Способ создания тягового усилия движителем и колесный движитель для его осуществления

 

Использование: в средствах повышения проходимости колесных машин. Сущность изобретения: колесный движитель содержит дифференциальный редуктор 1, предназначенный для получения неравномерного вращения полуколес, межколесный дифференциал 2, полуколеса 3 и 4, которые установлены на осях 5. Полуколеса по каждому борту работают в противофазе и время контактирования ведущих полуколес с опорной поверхностью в несколько раз больше времени холостого хода. 2 с.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к тягово-транспортным средствам и может обеспечить лучшую проходимость колесных машин.

Известен способ повышения проходимости колесных машин путем уменьшения давления в шинах (ГОСТ 7468-69).

Однако при применении данного способа увеличение вертикальной нагрузки вызывает уменьшение КПД колеса и срока службы шин.

Известно колесо повышенной проходимости (авт. св. СССР N 500084, кл. В 60 В 9/00, 1976), позволяющее уменьшить удельное давление на почву путем увеличения эластичности шин. Это увеличивает площадь контакта движителей с почвой и проходимость колесной машины.

Однако наличие в конструкции колеса металлической эластичной шины и подвижных элементов, соединяющих шину со ступицей, снижает долговечность движителей в целом, кроме того, увеличение вертикальной нагрузки на колеса вызывает увеличение площади контакта только в плоскости вращения колеса, что недостаточно для увеличения проходимости колесной машины при значительных вертикальных нагрузках.

Известно также техническое решение (авт. св. СССР N 473625, кл. В 60 В 9/00, 1975), которое позволяет уменьшить удельное давление колеса на почву путем перемещения двух полуступиц, связанных при помощи спиц с эластичной шиной. При использовании такой конструкции колеса происходит увеличение площади контакта колеса с почвой только в поперечном направлении, что недостаточно для увеличения проходимости колесной машины. Кроме того, увеличение вертикальной нагрузки на колеса приводит к уменьшению радиуса колеса по всей окружности и уменьшению скорости колесной машины. Из-за уменьшения контактной поверхности колеса с почвой в продольной плоскости удельное давление существенно не изменяется.

Наиболее близким к предлагаемому является патент Франции N 8609857, кл. В 60 В 19/00, 1988, в котором повышение проходимости машины обеспечивается большим количеством опорных ведущих колес, имеющих форму полуколеса.

Недостатком предложенного решения является большое количество движителей и связанные с этим повышенная металлоемкость и низкий КПД.

Целью изобретения является повышение проходимости машины и КПД движителей.

Указанная цель достигается путем обеспечения взаимодействия движителей с опорной поверхностью так, что в пределах одного оборота в период контактирования угловая скорость сохраняется постоянной, а после выхода из контакта скорость резко возрастает, а затем уменьшается до исходной постоянной скорости к началу следующего вступления в контакт, что позволяет увеличить суммарное пятно контакта на единицу длины пути, асимптотически приближая его к площади пятна контакта, образованного обычным колесом по мере роста соотношения угловой скорости холостого хода полуколеса и угловой скорости его рабочего хода. Причем переменный режим работы движителей, выполненных в виде двух полуколес по левому и правому бортам, смонтированных так, что каждое полуколесо находится в противофазе по отношению к соседнему полуколесу по одному борту, достигается применением редуктора, выполненного из набора колес разного диаметра, на каждом из которых нарезаны пара зубьев со смещением каждой пары зубьев относительно соседнего колеса в соответствии с заданным законом изменения угловой скорости. Таким образом, к полуколесам, вышедшим из контакта с опорной поверхностью, прикладывают крутящий момент, который обеспечивает их вращение с угловой скоростью, повышающей угловую скорость рабочего хода.

Поскольку в пределах одного оборота в режиме рабочего хода по времени движители работают дольше, чем в режиме холостого хода, то в одну половину цикла по каждому борту работают два полуколеса. Использование полуколес в режиме движителей за каждый оборот более продолжительное время, чем время холостого хода, позволяет уменьшить количество движителей в машине и ее металлоемкость, повысить их проходимость и КПД по сравнению с прототипом тем больше, чем больше кратность отношения угловой скорости холостого хода к угловой скорости рабочего хода.

На фиг. 1 показан общий вид движителей; на фиг. 2 - кинематическая схема привода; на фиг. 3 - циклограмма работы движителей; на фиг. 4 - расположение движителей на колесной машине.

Устройство содержит ступенчатый дифференциальный редуктор 1, предназначенный для получения переменного режима работы движителей колесной машины в пределах одного оборота, межколесный дифференциал 2, обеспечивающий получение разных угловых скоростей движителей на поворотах и при копировании рельефа дороги, два полуколеса 3 и 4, установленные в противофазе по каждому борту, полуоси 5, которые позволяют размещать полуколеса 3 и 4 со смещением в поперечном и продольном направлениях, что уменьшает габариты устройства и позволяет каждому полуколесу перемещаться по индивидуальной колее.

На полуоси межколесного дифференциала насажены колеса разного диаметра. На каждом колесе нарезается по два зуба, которые периодически входят в контакт с двумя зубьями (не показаны) колес, расположенных на полуосях 5. Соотношения радиусов колес на ведущем и ведомых валах дифференциального редуктора, а также смещение каждой пары зубьев относительно соседнего колеса подбираются в соответствии с необходимым законом изменения угловой скорости движителей в пределах одного оборота.

При этом должны соблюдаться начальные условия r_α= r_ϕ; α= ϕ=360° ; i₁ ^. i₂ ^. i₃ ... i_n = 1, где n - количество колес соответственно на ведущих и ведомых полуосях дифференциального редуктора; α и ϕ - углы относительного сдвига зубьев между соседними колесами соответственно на ведущем и ведомом валах дифференциального редуктора; i - передаточное отношение в парах контактирующих колес. Расчет кинематических параметров дифференциала осуществляют по специально разработанной программе на ЭВМ.

В соответствии с предложенным способом устройство работает следующим образом.

Ведущие валы дифференциальных редукторов, получающие равномерное вращение от полуосей межколесного дифференциала передают неравномерное вращение в пределах одного оборота на полуоси 5 движителей. Среднее передаточное отношение в ступенчатом дифференциальном редукторе за один оборот ведущего вала равно 1. Ступенчатый дифференциальный редуктор преобразует равномерное вращение ведущего вала в неравномерное вращение ведомого вала так, что в режиме контактирования полуколес с поверхностью пути обеспечивается равномерное вращение, а в режиме холостого хода - в начале ускорение, а затем замедление с возвратом к исходному равномерному вращению к началу очередного контактирования с поверхностью пути. Это позволяет увеличить продолжительность контактирования движителей с поверхностью пути, так как при этом уменьшается время холостого хода движителей по сравнению с прототипом и повышается интенсивность контактирования их с поверхностью пути.

В ступенчатом дифференциальном редукторе соотношения радиусов начальных окружностей зубчатых элементов каждой ступени, относительные углы сдвига между зубчатыми элементами и передаточные отношения в ступенях подобраны так, чтобы обеспечивалось устойчивое получение заданного режима работы в пределах каждого оборота движителя.

В качестве примера в таблице приведены кинематические параметры ступенчатого дифференциального редуктора.

В рассмотренном примере параметры ступенчатого дифференциального редуктора подобраны так, чтобы время t_р.х. контактирования каждого полуколеса с поверхностью пути было в 2 раза больше времени t_х.х.холостого хода за время цикла t_ц.

При работе устройства по предлагаемому способу в приведенном примере общая площадь пятна контакта полуколес одного борта на единице длины пути больше площади пятна контакта полуколес прототипа в 1,3 раза. Большее суммарное пятно контакта и уменьшение удельного давления повышает проходимость машины, а увеличение интенсивности контактирования их с поверхностью пути позволяет увеличить КПД их движителей.

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ДВИЖИТЕЛЕМ И КОЛЕСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ создания тягового усилия движителем, состоящим из полуколес, основанный на приложении к полуколесам, находящимся в контакте с опорной поверхностью, крутящего момента, обеспечивающего их вращение с постоянной угловой скоростью, отличающийся тем, что к полуколесам, вышедшим из контакта с опорной поверхностью, прикладывают крутящий момент, который обеспечивает их вращение с угловой скоростью, превышающей указанную.

2. Колесный движитель для создания тягового усилия, содержащий установленные на полуосях полуколеса, соединенные с межколесным дифференциалом ведущего моста, отличающийся тем, что полуоси полуколес соединены с межколесным дифференциалом через редуктор, имеющий набор колес разного диаметра, на каждом из которых выполнена пара зубьев, а соотношение радиусов колес на ведущем и ведомом валах и величина смещения каждой пары зубьев относительно соседнего колеса выбраны в соответствии с заданным законом изменения угловой скорости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6