Вездеход-амфибия с электрическим приводом колес Российский патент 2024 года по МПК B60L50/60 B60F3/00 

Изобретение относится к колесным транспортным средствам - вездеходам, в частности к вездеходам-амфибиям на электротяге, предназначенным для движения в условиях особо тяжелого бездорожья в любое время года и по любым типам поверхности с многообразно различающейся несущей способностью, включая водные участки.

Проблема освоения необжитых территорий, отдаленных от городов, автомобильных и железных дорог является очень сложной задачей. Например, в обширных регионах Российской Федерации очень много различных водных участков местности (рек, озер, болот), а зимой, продолжающейся большую часть года, эти территории покрыты толстым слоем рыхлого снега, поэтому транспорт, предназначенный для эксплуатации в подобных условиях должен обладать проходимостью, как на суше, так и на воде вне зависимости от времени года. Работа в районах стихийных бедствий (затопление населенных пунктов при подъеме уровней рек) также представляет очень большую сложность в связи с тем, что необходим транспорт, одинаково хорошо преодолевающий и пересеченную местность, и водные преграды.

Для передвижения, в описанных выше условиях, используются амфибийные транспортные средства, в том числе с колесной формулой 4×4 (см., например: https://www.drom.ru/info/test-drive/48143.html), которые отличаются большими габаритами, расширенной колеей и шинами низкого давления большого диаметра. Из-за неоптимальных массово-геометрических параметров они имеют существенные ограничения в части проходимости, в том числе при движении по водным участкам. Нельзя не отметить, что, выполняя полезную работу, эти машины одновременно наносят трудновосполнимый экологический ущерб, разрушая почвенно-растительный покров, а также загрязняют окружающую среду, так как в качестве силовых установок используют двигатели внутреннего сгорания.

В настоящее время, люди, в стремлении защитить окружающую среду от ее загрязнения, стали создавать колесные транспортные средства с электрическим приводом колес, в том числе повышенной проходимости с колесной формулой 4×4 (см., например: https://www.drive2.ru/e/BqY2gEAAAyE?ysclid=l5wf0j0hw5719786872). Традиционным решением для данных транспортных средств стала компоновка с применением двух и более электромоторов и/или мотор-колес, но эти компоновки усложняют конструкции, не обеспечивают достаточной влагозащиты электромоторов (мотор-колес) при движении в воде, при этом трансмиссии данных транспортных средств не обладают достаточным диапазоном регулирования передаточных чисел или, что чаще, не имеют возможности их регулирования, это обуславливает высокую загруженность источника тока по мощности, большие потребные мощности электрической силовой установки и применение аккумуляторных батарей высокой емкости, что существенно увеличивает массу транспортных средств и повышает затраты электрической энергии на их передвижение. Нельзя не отметить, что такие транспортные средства не обладают уровнем проходимости, необходимым для передвижения по любому типу поверхности, и не экологичны в части механического воздействия на почвенно-растительный покров.

В связи с отмеченными обстоятельствами создание плавающего транспортного средства с электрическим приводом колес и обладающего высоким уровнем проходимости и экологичности, является весьма актуальным.

Из уровня техники известен вездеход-амфибия с электрическим приводом колес ЛИТЛ электро (см. https://e-m-shop.ru/elektrokvadrotsikly/litl-elektro/), представляющий собой транспортное средство с колесной формулой 4×4 и среднемоторной компоновкой, содержащее колеса с пневматическими шинами, общее водоизмещение которых обеспечивает плавучесть транспортного средства, негерметичный кузов, рулевое управление, электрические компоненты, расположенные выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, включая продольно установленный электромотор, трансмиссию, передний и задний мосты.

Вышеуказанный вездеход-амфибия ЛИТЛ электро, как наиболее близкий аналог по совокупности признаков, выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.

К недостаткам подобной конструкции относятся:

- значительное колееобразование при передвижении по слабонесущим основаниям и нанесение ущерба экологии, в части сохранности почвенно-растительного покрова, в виду неоптимального давления на грунт;

- недостаточная влагозащита электрических компонентов и коробки передач из-за глубокой осадки в водной среде, при которой оси вращения колес находятся ниже уровня поверхности воды;

- неэффективная работа при движении вдоль глубоких продольных неровностей;

- узкий диапазон передаточных чисел трансмиссии без возможности их изменения в процессе движения;

- высокие затраты электрической энергии на передвижение.

Задачей данного изобретения является создание вездехода-амфибии с электрическим приводом колес, лишенного указанных выше недостатков и при этом с улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении проходимости вездехода-амфибии и влагозащиты всех его электрических компонентов и коробки передач, обеспечении экологичности в части загрязнения окружающей среды и механического воздействия на почвенно-растительный покров, снижении затрат электрической энергии на передвижение вездехода-амфибии.

Технический результат обеспечен применением электрического привода колес, с возможностью автоматического регулирования передаточных чисел трансмиссии и их бесступенчатого изменения в процессе движения, пневмокатков, в качестве колесного движителя, оптимизацией массово-геометрических параметров вездехода-амфибии и геометрических параметров пневмокатков, а также рациональным использованием и размещением агрегатов.

Для этого в вездеходе-амфибии с электрическим приводом колес, представляющим собой транспортное средство, с колесной формулой 4×4 и среднемоторной компоновкой, содержащее колеса с пневматическими шинами, общее водоизмещение которых обеспечивает плавучесть транспортного средства, негерметичный кузов, рулевое управление, электрические компоненты, расположенные выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, включая продольно установленный электромотор, трансмиссию, передний и задний мосты, электромотор кинематически связан с раздаточной коробкой посредством реверсивного клиноременного вариатора, который расположен выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, в качестве колесного движителя применены пневмокатки диаметром равным 850…1000 мм, при этом полная масса транспортного средства связана с их суммарным внутренним объемом соотношением: Мтс/∑Vпк=200÷400, кг/м³ (где Мтс – полная масса транспортного средства, кг; ∑Vпк - суммарный внутренний объем пневмокатков, м³), а отношение ширины профиля пневмокатка (B_пк) к его наружному диаметру (D) составляет 0,7÷0,9, а к колее (К) составляет 0,6÷0,7.

Указанные пределы соотношения, связывающего полную массу транспортного средства с суммарным внутренним объемом пневмокатков, получены в результате проведенных исследований и оригинальных компоновочных решений. Это соотношение определяет давление транспортного средства на грунт и его осадку в воде.

Выбор указанных параметров, в заявленных пределах, позволяет получить среднее давление на грунт в зоне контакта пневмокатков около 0,005 МПа, что обеспечивает повышение проходимости при передвижении по любым типам поверхности, сохранность почвенно-растительного покрова, а также существенное снижение затрат электрической энергии, так как при передвижении вездехода-амфибии по слабонесущим основаниям снижается колееобразование, а в воде достигается такая осадка, при которой оси колес всегда находятся над ее поверхностью, что уменьшает поперечное сечение элементов вездехода-амфибии, погруженных в воду, и соответственно сопротивление его движению.

Применение пневмокатков, в рамках заявленных геометрических параметров, и отношения ширины профиля пневмокатка (B_пк) к колее (К), находящегося в диапазоне 0,6÷0,7, обеспечивают не только компактные габариты вездехода-амфибии, но и наименьший радиус поперечной проходимости, что исключает вывешивание вездехода-амфибии при движении вдоль глубоких продольных неровностей (например, глубокая колея).

Повышению продольной устойчивости вездехода-амфибии способствует то, что отношение наружного диаметра пневмокатка (D) к базе (L) составляет 0,3÷0,5.

Предлагаемый вездеход-амфибия построен на основе одного электромотора и реверсивного клиноременного вариатора, что отличает его от известных транспортных средств с колесной формулой 4×4 и электрическим приводом колес.

Примененный в составе полноприводной трансмиссии реверсивный клиноременный вариатор, автоматически регулирующий передаточные числа трансмиссии с возможностью их бесступенчатого изменения в процессе движения, конструктивно способен работать в обе стороны, что позволяет осуществлять реверсирование за счет электромотора без использования дополнительных механических устройств, также он обеспечивает расширение диапазона передаточных чисел, повышение крутящего момента и возможность снижения мощности электромотора и удельной мощности источника тока. Как следствие снижается вес вездехода-амфибии в целом и затраты электрической энергии на его передвижение, а также экологический ущерб, в части загрязнения окружающей среды, так как отсутствует потребность в аккумуляторных батареях большой емкости, процесс создания которых сопровождается значительным количеством вредных выбросов.

Кроме того, расположение реверсивного клиноременного вариатора и всех электрических компонентов вездехода-амфибии выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, с учетом применения среднемоторной компоновки и достижения уровня осадки в воде, при которой оси колес всегда находятся над ее поверхностью, обеспечивает повышение их влагозащиты, так как при спуске в воду, выходе из воды и на плаву исключен их прямой контакт с водой.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 и на фиг. 2 изображен внешний вид вездехода-амфибии с электрическим приводом колес и схема его трансмиссии.

Вездеход-амфибия содержит пневмокатки (1), электромотор (2), реверсивный клиноременный вариатор (3), раздаточную коробку (4), выходы которой кинематически связаны с передним (5) и задним (6) мостами соответствующими карданными валами (7).

Вездеход-амфибия функционирует следующим образом. Водитель, пассажиры и груз размещаются в кузове. Водитель, воздействуя на колеса через рулевое управление, силовую установку и трансмиссию, управляет транспортным средством. Плавность хода при движении обеспечивается пневмокатками.

При этом вездеход-амфибия, способен перемещать людей и грузы в условиях особо тяжелого бездорожья в любое время года и по любым типам поверхности, с многообразно различающейся несущей способностью, включая водные участки, а также эффективно работать при движении вдоль глубоких продольных неровностей. Движение на плаву обеспечивается вращением колес. В качестве дополнительного водного движителя могут быть установлены водомет или гребной винт, приводимые трансмиссией.

Изобретение относится к вездеходу-амфибии с электрическим приводом колес. Изобретение представляет собой транспортное средство с колесной формулой 4×4 и среднемоторной компоновкой. Транспортное средство содержит: колеса с пневматическими шинами, негерметичный кузов, рулевое управление, электрические компоненты, электромотор, трансмиссию, передний и задний мосты, пневмокатки диаметром, равным 850…1000 мм. Полная масса транспортного средства связана с их суммарным внутренним объемом соотношением: Мтс/∑Vпк=200-400, кг/м³. Отношение ширины профиля пневмокатка (Bпк) к его наружному диаметру (D) составляет 0,7-0,9, а к колее (К) составляет 0,6-0,7. Достигается повышение проходимости вездехода-амфибии. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вездеход-амфибия с электрическим приводом колес, представляющий собой транспортное средство с колесной формулой 4×4 и среднемоторной компоновкой, содержащее колеса с пневматическими шинами, общее водоизмещение которых обеспечивает его плавучесть, негерметичный кузов, рулевое управление, электрические компоненты, расположенные выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, включая продольно установленный электромотор, трансмиссию, передний и задний мосты, отличающийся тем, что электромотор кинематически связан с раздаточной коробкой посредством реверсивного клиноременного вариатора, который расположен выше уровня осей вращения колес в вертикальной плоскости, в качестве колесного движителя применены пневмокатки диаметром, равным 850…1000 мм, при этом полная масса транспортного средства связана с их суммарным внутренним объемом соотношением: Мтс/∑Vпк=200-400, кг/м³, а отношение ширины профиля пневмокатка (Bпк) к его наружному диаметру (D) составляет 0,7-0,9, а к колее (К) составляет 0,6-0,7.

2. Вездеход-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что кузов выполнен однообъемным, при этом он может быть открытым или закрытым.

3. Вездеход-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что отношение наружного диаметра пневмокатка (D) к базе (L) составляет 0,3-0,5.

4. Вездеход-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что он оснащен централизованной системой подкачки колес.

5. Вездеход-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что его мосты оснащены самоблокирующимися или принудительными блокировками.