ПНЕВМОГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК B62D55/247 B62D57/00 

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

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, 1999 г.; И.А.Забавников. Основы теории транспортных гусеничных машин, М.: Машиностроение, 1968 г.; Р.И.Крыхтин и др. Трансмиссия гусеничных и колесных машин, М.: Машиностроение, 2001 г.; 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 от 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.

Известно, 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 сопротивления 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 и в состоянии движения 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 глубина 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.

Известный пневмогусеничный движитель по патенту РФ 2240250, 2004 г., кл. В62D 55/247, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому движителю и взятый за прототип, совмещает в себе внешние черты пневмоколес низкого давления и принцип движения гусеничного движителя. Он содержит силовую платформу с передающими валками, пневматическую оболочку, источник избыточного давления и устройство привода валков. При этом 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.

Известный пневмогусеничный движитель при движении через препятствия ведет себя как колесная машина с пневматическими колесами 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.

Таким образом, известный пневмогусеничный движитель транспортного средства позволяет 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.

Недостатками этого движителя являются наличие массивных силовых деталей валков, чувствительных к деформации, и высокие требования к прочности пневматической оболочки на разрыв.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение грузоподъемности движителя, при равных габаритах с известным пневмогусеничным движителем, путем уменьшения его массы, обеспечение большей надежности и прочности за счет снижения требований по прочности к пневматической оболочке на ее разрыв, что обеспечивает повышение эксплутационных свойств пневмогусеничного движителя в целом.

Для решения поставленной задачи пневмогусеничный движитель транспортного средства, включающий пневматическую оболочку, выполненной водо-воздухонепроницаемой и находящуюся под избыточным давлением, силовую платформу, размещенную внутри пневматической оболочки, и источник избыточного давления, при этом движитель снабжен обеспечивающими зависание силовой платформы над поверхностью движения гибкими связями, соединяющими оболочку и силовую платформу, и одним или несколькими тяговыми приводами, создающими тяговые усилия на пневматической оболочке для перемещения транспортного средства.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых представлены:

фиг.1 - сечение предлагаемого движителя с силовой платформой круглого сечения;

фиг.2 - сечение предлагаемого движителя с фасонной силовой платформой.

Согласно изобретению пневмогусеничный движитель - фиг.1 и 2 - включает силовую платформу 1, пневматическую оболочку 2, тяговые приводы 3, гибкие связи 4, источник избыточного давления. Источник избыточного давления на схеме общего вида условно не показа 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.

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. Удержание платформы осуществляется за счет сил натяжения гибких связей избыточным давлением внутри замкнутой оболочки.

При движении зависание над поверхностью передвижения осуществляется за счет сил натяжения гибких связей, создаваемых избыточным давлением внутри замкнутой оболочки, а само передвижение - за счет усилия от тягового привода, приложенного к оболочке изнутри в пятне контакта с грунтом.

Передвижение возможно как в пассивном режиме - буксируемый прицеп, так и в активном - самостоятельно двигающийся пневмодвижитель.

В пассивном режиме движитель осуществляет только распределение нагрузки по поверхности движения в процессе движения, а тянущее усилие прилагается извне к грузовой платформе от внешнего буксира.

В активном режиме движения тянущее усилие формируется самим движителем. Формирование тянущего усилия может быть обеспечено например, за счет геометрического сцепления тягового привода с внутренней поверхностью оболочки, или электромагнитного сцепления тягового привода с оболочкой, или путем создания тянущего воздействия тягового привода к оболочке в пятне контакта иным образом, например с помощью линейного электродвигателя и т.п.

Предлагаемый пневмодвижитель обладает рядом преимуществ. Пневматическая оболочка, в которой размещаются основные узлы пневмогусеничного движителя, воспринимает нагрузку от силовой платформы более эффективно, чем в известном пневмогусеничном движителе - прототипе. Усилия натяжения в оболочке уменьшены за счет уменьшения радиусов прогиба оболочки между натянутыми гибкими связями, что позволяет использовать тонкие оболочки с высокой прочностью на разрыв и отсутствием сопротивления на сдвиг. Это могут быть оболочки из синтетических тканей или сетки.

Тяговое усилие создается только в пятне контакта с грунтом и на остальные части оболочки не распространяется.

Механизмы создания тягового усилия для движения и формирование сил удержания силовой платформы над грунтом разделены и сделаны независимыми.

В движителе отсутствуют массивные силовые детали - валки, чувствительные к деформации, что позволяет упростить его изготовление и увеличить надежность при одновременном снижении массы и стоимости.

Конфигурация силовой платформы, к которой крепятся гибкие связи, может быть различной формы - как простой круглой, так и сложной фасонной в зависимости от поставленных перед пневмодвижителем задач. Форма силовой платформы определяет и внешний вид пневмодвижителя. При этом круглая форма силовой платформы обеспечивает наибольшую конструктивную простоту и соответственно большую надежность пневмогусеничного движителя. Платформы сложных фасонных форм обеспечивают практически любую геометрическую форму по сечению движителя, при этом форма оболочки может быть неизменной даже при вывешивании движителя над опорной поверхностью - грунтом, что недостижимо для известных пневмогусеничных движителей.

При равных габаритах и давлении на грунт транспортное средство с предлагаемым пневмогусеничным движителем имеет большую грузоподъемность, меньшую массу, большую надежность и прочность, чем известные пневмогусеничные движители.

Предлагаемый пневмогусеничный движитель может быть реализован с использованием известных конструкционных материалов и комплектующих узлов.

Практическое осуществление заявляемого изобретения подтверждается теоретическими исследованиями и расчетами, 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 транспортного средства содержит пневматическую оболочку, выполненную водо-воздухонепроницаемой и находящейся под избыточным давлением силовую платформу, размещенную внутри пневматической оболочки, и источник избыточного давления. Движитель снабжен обеспечивающими зависание силовой платформы над поверхностью движения гибкими связями, соединяющими оболочку и силовую платформу, и одним или несколькими тяговыми приводами, создающими тяговые усилия на пневматической оболочке для перемещения транспортного средства. Достигается увеличение грузоподъемности движителя, обеспечение большой надежности и прочности и повышение эксплуатационных свойств движителя. 2 ил.

Пневмогусеничный движитель транспортного средства, включающий пневматическую оболочку, выполненную водовоздухонепроницаемой и находящуюся под избыточным давлением, силовую платформу, размещенную внутри пневматической оболочки, и источник избыточного давления, отличающийся тем, что движитель снабжен обеспечивающими зависание силовой платформы над поверхностью движения гибкими связями, соединяющими оболочку и силовую платформу, и одним или несколькими тяговыми приводами, создающими тяговые усилия на пневматической оболочке для перемещения транспортного средства.