МАЛОГАБАРИТНЫЙ ГУСЕНИЧНЫЙ КАТЕР С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ Российский патент 2025 года по МПК B60F3/00 B62D57/04 B62D55/00 B60K6/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к транспортной технике, а точнее, к устройствам гусеничных вездеходов-катеров.

Уровень техники

Из уровня техники известна вездеходная технологическая гусеничная машина, содержащая амфибийное шасси в виде водоизмещающего корпуса с кабиной водителя-оператора, гусеничные движители, моторный отсек, расположенный в водоизмещающем корпусе, технологическое оборудование с автономным управлением, выполненное в виде грузоподъемного, и/или землеройного, и/или бурового, и/или насосного оборудования, при этом гидравлическая система технологического оборудования соединена гидравлическими магистралями с гидронасосом, установленным на раздаточной коробке шасси, причем снабжена гребными винтами или водометами.

Также из уровня техники известен вездеход {RU 2549300 C1, 27.04.2015), содержащий корпус катера, двигатель внутреннего сгорания, колеса, рычажно-пружинные подвески колес, лебедку, гидропривод движителя вездехода на воде, кабину водителя с системой управления вездеходом, салон, двери в задней части салона, при этом внутри корпуса катера размещена силовая рама, на которой расположен многотопливный дизельный двигатель с гидравлической насосной станцией, силовые агрегаты и водомет, снаружи левого и правого бортов корпуса установлены и закреплены к силовой раме передние и задние механизмы радиального подъема колесных блоков, приводимые в действие гидромоторами для опускания и подъема колесных блоков, левый и правый колесные блоки являются идентичными конструкциями, состоящими из несущих траверс, закрепленных шарнирно на механизмах радиального подъема, при этом на каждой траверсе установлены четыре независимые пружинно-гидравлические подвески колес, состоящие из системы рычагов, расположенных параллельно траверсе, а на основании нижнего рычага закреплен корпус центробежного гидромотора, имеющего ступицу колеса, при этом силовая передача крутящего момента осуществляется гидравлической жидкостью по системе трубопроводов к гидромоторам всех колес, к гидромотору водомета, гидромоторам исполнительных механизмов, а распределение, интенсивность и направление подачи потока гидравлической жидкости к гидромоторам исполнительных механизмов осуществляется системой управления с компьютерным программированием.

Недостатками данных решений являются чрезмерно сложная и не надежная конструкция, обвешанная массой дополнительных устройств и имеющая большое количество механических связей, кроме того, данные решения имеют большие масса-габаритные показатели, не правильную развесовку, не рассчитаны на передвижение с высокой максимальной скоростью и вдали от заправочных станций, имеют малый межремонтный пробег, требуют больших трудозатрат на ремонт и обслуживание, не имеют достаточного полезного пространства для размещения экипажа и груза.

Раскрытие изобретения

Техническая задача заключается в создании более универсального, малогабаритного, легко транспортируемого, надежного и простого по конструкции транспортного средства, обеспечивающего передвижение на воде с высокой скоростью с последующей возможностью самостоятельного схода - выхода на берег и передвижения в условиях бездорожья, и наоборот, имеющего минимальное число механических связей, имеющего небольшие масса-габаритные показатели, рассчитанного на передвижение вдали от заправочных станций, в том числе при любых климатических условиях, имеющего большой межремонтный пробег и не требующего больших трудозатрат на ремонт и обслуживание, обладающего наилучшей развесовкой и достаточным полезным пространством для размещения экипажа и груза.

Технический результат: повышение универсальности транспортного средства, обеспечение передвижения на воде с высокой скоростью с последующей возможностью самостоятельного схода-выхода на берег и передвижения в условиях бездорожья, и наоборот, упрощение конструкции и повышение надежности, снижение масса-габаритных показателей, упрощение транспортировки, обеспечение передвижения вдали от заправочных станций, в том числе при любых климатических условиях, обеспечение наилучшей развесовки, увеличение межремонтного пробега и снижение трудозатрат на ремонт и обслуживание.

Технический результат достигается за счет того, что малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой без использования механических связей ДВС-генератор, бензобак, накопитель энергии, блок управления, а также электромотор гребного винта, причем силовой каркас содержит днище, борта и палубу, образующие внутренне водоизмещающее пространство, разделенное на отсеки, причем с двух сторон от указанного внутреннего водоизмещающего пространства в бортах выполнены дополнительные отсеки, каждое из которых выполнено с возможностью размещения в себе гусеницы.

Кроме того, каждая из гусениц выполнена с возможностью разворота вокруг продольной оси на 180 градусов и фиксирования в отсеке.

Кроме того, все элементы гусениц - рычаги подвески, амортизаторы, натяжители, опорные и поддерживающие катки, электрические мотор - колеса смонтированы на единой балке.

Кроме того, общее внутренне водоизмещающее пространство и отсеки для гусеничных движителей полностью защищены от попадания пыли и воды.

Кроме того, ДВС-генератор, тяговый электродвигатель, электродвигатель гребного винта и накопитель энергии электрически соединены между собой высоковольтными силовыми проводами и управляются посредством CAN-шины или проводов управления.

Кроме того, днище катера сделано глиссирующего типа, с продольными реданами.

Кроме того, накопитель энергии может быть снабжен системой BMS. Кроме того, накопитель энергии может быть снабжен блоком терморегулирования.

Кроме того, спереди размещен носовой отсек для лебедки и якоря.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - Элементы конструкции катера;

Фиг. 2 - Схематичное изображение отсеков катера;

Фиг. 3 - Элементы конструкции гусеницы катера;

Фиг. 4 - Конструкция катера с отсеком для гусеницы.

На фигурах позициями отмечены следующие элементы:

1 - Рубка;

2 - Туалет;

3 - Каюта

4 - Носовой отсек для якоря и лебедки;

5 - Трюм;

6 - Отсек для гусеницы;

7 - Гусеница в транспортном положении;

8 - Гусеница в сложенном положении;

9 - Продольная ось поворота гусеницы;

10 - ДВС-генератор;

11 - Электромотор-колесо;

12 - Поддерживающий каток;

13 - Рычаг подвески;

14 - Амортизатор;

15 - Балка гусеницы;

16 - Натяжитель;

17 - Верхняя крышка отсека для гусениц;

18 - Нижняя крышка отсека для гусениц.

Осуществление изобретения

Заявленный катер выполнен с поворачиваемыми на 180 градусов гусеницами, что является уникальной разработкой, не имеющей аналогов в мире.

Основная задача создания данной машины - решение транспортных задач путем передвижения на воде с высокой скоростью с выходом в режим глиссирования в условиях значительных водных преград и прибрежных морских территорий с одновременной возможностью самостоятельного схода - выхода на берег в условиях необорудованного берега и самостоятельного передвижения по условиям мелководья, болот, топей, саванн и других условий бездорожья.

Одним из важных достоинств данной машины является то, что она имеет транспортный габарит, что позволяет ей перемещаться по дорогам общего пользования и перевозить ее на обычном прицепе без специального разрешения. При этом, конечно, предусмотрен вариант и большего водоизмещения и соответственно размеров, но такой вариант уже необходимо транспортировать на специальных прицепах с оформлением соответствующих документов.

Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой без использования механических связей ДВС-генератор (генераторный модуль, состоящий из двигателя внутреннего сгорания, вращающего синхронный генератор на постоянных магнитах переменного тока), который в свою очередь соединен с бензобаком, электродвигатель гребного винта, соединенный с тяговым инвертором, накопитель энергии (батарею), блок управления, а также вал гребного винта.

Силовой каркас содержит днище, палубу и стенки (борта), образующие общее внутренне водоизмещающее пространство. С двух сторон от общего внутреннего водоизмещающего пространства в бортах размещены дополнительные водоизмещающие пространства-отсеки (одно слева, второе справа), в каждом из которых может быть размещен гусеничный движитель. Гусеничные движители, при неиспользовании (при движении катера по воде), сложены в указанные отсеки, а при необходимости (при сходе на берег и передвижению по бездорожью) могут быть выдвинуты из них.

Общее внутренне полезное водоизмещающее пространство может быть поделено на отсеки (фиг. 1), например, носовой отсек 4 (для размещения якоря и лебедки) и трюм 5.

Палуба может иметь большую вместительность и быть достаточной плоской грузовой палубой или оборудованной над ней каютой 3, рубкой для управления 1. В каюте можно стоять в полный рост.

В варианте грузовой платформы можно размещать большое количество грузов или специализированного оборудования для различных сфер деятельности.

В варианте грузовой платформы машина может быть оборудована манипулятором для погрузки и разгрузки грузов.

Под палубой размещен трюм 5, доступный через люки в палубе. В трюме 5 отдельно выгорожено тепло- и шумоизолированное машинное отделение, где расположен ДВС-генератор 10.

В пространстве над ДВС - Генератором 10, между рубкой 1 и каютой 3, с одной стороны, может быть выполнен отсек с туалетом 2, как на обычном катере, с другой стороны, вентиляционная шахта для охлаждения генератора и компонентов электромеханической трансмиссии.

Спереди расположена рубка для водителя и переднего пассажира. Их сиденья могут трансформироваться в спальное пространство для одного человека поперек рубки.

Под съемными панелями пола трюма есть доступ ко всем агрегатам, баку, аккумуляторам, ЗИПу и электронным компонентам системы управления электромеханической трансмиссией.

ДВС - Генератор 10 может быть установлен сразу за рубкой 1, т.к. на пустом катере нужна более передняя центровка для управляемости, а на нагруженном предпочтительнее задняя для более правильного и быстрого выхода на глиссирование.

Под носовой палубой устроен отсек 4 для лебедки и якоря. Канат от лебедки выходит вперед через клюз и к нему крепится якорь. Якорь легкий сварной, быстросъемный.

Эта же лебедка используется для вытаскивания на берег или при застревании на бездорожье.

Также, может быть выполнен большой люк в рубке 1 и откидные ветрозащитные козырьки, чтобы на воде можно было управлять стоя.

Одним из основных технических замыслов является расположение гусениц под катером в габарите машины (фиг. 2, фиг. 3). Трансмиссия сделана электромеханической и не имеет жесткой механической связи с рабочим колесом 11 гусеницы и гребным винтом.

Механическая связь может быть только на коленвалу ДВС для подключения к электрическому генератору и у электродвигателя гребного винта, расположенного под полом в задней части катера. В этом случае механической связью является гребной вал, т.к. он будет являться концевым валом валопровода и предназначен для крепления гребного винта.

Гребной винт устанавливается на кормовой конец катера совместно с рулем поворота. В данном решении предусмотрена установка гребного винта с приводом от электромотора, находящегося в задней части трюма под полом катера. Возможна также и установка подвесного лодочного мотора на транце, который в свою очередь устанавливается на места креплений грузовых рымов на корме катера и подключаемого через специальные провода для запуска, управления и руления.

Для размещения гусениц, смонтированных на единой балке 15 в бортах катера сделаны отсеки 6. При необходимости поднять гусеницу 7, 8 отсек 6 открывается (откидывается), гусеница поворачивается вокруг продольной оси 9 на 180 градусов на специальном механизме поворота, а после фиксирования гусеницы в отсеке 6 он закрывается герметичной откидывающейся крышкой (фиг. 2). Ось разворота гусеницы проходит вдоль нижней границы специального отсека для гусеницы, по границе этого отсека и нижней крышки этого отсека. Гусеница может фиксироваться специальным дистанционным фиксирующим устройством. Специальный механизм поворота/разворота гусеницы базируется на поворотных элементах - шарнирах, закрепленных одной стороной на внутренней части отсека для гусениц, а другой на силовом элементе, являющемся нижней крышкой отсека для гусениц. На этом силовом элементе (нижней крышке отсека для гусениц) закреплена балка со всеми компонентами подвески, собственно гусеничного движителя, натяжителя, рычагов подвески, опорных и поддерживающих катков и электрического мотор-колеса, являющегося рабочим колесом гусеничного движителя. Все крышки прилегают к отсеку через уплотнители и снабжены доводчиками.

Если говорить подробнее, то принцип поворота/разворота гусеницы может быть следующим. Находясь в воде, на достаточной глубине для недопущения зацепления с возможными препятствиями оператор включает механизм открывания верхних крышек 17 отсеков 6 для гусениц, которые поднимаются на 90 градусов. После заполнения отсеков 6 водой оператор включает механизм открывания нижних крышек 18 отсеков 6 и разворачивает гусеничные механизмы на 180 градусов. Затем закрывает верхние крышки 17 в обратное положение. После чего оператор подбирает по возможности максимально пологий берег и осуществляет выход на берег и передвижение по твердой поверхности.

Обратный процесс может осуществляться следующим образом. Катер входит в воду на гусеницах до момента всплытия и отходит на достаточное расстояние для того, чтобы гусеницы не цеплялись за дно. После чего оператор поднимает верхние крышки отсеков для гусениц на 90 градусов. Затем оператор включает режим разворачивания гусениц на 180 градусов до момента фиксации гусеничного механизма к специальному устройству, расположенному в гусеничном отсеке. Затем закрывает верхние крышки и специальными доводчиками окончательно фиксирует положение всех крышек через специальные уплотнители в гусеничном отсеке. Далее автоматически включаются помпы откачки воды из гусеничных отсеков и после завершения откачки осуществляется движение по воде.

Все элементы гусениц - рычаги подвески 13, амортизаторы 14, натяжители 16, поддерживающие катки 12, электрические мотор-колеса 11 смонтированы на единой балке 15 (фиг. 3). В том числе расположение на единой балке всех элементов гусеничного механизма позволило реализовать механизм поворота гусеницы - т.к. невозможно создать механизм поворота при большом количестве точек опор для данных элементов, расположенных не по одной оси.

Днище катера сделано глиссирующего типа, с продольными реданами. Из-за специфики гидродинамики возможны несколько вариантов исполнения катера:

1. Водоизмещающий, с возможностью перемещаться со скоростью на воде до 20 км/ч. с электрическим мотором, расположенным в корпусе катера, на котором закреплен гребной винт. Грузоподъемность данного варианта катера будет высокой.

2. Глиссирующий, передвигающаяся со скоростью на воде от 20 км/ч. Для получения хорошей скорости при глиссировании может быть установлен подвесной мотор, имеющий достаточную мощность. Обводы и высота бортов корпуса позволят обеспечить режим глиссирования, а также обеспечат мореходность, до волны примерно 1 метр на режиме глиссирования. Грузоподъемность данного варианта катера будет понижена.

Физическая сущность режима глиссирования состоит в уменьшении сопротивления воды движению судна за счет всплытия его корпуса под действием гидродинамической подъемной силы, образующейся на днище от скоростного напора воды. Происходящее при этом уменьшение погруженного объема и площади смоченной поверхности корпуса позволяет резко уменьшить волновое сопротивление и сопротивление трения и соответственно увеличить скорость судна.

Продольные реданы - это выступы треугольного сечения, расположенные на днище попарно и симметрично и проходящие вдоль корпуса судна. Они обеспечивают уменьшение смоченной ширины днища при достижении судном соответствующей скорости. Установка реданов может увеличивать ходовой дифферент судна и уменьшать его смоченную длину.

Заявленный катер является непотопляемым, т.к. в пустотах между внутренней обшивкой бортов и днища может быть размещено необходимое количество блоков живучести.

Накопитель энергии, может быть снабжен системой BMS и блоком 9 терморегулирования. Наличие у батареи системы BMS и блока терморегулирования может дополнительно обеспечивать надежную и долгую работу как самой батареи, так и всей трансмиссии в целом, позволяя продолжительное время передвигаться вездеходу вдали от заправочных станций при любых погодных условиях.

Расположение ДВС-генератора и остальных элементов, выполнено, в том числе, для увеличения полезного пространства для экипажа и/или груза, а также для улучшения развесовки. Создание идеальной развесовки дает равномерное опирание на опорную поверхность, что в условиях слабонесущих грунтов или воды повышает качества проходимости и непроваливаемости, что в свою очередь является огромным плюсом для любого вездехода.

Элементы трансмиссии связаны между собой высоковольтными силовыми проводами и управляются по CAN-шине и/или с помощью проводов управления. Такая простота конструкции обеспечивает ее высокую надежность и работоспособность, минимальное обслуживание, повышение межремонтного пробега, малый вес и габариты катера.

Накопитель энергии предназначен для эффективного накопления энергии, хранение и распределение между внутренними накопительными блоками (балансировка батареек) и стабильная отдача энергии потребителям. Может иметь жидкостный контур для подключения системы охлаждения и подогрева.

Блок терморегулирования для накопителя энергии предназначен для обеспечения охлаждения температурного режима накопителя энергии до рабочего и предварительный подогрев накопителя энергии при запуске в отрицательных температурах.

Главный блок управления (ГБУ) служит для управления всеми элементами ЭМТ. К ГБУ подключаются блоки всех систем ЭМТ вездехода по шине цифровой связи, или по проводам и предназначен для:

- обеспечения формирования управляющих сигналов для всех подключенных блоков;

- обработки телеметрической информации;

- реализации предустановленных управляющих правил в зависимости от получаемой информации (штатные и аварийные алгоритмы работы);

- управления скоростью / крутящим моментом тяговых электродвигателей;

- управления током заряда / разряда накопителя энергии;

- управления мощностью AC-DC преобразователя генератора;

- управления бортовым зарядным устройством;

- распределения крутящего момента по бортам;

- управления блоком терморегулирования накопителя;

- управления включением потребителей (например, насосов систем охлаждения и вентиляторов) через низковольтный коммутационный блок;

- обеспечения снижения мощности тяговых приводов при повышении температуры двигателей или инверторов;

- обеспечения снижения токов или мощности AC-DC преобразователя в зависимости от температурного состояния ДВС, генератора или самого преобразователя;

- обеспечения снижения токов заряд-разряда накопителя в зависимости от допустимых токов, выдаваемых системой управления накопителем энергии;

- обеспечения процесса зарядки накопителя энергии при извлеченном ключе зажигания;

- обеспечения реагирования системы управления при повреждениях изоляции на основании данных контроля изоляции в ВКБ;

- обеспечения возможности калибровки параметров системы (например, максимальная скорость, максимальные тяговые усилия, коэффициенты системы рулевого управления и пр.) через сервисное Windows-приложение или другие программы;

- обеспечения обработки сигналов датчика уровня топлива;

- обеспечения обработки сигналов датчика температуры ДВС в случае отсутствия данных о температуре в CAN-шине блока управления ДВС.

Генераторный модуль состоит из двигателя внутреннего сгорания, вращающего синхронный генератор на постоянных магнитах переменного тока.

Общее внутренне полезное водоизмещающее пространство и дополнительные отсеки для гусениц полностью защищены от попадания пыли и воды.

При такой конструкции у заявленного катера-вездехода есть возможность страгиваться с места в условиях тяжелой геометрической проходимости (крутые подъемы, овраги, выход с плава на лед и т.д.) по принципу электровоза (который страгивает с места огромную массу груза). Использование свойства электромотора создавать максимальный крутящий момент на валу в диапазоне скоростей от 0 км/ч до максимальной обеспечивает возможность преодоления машиной препятствий с максимальным усилием на минимальной скорости, что значительно повышает вездеходные возможности машины по сравнению с традиционными конструкциями трансмиссий. Передвижение по воде и по условиям экстремального бездорожья на минимальной скорости значительно повышает безопасность, комфорт и сохранность транспортного средства.

В том числе за счет использования генератора меньшей мощности для подзарядки батареи и работы его в режиме лучшего КПД увеличивается общий пробег катера.

Использование электротрансмиссии позволило отказаться практически от всех механических связей, что дало возможность применить различные компоновочные решения с равномерной развесовкой, что очень важно для любого катера - вездехода на слабонесущей опорной поверхности и на воде. Конструкция является универсальной - в зависимости от компоновочной необходимости она может обеспечить передний или задний привод гусеничного вездехода и создать идеальную развесовку машины.

Также обеспечивается возможность использования катера, как электростанции бытовой электроэнергии, вдали от источников энергии.

Электротрансмиссия заявленного катера имеет наилучший показатель по соотношению масса машины/тяга на крюке и рассчитана на передвижение ТС с высокой максимальной скоростью за счет небольшого веса всей конструкции и применения развитой подвески.

Вышеописанный катер обладает простой и надежной конструкцией, он не обвешан массой дополнительных устройств и имеет электромеханическую трансмиссию с минимум механических связей, при этом имеет дополнительные отсеки для гусеничных движителей, которые при необходимости могут опускаться/подниматься делая из катера улучшенную универсальную машину с возможностью передвижения на воде с высокой скоростью с выходом в режим глиссирования, а также с возможностью самостоятельного схода - выхода на берег и самостоятельного передвижения в условиях бездорожья, имеющего правильную развесовку и полезное пространство для размещения, например, экипажа и/или груза, может передвигаться вдали от заправочных станций при любых погодных условиях, имея малый межремонтный пробег и не требуя больших трудозатрат на ремонт и обслуживание.

Изобретение относится к транспортной технике. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой ДВС-генератор, бензобак, тяговый электродвигатель, электродвигатель гребного винта, накопитель энергии, блок управления, гребной винт. Силовой каркас содержит днище, борта и палубу, образующие внутренне водоизмещающее пространство, разделенное на отсеки. С двух сторон от внутреннего водоизмещающего пространства в бортах выполнены дополнительные отсеки, каждый из которых выполнен с возможностью размещения в себе гусеницы. Таким образом повышается универсальность катера. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией, характеризующийся тем, что содержит силовой каркас, гусеничные движители, а также установленные в силовом каркасе и соединенные между собой ДВС-генератор, бензобак, тяговый электродвигатель, электродвигатель гребного винта, накопитель энергии, блок управления, а также гребной винт, причем силовой каркас содержит днище, борта и палубу, образующие внутренне водоизмещающее пространство, разделенное на отсеки, причем с двух сторон от указанного внутреннего водоизмещающего пространства в бортах выполнены дополнительные отсеки, каждый из которых выполнен с возможностью размещения в себе гусеницы.

2. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что каждая из гусениц выполнена с возможностью разворота вокруг продольной оси на 180 градусов и фиксирования в отсеке.

3. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что все элементы гусениц - рычаги подвески, амортизаторы, натяжители, опорные и поддерживающие катки, электрические мотор-колеса смонтированы на единой балке.

4. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что общее внутренне водоизмещающее пространство и отсеки для гусеничных движителей полностью защищены от попадания пыли и воды.

5. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что ДВС-генератор, тяговый электродвигатель и накопитель энергии электрически соединены между собой высоковольтными силовыми проводами и управляются посредством CAN-шины и/или проводов управления.

6. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что днище катера сделано глиссирующего типа с продольными реданами.

7. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что накопитель энергии снабжен системой BMS.

8. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что накопитель энергии снабжен блоком терморегулирования.

9. Малогабаритный гусеничный катер с электромеханической трансмиссией по п. 1, характеризующийся тем, что спереди размещен носовой отсек для лебедки и якоря.