Транспортное средство и внутритрубный движитель динамического типа для него
Изобретение относится к транспортным средствам. Транспортное средство для перемещения внутри трубопровода содержит источник крутящего момента и корпус, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода по винтовой линии. Подпружиненные фрикционные ролики установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей. Корпус соосно соединен с валом источника крутящего момента. Источник крутящего момента жестко связан с узлом, гасящим реактивный крутящий момент. Фрикционные ролики оснащены приводом изменения угла их наклона. Транспортное средство для перемещения внутри трубопровода имеет обтекаемую оболочку с ведомыми колесами на шинах, центрирующими оболочку для перемещения внутри трубопровода. В носовой или хвостовой части оболочки закреплена опора с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлен ротор внутритрубного движителя динамического типа, содержащий корпус с установленными на упругих подвесках фрикционными роликами и привод изменения угла наклона фрикционных роликов. Фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу, а корпус несущим. Ротор соединен посредством узла трансмиссии с источником крутящего момента, который оснащен регулятором частоты вращения и размещен в оболочке, содержащей также запас энергоресурсов, систему автоматизированного управления и пассажирский салон или грузовой отсек. Для перемещения по дорожному покрытию транспортное средство опирается на нижние ведомые колеса с установленными тяговым двигателем и рулевым механизмом, а также опирается на выпущенные ведомые колеса, отведенные от левого и правого бортов оболочки, увеличивающие колесную базу. В результате усовершенствована конструкция транспортного средства, повышены его тягово-скоростные качества, расширяются функциональные возможности. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Транспортное средство и внутритрубный движитель динамического типа для него
Изобретение относится к области транспортного машиностроения, конкретнее к транспортным средствам и колесным движителям для перемещения внутри трубопровода, и предназначено для перевозок пассажиров и грузов с повышенной скоростью, и локальных перемещений по дорожному покрытию.
Известен способ перемещения транспортного средства по рельсам в тоннеле (патент РФ №2424140), который включает в себя перемещение в тоннеле транспортного средства, имеющего оболочку, электродвигатели и колеса для перемещения по установленным в тоннеле рельсам. На транспортном средстве в передней и задней его частях предварительно формируют воздуховоды, в которых монтируют пропеллеры, в передней части - для забора воздуха, создающего лобовое сопротивление, из тоннеля, и в задней - для выброса воздуха в тоннель. При движении упомянутого транспортного средства в среде перед ним создают зону разреженной плотности среды посредством упомянутых установленных в передней части пропеллеров, а за движущимся транспортным средством посредством упомянутых установленных в задней части пропеллеров, создают плотность среды не меньшую, чем плотность среды в тоннеле. В результате увеличивается скорость перемещения транспортного средства.
Недостатками данного аналога являются громоздкость и наличие дополнительного привода для пропеллеров.
Известно также устройство для перемещения внутри трубопровода (авторское свидетельство СССР по заявке №2844873), содержащее ротор, состоящий из установленных последовательно на ступенчатом валу ротора дисбалансов и под некоторым углом к оси трубопровода фрикционных роликов, соединенных с приводом посредством гибкой связи. В указанном устройстве вращающийся ротор вследствие наличия дисбалансов создает центробежную силу инерции, которая обуславливает возникновение фрикционного контакта роликов с поверхностью трубы по винтовой линии.
Недостатком устройства являются низкие скорости передвижения и большие значения переменных по направлению сил от дисбалансов, отрицательно влияющих на техническое состояние трубопровода, особенно поврежденного коррозией.
Наиболее близким по техническому решению изобретением является самоходное устройство для перемещения внутри трубопровода (патент РФ №2234992), содержащее источник крутящего момента, корпус, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода по винтовой линии, согласно изобретению подпружиненные фрикционные ролики установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей, корпус соосно соединен с валом источника крутящего момента, а источник крутящего момента жестко связан с узлом, гасящим реактивный крутящий момент, движение устройства и вращение фрикционных роликов осуществляется за счет вращения цилиндрического корпуса, фрикционные ролики оснащены приводом изменения угла их наклона, с помощью которого, путем изменения угла, может регулироваться как скорость движения устройства, так и его направление. Узел, гасящий реактивный крутящий момент, может быть пассивным, не совершающим вращательного движения, одной из известных конструкций. Узел, гасящий реактивный крутящий момент, может быть и активным, совершающим противоположно направленное основному вращательное движение, также одной из известных конструкций. Привод изменения угла наклона подпружиненных фрикционных роликов может быть рычажного типа.
К основному недостатку ближайшего аналога - прототипа следует отнести небольшую скорость передвижения вследствие несовершенства схемы нагружения подпружиненных фрикционных роликов и конструкции роторной части, состоящего в том, что на фрикционные ролики приходится вся нагрузка от веса самоходного устройства и это обуславливает, с одной стороны, необходимость применения жестких пружин, имеющих сопоставимую с весом самоходного устройства силу номинального сжатия, и использования малодеформируемых материалов для фрикционных роликов в целях снижения влияния неуравновешенности массы устройства на движение, при этом действующая на устройство сила тяжести и упругость пружин определяют тяговые характеристики устройства, так, имеет место зависимость тяговых характеристик устройства от направления движения транспортного средства, при этом во время движения устройства в вертикальном направлении эффективность фрикционных роликов в создании силы тяги зависит только от упругости пружин в зоне контакта роликов с внутренней поверхностью трубопровода, а влияние веса устройства отсутствует, в случае движения устройства в горизонтальном направлении имеет место большая неравномерность силы тяги фрикционных роликов из-за разного влияния веса устройства в зависимоти от расположения фрикционных роликов в окружном направлении, при этом в верхней от оси полуплоскости вращения это влияние будет отсутствовать, но при переходе в нижнюю от оси полуплоскость вращения оно будет нарастать по мере приближения к нижней точке, в которой достигнув максимума пойдет на убыль до нуля в точке перехода фрикционного ролика из нижней полуплоскости вращения в верхнюю. Анализ работы устройства показывет, что, вращаемый корпус с подпружиненными фрикционными роликами и приводом изменения угла наклона, в совокупности с узлом, гасящим реактивный крутящий момент, можно назвать внутритрубным движителем объемного типа согласно сущности понятий «объемные силы» и «упругость» ([1]: Политехнический словарь.- Гл. ред. И.И. Артоболевский - М.: Советская энциклопедия, 1977. - 608 с. с илл.), которые физически определяют тяговые характеристики прототипа, при этом согласно описанию прототипа (патент РФ №2234992) вклад центробежной силы не является определяющим в силе прижатия фрикционных роликов и, соответственно, в силе тяги. К недостаткам прототипа также можно отнести большое аэродинамическое сопротивление устройства и отсутствие возможности передвижения по обычным дорожным покрытиям.
Задача, решаемая изобретением, состоит в расширении арсенала технических средств и движителей для перевозок пассажиров и грузов с повышенной скоростью внутри трубопровода, и локальных перемещений по дорожному покрытию.
Техническим результатом, получаемым от использования изобретения, является повышение тягово-сцепных и тягово-скоростных свойств движителя, расширение функциональных возможностей и совершенствование конструкции транспортного средства.
Сущность изобретения состоит в том, что транспортное средство для перемещения внутри трубопровода, содержащее источник крутящего момента, корпус, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода по винтовой линии, при этом подпружиненные фрикционные ролики установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей, корпус соосно соединен с валом источника крутящего момента, а источник крутящего момента жестко связан с узлом, гасящим реактивный крутящий момент, фрикционные ролики оснащены приводом изменения угла их наклона, отличающееся тем, что имеет обтекаемую оболочку с ведомыми колесами на шинах, центрирующими оболочку для перемещения внутри трубопровода, а в носовой или хвостовой части оболочки закреплена опора с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлен ротор внутритрубного движителя динамического типа, содержащий корпус с установленными на упругих подвесках фрикционными роликами и привод изменения угла наклона фрикционных роликов, причем фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу, а корпус несущим, при этом ротор соединен посредством узла трансмиссии с источником крутящего момента, который оснащен регулятором частоты вращения и размещен в оболочке, содержащей также запас энергоресурсов, систему автоматизированного управления и, пассажирский салон или грузовой отсек, кроме этого, для перемещения по дорожному покрытию транспортное средство опирается на нижние ведомые колеса с установленными тяговым двигателем и рулевым механизмом, а также опирается на ведомые колеса, отведенные от левого и правого борта оболочки, увеличивающие колесную базу.
Согласно изобретению:
- транспортное средство предназначено для перемещения внутри трубопровода, заполненного воздушной средой, в также по дорожному покрытию;
- оболочка содержит: резервный источник крутящего момента, оснащенный регулятором частоты вращения, или без него; узел трансмиссии с возможностью управляемого изменения направления вращения ротора; кабину пилота или без нее; систему жизнеобеспечения в пассажирском салоне и кабине пилота, или без нее;
- источник крутящего момента представляет собой установленный на мотораме и упругих амортизаторах двигатель любого типа, например тяговый электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, причем двигатель смонтирован так, что ось вращения смещена в поперечном, угловом направлениях по отношению к оси ротора, а центр тяжести двигателя находится ниже оси ротора;
- запас энергоресурсов содержит аккумуляторные батареи, а также соответствующее топливо в случае применения другого типа двигателя;
- узел трансмиссии содержит: управляемое, например дисковое, сцепление, или без него; как минимум одну компенсирующую муфту; коробку скоростей или вариатор с переключением на обратное вращение выходного вала, или без них; зубчатую передачу или передачу другой известной конструкции, или без них;
- центр «сухой» и «снаряженной» масс транспортного средства находится ниже оси трубопровода;
- в носовой и хвостовой частях оболочки закреплены опоры с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлены роторы внутритрубных движителей динамического типа по одному на каждую опору, при этом роторы соединены между собой посредством узла трансмиссии с приводом от одного, как минимум, источника крутящего момента, причем узел трансмиссии с приводом от источника крутящего момента позволяет вращаться роторам в одну и ту же или противоположные стороны;
- ведомые колеса оболочки выполнены с обтекателями;
- оболочка имеет по одному, как минимум, поворотному боковому ведомому колесу на левом и правом бортах оболочки, и исполнительный механизм поворота этих колес в противоположные стороны для корректировки положения оболочки в поперечной плоскости, причем поворотные боковые ведомые колеса подпружинены до упора во внутреннюю поверхность трубопровода;
- транспортное средство оснащено тормозной системой, при этом на опорных ведомых колесах установлены тормозной диск и суппорт с колодками или другой исполнительный механизм, и стояночный тормоз;
- внутритрубный движитель динамического типа для транспортного средства, имеющего источник крутящего момента и гасящий реактивный момент узел, содержит ротор, корпус с равномерно установленными поперек оси фрикционными роликами на упругих подвесках и подшипниках, а также привод изменения угла наклона фрикционных роликов, причем фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу и опираются на внутреннюю поверхность трубопровода при вращении ротора, а корпус выполнен несущим, при этом ротор вращается коаксиально оси трубопровода на подшипниках в опоре транспортного средства, кроме того, от источника крутящего момента вращение передается на ротор;
- фрикционные ролики имеют обтекатели, образующие с элементами установки фрикционных роликов вентиляторные лопасти;
- упругие подвески, на которых установлены на подшипниках фрикционные ролики, закреплены с обтекателями фрикционных роликов на поворотных ступицах, причем поворотные ступицы встроены в несущий корпус и соединены с приводом изменения угла наклона фрикционных роликов, при этом каждая упругая подвеска имеет, как минимум, один подпружиненный амортизатор, обеспечивающий свободное перемещение фрикционных роликов в радиальном направлении до упора во внутреннюю поверхность трубопровода;
- привод изменения угла наклона фрикционных роликов содержит силовые зубчатые передачи, раздаточную коробку и сервомеханизм электрический, включая резервный, с автономным источником энергоснабжения, причем силовые зубчатые передачи встроены в несущий корпус и соединены со стороны выходного вала с поворотными ступицами амортизируемых подвесок для регулирования и удерживания в определенном угловом положении, а со стороны входного вала с раздаточной коробкой, передающей вращение от сервомеханизма;
- привод изменения угла наклона выполнен в виде отдельного для каждого фрикционного ролика привода, содержащего соединенные между собой силовую зубчатую передачу и сервомеханизм электрический, причем силовая зубчатая передача встроена в несущий корпус ротора, а питание сервомеханизмов осуществляется от общего для всех приводов автономного источника энергоснабжения и регулируется системой автоматизированного управления устройством;
- в состав упругой подвески фрикционных роликов входит электроприводной механизм для сжатия подпружиненных амортизаторов и отвода фрикционных роликов от контакта с внутренней поверхностью трубопровода;
- для передвижения по дорожному покрытию фрикционные ролики отводятся в сторону оси ротора и фиксируются от радиальных перемещений;
- электропитание сервомеханизмов привода изменения угла наклона фрикционных роликов и электроприводного механизма для сжатия подпружиненных амортизаторов осуществляется от бортовых источников электроэнергии с подводом питания через контактный или бесконтакный токоприемник, установленный на роторе;
- точка приложения нормальной нагрузки в зоне контакта фрикционных роликов с опорной поверхностью трубопровода смещена от оси поворота упругих подвесок в направлении, обратном направлению вращения ротора;
- конструкция фрикционных роликов содержит составной диск с ободом и разъемом по центральной плоскости, на котором установлена одна, как минимум, пневматическая или массивная шина с упругим сопротивлением боковому уводу, причем каждая половина составного диска опирается на подшипник, а шина имеет асимметричное расположение наружного диаметра.
Технический результат достигается следующим образом:
1. Задача решается тем, что транспортное средство имеет обтекаемую оболочку с ведомыми колесами, центрирующими оболочку для перемещения внутри трубопровода, а в носовой или хвостовой части оболочки закреплена опора с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлен ротор внутритрубного движителя динамического типа, содержащий несущий корпус с установленными на упругих подвесках фрикционными роликами и привод изменения угла наклона фрикционных роликов, причем фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу, а ротор соединен посредством узла трансмиссии с источником крутящего момента, который оснащен регулятором частоты и размещен в оболочке.
Указанные признаки позволяют, в отличие от ближайшего аналога -прототипа, снять нагрузку от веса транспортного средства с корпуса и установленных на нем фрикционных роликов, а также с привода изменения угла наклона фрикционных роликов и источника крутящего момента. Такое перераспределение нагрузки от веса транспортного средства на ведомые колеса оболочки позволяет ротору внутритрубного движителя динамического типа вращаться с большим числом оборотов, а в качестве источника крутящего момента использовать двигатель с регулятором частоты вращения. Последнее дает возможность регулировать скорость движения транспортного средства, разгрузив привод изменения угла наклона фрикционных роликов. Этому также способствует применение узла трансмиссии с возможностью управляемого изменения направления вращения ротора.
Гашение реактивного момента осуществляется в основном за счет реакции опорной поверхности трубопровода на воздействующую боковую силу от опорных ведомых колес на шинах.
При вращении ротора нагрузка от центробежных сил, исходящая от фрикционных роликов и элементов их установки на несущем корпусе, замыкается в зонах контакта фрикционных роликов с внутренней поверхностью трубопровода. Квадратичная зависимость центробежной силы от числа оборотов дает существенное увеличение воздействия на указанные зоны контакта по сравнению с ближайшим аналогом. Так, при массе фрикционного ролика и элементов его установки в пределах 8 кг, центр тяжести которых расположен на радиусе 0,5 м, в составе вращаемого ротора при числе оборотов 1200 об./мин. центробежная сила будет составлять 6300 кгс. Таким образом, полученная только от одного фрикционного ролика и элементов его установки величина центробежной силы будет существенно превышать даже максимальную нормальную нагрузку, приходящуюся на один фрикционный ролик от веса транспортного средства и упругости пружины ближайшего аналога - прототипа. Связь между центробежной силой и силой тяги, возникающих на фрикционных роликах, прослеживается из предположения о том, что процессы и силы, имеющие место при качении эластичных фрикционных роликов по условно недеформируемой внутренней поверхности трубопровода, аналогичны процессам и силам, имеющим место при качении ведомых колес во время движения автомобиля по дорожным покрытиям, в частности, боковой силе или углу бокового увода, возникающих на передних ведомых колесах при повороте автомобиля. По данным литературных источников ([2]: Эллис Д.Р. - Управляемость автомобиля - Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1975. - 216 с. - С. 10-12) значение боковой силы на колесах легкового автомобиля может составлять 220 кгс при вертикальном воздействии на колесо 450 кгс, являющимся частью веса автомобиля, и максимальном значении угла бокового увода δ=12°. Приведенные данные показывают, что величина боковой силы приблизительно может составлять половину от приходящейся на колесо вертикальной нагрузки. Оценка величины боковой силы на основе данного соотношения показывает, что при полученной выше центробежной силе, равной 6300 кгс, боковая сила составит около 3000 кгс. Легко видеть, что полученная величина боковой силы значительно превышает приведенную выше боковую силу, возникающей на колесе легкового автомобиля. Эффект от эластичности фрикционных роликов состоит в том, что при больших центробежных нагрузках существенно увеличивается площадь зоны контакта фрикционных роликов с внутренней поверхностью трубопровода в пределах допустимых удельных нагрузок, и потому использование центробежной силы в качестве определяющей в силе прижатия фрикционных роликов к опорной поверхности трубопровода, и соответственно в силе тяги, с учетом уменьшения аэродинамического сопротивления транспортного средства за счет обтекаемой оболочки и обтекателей фрикционных роликов и ведомых колес, обеспечат высокий уровень тягово-сцепных и тягово-скоростных свойств внутритрубного движителя динамического типа, а также совершенствование транспортного средства в целом.
2. Поставленная задача также решается тем, что в оболочке содержатся запас энергоресурсов, система автоматизированного управления и пассажирский салон или грузовой отсек, при этом для перемещения по дорожному покрытию транспортное средство опирается на нижние ведомые колеса с установленными тяговым двигателем и рулевым механизмом, а также на ведомые колеса, отведенные от левого и правого борта оболочки, увеличивающие колесную базу.
Указанные признаки изобретения расширяют функциональные возможности транспортного средства по сравнению с ближайшим аналогом - прототипом.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами: Фиг. 1 - Общий вид транспортного средства внутри трубопровода; Фиг. 2 - Общий вид внутритрубного движителя динамического типа с фрикционными роликами, установленными под углом наклона ∠θ=0, и выпущенного состояния задних боковых ведомых колес транспортного устройства (Вид А на фиг. 1, масштаб увеличенный по отношению к исходному);
Фиг. 3 - Продольный разрез внутритрубного движителя динамического типа, установленного на опору с подшипниками и соединенного с узлом трансмиссии и двигателем (сечение Б-Б, указанное на фиг. 2).
Транспортное средство на фиг. 1 содержит источник крутящего момента 1, корпус 2, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики 3 для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода 4 по винтовой линии, при этом, подпружиненные фрикционные ролики 3 установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей, фрикционные ролики 3 оснащены приводом 5 изменения угла их наклона, отличающееся тем, что устройство имеет обтекаемую оболочку 6 с ведомыми колесами 7…11, центрирующими оболочку 6 для перемещения внутри трубопровода 4, а в носовой или хвостовой части оболочки 6 закреплена опора 12 с подшипниками 13 и 14, на которых коаксиально оси трубопровода 4 установлен ротор внутритрубного движителя динамического типа, содержащий вал 15, корпус 2 с установленными на упругих подвесках фрикционными роликами 3 и привод 5 изменения угла наклона фрикционных роликов 3, причем фрикционные ролики 5 выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу, а корпус 2 несущим, при этом вал 15 соединен посредством узла трансмиссии, включающей компенсирующую муфту 16 и зубчатую передачу 17, с источником крутящего момента 1, который оснащен регулятором частоты вращения и размещен в оболочке 6, содержащей также запас энергоресурсов 18, систему автоматизированного управления 19 и пассажирский салон 20 с багажным отсеком 21, при этом для перемещения по дорожному покрытию транспортное средство опирается на нижнее ведомое колесо 7 с установленными тяговым двигателем и рулевым механизмом, а также опирается на ведомые колеса 0, отведенные от левого и правого борта оболочки 6, увеличивающие поперечную колесную базу.
На фиг. 2 изображены фрикционные ролики 3 и обтекатели 22, установленные на встроенных в несущем корпусе 2 поворотных амортизируемых подвесках, каждая из которых состоит из рычага 24, качающегося на запрессованной в кронштейне 25 оси 26, и соединенного с установленными также на кронштейне 25 подпружиненным амортизатором 27 с пружиной и механизмом 28 для сжатия амортизатора 27 с целью уборки фрикционных роликов 3 в нерабочее положение для предотвращения контакта с опорной поверхностью трубопровода 4 во время движения транспортного средства при остановленном роторе, причем сам кронштейн 25 крепится к фланцу 29, жестко соединенному с втулкой 30 поворотной ступицы, установленной на радиально - упорных подшипниках качения 31 и 32. Коаксиально оси поворотной ступицы установлено червячное колесо 33, охватывающее фланец 29 и втулку 30 поворотной ступицы, относительно которых сцентрировано на игольчатых подшипниках 35 и 36, при этом червячное колесо 33, являясь одновременно выходным валом червячной передачи, соединено с фланцем 29 с помощью втулки 37 посредством шлицевого соединения для передачи крутящего момента. Червячное колесо 33 и входящий в зацепление с ним червяк 34, встроенные с подшипниками 35 и 36 в корпус 2, как это показано на фиг. 3 представляют собой силовую передачу для удержания и изменения угла наклона фрикционных роликов 3. При этом полости подшипников 31, 32, 35, 36 и силовой червячной передачи герметично перекрываются фланцем 38 и фланцем 41 соответственно, которые крепятся к корпусу 2.
На фиг. 3 приводятся конструкции следующих узлов:
- исполнение фрикционных роликов 3, имеющих диск 37, который состоит из двух сцентрированных между собой половин с разъемом по центральной плоскости колеса, имеющего также обод, на котором устанавливается как минимум одна массивная, или пневматическая, шина 38, с повышенным упругим сопротивлением боковому уводу, причем составной диск 37 опирается на подшипники 39, смонтированные с натягом на оси 40, которая в свою очередь запрессована и зафиксирована в рычаге 24;
- исполнение привода изменения угла наклона фрикционных роликов 3, включающего раздаточную коробку, имеющую установленные в собственных корпусах 43 и 44 на подшипниковых опорах шестерни 45, выходные цапфы которых соединены посредством компенсирующих муфт 42 с входными валами червяка 34 силовых передач, а также входящие в зацепление с шестернями 45 паразитные зубчатые колеса 46 и центральное зубчатое колесо 47 с приводом от шагового основного электродвигателя 48, также предусмотрен привод от резервного электродвигателя 49, с подводом питания от токоприемника 50. Раздаточная коробка с электродвигателями 48 и 49 покрыта концевым обтекателем 51 с элементами крепления в виде конуса 52 и крепежа 53, и фиксируется по фланцам корпусов 43 и 44 с фланцем 41 болтами 54 к корпусу - диску 2;
- исполнение узла трансмиссии, состоящего из компенсирующей муфты 16, встроенного редуктора 17 в опору 12, состоящего из установленной на подшипники зубчатой пары с зацеплением любой известной конструкции, например шевронного типа.
Работу транспортного средства для случаев его применения внутри трубопровода и на дорожном покрытии следует рассматривать по отдельности.
Транспортное средство при применении на дорожном покрытии характеризуется следующим: оболочка 6 опирается на переднее нижнее ведомое колесо 7 и выпущенные задние ведомые колеса 10; фрикционные ролики 3 зафиксированы в поджатом состоянии при помощи механизма 28 для сжатия амортизатора 27 с пружиной. На открытой площадке наиболее просто проводятся погрузка и разгрузка грузов, посадка и размещение пассажиров. Передвижение по дорожному покрытию осуществляется на небольшие расстояния, в частности, для въезда внутрь трубопровода 4, за счет тягового двигателя на переднем колесе 7 и управления поворотом того же переднего колеса 7 для корректировки направления движения транспортного средства. Въезд транспортного средства внутрь трубопровода 4 выполняется поэтапно: вначале транспортное средство выводится на заранее выверенное направление движения вдоль оси трубопровода 4; далее выполняется заезд внутрь трубопровода 4 с центрированием транспортного средства по передним ведомым колесам и промежуточной остановкой для уборки боковых задних ведомых колес 10; последним этапом является въезд и размещение всего транспортного средства внутри трубопровода 4.
В случае расположения транспортного средства внутри трубопровода 4 погрузо-разгрузочные работы, посадка и размещение пассажиров должны осуществляться со специальной безопасной платформы через предусмотренные проектом открывающиеся верхние части трубопровода 4, причем после завершения погрузо-разгрузочных работ открывающиеся верхние части трубопровода 4 закрываются для дальнейшего передвижения по ним транспортного средства.
Транспортное средство, находясь внутри трубопровода 4, работает следующим образом: с помощью тягового двигателя на переднем колесе устройство выводится на стартовый участок трубопровода 4, и ставится на стояночный тормоз; фрикционные ролики 3 устанавливаются приводом 5 под углом наклона ∠θ≈0°, при котором транспортное средство остается на месте во время вращения ротора; пускается электродвигатель 1 и выводится на стартовую частоту вращения; далее отпускается стояночный тормоз и переводом фрикционных роликов 3 при помощи привода 5 на угол наклона ∠θ>0°, соответствующий углу трогания, транспортное средство начинает движение; увеличением частоты вращения электродвигателя 1, и при необходимости, плавным переводом угла наклона фрикционных роликов 3 на большие значения до ∠θ=∠θкр., транспортное средство выводится системой автоматизированного управления 19 на заданный крейсерский режим движения. Снижение скорости движения транспортного средства выполняется переходом на режим активного торможения плавным переводом угла наклона фрикционных роликов 3 на меньшие значения ∠θ<∠θкр., а при необходимости остановки - до ∠θ≈0°, при котором транспортное средство остается на месте при вращении ротора. Далее, с помощью приводного двигателя на переднем ведомом колесе 7 устройство выводится до места разгрузки и ставится на стояночный тормоз. Установка и удержание фрикционных роликов 3 в заданном угловом положении обеспечивается силовой передачей, состоящей из червячного колеса 33 и червяка 34, встроенных в корпус - диск 2. Вращение червяка 34 осуществляется через раздаточную коробку от шагового электродвигателя 48 с подводом питания от токоприемника 50.
При работе внутритрубного движителя динамического типа качение фрикционных роликов 3 по внутренней поверхности трубопровода 4 диаметром ∅Дт происходит под действием только толкающей - вращающей для рассматриваемой конструкции силы Fvi, приложенной к осям - центрам фрикционных роликов 3 на радиусе rv (фиг. 2), поэтому их следует рассматривать во многом, как ведомые колеса ([3]: Гришкевич А.И. - Автомобили. Теория: Учебник для вузов. - Мн.: Выш. шк. 1986. - 208 с. - С. 16-18).
Однако, при повороте ведомого колеса сопротивление качению увеличивается ([3]: Гришкевич А.И. - Автомобили. Теория: Учебник для вузов. - Мн.: Выш. шк. 1986. - 208 с. - С. 135-139) и траектория качения колеса отклоняется от центральной плоскости на угол, называемый углом бокового увода, являющимся функцией боковой силы. При этом угловая скорость вращения ωк будет определяться радиусом качения rк (фиг. 2), зависящим от конструкции фрикционного ролика 3, кривизны внутренней поверхности трубопровода 4 и величины боковой силы. Боковая сила, возникающая на установленных под углом наклона ∠θ>0° фрикционных роликах 3 при вращении ротора, является причиной возникновения силы тяги и по этой причине режим качения фрикционного ролика 3 с боковым уводом далее назван ведущим.
Сопротивление качению при боковом уводе зависит как от угла бокового увода, так и нормальной нагрузки, зависящей в основном от центробежной силы фрикционных роликов.
Как и в случае качения колеса по горизонтальной плоскости ([3]: Гришкевич А.И. - Автомобили. Теория: Учебник для вузов - Мн.: Выш. шк. 1986. - 208 с. - С. 15-16.), эпюра давлений для катящегося фрикционного ролика 3 по криволинейной поверхности с небольшим прогибом внутри трубопровода оказывается несимметричной относительно середины контактной поверхности, поэтому равнодействующая нормальных реакций Rri смещена на расстояние «а» от середины контактной поверхности, то есть от точки приложения нормальной нагрузки Fri (фиг. 2), лежащей на радиальной оси, проходящей через центр O1 фрикционного ролика 3. В то же время, в конструкции установки фрикционного ролика 3 на корпусе 2, предусмотрено смещение точки приложения нормальной нагрузки Fri от оси поворота поворотных упругих подвесок на величину «h» (фиг. 2), причем h>a, в направлении, обратном направлению вращения ротора 15, на расстояние, обеспечивающее устойчивое положение фрикционных роликов 3 при любом угле наклона ∠θ>0°. На ведущем режиме подводимая энергия от электродвигателя 1 расходуется на ускорение, привод узла трансмиссии, преодоление сил аэродинамического сопротивления движению транспортного средства, сил упругой деформации и трения качения фрикционных роликов 3.
На установившейся поступательной скорости движения транспортного средства угол бокового увода на фрикционных роликах не равен нулю, то есть ∠θ>0, так как имеют место потери энергии на привод узла трансмиссии и преодоление прочих выше перечисленных сил сопротивления движению транспортного средства, кроме потерь энергии на ускорение.
Режим движения транспортного средства «накатом», то есть по инерции, можно отнести к режиму пассивного торможения. Для выхода на данный режим на каждой упругой подвеске приводится в работу механизм для сжатия амортизатора 28 с целью отвода фрикционных роликов 3 от контакта с опорной поверхностью трубопровода 4, при этом электродвигатель 1 следует отключить, одновременно системой автоматизированного управления выполняется отслеживание и корректировка угла наклона фрикционных роликов в зависимости от частоты вращения ротора внутритрубного движителя динамического типа и поступательной скорости движения транспортного средства, что позволяет в любой момент, запустив электродвигатель 1, выйти на режим ускорения или активного торможения.
Переход на внетрубное использование транспортного средства для передвижения по дорожному покрытию выполняется выездом трубопровода хвостовой частью на дорожное покрытие, далее транспортное средство останавливают и выпускают задние боковые ведомые колеса 10 для устойчивости в поперечном направлении, при этом носовая часть с передними боковыми и нижними колесами находится внутри трубопровода 4. Дальнейшее передвижение выполняется за счет тягового двигателя и управления переднего колеса 7 для корректировки направления движения транспортного средства.
Следует отметить, что имеется возможность передвижения устройства за счет аэродинамической тяги, возникающей при вращении обтекателей 22, образующих с элементами установки фрикционных роликов 3 вентиляторные лопасти, при этом фрикционные ролики 3 должны быть надежно зафиксированы в радиальном направлении.
Таким образом, передвижение по дорожному покрытию возможно на малой скорости и потому целесообразно на небольшие расстояния, в частности, в пределах станционного обслуживания.
1. Транспортное средство для перемещения внутри трубопровода, содержащее источник крутящего момента, корпус, на наружной поверхности которого наклонно к его продольной оси под некоторым углом, одинаковым для всех, установлены подпружиненные фрикционные ролики для взаимодействия с внутренней поверхностью трубопровода по винтовой линии, при этом подпружиненные фрикционные ролики установлены с возможностью свободного вращения вокруг своих осей, корпус соосно соединен с валом источника крутящего момента, а источник крутящего момента жестко связан с узлом, гасящим реактивный крутящий момент, фрикционные ролики оснащены приводом изменения угла их наклона, отличающееся тем, что имеет обтекаемую оболочку с ведомыми колесами на шинах, центрирующими оболочку для перемещения внутри трубопровода, а в носовой или хвостовой части оболочки закреплена опора с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлен ротор внутритрубного движителя динамического типа, содержащий корпус с установленными на упругих подвесках фрикционными роликами и привод изменения угла наклона фрикционных роликов, причем фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу, а корпус несущим, при этом ротор соединен посредством узла трансмиссии с источником крутящего момента, который оснащен регулятором частоты вращения и размещен в оболочке, содержащей также запас энергоресурсов, систему автоматизированного управления и пассажирский салон или грузовой отсек, кроме этого для перемещения по дорожному покрытию транспортное средство опирается на нижние ведомые колеса с установленными тяговым двигателем и рулевым механизмом, а также опирается на выпущенные ведомые колеса, отведенные от левого и правого бортов оболочки, увеличивающие колесную базу.
2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что предназначено для перемещения внутри трубопровода, заполненного воздушной средой, а также по дорожному покрытию.
3. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оболочка содержит: резервный источник крутящего момента, оснащенный регулятором частоты вращения или без него; узел трансмиссии с возможностью управляемого изменения направления вращения ротора; кабину пилота или без нее; систему жизнеобеспечения в пассажирском салоне или кабине пилота или без нее.
4. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что источник крутящего момента представляет собой установленный на мотораме и упругих амортизаторах двигатель любого типа, например тяговый электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, причем двигатель расположен так, что ось вращения смещена в поперечном, угловом направлениях по отношению к оси ротора, а центр тяжести двигателя находится ниже оси ротора.
5. Транспортное средство по п.4, отличающееся тем, что запас энергоресурсов содержит аккумуляторные батареи, а также соответствующее топливо в случае применения другого типа двигателя.
6. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что узел трансмиссии содержит: управляемое, например дисковое, сцепление или без него; как минимум одну компенсирующую муфту; коробку скоростей или вариатор с переключением на обратное вращение выходного вала или без них; зубчатую передачу или передачу другой известной конструкции или без нее.
7. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что центр «сухой» и «снаряженной» масс транспортного средства находится ниже оси трубопровода.
8. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в носовой и хвостовой частях оболочки закреплены опоры с подшипниками, на которых коаксиально оси трубопровода установлены роторы внутритрубных движителей динамического типа по одному на каждую опору, при этом роторы соединены между собой посредством узла трансмиссии с приводом от одного как минимум источника крутящего момента, причем узел трансмиссии позволяет вращаться роторам в одну и ту же или противоположные стороны.
9. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ведомые колеса оболочки выполнены с обтекателями.
10. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оболочка имеет как минимум по одному поворотному боковому ведомому колесу на левом и правом бортах оболочки и исполнительный механизм поворота этих колес в противоположные стороны для корректировки положения оболочки в поперечной плоскости, причем поворотные боковые ведомые колеса подпружинены до упора во внутреннюю поверхность трубопровода.
11. Транспортное средство по п.1 или 2, отличающееся тем, что транспортное средство оснащено тормозной системой, при этом на опорных ведомых колесах установлены тормозной диск, суппорт с колодками или другой исполнительный механизм и стояночный тормоз.
12. Внутритрубный движитель динамического типа для транспортного средства, имеющего источник крутящего момента и гасящий реактивный момент узел, содержит ротор, корпус с равномерно установленными поперек оси фрикционными роликами на упругих подвесках и подшипниках, а также привод изменения угла наклона фрикционных роликов, причем фрикционные ролики выполнены эластичными с упругим сопротивлением боковому уводу и опираются на внутреннюю поверхность трубопровода при вращении ротора, а корпус выполнен несущим, при этом ротор вращается коаксиально оси трубопровода на подшипниках в опоре транспортного средства, кроме того, от источника крутящего момента вращение передается на ротор.
13. Внутритрубный движитель по п.12, отличающийся тем, что фрикционные ролики имеют обтекатели, образующие с элементами установки фрикционных роликов вентиляторные лопасти.
14. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что упругие подвески, на которых установлены на подшипниках фрикционные ролики, закреплены с обтекателями фрикционных роликов на поворотных ступицах, причем поворотные ступицы встроены в несущий корпус и соединены с приводом изменения угла наклона фрикционных роликов, при этом каждая упругая подвеска имеет как минимум один подпружиненный амортизатор, обеспечивающий свободное перемещение фрикционных роликов в радиальном направлении до упора во внутреннюю поверхность трубопровода.
15. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что привод изменения угла наклона фрикционных роликов содержит силовые зубчатые передачи, раздаточную коробку и сервомеханизм электрический, включая резервный, с автономным источником энергоснабжения, причем силовые зубчатые передачи встроены в несущий корпус и соединены со стороны выходного вала с поворотными ступицами амортизируемых подвесок для регулирования и удерживания в определенном угловом положении, а со стороны входного вала с раздаточной коробкой, передающей вращение от сервомеханизма.
16. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что привод изменения угла наклона выполнен в виде отдельного для каждого фрикционного ролика привода, содержащего соединенные между собой силовую зубчатую передачу и сервомеханизм электрический, причем силовая зубчатая передача встроена в несущий корпус, а питание сервомеханизма осуществляется от общего для всех приводов автономного источника энергоснабжения и регулируется системой автоматизированного управления устройством.
17. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что в состав упругой подвески фрикционных роликов входит электроприводной механизм для сжатия подпружиненных амортизаторов и отвода фрикционных роликов от контакта с внутренней поверхностью трубопровода.
18. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что для передвижения по дорожному покрытию фрикционные ролики фиксируются от радиальных перемещений.
19. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что электропитание сервомеханизмов привода изменения угла наклона фрикционных роликов и электроприводного механизма для сжатия подпружиненных амортизаторов осуществляется от бортовых источников электроэнергии с подводом питания через контактный или бесконтактный токоприемник, установленный на роторе.
20. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что точка приложения нормальной нагрузки в зоне контакта фрикционных роликов с опорной поверхностью трубопровода смещена от оси поворота упругих подвесок в направлении, обратном направлению вращения ротора.
21. Внутритрубный движитель по п.12 или 13, отличающийся тем, что конструкция фрикционных роликов содержит составной диск с ободом и разъемом по центральной плоскости, на котором установлена одна как минимум пневматическая или массивная шина с упругим сопротивлением боковому уводу, причем каждая половина составного диска опирается на подшипник, а шина имеет асимметричное расположение наружного диаметра.
