Системы с шагающим принципом перемещении колеса

Рис.1. Движители.

Более совершенная конструкция подобного движителя пред­ставлена на рис. 1, а. Основное его отличие от предыдущего состоит в том, что гидроцнлиндры 1 установлены на ступице 2 с возможностью поворота. Благодаря этому обеспечивается пре­имущественное нормальное к опорной поверхности перемещении опорных пят и, следовательно, снижается сопротивление дви­жению.

Еще одна конструкция движителей этой группы представлена на рис. 1, б. Здесь опорные элементы выполнены в виде изогнутых по окружности секций 4, шарнирно закрепленных одним концом на штоках цилиндров 1, а вторым — на жестких спицах 3 ступицы. При таком выполнении опорных элементов увеличивается площадь опорной поверхности. Более совершенная конструкция подобного движителя представлена на рис. 1, в. В нем для повышения тягового усилия сегментные опоры 5 обоими концами закреплены на штоках цилиндров 1. Причем передний по ходу движения цилиндр вступает в работу (выдви­гается) после полного выхода заднего.

Известен также движитель транспортного средства, в кото­ром поступательное перемещение штоков цилиндров с помощью планетарной зубчатой передачи преобразуется во вращающий момент, приложенный к ступице. Однако этот движитель не обладает достаточной адаптацией к неровностям поверхности движения. В то же время он, единственный из всех приведенных движителей, способен развивать тяговое усилие, ограничи­ваемое только сцеплением опорных элементов с грунтом.

Вторая группа шагающих колесных движителей основана на изобретении Ю. Мацкерле (Прага) (рис. 2.).

Рис. 2. Схема колеса Ю. Мацкеле

Основные отличия движителей этой группы — наличие гибких, наполняемых газом камер и ярко выраженный эф­фект шагающего переме­щения. Ю. Мацкерле не зря назвал этот движитель «Ротопед», т. е. вращающиеся ноги.

Конструкция простейшего движителя этой группы и особен­ности взаимодействия его с деформируемым грунтом будут понятны из рис. 3.

Рис. 3. Схема устройства и взаимодействия пневмодвижителя с деформируемым грунтом.

На неподвижно установленную в корпусе транспортного средства полую ось 1 с возможностью вращения посажена ступица 2, На ней закреплены гибкие камеры 3, связанные по внешней поверхности гибким бандажом 4, обра­зующим сплошную беговую дорожку. Камеры в зависимости от положения ступицы соединены отверстиями в ступице и оси или с полостью А оси, в которую подается сжатый воздух, или с полостью Б, в которой поддерживается более низкое избыточное давление. В некоторых случаях воздух из полости Б откачи­вается и, таким образом, избыточное давление в ней отсутствует.

В исходном положении задние камеры, соеди­ненные с полостью А оси, определенным образом деформируют грунт. Легко заметить, что равнодействующая элементарных нормальных реакций грунта на камеры движителя смещена отно­сительно оси вращения на некоторое расстояние. За счет этого образуется вращающий момент, стремящийся повернуть камеры н ступицу по часовой стрелке и переместить движитель слева направо. В последующий момент камеры и ступица движителя повернутся на небольшой угол, и с полостью А оси соеди­нится очередная камера. За доли секунды давление воздуха в этой камере возрастает до давления, близкого к давлению в полости А оси, и грунт под ней деформируется.

При выполнении опорных элементов такого движителя в виде дискретных гибких камер (рис. 4.) эффект шагающего перемещения максимален, так как горизонтальные составляющие реакций грунта на боковые стенки камер могут взаимно уравновешиваться. Сопротивление движению близко к нулю как и горизонтальная составляющая суммарной реакции грунта на камеры, хотя это не означает, что затраты энергии на деформа­цию грунта отсутствуют.

Рис 4. Пневмодвижители с дискретными опорными камерами

Еще одно немаловажное достоинство шагающих колесных пневмодвижителей — простота конструкции и простота передачи энергии от двигателя к движителям. Особенно ярко последнее проявляется в полноприводных машинах с большим количеством колес. В них функции тяжелой и сложной трансмиссии, как правило, с несколькими дифференциалами выполняет корпус — воздуховод. Это позволяет значительно облегчить и упростить конструкцию машины, а также повысить ее проходимость. Последнее связано с тем, что все колеса взаимодействуют с грунтом независимо одно от другого, развивая максимально возможное тяговое усилие.

Однако описанные конструкции шагающих колесных пневмо­движителей имеют существенный органический недостаток. Он заключается в том, что максимальное тяговое усилие, которое эти движители могут развивать при достаточном коэффициенте сцепления, мало и, как правило, не превышает 0,3...0,4 сцепного веса.

Кроме того, при движении по неровной опорной поверхности задние отталкивающиеся опорные элементы могут попасть в уг­лубление, и тяговое усилие вообще пропадает. То же происходит при движении по слабонесущему грунту, когда задние опорные элементы проваливаются на более слабых локальных участках.

В Академической лаборатории проблем бездорожного транс­порта при Новосибирском электротехническом институте и его Отраслевой лаборатории внедорожных транспортных и техноло­гических средств предложен более эффективный и простой, по мнению авторов, способ повышения тягового усилия и проходи­мости шагающих колесных пневмодвижителей (рис. 5.). Он заключается в том, что необходимый дополнительный вращаю­щий момент создается самим движителем за счет активного взаимодействия его опорных элементов с роликовым конвейером, установленным сверху. Режим повышенной грузоподъемности осуществляется только за счет взаимодействия опорных элемен­тов с неподвижно зафиксированным относительно оси вращения роликовым конвейером. На этом режиме развиваемое движите­лем тяговое усилие, как правило, достаточно. Более того его можно легко увеличить путем повышения давления воздуха. Следовательно, произойдет увеличение суммарной нормальной реакции роликового конвейера на камеры, вырастает и разви­ваемый пневмодвижителем вращающий момент.

Рис. 5. Схема и режимы работы пневмодвижителя с роликовым конвейером.

Системы с шагающим принципом перемещении колеса

Поиск новых эффективных способов передвижения в условиях бездорожья привел к идее реализовать в одном движителе процесс качения и шагания. Такой комбинированный движитель можно определить как обычный шагающий, у которого опоры механизмов шагания представляют собой колесные или гусенич­ные модули, при этом последние, наряду с выполнением функции опорных элементов шагающего движители, работают и как обычные колеса или гусеницы. Причем механизм шагания целесообразно использовать лишь в наиболее тяжелых условиях движения, когда пробуксовывание колес или гусениц создает угрозу подвижности машины, а в обычных условиях — рацио­нальнее работать с таким вездеходом, как с традиционной колес­ной или гусеничной машиной. Такое сочетание функций дает возможность реализовать различные варианты организа­ции процесса работы комбинированного движителя, различаю­щиеся последовательностью и способом переноса колесных или гусеничных модулей, состоянием переносимых и упорных моду­лей, способом перемещения корпуса машины, параметрами процесса шагания, распределением нагрузки на модули. Кроме того, осуществляются различные схемы привода движителя.

Отличительной особенностью движителя, предложенного Е. А.Вагнером (рис. 6) (схема Го-девиль), является то, что продольные рычаги подвески, на которых установлены колеса, могут поворачиваться относительно оси крепления рыча­га на 360°. Имеются раздельные силовые приводы к колесам и рычагам подвески. При использовании привода к колесам движитель не отличается от обычного колесного. При вращении рычагов подвески движитель

становится шагающим. Метод шагания используется только на сильно деформируемых грунтах и при преодолении препятствий. Возможность движения в дан­ных условиях определяется несушей способностью грунта и сопротивлением грунта сдвигу.

Рис. 6. Колесно-шагающий движитель.

Планетарно-катковые движители (ПКД)

Попытки сочетания в одной конструкции положительных качеств разных движителей и механизмов привели к появлению семейства планетарно-катковых движителей. ПКД — сочетание свойства колеса, катка, гусеницы, планетарного механизма, скользящей лыжи и понтона. В зависимости от свойств опорной поверхности, на которой должна двигаться машина, в конструк­ции конкретного ПКД усиливаются качества элементов того движителя, который наиболее приспособлен к таким условиям, а структура конструкции, содержащая основные принципы устройства простейшего планетарного механизма, обеспечивает универсальность движителя.

Пневматическая гусеница Д. Пеккера (США) (рис. 7) представляет собой совокупность пневмоэлементов, связанных между собой бесконечной резинокордной лентой. Пневмоэлемент сложной конфигурации в поперечном сечении имеет вид сег­мента. Необходимое давление в шине поддерживается подкачиванием воздуха через вентиль. Для принудительного при­вода, а также для фиксации гусеницы на внутренней части резннокордной ленты в центральной части выполнен клиновид­ный выступ, который входит в такой же клиновидный желоб, выполненный на ведущем колесе-звездочке.

Планетарно-катковый движитель Д. Саппа (США) (рис. 7) включает пневмокатковую цепь. Пневматические катки консольно насажены по два на удлиненные оси, связанные по центрам металлической длиннозвенчатой цепью. Обкатывание катков происходит по жесткой направляющей.

Рис.7 Пневмогусеница Пеккера(справа) и движитель Саппа с пневмокатковой цепью(слева).

Движитель Авенариуса (рис. 8) в качестве основных опорных элементов имеет жесткие катки относительно малого диаметра и малой ширины. Катки свободно смонтированы на осях звеньев бесконечной гусеничной цепи и при движении по жесткой опорной поверхности могут прокатываться под нижней опорной поверхностью корпуса, выполненной в виде лыжи. В таком случае скорость движении машины примерно в 2 раза больше, чем скорость перематывания каткового обвода. При движении по мягкому грунту, в частности по снегу, катки полностью погружаются в него, и корпус скользит по каткам и снегу, выступающему над ними. Катки и оси катков в таком случае выполняют функции развитых грунтозацепов, обеспечи­вая высокое объемное сцепление с грунтом. Скорость движения в этом случае равна скорости перематывания обвода.

Движитель Марша, включающий в себя жесткие катки, развития не получил ввиду больших динамических нагрузок на грунт, высокого сопротивления движению и малой надежности конструкции.

Рис. 8 Движитель Авенариуса(справа) и амфибия Кренделла(слева).

Создание в начале 50-х годов пневматических шин типа «роллигон», у которых ширина соизмерима с диаметром или больше него, открыло перспективу дальнейшего развитии планетарно-катковых систем. Так появился экипаж-амфибия Кренделла (США) (рис. 8), состоящий из корпуса с высту­пающими по обе стороны полыми несущими кронштейнами-пон­тонами, по горизонтальной поверхности которых обкатываются пневмокатковые гусеницы. Оси пневмокатков связаны между собой металлическими тросами. Привод гусениц осуществля­ется специальными дисками. Гусеница хорошо самоочищается от грунта и достаточно надежно фиксируется на корпусе. Недос­татком гусеницы является наличие большого количества мест крепления деталей к тросу, сложный монтаж и наладка.

Принцип работы шагающего колеса Вагнера положен в основу многокаткового колеса по патенту Я. В. Колвина и Р. В. Фосина. При этом обеспечивается непрерывное перемещение корпуса одновременно на четырех колесах (рис. 9). Движитель с такими колесами по сравнению с движителем типа рычажное колесо обеспе­чивает большую плавность движения, большую скорость движе­ния методом шагания, меньшие затраты энергии на перемещение корпуса. Кроме того, в этом случае машину можно использовать как обычную колесную (с формулой 8X8и 4X4), однако движитель получается более сложный и тяжелый, чем рычажное колесо. Допустимый диаметр катков у него значительно меньше, проходимость по мягким грунтам ниже, снижается возможность преодоления различных препятствий.

Общим конструктивным недостатком планетарно-колесно-шагающих движителей является трудность обеспечения поворота.

Рис.9 Планетарно-колесный движитель Фосина.