ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО Российский патент 1998 года по МПК B62D57/00 

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам с отличными от обычных движителями, в частности к транспортным средствам, в которых движителем является вибратор.

Известное транспортное средство с вибродвижителем, содержащее размещенный внутри корпуса генератор плоских направленных механических колебаний, соединенный через четырехзвенный шарнирный механизм и кривошипно-шатунный механизм с качающимся маховиком (см. авт. св. СССР N 522095, кл. B 62 D 57/02, 1976 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное транспортное средство имеет предельную сложность и низкую надежность конструкции вследствие сложности и громоздкости кинематических узлов и соединений. Кроме того, известное транспортное средство имеет ограниченные области применения вследствие возможности движения только за счет перекатывания корпуса относительно опорной поверхности.

Известно также самоходное транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и смонтированный на раме инерционный механизм, выполненный в виде двигателя, связанного через шестерни с двумя дебалансами, имеющими возможность вращение в противоположные стороны (см. авт.св. СССР N 151574, кл. B 60 K 9/04, 1961 г.).

Однако данное транспортное средство также характеризуется сложной кинематической схемой, громоздкостью конструкции, малыми амплитудами тяговых усилий, что препятствует достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный привод, взаимодействующий с ведущими колесами и выполненный в виде блока двигателей, связанных посредством шестерен с дебалансами, соединенных с рамой через пружину и с ведущими колесами - при помощи храпового механизма (см. авт.св. СССР N 589150, кл. B 62 D 57/00, 1978 г.) и принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится предельная сложность, а также низкая надежность и недолговечность конструкции. Это объясняется сложностью инерционного привода, включающего блок двигателей, шестерен, дебалансов, имеющих между собой сложную кинематическую связь, наличием специальных храповых колес, взаимодействующих с подпружиненными собачками. Кроме того, сама необходимость взаимодействия инерционного привода через храповой механизм с ведущими колесами ограничивает функциональные возможности транспортного средства и практически сводит на нет преимущества именно самоходных транспортных средств и их отличие от обычных транспортных средств. Необходимостью механической связи с ведущими колесами ограничивает как возможности в применении разнообразных типов движителей, так и возможности размещения этих движителей в любом месте независимо от расположения колес, требует специальных передаточных кинематических механизмов для связи инерционного привода с ведущими колесами.

Сущность изобретения заключается в создании транспортного средства с однонаправленной тягой, создаваемой за счет взаимодействия транспортного средства с опорной поверхностью, свободного от сложных электромеханических элементов и устройств.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является упрощение конструкции, повышение надежности и долговечности транспортного средства, а также расширение его функциональных возможностей.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный механизм в виде генератора плоских направленных механических колебаний, соединенного с грузом-дебалансом, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения, снабжено рамой с передней парой колес и с парой задний колес, при этом передняя пара колес выполнена по сравнению с задней парой колес с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения.

На чертеже схематично изображено предлагаемое транспортное средство, общий вид.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.

Предлагаемое транспортное средство содержит раму с передней парой колес 1 и с парой задних колес 2 (на чертеже сбоку показано по одному переднему и заднему колесу) и установленный на раме 3 инерционный механизм в виде генератора 4 плоских направленных механических колебаний, соединенного выходным валом с грузом-дебалансом 5, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения вдоль рамы 3, при этом передняя пара колес 1 выполнена по сравнению с задней парой колес 2 с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения. При выполнении колес 1, 2 с пневматическими шинами достижение большего коэффициента трения качения задних колес 2 обеспечивается созданием в шинах этих колес меньшего внутреннего давления по сравнению с шинами передних колес 1, увеличенной шириной профиля шин задних колес 2, а также различным выполнением рисунка протектора передних и задних колес (см. Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. М.: Машиностроение, 1975 г., стр. 5-6). При выполнении колес 1, 2 сплошными обеспечение различных коэффициентов трения качения достигается выполнением колес 1, 2 из различных материалов и с различной чистотой обработки их рабочих поверхностей.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

При колебаниях связанного с генератором 4 груза-дебаланса 5 возникает инерционная сила , передаваемая на раму 3, и связанные с ней оси колес 1 и 2, причем половину периода прикладываемого генератором 4 возмущения инерционная сила направлена вперед, а половину периода - назад. При действии силы за счет взаимодействия колес 1 и 2 с опорной поверхностью к колесам прикладываются противодействующие перемещения (тормозящие) моменты трения качения, равные соответственно M_кач.1= δ₁N₁ и M_кач.2= δ₂N₂, , где δ₁ и δ₂ - коэффициенты трения качения передних и задних колес; N₁ и N₂ - соответствующие нормальные реакции. Действие данных моментов трения качения эквивалентно действию приложенных к осям колес 1 и 2 тормозящих сил:

где
R и r - радиусы больших (передних) и малых (задних) колес. Результирующая тормозящая сила, приложенная к раме 3 со стороны обеих пар колес,

Поэтому, условие смещения с места транспортного средства имеет вид F > F_торм. или

В первый полупериод воздействия инерционного возмущения при действии инерционной силы вправо (вперед) и соответственно смещении вправо на расстояние a вдоль рамы 3 груза-дебаланса 5 (на чертеже для упрощения выкладок показано нейтральное положение груза-дебаланса 5, совпадающее с центром тяжести транспортного средства), нормальные реакции N₁ и N₂, полученные путем решения системы 2-х уравнений равновесия сил, имеют вид

где
G - вес транспортного средства без груза-дебаланса 5; P - вес груза-дебаланса 5; 2l - расстояние между передней и задней парами колес; l - расстояние от каждой пары колес до центра тяжести транспортного средства.

Согласно (1) результирующая тормозящая сила, направленная влево (назад)

Во второй полупериод при действии инерционной силы влево и соответственно смещении влево груза-дебаланса 5 нормальные реакции имеют вид

и аналогично получаем величину результирующей тормозящей силы, направленной вправо

Очевидно, что F_торм.II > F_торм.I, т.е. за полный период действия инерционной силы, к раме 3 прикладывается постоянная составляющая силы, направленная вправо (вперед) и равная

Величина этой силы тем больше, чем больше радиус R передних колес 1 по сравнению с задними колесами 2 радиусом r, и наоборот, чем меньше коэффициент трения качения δ₁ передних колес 1 по сравнению с коэффициентом трения качения δ₂ задних колес 2. В общем случае, если инерционная сила F > F_торм.I и F > F_торм.II транспортное средство за период возмущения будет совершать колебание вправо (вперед), а затем влево (назад), но вперед с большей амплитудой, в итоге результирующее движение будет происходить вперед.

Для исключения колебательного движения транспортного средства необходимо, чтобы соотношение между инерционной силой F и тормозящими силами F_торм.I и F_торм.II удовлетворяло усилию F_торм.I < F < F_торм.II. Тогда транспортное средство будет последовательно перемещаться плавно вперед без отката назад. Необходимую интенсивность перемещения транспортного средства можно обеспечить подбором требуемого соотношения R/r, δ₂/δ₁, а также веса P и амплитуды a колебаний груза-дебаланса 5.

Преимущества предложенного транспортного средства по сравнению с известными очевидны и объясняются его новым принципом работы.

Во первых, это предельная простота конструкции, отсутствие сложных механических элементов и соединений, и, как следствие - высокая надежность и долговечность. Во вторых, установленный на раме инерционный механизм согласно принципу действия никак не связан с ведущими колесами, что сразу расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности применения любого инерционного привода, возможности размещения данного привода практически в любом месте рамы независимо от места расположения ведущих колес, исключения кинематического передаточного механизма связи инерционного привода с ведущими колесами.

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам с инерционным двигателем. Транспортное средство содержит раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный механизм в виде генератора плоских направленных механических колебаний, соединенного с грузом-дебалансом. Передняя пара колес выполнена по сравнению с задней парой колес с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения. 1 ил.

Транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный механизм в виде генератора плоских направленных колебаний, соединенного с грузом-дебалансом, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения, отличающееся тем, что оно снабжено рамой с передней парой колес и парой задних колес, при этом передняя пара колес выполнена по сравнению с задней парой колес с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения.