ТРАКТОРНЫЙ АВТОМОБИЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК B60C27/20 B60B15/28 B60B15/26 

Настоящее изобретение относится к автотракторостроению и касается модернизации существующих колесных автомобилей, в частности легковых, с целью их использования в качестве эффективных механизмов для сельскохозяйственных работ.

Основные назначения трактора заключаются: во-первых в обеспечении нужной силы тяги для буксировки по полю другой сельскохозяйственной машины или орудия; во-вторых - для обеспечения относительно небольшой скорости (1-3 м/с) буксируемой сельскохозяйственной машины; в третьих - для удобного передвижения в нем по полю человека, управляющего траекторией и режимом движения обеих сбуксированных машин. Этим назначениям, как известно, удовлетворяют тракторы типа "Беларусь" или "Кировец".

Некоторыми из их недостатков является то, что они громоздки, используют низкосортное, экологически вредное горючее, содержат малокомфортную кабину для одного человека и др.

Ставим перед собой задачу найти механизм, свободный от указанных недостатков и в то же время выполняющий все названные назначения трактора.

Полагаем, что эта задача может быть решена путем использования современного типового легкового автомобиля, например типа "Волга", "Москвич", с некоторыми его конструктивными изменениями. Сразу укажем, что для легкового автомобиля нет проблемы обеспечения ему регулирования малой скорости от V= 1-3 м/сек. В то же время в легковом автомобиле используется высокосортное, экологически приемлемое горючее, обеспечено удобное и комфортное расположение в его кабине одного или двух человек. Однако легковой автомобиль приспособлен хорошо только для движения по асфальтированной дороге с относительно небольшой тяговой силой для буксировки. Таким образом, возникает вопрос, как обеспечить легковому автомобилю создание необходимой силы тяги при его езде по полевому бездорожью. Как известно (см. Летошнев М.Н. Сельхозмашины, 1949), основные полеводческие операции это: пахота, культивация, сев, уборка и обработка урожая. Наибольшую силу тяги требует пахота (плугом), особенно для целинных и залежных, относительно твердых почв. Остальные полеводческие операции проводятся по вспаханному полю и требуют относительно небольших тяговых усилий. Поэтому тракторный автомобиль может на 70-80% полеводческих операциях заменить трактор и тем сократить их потребное число.

Известен колесный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, содержащий автомобиль серийного производства, включающий в себя колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, на которые монтируются съемные колодки для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту на небольших скоростях (см. книгу С.А. Иофинов, А.А. Цырин. Эксплуатация автомобилей в сельском хозяйстве. - Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, М.-Л., 1960, стр. 106, 107, рис. 75).

Недостатками данного колесного автомобиля, используемого для работ в сельском хозяйстве, являются его слабая надежность и недостаточные возможности по проходимости и реализации тягового усилия в условиях передвижения по полевому грунту.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по оснащению легкового автомобиля средствами передвижения по грунту и обеспечения повышенных сцепных сил и тяги. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эксплуатационных качеств легкового автомобиля путем придания ему функций трактора.

Указанный технический результат для четырех вариантов исполнения достигается тем, что
1. В тракторном автомобиле для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданном на базе легкового автомобиля и содержащем колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, и для увеличения его силы в условиях езды по полевому грунту на небольших скоростях 1 - 3 м/с в кузове автомобиля или на его раме размещен съемный балласт для утяжеления задней части кузова, пневматические шины задних ведущих колес выполнены на своей рабочей поверхности с грунтозацепами трапецеидального профиля в виде лопаток, расположенных с угловым шагом τ = 10-20^°, а пневматические шины передних колес по ширине рабочей поверхности имеют продольные рифления, отстоящие друг от друга.

2. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, и для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту снабжен металлическими съемными хомутами, прикрепляемыми к заднему ведущему колесу и выполненными в виде двух пар металлических полудисков, скрепленных между собой приваренными поперечными лопатками и прикрепленных к фланцам полуоси ведущих колес при помощи болтов, при этом лопатки расположены с угловым шагом τ = 10-30^°, а пневматические шины передних колес по ширине рабочей поверхности имеют продольные рифления, отстоящие друг от друга.

3. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, и для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту снабжен металлическими съемными хомутами, каждый из которых выполнен в виде диска или двух полудисков с поперечными лопатками, прикрепленных к фланцу полуоси ведущих колес через двухфланцевый удлинитель для расположения колес за габаритами кузова, при этом лопатки расположены с угловым шагом τ = 10-30^°.
4. В тракторном автомобиле для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданном на базе легкового автомобиля и содержащем колесное шасси с задними ведущими колесами, и для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту задние ведущие колеса выполнены металлическими таврового сучения с лопатками, расположенными по ободу с угловым шагом τ = 15-30^° для создания при качении колес достаточно большой силы за счет полного погружения лопаток в грунт.

Указанные признаки являются существенными с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение иллюстрируется следующими примерами, представленными на чертежах, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг. 1 показана схема определения силы тяги F₂ колеса в начале буксования;
фиг. 2 - схема определения силы тяги F₃ колеса путем его буксирования;
фиг. 3 - профиль высоких зубцов рабочей поверхности шины заднего колеса;
фиг. 4 - форма профиля шины заднего колеса;
фиг. 5 - форма профиля шины переднего колеса;
на фиг. 6 - схема конструкции металлического хомута с лопатками, вид сбоку;
фиг 7. - крепление металлического хомута с лопатками на заднем колесе легкового автомобиля, разрез А-А по фиг. 6;
фиг. 8 - профиль лопатки с бортиками для ее крепления на диске металлического колеса, пример исполнения с обозначением размеров;
фиг. 9 - профиль лопатки по фиг. 8 с размерами, вид сбоку;
фиг. 10 - схема конструкции полудискового металлического хомута с лопатками, вид спереди;
фиг. 11 - схема конструкции полудискового металлического хомута с лопатками по фиг. 10, вид сбоку;
фиг. 12 - схема крепления полудискового хомута к полуоси с ее удлинителем;
фиг. 13 - конструктивная схема при виде сбоку металлического заднего колеса с ободом и лопатками;
фиг. 14 - разрез Б-Б по фиг. 13;
фиг. 15 - форма лопаток с бортиками для их крепления на диске металлического колеса, пример исполнения:
фиг. 16 - лопатка по фиг. 15, вид сбоку;
фиг. 17 показана схема зацепления с грунтом одной лопатки;
фиг. 18 показана схема зацепления с грунтом двух лопаток;
фиг. 19 показана схема зацепления с грунтом трех лопаток.

Рассмотрим некоторые вопросы автомобильной тяги.

Двигатель легкового автомобиля, приводя во вращение задние колеса, создает некоторую скорость V₁ его корпуса, расходуя при путевой буксировке с силой F₁ энергию N₁. Исходя из закона сохранения энергии, имеем равенство
N₁ = F₁ • V₁ (1)
Например, легковой автомобиль типа "Волга", обладая двигателем в N₁ = 100 л/с, двигаясь с путевой скоростью V₁ = 3 м/сек, может создать при буксировке согласно (1) силу тяги
F₁ =100 • 75/3 = 2500 кг.

Следовательно, легковой автомобиль имеет вполне достаточную мощность для создания значительной силы тяги.

Остается обеспечить создание нужной силы тяги за счет взаимодействия задних колес и полевого грунта.

Пусть легковой автомобиль, связанный буксировочным тросом с некоторым сельскохозяйственным орудием, начинает двигаться, натягивая трос. Тогда сила тяги легкового автомобиля возрастает до тех пор (до F₂), пока не начнет двигаться сельскохозяйственное орудие или пока не начнется так называемое "буксование", когда задние колеса уже не катятся, а только вращаются на месте с некоторым трением скольжения T (фиг. 1). В приближенных расчетах полагаем, используя закон Амонтона (см. стр. 56 справочника по физике Б.М. Яворский и А. А. Детлаф. изд. "Наука" М., 1965/, что горизонтальная сила трения скольжения колеса
T=f•G, (2)
где G - сила нормального давления на ось колеса,
f - безразмерный коэффициент трения скольжения.

Для двух задних колес, получим при "буксовании"
F₂ = 2T (3)
Из (2), (3) видно, что возможно увеличение силы F₂ при увеличении силы G, например? за счет съемного балласта (в 1,5-2 раза). Заметим, что силу F₂ можно также приближенно получить, если застопорить от вращения задние колеса, а затем отбуксировать немного, замеряя силу F₃ натяжения на буксировочном тросе (фиг. 2), тогда получим
F₃ ≈ F₂ (4)
Естественно полагать, что сила F₃ будет тем большей, чем глубже будут опущены в грунт неровности рабочей (опорной) поверхности колеса.

Считаем целесообразным задать для шин 1 задних колес на их рабочей поверхности некоторые зубцы (грунтозацепы): относительно высокие 2 трапецеидального профиля с большим угловым шагом τ (фиг. 3) и мелкие 3 между ними (фиг. 4).

Типовые размерные характеристики зубцов: ширина a, толщина b, c, высота h и угловой шаг τ, полагаем целесообразным экспериментально оптимизировать по силе F₂ или F₃ для типовых грунтов полей.

В качестве примера для грунтов средней твердости полагаем, что шины имеют следующие размеры:
b = 0,2-0,5 см, h = 3-5 см, τ = 10-20^°; C≈(0,2-0,4)•h
Передние колеса тракторного автомобиля должны обеспечивать поворот его корпуса во время движения по полевому грунту. Для решения этого вопроса полагаем, что шины передних колес должны иметь некоторые достаточно глубокие и широкие рифления 4, например? прямоугольного сечения (1-2 см) по рабочей поверхности шин параллельно боковой поверхности колес (фиг. 5), отстоящие друг от друга на некотором расстоянии.

В этом случае при повороте передних колес должны возникать необходимые боковые силы трения колеса по полевому грунту (См. первый вариант).

Можно также получить тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля серийного производства, включающего в себя колесное шасси с ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами. Для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту он снабжен металлическими съемными хомутами, прикрепляемыми к его каждому заднему колесу и выполненными в виде диска с тонкими и высокими поперечными лопатками, расположенными с угловым шагом τ = 10-30^°.
При этом диск хомута крепится болтами к диску и ступице заднего колеса легкового автомобиля. При таком расположении хомута, во время качения колеса лопатки будут погружаться в грунт, а шины будут опираться на грунт, что создаст дополнительную силу тяги (См. второй вариант).

При этом в автомобиле с регулируемыми амортизаторами амортизаторы в задней части кузова предварительно отключают или регулируются в сторону увеличения зазора между кузовом и шиной. В автомобиле с нерегулируемыми амортизаторами последние предварительно стопорятся в их верхнем положении или производится удлинение полуоси каждого заднего ведущего колеса (фиг. 12) с помощью специального двухфланцевого удлинителя 9, чтобы вывести задние ведущие колеса в сторону от кузова (то есть за габариты кузова).

После окончания полевой работы хомут может быть легко снят и тракторный автомобиль превращается в легковой автомобиль. В качестве варианта хомута предлагается хомут, состоящий из двух пар металлических полудисков 10 и 11, скрепленных между собой приваренными поперечными лопатками 6 и прикрепленными к фланцам полуоси при помощи болтов. Каждая пара полудисков при закреплении на фланце полуоси образует диск. Два диска, выполненных из полудисков, скрепляются между собой приваренными к ним поперечными лопатками так, как это показано на фиг. 10 и 11. Для возможности применять лопатки большей высоты, чем зазор между шиной и кузовом, считаем целесообразным удлинять полуось (на 20-25 см) с помощью двухфланцевого удлинителя 9 (См. третий вариант).

Для создания относительно большой силы тяги тракторного автомобиля предлагается вариант его задних колес в виде специальных металлических колес с лопатками 6.

Металлическое сварное колесо (фиг. 13, 14) состоит из диска 7, обода 8 и поперечно располагаемых на ободе лопаток 6.

Диск 7 относительно тонкий Δ = 2-2,5 мм, с утолщением в центральной части на 1-2 мм и отверстиями под крепежные болты и окнами (для его облегчения) на периферии.

Обод в виде узкого кольца шириной 5-10 см, толщиной Δ = 1,5-2 мм, с мелкими рифлениями на внешней поверхности.

Форма лопаток должна удовлетворять двум условиям. Во-первых, чтобы их вертикальное движение при входе в грунт не требовало усилий, больших чем вес задней части кузова, иначе образуется его подъем и бесполезный для тяги расход мощности. Во-вторых, чтобы горизонтальное движение лопаток в грунте вызывало возможно большую силу сопротивления со стороны грунта. В связи с этим лопатки должны иметь относительно тонкую верхнюю кромку и возможно большую рабочую высоту и ширину.

Лопатки 6 треугольного профиля: вверху b=1-2 мм, внизу 2-3 мм и длиной L= 15-20 см, на ободе диска они располагаются с угловым шагом τ = 10-30^°. Лопатки имеют прямоугольный вырез (фиг. 15, 16), которым они охватывают обод при поперечном их расположении и закреплении на ободе.

Крепление колеса к фланцу задней оси легкового автомобиля производится также, как крепилось его заднее колесо.

При этом устанавливаемые на оси задних ведущих колес металлические колеса выполнены коробчатого или таврового сечения (фиг. 14) с тонкими и высокими лопатками, расположенными по ободу с угловым шагом в τ = 15-30^° для создания при качении колес достаточно большой силы тяги за счет полного погружения лопаток в грунт.

Для обеспечения непрерывной тяги необходимо, чтобы несколько (n) лопаток металлического колеса, расположенных с угловым шагом τ, при вращении колеса непрерывно углублялись в грунт на часть своей высоты h.

Как видно из фиг. 17, одна лопатка 6 высотой h будет непрерывно, частично погружена в грунт, если соседняя, расположенная сзади, из грунта вышла.

Аналогично, из фиг. 18, 19 видно, что группа n=2-3 лопаток непрерывно погружена в грунт, если соседняя, расположенная сзади, группа уже вышла из грунта.

Из геометрических построений на фиг. 17-19 следует, что
h=R-r,
r = Rcos[nτ/2],
h/R = 1-cos[nτ/2]
(n = 1, 2, 3 ...)
Например, при R=30 см, nτ/2 = 30^°, h/R=0,134, получим, что на глубину h= 4 см будут погружены в грунт:
1 лопатка при угловом шаге τ = 60^°;
2 лопатки при угловом шаге τ = 30^°;
3 лопатки при угловом шаге τ = 20^°.
Общие габариты колес могут соответствовать колесам легкового автомобиля, а средняя часть колес должна иметь все посадочные отверстия для силовой связи диска с задней осью (См. четвертый вариант).

Изобретение относится к автотракторостроению и касается переоборудования легкового автомобиля для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин. Тракторный автомобиль создан на базе легкового и содержит колесное шасси с задними ведущими колесами, которые при первых трех вариантах реализации изобретения оснащены пневматическими шинами. При первом варианте в кузове или на раме автомобиля размещен съемный балласт, утяжеляющий заднюю часть кузова. Шины задних колес выполнены на своей рабочей поверхности с грунтозацепами трапецеидального профиля в виде лопаток с угловым шагом τ = 10-20^°. Угловой шаг τ = 10-30^° лопатки имеют при втором и третьем вариантах. Шины передних колес при втором и третьем вариантах имеют по ширине рабочей поверхности продольные рифления, отстоящие друг от друга. При втором варианте автомобиль имеет металлические съемные хомуты. Они прикреплены к заднему колесу в виде двух пар полудисков, скрепленных между собой приваренными поперечными лопатками и прикрепленных к фланцам полуоси колес болтами. По третьему варианту каждый хомут выполнен в виде диска или двух полудисков с поперечными лопатками. Диск или полудиски прикреплены к фланцу полуоси колес через двухфланцевый удлинитель для расположения колес за габаритами кузова. При четвертом варианте задние колеса выполнены металлическими таврового сечения с лопатками, расположенными по ободу с угловым шагом 15-30^o для создания при качении колес достаточно большой силы за счет полного погружения лопаток в грунт. Технический результат реализации изобретения по четырем вариантам заключается в повышении сцепных сил и тяги тракторного автомобиля, созданного на базе легкового для езды по полевому грунту. 4 с.п. ф-лы, 19 ил.

1. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, отличающийся тем, что для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту на небольших скоростях 1-3 м/с в кузове автомобиля или на его раме размещен съемный балласт для утяжеления задней части кузова, пневматические шины задних ведущих колес выполнены на своей рабочей поверхности с грунтозацепами трапецеидального профиля в виде лопаток, расположенных с угловым шагом τ = 10-20^°, а пневматические шины передних колес по ширине рабочей поверхности имеют продольные рифления, отстоящие друг от друга. 2. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, отличающийся тем, что для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту он снабжен металлическими съемными хомутами, прикрепляемыми к заднему ведущему колесу и выполненными в виде двух пар металлических полудисков, скрепленных между собой приваренными поперечными лопатками и прикрепленных к фланцам полуоси ведущих колес при помощи болтов, при этом лопатки расположены с угловым шагом τ = 10-30^°, а пневматические шины передних колес по ширине рабочей поверхности имеют продольные рифления, отстоящие друг от друга. 3. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, оснащенными пневматическими шинами, отличающийся тем, что для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту он снабжен металлическими съемными хомутами, каждый из которых выполнен в виде диска или двух полудисков с поперечными лопатками, прикрепленных к фланцу полуоси ведущих колес через двухфланцевый удлинитель для расположения колес за габаритами кузова, при этом лопатки расположены с угловым шагом τ = 10-30^°.
4. Тракторный автомобиль для буксировки сельскохозяйственных орудий или машин, созданный на базе легкового автомобиля и содержащий колесное шасси с задними ведущими колесами, отличающийся тем, что для увеличения его силы тяги в условиях езды по полевому грунту задние ведущие колеса выполнены металлическими таврового сечения с лопатками, расположенными по ободу с угловым шагом τ = 15-30^° для создания при качении колес достаточно большой силы за счет полного погружения лопаток в грунт.