и направляющего колеса, перемещается в пространстве, перенося за собой траки гусеничного полотна. При этом траки гусеничного полотна занимают новое положение на поверхности, по которой осуществляется движение.
В качестве общих недостатков (технических проблем) указанных решений можно выделить:
-  в целом ограниченность в силу особенностей применяемой цепной передачи с параллельным расположением валов (колес, катков) и изгибом гусеничной ленты только в одной плоскости (а также в решениях №№ 2340506, 2094283 - в силу рисунка профиля гусеничного полотна, а именно размеров, взаимного расположения траков – зазоры между траками не могут быть очень большими, а также ограниченности степени удлинения и укорочения гусениц – решение № DE2403602A1) угла поворота движителя, и, как следствие, большая величина его радиуса, низкая степень манёвренности движителя;
- удорожание конструкции движителя, а именно удорожание конструкции самого гусеничного полотна из-за выполнения траков симметрично сужающимися от центральной части к концам и их соединения между собой непрерывным упругим элементом, (решение 2340506), наличия дополнительных механизмов осуществления поворота (силовые цилиндры с каретками на осях – решение № 2376189, каретки – решение 2152888, гидравлический цилиндр и соответствующие гидравлические органы управления и клапаны – решение № US6145609A, поворотные рычаги, исполнительный  механизм (гидравлический цилиндр, колебательный двигатель, электрический цилиндр) – решение № JPS611581A). При этом использование оригинальной конструкции гусеничного полотна в прототипе не позволяет применять в нём стандартные гусеничные полотна, а применение упругого элемента, связующего между собой траки гусеничного полотна, не отменяет недостаток ограниченности угла поворота в силу ограниченности расстояния между траками.
Целью предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а именно предложить конструкцию движителя гусеничной машины, обеспечивающую увеличенный угол поворота и уменьшенную величину его радиуса, и, как следствие, более высокую степень манёвренности движителя.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкции предлагаемого движителя гусеничной машины предусмотрен механизм поворота, включающий специальные обводные колеса, обеспечивающие перегиб и скручивание гусеничной ленты вокруг своей продольной оси.
Соответственно, технический результат заявляемого технического решения «Движитель гусеничной машины» состоит в следующем. Предложенная конструкция движителя гусеничной машины обеспечивает увеличенный угол поворота и уменьшенную величину его радиуса, и, как следствие, более высокую степень манёвренности движителя за счёт того, что содержащийся в нём механизм поворота, включающий  поворотную секцию опорной рамы, шарнир, соединяющий поворотную и неповоротную секции опорной рамы, обводные колеса, поворотную секцию опорных катков, направляющее колесо, обеспечивает перегиб и скручивание гусеничной ленты вокруг своей продольной оси, то есть создаёт элементы ременной, а не цепной, передачи с возможностью изгиба гусеничной ленты в разных плоскостях. Также заявляемое изобретение в целом расширяет арсенал технических средств поворотных гусеничных движителей.
Технический результат достигается тем, что движитель гусеничной машины содержит опорную раму, гусеничную ленту, группу опорных катков, включающую поворотную и неповоротную секции, и механизм поворота, включающий направляющее колесо, поворотную секцию опорных катков, отличающийся тем, что опорная рама включает поворотную и неповоротную секции, гусеничная лента охватывает ведущее, направляющее и обводные колеса, а механизм поворота также включает поворотную секцию опорной рамы, обводные колеса и шарнир, соединяющий поворотную и неповоротную секции опорной рамы. Также вместо направляющего колеса и обводных колес могут выступать блоки или склизы. Также в местах перегиба гусеничной ленты  на обводных колесах могут быть установлены удерживающие устройства. Также опорные катки неповоротной секции опорных катков, расположенные между ведущим колесом и катками поворотной секции, подняты над поверхностью. Также обводные колеса могут быть выполнены неподвижными. Также обводные колеса могут быть выполнены поворачивающимися.
Заявляемое техническое решение поясняется схематическим изображением предлагаемого движителя гусеничной машины (фигура 1), поясняющим один из вариантов осуществления предлагаемого изобретения в рамках заявленной формулы, где 1 – неповоротная секция опорной рамы, 2 – поворотная секция опорной рамы, 3 – гусеничная лента, 4 - ведущее колесо, 5 – направляющее колесо, 6, 7 - катки неповоротной секции опорных катков, 8 – поворотная секция опорных катков, 9, 10 – обводные колеса, 11 – шарнир. Также на фигуре 2 проиллюстрировано фотографическое изображение действующей модели на основе заявляемого движителя гусеничной машины.
Для получения технического результата изобретение может быть осуществлено следующим предпочтительным образом, не исключающим иные способы осуществления в рамках заявленной формулы.
Предложенный движитель гусеничной машины работает следующим образом.
В исходном положении обе секции опорной рамы 1, 2  с помощью катков поворотной и неповоротной секций опорных катков 6, 7, 8 покоится на нижней части гусеничной ленты 3. В момент начала движения начинает работать ведущий двигатель (двигатель внутреннего сгорания, в т. ч. дизельный, электродвигатель и др.) (на изображении не показан), от него получает вращение ведущее колесо 4 (при этом в зависимости от схемы расположения колес и др. элементов ведущими могут быть разные колеса), в результате чего запускается движение гусеничной ленты 3. Таким образом, движитель перемещается вперёд или назад, в зависимости от направления вращения ведущего колеса 4.
При необходимости поворота транспортного средства направо или налево осуществляют соответствующий поворот руля транспортного средства (на изображении не показан), прикреплённого к поворотной секции опорной рамы 2. За счёт соединения поворотной и неповоротной секций опорной рамы 1, 2 с помощью шарнира 11 происходит поворот поворотной секции опорной рамы 2. Вместе с поворотной секцией рамы 2  происходит поворот поворотной секции опорных катков 8 и направляющего колеса 5. Далее, за счёт наличия обводного колеса 9, через которое проходит гусеничная лента 3, гусеничная лента 3 начинает скручиваться вокруг своей оси  на участках между катком 7 и обводным колесом 9, между катком 8 и обводным колесом 9, то есть продольная ось катка 8 становится не параллельной осям обводного колеса 9 и катка 7. В результате создаются элементы ременной передачи с возможностью изгиба гусеничной ленты 3 в разных плоскостях. При этом обводное колесо 9 может быть выполнено как неподвижным, так и поворачивающимся вокруг своей поперечной оси для усиления эффекта скручивания гусеничной ленты 3 между катком 8 и колесом 9. Аналогично неподвижным или поворачивающимся может быть выполнено обводное колесо 10.
При этом угол, на который может повернуть поворотную секцию опорной рамы 2 с поворотной секцией опорных катков 8 и направляющим колесом 5,  зависит от расстояния между обводным колесом 9 и катками 7, 8. Чем больше это расстояние, тем сильнее может скручиваться гусеничная лента 3 при повороте катка 8 и тем больше угол поворота. Соответственно, при увеличении угла поворота уменьшается радиус поворота, гусеничная машина становится более манёвренной.
При этом катки 6, 7 неповоротной секции опорных катков при движении по твёрдой поверхности могут быть подняты на некоторое расстояние над поверхностью (показано на изображении). Это позволяет двигаться по твёрдой поверхности, не опираясь всей поверхностью гусеничной ленты 3, что уменьшает сопротивление при повороте. При движении по слабонесущей поверхности гусеничная лента 3 опускается и опирается всей площадью своей поверхности.
Также вместо направляющего колеса 5 и обводных колес 9, 10 могут выступать блоки или склизы, например в снегоходах
Также в местах перегиба гусеничной ленты  на направляющем и обводных колесах 5, 9, 10 могут быть установлены удерживающие устройства.
Таким образом, выполнение в предложенном изобретении опорной рамы, разделённой на поворотную 2 и неповоротную 1 секции, соединённых шарниром, наличие обводных колес 9, 10, через которые проходит гусеничная лента 3,   позволяет поворачивать весь движитель на угол больший, чем за счёт сгибания гусеничной ленты в одной плоскости и уж тем более чем за счёт остановки движения одной ленты в двухгусеничном движителе. Также предложенное решение движителя гусеничной машины позволяет, в отличие от прототипа, применять на нём серийно выпускаемые гусеничные ленты.
Новизна и изобретательский уровень представленного изобретения состоят в том, что совокупность его существенных признаков обеспечивает увеличенный угол поворота движителя гусеничной машины и уменьшенную величину его радиуса, и, как следствие, более высокую степень манёвренности движителя за счёт того, что содержащийся в нём механизм поворота, включающий  поворотную секцию опорной рамы, шарнир, соединяющий поворотную и неповоротную секции опорной рамы, обводные колеса, поворотную секцию опорных катков, направляющее колесо, обеспечивает перегиб и скручивание гусеничной ленты вокруг своей продольной оси, то есть создаёт элементы ременной передачи с возможностью изгиба гусеничной ленты в разных плоскостях.
Предложенный  движитель гусеничной машины в настоящее время производится силами заявителя. Проведённые испытания показали работоспособность движителя.