ПНЕВМОГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК B62D55/247 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к движителям транспортных средств, предназначенных для передвижения на местности со сложным рельефом и грунтами, имеющими низкую несущую способность.

Уровень техники

Известны транспортные средства, предназначенные для передвижения по пересеченной местности с грунтами, имеющими низкую несущую способность, такие, например, как колесные машины с шинами низкого давления, гусеничные машины, суда на воздушной подушке (А.А. Афанасьев и др. "Проектирование полноприводных колесных машин", изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999г.; Н.А. Забавников. "Основы теории транспортных гусеничных машин", М.: Машиностроение, 1968 г.; Р.И. Крыхтин, и др. "Трансмиссия гусеничных и колесных машин", М.: Машиностроение, 2001г.; И.А. Иванов и др. "Расчет конструкций наземных транспортных средств на воздушной подушке", "Недра", 2001 г.)

Упомянутые транспортные средства, оснащенные различного рода движителями, имеют свои достоинства и недостатки, связанные, в первую очередь, с особенностями конструктивного исполнения.

Так, к недостаткам транспортных средств колесного типа, в том числе с шинами низкого давления, можно отнести:

- большая зависимость от сцепных качеств грунта;

- прямая зависимость размеров преодолеваемых препятствий от величины диаметра колес транспортного средства;

- сложность и громоздкость трансмиссии для оптимального распределения крутящего момента по всем ведущим колесам полноприводных машин.

Движение колесных машин по грунтам с низкой несущей способностью характеризуется проваливанием ведущих колес в грунт, которое происходит до момента достижения равенства несущей способности грунта давлению на грунт колесом. Движение возможно при проваливании на глубину, меньшую, чем высота преодолеваемого препятствия одиночным ведущим колесом, при соответствующем данному грунту коэффициенте сцепления колеса с грунтом. В начале движения происходит проваливание колес на большую глубину, чем в положении стояния на грунте.

Из известных математических соотношений в зависимости от величины коэффициента сцепления для данного вида грунта следует, что показатель проходимости колесных машин находится в прямой зависимости от увеличения диаметра колес. При этом с ростом линейных размеров мощность двигателя растет квадратично, а масса - в кубической пропорции. Таким образом, наращивание проходимости за счет увеличения радиуса колес "съедается" лавинообразным ростом массы машины при значительном отставании роста мощности двигательной установки.

Гусеничные машины, обладая высокой проходимостью по сложнопересеченной местности, имеют, однако, такие серьезные недостатки как, например, значительное возрастание сопротивление повороту при маневрах.

Сила тяги у гусеницы зависит только от коэффициента сцепления с грунтом, а сопротивление движению зависит от глубины проваливания в грунт машины в целом. При этом распределение давления на грунт в состоянии покоя и при движении отличаются значительно меньше, чем у колесных машин. Пределом проходимости гусеницы по слабонесущим грунтам является равенство мощности, затрачиваемой на проминание грунта при движении с заданной скоростью, к реализуемой мощности по сцеплению с грунтом при той же скорости движения. Гусеничный движитель схож с колесным в том, что каждый следующий каток добавляет глубину проминания колеи. И если колея станет глубже клиренса машины, то гусеничная машина повиснет на "брюхе" так же, как и колесная. Но степень добавления глубины колеи от прохода очередного катка меньше, чем у колеса равной нагруженности, радиуса и ширины. Каток идет по грунту опосредованно, через гусеницу, а кривизна гусеницы при вминании в грунт определяется не самим радиусом катка, а размером звеньев гусеницы и их взаимным угловым положением при данном акте нагружения.

Серьезным недостатком гусеничной машины является ее значительный вес, необходимый для создания прочности и сохранения целостности движителя при движении по твердым неровностям.

К недостаткам судов на воздушной подушке можно отнести, в частности:

- способность передвижения по пересеченной местности с преимущественно горизонтальной поверхностью;

- относительно низкая маневренность и неспособность к преодолению препятствий со значительным наклоном;

- зависимость от направления ветра во время передвижения;

- высокая энергоемкость и большие габариты.

Предлагаемый пневмогусеничный движитель совмещает в себе внешние черты пневмоколес низкого давления и принцип движения гусеничного движителя.

При движении через препятствия пневмогусеничный движитель ведет себя как колесная машина с пневматикой большого радиуса, но со сверхнизким центром тяжести, а при движении по слабым грунтам - как гусеничная машина со сверхнизким давлением на грунт и практически равномерным распределением давления от катков на гусеницу (число катков, стремящихся к бесконечности).

При однократном проходе транспортного средства с пневмогусеничным движителем равномерное распределение давления на грунт обеспечивает однократный акт нагружения грунта, снижение трамбующего эффекта и соответственно снижение во много раз скорости образования келейности на поверхности передвижения.

При равной полезной нагрузке и давлении на грунт транспортное средство с пневмогусеничным движителем оказывается значительно легче, чем, например, гусеничная машина обычного исполнения, в частности, благодаря следующим факторам:

- гусеницы гусеничной машины должны быть по определению массивнее, чем гибкая оболочка пневмогусеничного движителя, так как должны выдерживать воздействие опорных катков при движении по твердым неровностям;

- пневмогусеничный движитель не нуждается в поддерживающих катках и элементах их подвески.

Сущность изобретения

Основной задачей заявляемого изобретения является создание движителя нового типа, позволяющего существенно увеличить по сравнению с известными типами движителей аналогичного назначения грузоподъемность и обеспечить высокую проходимость при передвижении на местности со сложным рельефом и с грунтами, имеющими низкую несущую способность.

Согласно изобретению предлагаемый пневмогусеничный движитель включает силовую платформу с двумя передающими валками, пневматическую оболочку, источник избыточного давления и устройство привода валков. При этом платформа с передающими валками размещена внутри оболочки под избыточным давлением, обеспечивая перемещение транспортного средства за счет перекатывания валков по внутренней поверхности оболочки.

Перечень графических изображений

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - схема общего вида движителя;

фиг.2 - силовая схема исходного положения (на горизонтальной поверхности);

фиг.3 - силовая схема текущего положения (на наклонной поверхности);

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Согласно изобретению пневмогусеничный движитель (фиг.1) включает силовую платформу 1 с двумя передающими валками 2, пневматическую оболочку 3, источник избыточного давления и устройство привода валков. Источник избыточного давления и устройство привода валков на схеме общего вида условно не показаны по следующим соображениям.

В качестве источника избыточного давления может быть использован любой из известных видов воздушных нагнетателей, например насос, компрессор, газобаллонная станция. При этом такой источник избыточного давления в одном случае конструктивно может быть выполнен непосредственно на силовой платформе, а в другом являться независимым от движителя воздушным нагнетателем, который подключается к оболочке пневмогусеничного движителя для его приведения в исходное положение или при необходимости изменения величины избыточного давления в оболочке при изменении характеристик собственно движителя.

Устройство привода валков предназначено, в конечном счете, для создания поступательного движения пневмогусеничного движителя, которое может осуществляться как в активном, так и в пассивном режиме. В первом случае - в активном режиме - устройство привода валков размещается непосредственно на силовой платформе и его роль может выполнять, например, электродвигатель. Во втором случае - в пассивном режиме - в качестве устройства привода валков используется внешний механизм (буксир, толкач), который обеспечивает принудительное движение пневмогусеничного движителя.

Пневматическая оболочка, в которой размещаются основные узлы пневмогусеничного движителя, может быть выполнена из полимерной ткани со специальной пропиткой, например, из прорезиненной ткани. Материал оболочки должен быть водо-воздухонепроницаемым, иметь высокую прочность на разрыв и низкую изгибную жесткость, а также способность выдерживать циклические изгибные деформации.

Принцип работы пневмогусеничного движителя заключается в следующем.

В исходном положении, перед началом движения, в пневматической оболочке создается избыточное давление, в результате чего силовая платформа зависает (вывешивается, удерживается) над поверхностью движения (грунтом) (фиг.2). Удержание платформы осуществляется за счет натяжения оболочки избыточным давлением, равным удельному давлению на грунт в пятне контакта.

В этом случае натяжение пневматической оболочки выражается формулой

F_H=P·R,

где f_h - сила натяжения оболочки,

Р - избыточное давление газа внутри оболочки;

R - радиус кривизны оболочки.

При равных радиусах всех свободных участков оболочки (Р=const) равнодействующая сил натяжения на опорных валках направлена внутрь оболочки и имеет вертикальную составляющую, за счет чего и обеспечивается зависание силовой платформы над грунтом.

Силовая схема при движении пневмогусеничного движителя, например, по наклонной поверхности представлена на фиг.3. Движение происходит при приложении крутящего момента на один или оба валка. В этом случае величина крутящего момента выражается формулой

М_кр=fт·r=Mg·dL·cosα,

где f_t - сила тяги, реализуемая ведущим качком;

r - радиус ведущего катка;

Mg - вес силовой платформы,

dL - смещение центра тяжести силовой платформы;

α - угол наклона поверхности движения.

На ведущем валке создается дополнительное усилие натяжения оболочки на участке "валок-грунт" и сила натяжения оболочки на этом участке становится равной

f_ht=p·r_t=f_h+f_t,

где r_t - радиус кривизны натянутого участка оболочки;

f_t - сила тяги, реализуемая ведущим катком.

В результате, равнодействующая сил натяжения оболочки на ведущем валке увеличивается по модулю и изменяется по направлению. Вся система оказывается в неуравновешенном положении и начинает движение. При этом силовая платформа начинает катиться по внутренней поверхности оболочки, не касающейся поверхности передвижения.

Предлагаемый пневмогусеничный движитель может быть реализован с использованием известных конструкционных материалов и комплектующих узлов. Практическое осуществление заявляемого изобретения подтверждается теоретическими и расчетными исследованиями, а также испытаниями экспериментального образца пневмогусеничного движителя.

Изобретение относится к движителям транспортных средств, предназначенных для передвижения на местности со сложным рельефом и грунтами, имеющими низкую несущую способность. Пневмогусеничный движитель включает силовую платформу с двумя передающими валками, пневматическую оболочку, источник избыточного давления и устройство привода валков. При этом силовая платформа с передающими валками размещена внутри оболочки под избыточным давлением, обеспечивая перемещение транспортного средства за счет перекатывания передающих валков по внутренней поверхности оболочки. Техническим результатом является создание движителя нового типа, позволяющего существенно увеличить по сравнению с известными типами движителей аналогичного назначения грузоподъемность и обеспечить высокую проходимость при передвижении на местности со сложным рельефом и с грунтами, имеющими низкую несущую способность. 3 ил.

Пневмогусеничный движитель транспортного средства, включающий силовую платформу с передающими валками, пневматическую оболочку, источник избыточного давления и устройство привода валков, отличающийся тем, что внутри пневматической оболочки, выполненной водо- воздухонепроницаемой и находящейся под избыточным давлением, размещена с возможностью зависания над поверхностью движения силовая платформа с передающими валками, обеспечивающая перемещения транспортного средства за счет перекатывания передающих валков по внутренней поверхности пневматической оболочки.