самоходное транспортное устройство для передвижения по снегу

Формула изобретения

1. Самоходное транспортное устройство для передвижения по снегу, содержащее шасси с траверсой, гусеничный движитель с двигателем, блоки поворотных устройств и приводной механизм этих устройств, отличающееся тем, что блоки поворотных устройств выполнены в виде рам с подвижными траверсами, к которым шарнирно прикреплены группы лыжин, представляющих собой упругие полосы с прямой скользящей поверхностью и загнутыми участками носка и пятки, причем средние траверсы содержат портальные стойки, а блоки поворотных устройств соединены шарнирно с консолями траверсы шасси, способной выполнять функции бампера, и расположены по бокам гусеничного движителя.

2. Самоходное транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что шарнирное крепление лыжин к траверсам осуществлено не менее, чем в трех точках, причем на вершинах носка и пятки такое крепление выполнено на верхнем уровне, а шарниры средней части лыжин, закрепленные на оконечностях портальных стоек траверс, размещены на нижнем уровне, вблизи плоскости скольжения лыжин, создавая возможность принудительного изгиба лыжин и изменения их положения в пространстве относительно поверхности, по которой движется транспортное устройство, под воздействием перемещающихся траверс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспорта, в частности к самоходным устройствам с гусеничными движителями, перемещающимся по снежному покрову, снегоходам, мотосаням, мотонартам, снежным мотоциклам и т.д.

Освоение северных территорий как бывшего СССР /ныне РФ/, так и зарубежных стран, включая Канаду, США, Швецию, Норвегию и др. имеет богатую историю разработки и использования самоходных механизированных транспортных средств для движения по снегу. Общим для всех конструкций является гусеничный движитель /с одной или двумя гусеницами/, впереди или позади которого располагаются одна или две поворотные лыжины /фиг. 13 а,б,в,г,д,е,ж/.

На схемах компоновки транспортных устройств косо заштрихованные участки

опорные поверхности лыжин, а также скользящих щитов. Прямоугольники с горизонтальной штриховкой переменной ширины гусеничные движители.

Известны разработки:

а) по схеме 31а /мототобоган/ общий щит /днище/ со скользящей по снегу поверхностью, в вырезе которого сзади размещен гусеничный движитель, а в двух передних окнах днища размещены поворотные устройства узкие лыжины /подрезы/. По этой схеме сконструированы мотонарты МС-ГПМ-18. Из зарубежных моделей известны: Motor, Toboggan, Eliason, Polaris;

б) по схеме 13б с одной гусеницей и двумя передними лыжинами на общем шасси еще в 30-е годы создан снегоход Карелина. Несколько позднее разработаны мотонарты НАМИ-095. Из зарубежных моделей Mustang, Ocnello Snofordon, а также отечественный, популярный в настоящее время снегоход "Буран";

в) по схеме 13в одна поворотная лыжина спереди и двухколейный гусеничный движитель сзади Ocnello Tricman, а также большое количество отечественных любительских разработок. Недостаток такой компоновки - недостаточная устойчивость конструкции при столкновении с препятствиями или резких поворотах /опрокидывание/;

г) по схеме 13г двухколейный гусеничный движитель спереди на отдельном шасси спереди и поворотный прицеп с водителем и грузом сзади. Известна лишь одна модель "Hus Ski";

д) по схеме 13д двухколейный гусеничный движитель /или двухгусеничный движитель со сближенными между собой гусеницами/, размещенный сзади, и две поворотные лыжины спереди наиболее перспективная и распространения в настоящее время компоновка снегохода, обеспечивающая максимальную поперечную остойчивость и оптимальную маневренность. Еще в 1929 г. в СССР были созданы автосани инж. А.С. Пузина. Позже разработаны мотонарты МС-ГПИ-15А. Из зарубежных: Nordstar /ФРГ/, несколько моделей фирмы "Бомбардье" /Канада/ и др.

е) по схеме 13е щит-днище с ограниченной протяженностью опорной поверхности /до гусеничного движителя/ с окнами в щите для узких поворотных лыжин /подрезов/, без опор вдоль гусеничного движителя модель МС-ГПИ-18 Ш. Испытания показали недостаточную поперечную устойчивость. Снятие боковин щита вдоль движителя увеличило проходимость, однако увеличило и опасность опрокидывания;

ж) по схеме 13ж две передние поворотные лыжины со щитом-днищем ограниченных размеров, боковые части которого названы лыжинами, повышающими поперечную устойчивость любительская разработка зимнего вездехода "Снежинка";

з) известна конструкция легких мотосанок, своего рода снежного велосипеда по пат. N 3757880, кл. 180-5Р, США, представленного в виде гусеничного движителя, размещенного между двумя полозьями и шарнирно с ними соединенного, на пяточных участках которых размещены поворотные устройства в виде погружных вертрулей, укрепленных на клапанах-педалях и заглубляющихся в снежный покров, что вызывает асимметричное торможение с разворотом всего устройства в сторону тормозящего руля. Сами полозья поворотного эффекта не проявляют;

и) количество любительских разработок снегоходов различных модификаций, указанных, в частности, в журнале "Моделист-конструктор", весьма значительно /по схемам от 13а до 13ж/ и разнообразно. Однако среди них не выявлено ни одной модели с боковыми поворотными устройствами.

Во всех компоновочных схемах снегоходов, мотонарт и др. главным фактором осуществления поворота является создание разности скоростей движения гусениц, включая и затормаживание одной из гусениц /при двухколесном гусеничном движителе/. При одноколейном гусеничном движителе /одногусеничный движитель/ поворот осуществляется только за счет поворота лыжин, что менее эффективно. Слабым местом всех конструкций является механическая прочность консольных носовых и пяточных частей лыжин.

В качестве прототипа принимается снегоход с двумя гусеницами-движителями и двумя передними поворотными лыжинами производства фирмы "Бомбардье" /Канада/.

Достоинства прототипа:

наличие двух гусениц шириной 510 мм каждая создает низкое удельное давление на снежный покров /особенно свежевыпавший снег/, обеспечивая тем самым высокую проходимость агрегата и довольно высокую маневренность;

наличие двух синхронно действующих поворотных лыжин обеспечивает в сочетании с двумя гусеницами хорошую остойчивость агрегата и удовлетворительную характеристику его движения на виражах, а расположение мест водителя и пассажира рядом создает лучшую комфортность по сравнению с одногусеничным вариантом снегохода, в котором размещение мест водителя и пассажира друг за другом.

Недостатки прототипа:

a) для достаточной поперечной остойчивости, улучшения маневренности и проходимости применены две гусеницы с общей шириной опоры 1020 мм, не считая просвета между ними для размещения там узлов привода. Это усложняет и удорожает конструкцию;

б) принципиальная ненадежность действия узла поворота /в виде двух лыжин/ при маневрировании по слежалому снегу, особенно по насту и фирну, когда сцепление лыжин с таким видом снега имеет минимальную величину;

в) применение двух лыжин вместо одной осложняет конструкцию и удорожает ее;

г) ненадежность поворотных лыжин от механических повреждений и разрушения в типичных местах при столкновениях и ударах о встречные препятствия /выступы льда, пни, камни, стволы деревьев и т.п./ по следующим причинам:

открытость и уязвимость незакрепленного /консольного/ носка лыжины при отсутствии деталей, способных принять на себя часть экстремальных нагрузок /фиг.8а/;

крепление лыжин только в одной /средней/ точке, где возникают значительные сложные динамические нагрузки в шарнире соединения с баллером /осью поворота/ /фиг.8/;

значительные выражения в узле подшипников баллера /осью поворота/ /фиг.8в помечено крестом/;

д) слабость упора плоских, жестких поворотных лыжин в снежный покров, что ограничивает скорость движения на виражах, гибкость маневрирования и увеличивает опасность неконтролируемого движения снегохода юзом /фиг.9/;

е) недостаточная компактность снегохода вследствие расположения лыжин и гусениц последовательно друг за другом.

Решаемые задачи повышение надежности и гибкости маневрирования снегохода с минимальным снижением скорости движения на виражах и исключение неуправляемого движения юзом; улучшение условий работы поворотных элементов /лыжин/ и связанное с этим повышение их эксплуатационного ресурса путем изменения принципа крепления и защиты их от разрушающих нагрузок при столкновении с препятствиями на пути движения /камнями, льдинами, сучьями, пнями и т.п./; оптимизация габаритных размеров снегохода путем более компактной его компоновки и упрощения конструкции отдельных узлов, что также значительно повысит его маневренность и снизит себестоимость.

Сущность изобретения /пути решения поставленной задачи/

1. Изменение принципа действия элементов узла поворота, чем обеспечивается надежность и гибкость маневрирования, а именно:

можно изменять направление движения не поворотом жестких лыжин в горизонтальной плоскости и продольным изгибом упругих лыжин с одновременным разворотом их подошвы в поперечном сечении относительно поверхности движения /фиг. 3/, в результате чего проекция ребра лыжины на поверхность /плоскость/ движения снегохода представит собой дугу в приближении принимаемой за отрезок дуги окружности с некоторым радиусом R /фиг.3,6 и 11/, экстраполяция которой представляет собой кривую циркуляцию на вираже. Теоретически эта кривая отрезок дуги эллипса.

2. Изменение принципа взаимодействия рабочих элементов узла поворота с поверхностью, по которой перемещается снегоход /снегом/, а именно:

наклон подошвы лыжины в поперечном сечении /фиг.4/ обеспечивает лучшие условия врезания ее ребра в снег /с разрушением поверхностной ледяной корки настового покрова/;

упор лыжины в снег на вираже всей поверхностью подошвы под углом к поверхности движения снегохода, обеспечивает оптимальное направление контакта со снежной массой /особенно при фирновом снеге, фиг.5/.

3. Сохранение механической целостности снегохода в целом, а также поворотных элементов /лыжин/ в аварийных ситуациях столкновениях с крупными препятствиями: бревнами, валунами, торосами, стволами деревьев, путем использования передней неподвижной траверсы в качестве бампера при ее главном конструктивном назначении служить несущим элементом крепления к ней блоков сторон гусениц.

4. Сохранность поворотных лыжин за счет их шарнирного крепления не в одной, а в трех точках, в т.ч. в двух наиболее типичных /по вероятности поломки/ местах в носке и пятке, при столкновениях с мелкими ординарными препятствиями на пути движения снегохода: камнями, мелкими торосами, сучьями, пеньками, кустарником и т.п. чем существенно увеличивается их долговечность /эксплуатационный ресурс/.

5. Более благоприятные конструктивно-эксплуатационные предпосылки для возможности эффективного реверсивного движения снегохода /задняя скорость/.

Отличительные от прототипа признаки

1. Применение блоков из нескольких лыжин, выполненных в виде упругих полос, имеющих прямолинейную скользящую поверхность и загнутые носок и пятку.

2. Шарнирное крепление лыжин к подвижным траверсам поворотного блока в трех точках: в носке, пятке и в средней части лыжины, причем шарнир в средней точке расположен на нижнем уровне, а в носке и пятке на верхнем уровне лыжины /на концах загибов/.

3. Создание прогиба лыжины за счет разнонаправленного поперечного перемещения подвижных траверс поворотных блоков, что вызывает прогиб лыжин в продольном направлении и наклонение скользящей поверхности лыжины в поперечном направлении относительно плоскости движения снегохода, отчего проекция ребра прогнутой лыжины на поверхность /плоскость/ перемещения снегохода представит собой кривую, по которой и будет происходить циркуляция на вираже /фиг.3/.

4. Размещение блоков поворота по бокам с внешних сторон гусениц, что позволяет оптимизировать габарит снегохода, не ухудшая его поперечной остойчивости.

5. Использование неподвижной траверсы в качестве бампера.

На фиг. 1 показан общий вид снегохода в новой компоновке и конструкции; на фиг. 2 общий вид одного из блоков поворотного устройства при нейтральном положении лыжины /движение по прямой/; на фиг.3 общий вид блока поворотного устройства в положении лыжин при повороте вправо /прогиб лыжин/; на фиг.4 - схема работы лыжины при повороте снегохода в условиях движения по насту; показано проламывание ледяной корки; на фиг.5a схема работы лыжины при повороте снегохода в условиях движения по фирну; на фиг.5б схема реактивных сил, обеспечивающих устойчивость снегохода на вираже /в частности на фирне/; на фиг. 6 схема действия реактивных сил на изогнутую лыжину, обеспечивающих устойчивость снегохода на вираже и отсутствие паразитных реактивных сил, мешающих развороту снегохода; на фиг.7 схема паразитных сил, мешающих повороту лыжины в традиционной схеме поворотного узла снегохода /прототипа/; показана равнодействующая реактивной силы, снижающей скорость снегохода при циркуляции; на фиг.8 схема уязвимости поворотной лыжины прототипа при столкновении с препятствиями в точки экстремальных нагрузок /типичных мест/ /указаны крестами/; на фиг.9 схема работы плоской поворотной лыжины прототипа при циркуляции и реактивные силы подпора, препятствующие движению лыжины юзом; на фиг. 10 схема работы предлагаемого снегохода на вираже со схематическим изображением проекции кромки изогнутых лыжин /жирная линия/; на фиг.11 схема возможной компоновки предлагаемого снегохода с одной гусеницей вместо двух, упрощающая конструкцию без ущерба маневренности и проходимости агрегата; на фиг. 12 сравнительные схемы габаритной длины снегоходов: а) прототипа; b) предлагаемого снегохода по заявке; на фиг.13 возможные конструктивные схемы снегоходов.

На чертежах показаны: шасси /конструктивные элементы/ 1; гусеницы 2 двухгусеничного движителя; траверса 3 передняя неподвижная /бампер/; блок 4 поворота; рама 5 блока поворота; шарнир 6 блока поворота; поперечная балка 7 рамы блока; продольная балка 8 носка лыжин; траверса 10 портальная подвижная средняя; траверса 11 подвижная пятки лыжин; лыжина 12; шарнир 13 носка и пятки лыжины; шарнир 14 средней точки лыжины; механизм 15 перемещения траверс /на чертежах не показан/; направляющие 16 траверс подвижных; портальные стойки 17 средней траверсы; совмещенная осевая линия 18 месторасположения центра радиуса кривизны лыжины и центра разворота гусеничного движителя; лыжина 19 прототипа; шарнир 20 поворотной лыжины прототипа; стойка 21 поворотная /баллер/ поворотной лыжина прототипа; подшипник 22 баллера поворотной лыжины; стенка 23 боковая поворотной лыжины прототипа; ребро-кант 24 лыжины прототипа; одногусеничный движитель 25 второго варианта предлагаемого снегохода.

Вышеперечисленные детали и узлы находятся в нижеследующем взаиморасположении и взаимосвязи: шасси 1, элементы 1 которого показаны на фиг.1, шарнирно крепится гусеничный движитель с гусеницами 2. Впереди /по ходу движения/ к шасси жестко закреплена траверса 3, к которой шарнирно /шарнир 6 показан на фиг.1/ крепятся блоки поворота 4 /фиг.12/. Блоки поворота размещены с внешних боковых сторон гусениц 2. Блок 4 выполнен в виде рамы 5 /на чертежах не выделена/, состоящей из поперечных балок 7 и продольных балок 8 /фиг.1, 2 и 3/. К раме 5 крепятся направляющие 16, по которым перемещаются траверсы: носка 9, средняя /портальная/ 10 и пятки 11. К этим траверсам крепятся лыжины 12 посредством шарниров 13 /носок и пятка/ и 14 к портальным стойкам 17, к которым лыжины 12 крепятся к своей середине. Траверсы 9, 10 и 11 связаны с общим механизмом 15 их перемещения, который на чертежах не показан в силу непринципиальности его конструктивного решения, системой тросов Боуде, гидравликой или иным способом.

Работа устройства

При движении снегохода по прямой подошвы поворотных лыжин 12 /фиг.2/ параллельны поверхности перемещения, радиус кривизны R осевой линии лыжин равен при этом бесконечности, и, следовательно, лыжины 12 не оказывают никакого влияния на траекторию движения снегохода.

Для выполнения поворота включается механизм 15, который перемещает траверсы: носка 9, портальную траверсу 10 и траверсу пятки 11 в необходимом направлении на необходимую величину. Как показано на фиг.3, при правом повороте траверса носка 9 смещается вправо на величину +b, траверса пятки 11 также смещается вправо, но на иную величину, равную +b, а средняя портальная траверса 10 смещается влево на величину -b. В результате по этим точкам возникает упругий прогиб лыжины 12 и проекция дуги прогиба на поверхность перемещения снегохода радиусом R_цирк, который при экстраполяции полученной кривой и определяет траекторию циркуляции снегохода. Одновременно с продольным прогибом лыжина 12 развернется в поперечной плоскости на некоторый угол, причем наклон будет пропорционален крутизне виража, создавая оптимальный угол контакта подошвы лыжины со снегом. В условиях настового покрова это способствует проламыванию ледяной корки /фиг.4/, чем исключается движение снегохода юзом и снижение степени его управляемости. В условиях фирнового снежного покрова, когда сцепление слоев снега снижается до минимума, наклон подошвы лыжины обеспечивает оптимальный контакт лыжины со снегом /фиг.5/. Разложение реактивных сил с результативной равнодействующей показано на фиг.5b, а на фиг.5а показано распределение нагрузки под подошвой лыжины на снег с учетом направления приложения равнодействующей силы . На фиг.3 показана линия 18, на которой размещаются центры радиусов дуги циркуляции изогнутых лыжин (R_цирк min) и центр разворота гусениц 2 в ходе маневрирования снегохода, как показано на схеме /фиг.10/.

Конструкция и компоновка снегохода могут быть без ущерба маневренности и проходимости упрощены за счет применения одногусеничного движителя /фиг.11/. Утверждение о возможности уменьшения габарита снегохода не в ущерб его продольной и поперечной остойчивости иллюстрируется на фиг.12, поз.а - габаритная длина L прототипа и поз.б габаритная длина предлагаемой конструкции L", которая существенно меньше.

Сравнивая предлагаемую кинематику поворота, следует отметить отсутствие дополнительного бокового сопротивления повороту /кроме усилия на изгиб лыжин/ и, следовательно, минимальное сопротивление опорной среды движению снегохода при циркуляции /фиг.6/, т.е. минимальное снижение скорости на виражах в отличие от традиционной поворотной лыжины /фиг.7/, где прямолинейность оси лыжины (R=) затрудняет ее вписывание в кривую траекторию циркуляции, создавая дополнительное сопротивление и, как следствие, большее сопротивлению движению на виражах. Кроме этого, традиционная открытая лыжина /фиг. 8/ не защищена от поломок. Плоская поворотная лыжина 19 /фиг.9/ обеспечивает значительно меньшую величину сцепления со снегом, несмотря на боковую стенку /бурт/ 23 и ребро-кант 24, поскольку упор обеспечивается лишь за счет усилий сдвига () снежного покрова.

Все вышесказанное отчетливо показывает преимущества /по моему мнению/, которыми обладают предлагаемый принцип и конструкция поворотного устройства по сравнению с аналогами и прототипом.