Быстроходный двухосный колёсный вездеход на шинах сверхнизкого давления с комбинированной системой управления Российский патент 2018 года по МПК B62D7/14 B62D9/00 B62D55/04 

Изобретение относится к транспортным средствам - вездеходам, предназначенным для движения в условиях особо тяжелого бездорожья в любое время года и по любому типу поверхности.

В настоящее время создано множество различных транспортных средств повышенной проходимости. При этом их постоянно усовершенствуют, делают под определенные цели, стараясь превзойти уже существующие виды.

В соответствии с назначением вездехода каждый его узел должен быть спроектирован и скомпонован так, чтобы иметь возможность максимально повысить внедорожные свойства транспортного средства.

Одно из приоритетных направлений улучшения внедорожных свойств вездехода является управление направлением движения.

Из уровня техники известны автомобили высокой проходимости, силовая передача которых состоит из двигателя, сцепления, коробки перемены передач, дифференциала, двух тормозов, двух полуосей, четырех бортовых цепных передач, позволяющих передавать крутящий момент от двигателя на левые и правые ведущие колеса независимо друг от друга и создавать разность их угловых скоростей за счет затормаживания полуосей. Использование в силовой передаче вышеуказанных механизмов позволяет передавать крутящий момент с двигателя на левые и правые ведущие колеса независимо друг от друга. Замедление вращения колес с одной стороны вездехода производится за счет затормаживания ведущих колес левой или правой стороны с помощью тормозов, которые приводятся в действие специальными рычагами из кабины водителя. При разности угловых скоростей осуществляется поворот вездехода в ту сторону, колеса которой вращаются с меньшей угловой скоростью. Таким образом, изменение направления движения вездехода осуществляется при воздействии водителя на рычаги управления. При этом силовые воздействия от неровностей поверхности не передаются на его руки. В итоге требуются меньшие усилия для управления вездеходом, снижающие утомляемость водителя (RU 134484 U1, опубл. 20.11.2013).

Кроме этого, использование бортового поворота позволяет увеличить полезный объем, который освобождается за счет отсутствия поворачиваемых колес.

Недостатком известной конструкции является циркуляция "паразитной" мощности в трансмиссии, приводящая к перегруженности деталей трансмиссии, увеличению расхода топлива и износа шин.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является автомобиль высокой проходимости, в котором используется комбинированная система управления поворотом, в котором поворот осуществляется путем поворота управляемых колес и изменением соотношения скоростей вращения колес разных бортов. Например, автомобиль AHED компании General Dynamics UK имеет управляемые колеса двух передних осей, а реализация электромоторколес позволяет выполнять бортовой поворот.

Бронированный автомобиль AHED (фото 1, см. в конце описания).

На вооружении армии РФ стоит БТР-90 с бортовой раздачей мощности, который оборудован комбинированной системой управления поворотом, состоящей из управляемых колес 2-х передних осей и гидрообъемного механизма поворота (ГОМП) (Журнал автомобильных инженеров №4(57), 2009. Оценка динамической поворотливости колесной машины 8Х8 с комплексной системой управления поворотом. Котиев Г.О., д.т.н., проф. / Чернышев Н.В., асс./ Горелов В.А., к.т.н., доц. МГТУ им. Н.Э. Баумана).

БТР-90 с бортовой раздачей мощности (фото 2, см. в конце описания).

Раскрытая выше комбинированная система управления поворотом является эффективной, но сложной и дорогостоящей.

Задачей изобретения является создание транспортного средства высокой проходимости с повышенной эксплуатационной надежностью, высокой проходимостью при эксплуатации в условиях бездорожья.

Техническим результатом, достигаемым при решении настоящей задачи, является повышение эксплуатационной надежности, проходимости, расширение эксплуатационных возможностей и улучшение условий маневрирования транспортного средства за счет улучшения компоновки ходовой части, расположения колесных подвесок и комбинированной системы управления поворотом.

Указанный технический результат достигается тем, что быстроходный двухосный колесный вездеход содержит бензиновый двигатель или турбодизель объемом 1,4 - 2,2 литров, установленный поперечно относительно продольной оси вездехода, трансмиссию, подвеску, комбинированную систему управления поворотом, содержащую: - рулевое управление автомобильного типа с обеими управляемыми осями и встречным поворотом,

при этом продольные рычаги подвески одновременно являются рулевой тягой и закреплены через шаровые шарниры на качалках поперечного вала, который поворачивается тягой от рулевого механизма, смещая продольные рычаги в противофазе по бортам, а приводные валы колес одновременно являются поперечными рычагами подвески;

- управление тракторного типа с использованием сдвоенных бортовых фрикционов,

при этом длина вездехода (пневмохода) по шинам составляет не более 4000 мм, ширина - не более транспортного габарита, дорожный просвет – не менее 600 мм, с установкой колес низкого давления двух типов: 1450Х500-24 -тип «Елочка» или 1540Х500Х-24 -тип «Шестеренка».

При этом вездеход может иметь как механическую трансмиссию, включающую в себя автоматическую/механическую коробку передач, установленную поперечно относительно продольной оси вездехода, от которой крутящий момент передается цепями на звездочки ведущих валов, так и гидравлическую трансмиссию, включающую в себя гидронасос, от которого по трубопроводам высокого давления гидравлическая жидкость подается на гидромоторы хода, и далее от них происходит передача крутящего момента цепями на звездочки ведущих валов. Движители вездехода содержат колесные редукторы, ведущая шестерня каждого - стальная, ведомая шестерня, прикрученная к ободу колеса - из сверхпрочного полимера, а корпус колесного редуктора является осью колеса, которое крепится на подшипнике большого диаметра.

Диски колес выполнены водоизмещающими, герметичными, позволяющими преодолевать водные преграды за счет водоизмещения шин и высоких грунтозацепов на колесах.

Вездеход имеет возможность установки на колесные движители съемных гусениц, и при движении на гусеничном ходу руль блокируется и машина управляется рычагами.

Для комфорта и перевозки кузов вездехода имеет шесть посадочных мест, из которых четыре задних трансформируются в два спальных пространства, переднюю и заднюю двери с открываемыми стеклами, теплошумоизоляцией, обычным или двойным остеклением, люком в крыше, отопителем с кондиционером. Вездеход имеет возможность сочленения с аналогичным вездеходом.

Способ управления вездеходом, содержащим двигатель, трансмиссию, подвеску, комбинированную систему управления поворотом, содержащую рулевое управление автомобильного типа с обеими управляемыми осями и встречным поворотом, и управление тракторного типа с использованием сдвоенных бортовых фрикционов, с возможностью использования как совместно, так и раздельно.

Вездеход в большинстве ситуаций управляется рулем, который через механизм рулевого управления поворачивает колеса передней и задней осей в противоположных направлениях на малый угол, равный примерно 8-9° и имеющий максимальный радиус поворота не более 8,5 метров. В формуле такой поворот колес раскрыт как встречный поворот и назван как рулевое управление автомобильного типа. При необходимости резкого доворота или разворота на месте с помощью сдвоенных бортовых фрикционов отключается, а тормозной системой блокируется отдельный борт при одновременной передаче крутящего момента на противоположный борт. В формуле такой вид раскрыт как управление тракторного типа.

Изобретение поясняется чертежами вездехода, где показана:

на фиг.1 - механическая трансмиссия вездехода;

на фиг.2 - гидравлическая трансмиссия вездехода;

на фиг.3 - трансмиссия с комбинированной системой управления поворотом и рычагами подвески;

на фиг.4 - механизм поворота колес с колесными редукторами;

на фиг.5 - схема подвески.

Устройство и принцип работы изобретения поясняются чертежами. На фиг.1 приведена кинематическая схема силовой передачи вездехода. Она состоит из двигателя 1 и трансмиссии. Крутящий момент от двигателя передается через коробку передач 2. Выходной вал коробки передач 2 соединен с валом 8 привода ведущей звездочки 6, который имеет опору 7, установленную, например, на корпусе двигателя. Цепной передачей от ведущей звездочки крутящий момент передается на звездочку сдвоенного бортового фрикциона 4, на валу 22 которого установлена муфта 23 отключения привода передней оси и тормозные суппорта 5а. От вала 22 цепной передачей крутящий момент передается на приводные валы 10 колес 3. Колеса 3 вездехода содержат колесные редукторы 14, ведущая шестерня 24 каждого - стальная, ведомая шестерня 25, прикрученная к ободу колеса - из сверхпрочного полимера, а корпус колесного редуктора является осью колеса, которое крепится на подшипнике большого диаметра.

На фиг.2 показана схема гидравлической трансмиссии, включающая в себя гидронасос 18, от которого по трубопроводам высокого давления гидравлическая жидкость подается на гидромоторы 19 хода, и далее от них происходит передача крутящего момента цепями на звездочки ведущих валов колес 3.

При необходимости маневра водитель поворачивает рулевое колесо в сторону поворота. Механизм рулевого управления 9 поворачивает колеса передней оси в сторону планируемого поворота, а колеса задней оси - в сторону, противоположную стороне планируемого направления поворота. Колеса 3 передней и задней осей поворачиваются на малый угол, равный примерно 8-9° и имеющий максимальный радиус поворота не более 8,5 метров. Данного радиуса достаточно для полноценной езды, как по условиям бездорожья, так и по дорогам общего пользования. При необходимости резкого доворота или разворота на месте колеса одного борта блокируются с помощью сдвоенных бортовых фрикционов при одновременной передаче крутящего момента на противоположный борт.

С точки зрения управляемости при скоростном передвижении по пересеченной местности наиболее предпочтительна независимая конструкция подвески. В первую очередь, это обусловлено меньшим объемом ее неподрессоренных масс, большей энергоемкостью и меньшей склонности к крену.

В изобретении продольный рычаг подвески 11 одновременно является рулевой тягой. Все продольные рычаги закреплены через шаровые шарниры на качалках 13 поперечного вала 12. При этом механизм рулевого управления 9 поворачивает качалку 13 вокруг своей оси. Качалка воздействует на рулевые тяги 11, являющиеся одновременно продольными рычагами подвески, которые поворачивают колеса передней оси в одном направлении, а колеса задней оси в другом направлении, так называемом встречным поворотом

Подвеска - качающаяся полуось. В качестве оси качания рычага – приводной вал 10, являющийся одновременно поперечным рычагом подвески.

Корпус колесного редуктора является осью колеса. Колесо крепится на подшипнике большого диаметра. Ведущая шестерня колесного редуктора стальная, ведомая, прикрученная к ободу колеса из сверхпрочного полимера. Диск колеса водоизмещающий, герметичный.

На вездеходах на пневматическом ходу используются колеса сверхбольшого диаметра и ширины с низким внутренним давлением. Крайне низкое давление на грунт позволяет не повреждать поверхности почв, растения, а также обеспечивает плавучесть и управляемость на воде за счет развитых грунтозацепов.

Таким образом был создан вездеход, основные преимущества которого по сравнению с другими автомобилями высокой проходимости следующие:

- В тяжелых условиях, по болоту и другой слабонесущей поверхности вездеход будет идти с постоянной тягой на всех колесах, без торможения борта

- Поворот осуществляется под тягой, а не торможением борта, что будет препятствовать срыву колес на скользких поверхностях

- Отсутствие затягивания в окна на болоте

- Руление без срыва поверхности при повороте

- Следование задних колес по колее передних

- Применение бортового поворота только при необходимости

- Плавное руление при движении по дорогам общего пользования

- Высокая скорость благодаря подвеске и рулевому управлению

- Плавность хода

- Большой объем кузова за счет малых углов поворота колес

При этом предлагаемая конструкция трансмиссии легкого колесного вездехода на шинах сверхнизкого давления обеспечивает его высокую проходимость, исключает циркуляцию "паразитной" мощности, что приводит к снижению нагрузки на детали, снижению расхода топлива и уменьшению износа шин.

Позиции на чертежах:

1 – двигатель;

2 – коробка переключения передач;

3 – колесо;

4 – сдвоенный бортовой фрикцион;

5 – тормозной диск;

5а – тормозной суппорт;

6 - ведущая звездочка;

7 – опора вала ведущей звездочки;

8 – вал привода ведущей звездочки;

9 – механизм рулевого управления;

10 - приводной вал/поперечный рычаг подвески;

11 - рулевая тяга/продольный рычаг подвески;

12 – вал качалки;

13 – качалка;

14 - колесный редуктор;

15 – шина низкого давления;

16- рама вездехода;

17 – амортизатор;

18 – гидронасос;

19- гидромотор;

20 – ведущая шестерня колесного редуктора;

21 – ведомая шестерня колесного редуктора;

22 – вал бортового фрикциона;

23 – муфта отключения привода передней оси.

Группа изобретений относится к быстроходному двухосному колесному вездеходу и способу управления вездеходом. Вездеход содержит бензиновый двигатель или турбодизель, трансмиссию, подвеску, систему управления поворотом. Система управления поворотом является комбинированной и включает в себя рулевое управление автомобильного типа с обеими управляемыми осями и встречным поворотом и управление тракторного типа с использованием сдвоенных бортовых фрикционов. Способ заключается в том, что при управлении рулем механизм рулевого управления поворачивает поперечный вал качалки. Качалка, поворачиваясь на оси поперечного вала, смещает рулевые тяги в противофазе по бортам, поворачивая колеса передней оси в одном направлении, а колеса задней оси – в противоположном направлении на малый угол. Для резкого доворота или разворота на месте с помощью сдвоенных бортовых фрикционов отключается, а тормозной системой блокируется отдельный борт при одновременной передаче крутящего момента на противоположный борт. Достигается повышение проходимости и маневренности вездехода. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 фото.

1. Быстроходный двухосный колесный вездеход, содержащий бензиновый двигатель или турбодизель объемом 1,4-2,2 литров, установленный поперечно относительно продольной оси вездехода, трансмиссию, подвеску, систему управления поворотом, отличающийся тем, что система управления поворотом является комбинированной, содержащая:

- рулевое управление автомобильного типа с обеими управляемыми осями и встречным поворотом, при этом продольные рычаги подвески одновременно являются рулевой тягой и закреплены через шаровые шарниры на качалках поперечного вала, который поворачивается тягой от рулевого механизма, смещая продольные рычаги в противофазе по бортам, а приводные валы колес одновременно являются поперечными рычагами подвески;

- и управление рычагами тракторного типа с использованием сдвоенных бортовых фрикционов, при этом длина вездехода по шинам составляет не более 4000 мм, ширина - не более транспортного габарита, дорожный просвет – не менее 600 мм, с установкой колес низкого давления двух типов: 1450Х500-24 -тип «Елочка» или 1540Х500-24 -тип «Шестеренка».

2. Вездеход по п. 1, отличающийся тем, что содержит механическую трансмиссию, включающую в себя автоматическую или механическую коробку передач, установленную поперечно относительно продольной оси вездехода, от которой крутящий момент передается цепями на звездочки ведущих валов.

3. Вездеход по п. 1, отличающийся тем, что содержит гидравличесую трансмиссию и включает в себя гидронасос, от которого по трубопроводам высокого давления гидравлическая жидкость подается на гидромоторы хода, и далее от них происходит передача крутящего момента цепями на звездочки ведущих валов.

4. Вездеход по п. 2 или 3, отличающийся тем, что содержит колесные редукторы, ведущая шестерня каждого - стальная, ведомая шестерня, прикрученная к ободу колеса - из сверхпрочного полимера, а корпус колесного редуктора является осью колеса, которое крепится на подшипнике большого диаметра.

5. Вездеход по п. 4, отличающийся тем, что диски колес водоизмещающие, герметичные.

6. Вездеход по п. 5, отличающийся тем, что имеет возможность преодолевать водные преграды за счет водоизмещения шин и высоких грунтозацепов на колесах.

7. Вездеход по п. 1 или 5, отличающийся тем, что обладает возможностью установки съемных гусениц на колесные движители.

8. Вездеход по п. 7, отличающийся тем, что при движении на гусеницах руль блокируется и машина управляется рычагами.

9. Вездеход по п. 1 или 7, отличающийся тем, что кузов имеет шесть посадочных мест, из которых четыре задних трансформируются в два спальных пространства, оснащен передней и задней дверью с открываемыми стеклами, теплошумоизоляцией, обычным или двойным остеклением, люком в крыше, отопителем с кондиционером.

10. Вездеход по п. 9, отличающийся тем, что предусмотрена возможность сочленения с аналогичным вездеходом.

11. Способ управления вездеходом, содержащим двигатель, трансмиссию, подвеску, комбинированную систему управления поворотом, включающим рулевое управление автомобильного типа с обеими управляемыми осями и встречным поворотом и управление тракторного типа с использованием сдвоенных бортовых фрикционов, отличающийся тем, что в большинстве ситуаций вездеход управляется рулем, который через механизм рулевого управления поворачивает поперечный вал качалки, на которой через шаровые шарниры закреплены рулевые тяги, качалка, поворачиваясь на оси поперечного вала, смещает рулевые тяги в противофазе по бортам, поворачивая колеса передней оси в одном направлении, а колеса задней оси – в противоположном направлении на малый угол, равный примерно 8-9° и имеющий максимальный радиус поворота не более 8,5 метров, при необходимости резкого доворота или разворота на месте с помощью сдвоенных бортовых фрикционов отключается, а тормозной системой блокируется отдельный борт при одновременной передаче крутящего момента на противоположный борт.