шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости

Формула изобретения

Шагающая опора для транспортных средств повышенной проходимости, содержащая корпус с побортно установленными на нем двумя передними и двумя задними шагающими движителями, а также силовой привод, отличающаяся тем, что шагающие движители, выполненные в виде шарнирных четырехзвенников лямбдообразного типа, расположенных в вертикальной плоскости, содержат криволинейные опоры, снабженные башмаками и шарнирно связанные с кривошипами, а также с качающимися рычагами, свободные концы которых шарнирно соединены с корпусом, причем башмаки задних шагающих движителей соединены с башмаками передних жесткой связью, имеет ведущую ось, соединенную с силовым приводом и кинематически связанную с кривошипами передних шагающих движителей через упругие элементы кручения, деформируемые в стадии рабочего хода и обеспечивающие фазу ускоренного переноса, а также снабжена обгонными муфтами, жестко связанными с корпусом, подвижные части которых кинематически связаны с кривошипами передних шагающих движителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортным средствам повышенной проходимости и может быть использовано в многоопорных самоходных дождевальных и поливальных машинах, работающих как позиционно, так и в непрерывном движении.

Известны опоры для электрофицированных дождевальных и поливальных машин, работающих как позиционно, так и в непрерывном движении, выполненные в виде корпуса, с установленным на нем силовым приводом, и движителей в виде колес. (Многоопорные дождевальные машины. /Под ред. С.Х. Гусейн-Заде. М. Колос. 1984.-191 с.).

Такие опоры обладают низкой проходимостью вследствие того, что колесная опора оставляет глубокую колею, при этом возникает бульдозерный эффект, а отсутствие межбортового симметричного дифференциала приводит к повышению буксования ведущих колес вследствие движения колес по неровностям пахоты, что в целом приводит к повышенным энергозатратам.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является устройство в виде шагающей опоры по а.с.N523830 (М.кл.²57/02, B62 57/02, A01 25/09, 1976 г.). Шагающая опора содержит балки с опорными стойками и башмаками, механизмы перемещения их относительно друг друга, при этом опорные стойки выполнены в виде шарнирных четырехзвенников с приводом в виде гидроцилиндров, управляемых распределителем, снабженным двуплечим рычагом для взаимодействия с толкателями, установленными на балках.

Указанная шагающая опора решает техническую задачу, связанную с уменьшением запоминаемости растений, в результате чего представляет собой опору узкоспециализированного применения, в которой разделены рабочий ход, адаптация и перенос. Это приводит к повышенным энергозатратам вследствие наличия двух самостоятельных приводов, один из которых (привод адаптации) гидравлический, т.е. обладает повышенной энергоемкостью, а тяговый привод включает в себя реверсивный двигатель, что сильно усложняет управление шагающей опорой, не обеспечивает равномерность и непрерывность режима движения и приводит к повышению энергозатрат за счет наличия циклов разгона и торможения на периоде рабочего хода, тогда как наиболее благоприятным, с энергетической точки зрения, является случай равномерного вращения вала силовой установки. Выполнение опорных стоек в виде шарнирных четырехзвенников пантографного типа требуют обязательного наличия индивидуального для каждой опорной стойки привода адаптации, и, кроме того, шарнирные четырехзвенники пантографного типа не являются обратимыми механизмами и не могут быть использованы в качестве пассивных движителей, что также приводит к усложнению управления, росту энергозатрат и снижает их применимость.

Данная шагающая опора имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием нескольких силовых приводов и приводов адаптации в шагающей опоре, а также рабочим циклом, не обеспечивающим равномерность и непрерывность режима движения, вследствие чего усложняется конструкция шагающей опоры и требуются дополнительные энергозатраты на разгон и торможение шагающих движителей в каждом рабочем цикле, что приводит к увеличению энергоемкости, усложнению управления и снижает их применимость. В результате этого снижается эффект из-за жесткой связи ведущих полуосей и кривошипов шагающих движителей, что не позволяет обеспечить оптимальный закон движения опорных точек шагающих движителей по траектории, качественно изменить динамику шагающей опоры и упростить управление.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой кинематической схемы механизма шагания для транспортных средств повышенной проходимости, базирующейся на новой взаимосвязи ведущей оси и кривошипов ведущих движителей, связанных посредством упругих элементов кручения, и на связи кривошипов шагающих движителей с корпусом, исключающей их обратный ход, что исключает неустойчивость шагающей опоры, обеспечивает новый рабочий цикл с меньшей энергоемкостью и существенно упрощает управление.

Техническим результатом заявленной конструкции шагающей опоры является создание нового рабочего цикла с рекуперацией энергии, накопленной подвижными частями шагающих движителей в фазе рабочего хода на ускоренный перенос шагающего движителя в фазе переноса, за счет введения упругой связи между ведущей осью и кривошипами шагающих движителей, и рекуперацией энергии упругих элементов неработающего борта на шагающие движители, осуществляющие фазу рабочего хода, за счет ввода обгонных муфт, жестко связанных с корпусом, и жесткой связи ведущих кривошипов с подвижными частями обгонных муфт, что позволяет исключить неустойчивость шагающей опоры, повысить коэффициент режима каждой пары шагающих движителей, уменьшить энергоемкость силового привода и существенно упростить управление.

Это позволяет использовать новую конструкцию шагающей опоры для универсального применения на многоопорных самоходных транспортных средствах, повысить их проходимость, упростить конструкцию, облегчить управление и снизить энергоемкость привода.

Указанный технический результат достигается тем, что в шагающей опоре для транспортных средств повышенной проходимости, содержащей корпус c побортно установленными на нем двумя передними и двумя задними шагающими движителями, выполненными в виде шарнирных четырехзвенников лямбдообразного типа, расположенных в вертикальной плоскости и снабженных башмаками, причем башмаки задних шагающих движителей соединены с башмаками передних жесткой связью, а также силовой привод, ведущая ось, соединенная с силовым приводом, кинематически связана с кривошипами передних шагающих движителей через упругие элементы кручения, деформируемые в стадии рабочего хода и обеспечивающие фазу ускоренного переноса, а также тем, что шагающая опора снабжена обгонными муфтами, жестко связанными с корпусом, подвижные части которых кинематически связаны с кривошипами передних шагающих движителей.

Новая связь ведущей оси с кривошипами ведущих шагающих движителей через упругие элементы кручения позволяет осуществить фазу ускоренного переноса, а введение дополнительных обгонных муфт, жестко связанных с корпусом и кинематически связанных с кривошипами шагающих движителей, позволяет осуществить рекуперацию энергии упругих элементов кручения.

Предложенная новая кинематическая схема механизма шагания позволяет получить новый закон движения опорных точек шагающих движителей по траектории и новый рабочий цикл, включающий фазу ускоренного переноса и рекуперацию энергии упругих элементов кручения неработающего борта шагающей опоры на шагающие движители, осуществляющие рабочий ход.

Предложенная новая конструкция привода шагающей опоры позволяет сократить фазу переноса, повысить устойчивость машины, увеличить коэффициент режима каждой пары шагающих движителей за счет фазы ускоренного переноса, что обеспечивает снижение энергоемкости, существенно упрощает управление и позволяет расширить область применения шагающей опоры.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид шагающей опоры; на фиг.2 кинематическая схема привода шагающих движителей, на фиг.3 траектория каждой опорной точки.

Шагающая опора (фиг. 1) содержит несущий корпус 1, на котором побортно установлены два передних 2 и два задних шагающих движителя 3, выполненные в виде шарнирных четырехзвенников лямбдообразного типа, расположенных в вертикальной плоскости. Каждый шагающий движитель содержит криволинейную опору 4, снабженную башмаком 5 и шарнирно соединенную с кривошипом 6 и качающимся рычагом 7, второй конец которого шарнирно соединен с кронштейном 8, установленным на корпусе 1. Башмаки 5 правого переднего шагающего движителя 2 и правого заднего шагающего движителя 3, а также левого переднего 2 и левого заднего 3 шагающих движителей соединены между собой жесткими стержнями 9.

На корпусе 1 также установлен силовой привод, состоящий из двигателя 10 (фиг. 2) и редуктора 11, и ведущая ось 12, кинематически связанная с редуктором 11, и связанная с кривошипами 6 передних ведущих шагающих движителей 2.

Кривошипы 6 ведомых задних шагающих движителей 3 шарнирно закреплены на корпусе 1. Привод ведомых задних шагающих движителей 3 осуществляется посредством жесткой связи башмаков 5 передних и задних шагающих движителей.

Кривошипы 6 (фиг.1, 2) передних ведущих шагающих движителей 2 связаны с ведущей осью 12 посредством упругих элементов кручения 13, выполненных, например, в виде пружин кручения. Кроме того, кривошипы 6 передних ведущих шагающих движителей 2 снабжены обгонными муфтами 14, ступицы 15 которых жестко связаны с кривошипами 6 передних шагающих движителей, а обоймы 16 жестко установлены на корпусе 1. Обоймы 16 обгонных муфт 14 ориентированы относительно корпуса 1 таким образом, что допускают вращение кривошипов 6 передних шагающих движителей только в одном направлении, соответствующем движению шагающей опоры вперед.

Опорные точки шагающих движителей 2 и 3 описывают траекторию, идентичную траектории (фиг.3), где участок АБ соответствует фазе опоры на грунт, а БВА

фазе переноса. Точка В на траектории расположена так, что длина дуги ВА равна длине опорного участка АБ. Кривошипы 6 передних ведущих шагающих движителей 2 ориентированы относительно друг друга таким образом, что в ненагруженном состоянии (шагающая опора не установлена на грунт) угол между ними составляет 180^o.

Шагающая опора работает следующим образом. После установки шагающей опоры на грунт, например, башмаками 5 (фиг. 1, 2) шагающих движителей 2 и 3 левого борта, и запуска двигателя 10 крутящий момент будет передаваться через редуктор 11 на ведущую ось 12. Поскольку шагающие движители 2 и 3 левого борта находятся в фазе опоры на грунт, то кривошипы 6 в начальное время будут находиться в покое, а ведущая ось 12 будет закручивать пружину кручения 13 левого борта. В это время кривошипы 6 правого борта будут осуществлять вращение с угловой скоростью рабочего хода. После закручивания упругого элемента кручения на угол достаточный для достижения крутящим моментом упругого элемента 13 левого борта величины, достаточной для преодоления сопротивления движению, кривошипы 6 левого борта начнут вращаться и осуществлять рабочий ход. Шагающая опора начнет движение.

Дальнейший цикл работы шагающей опоры можно подразделить на следующие четыре основные стадии:

шагающие движители левого борта находятся в фазе опоры на грунт и осуществляют рабочий ход, а шагающие движители правого борта проходят фазу переноса с угловой скоростью рабочего хода;

шагающие движители левого борта выходят из фазы опоры на грунт и после осуществления фазы ускоренного переноса останавливаются, а шагающие движители правого борта устанавливаются на грунте;

шагающие движители левого борта находятся в покое, шагающие движители правого борта находятся в начале фазы опоры на грунт, а шагающая опора осуществляет движение по инерции;

шагающие движители левого борта проходят фазу переноса с угловой скоростью рабочего хода, а шагающие движители правого борта находятся в фазе опоры на грунт и осуществляют рабочий ход.

Рассмотрим цикл работы шагающей опоры с момента, когда опорные точки шагающих движителей 2 и 3 (фиг.1-3) левого борта находятся в точке A траектории, опираясь на грунт, а опорные точки шагающих движителей 2 и 3 правого борта находятся в точке B траектории. В этом положении левый упругий элемент кручения 13 закручен и поворот ведущей оси 12 опережает поворот кривошипа 6 ведущего шагающего движителя 2 левого борта на угол a.

Крутящий момент от двигателя 10 передается через редуктор 11 на ведущую ось 12 и с ведущей оси 12 через деформированный левый и недеформированный правый упругие элементы кручения 13 на кривошипы 6 шагающих движителей 2 левого и правого бортов, обеспечивая их вращения с одинаковой угловой скоростью. Кривошипы 6 поворачивают криволинейные опоры 4 и качающиеся рычаги 7 передних шагающих движителей 2. Через жесткие стержни 9 поворот передних криволинейных опор 4 передается на задние шагающие движители 3, обеспечивая тем самым движением опорных точек задних шагающих движителей 3 синфазно с опорными точками передних шагающих движителей 2. При этом опорные точки шагающих движителей правого борта движутся по траектории (фиг. 3) от точки B к точке A, а опорные точки шагающих движителей левого борта перемещаются по траектории от точки А к точке Б. Так как опорные точки шагающих движителей левого борта находятся на грунте, то, оставаясь неподвижными относительно грунта, они способствуют перемещению корпуса 1 относительно грунта на длину рабочего хода АБ.

Когда опорные точки шагающих движителей левого борта окажутся в точке Б траектории и выйдут из зацепления с грунтом, опорные точки шагающих движителей правого борта коснутся грунта в точке А траектории. После выхода из зацепления с грунтом шагающих движителей левого борта кривошип 6 левого переднего шагающего движителя 2 начнет вращаться с повышенной угловой скоростью за счет вращения кривошипа 6 относительно ведущей оси 12 под действием закрученного левого упругого элемента 13 и будет обеспечивать фазу ускоренного переноса. Сначала угол поворота кривошипа 6 сравняется с углом поворота ведущей оси 12, а затем вследствие инерционности подвижных частей шагающих движителей кривошип 6 продолжит движение относительно ведущей оси 12, закрутит левый упругий элемент кручения на угол, близкий a, и остановится, т.к. обратное вращение кривошипа 6 под действием закрученного упругого элемента кручения 13 невозможно из-за наличия обгонной муфты 14. Кривошип 6 левого переднего шагающего движителя 2 поворачивает криволимнейную опору 4 и качающийся рычаг 7. Через жесткий стержень 9 поворот криволинейной опоры 4 переднего шагающего движителя 2 левого борта передается на шагающий движитель 3 левого борта, обеспечивая тем самым движение опорных точек заднего шагающего движителя 3 синфазно с опорными точками переднего шагающего движителя 2. При этом опорные точки шагающих движителей левого борта движутся по траектории от точки Б к точке В, а опорные точки шагающих движителей правого борта находятся в точке А траектории.

После того как шагающие движители правого борта установятся на грунте, ведущая ось 12 будет закручивать правый упругий элемент кручения 13 до тех пор, пока крутящий момент правого упругого элемента 13 не достигнет величины, достаточной для преодоления сопротивления движению. В это время кривошип 6 левого борта будет неподвижным по отношению к корпусу 1, а ведущая ось 12 будет раскручивать левый упругий элемент кручения 13, закрученный на предыдущем этапе, причем потенциальная энергия левого упругого элемента кручения 13 будет передаваться на правый борт. При этом опорные точки шагающих движителей левого борта находятся в точке В траектории, опорные точки шагающих движителей правого борта находятся в фазе опоры на грунт и располагаются в точке А траектории, а шагающая опора осуществляет движение по инерции. Если на предыдущем этапе вследствие каких-либо причин, например, изменения условий движения, кривошип 6 шагающего движителя 2 левого борта закрутит упругий элемент кручения 13 на угол, меньший a или больший a, и опорные точки шагающих движителей левого борта будут расположены в точке B₁ или B₂ траектории, то на рассматриваемом этапе произойдет самопроизвольная корректировка указанной погрешности угла a.

После того как крутящий момент правого упругого элемента кручения 13 достигнет величины, достаточной для преодоления сопротивления движению, а угол поворота кривошипа 6 шагающего движителя 2 левого борта выровняется с углом поворота ведущей оси 12, крутящий момент с ведущей оси 12 через деформированный правый и недеформированный левый упругие элементы кручения 13 будет передаваться на кривошипы 6 шагающих движителей 2 левого и правого бортов, обеспечивая их вращение с одинаковой угловой скоростью. Кривошипы 6 поворачивают криволинейные опоры 4 и качающиеся рычаги 7 передних шагающих движителей 2. Через жесткие стержни 9 поворот передних криволинейных опор 4 передается на задние шагающие движители 3, обеспечивая тем самым движение опорных точек задних шагающих движителей 3 синфазно с опорными точками передних шагающих движителей 2. При этом опорные точки шагающих движителей левого борта движутся по траектории от точки B к точке A, а опорные точки шагающих движителей правого борта перемещаются по траектории от точки A к точке Б. Так как опорные точки шагающих движителей правого борта находятся на грунте, то, оставаясь неподвижными относительно грунта, они способствуют перемещению корпуса 1 относительно грунта на длину рабочего хода АБ.

После достижения опорными точками шагающих движителей левого борта точки А траектории цикл повторяется.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:

шагающая опора предназначена для универсального применения в транспортных средствах повышенной проходимости и в сельском хозяйстве, в частности, для многоопорных самоходных дождевальных и поливных машин, работающих как позиционно, так и в непрерывном движении, причем упругая связь ведущей оси с кривошипами ведущих шагающих движителей в совокупности с обгонными муфтами обеспечивают безусловную устойчивость шагающей опоры, снижают энергоемкость и облегчают управление;

для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений и способов применения;

шагающая опора, воплощенная в заявленном изобретении, при его осуществлении способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".