Шагающая машина

Шагающая машина

Реферат

 

Использование: изобретение относится к транспортным средствам с движителями, отличными от колесных, например, с шагающими движителями и может быть использовано в транспортных средствах повышенной проходимости. Сущность изобретения: шагающая машина содержит корпус 1, силовую установку 2, горизонтальные направляющие 3, каретки 4 с приводами 5 их возвратно-поступательного движения, телескопические опоры 6, башмаки 7 на их свободных концах, снабженные узлом поперечного качения и муфтой предельного момента, систему управления 8 порядком и скоростью перемещения кареток и опор, оборудованную поворотным рычагом 9, и механизм гашения колебаний, который содержит упругий стержень 10, установленный на корпусе 1 с возможностью продольных перемещений пропорционально изменению скорости, один конец которого оборудован поглотителем вибраций 11, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучей средой, и снабженным шарниром 19, а второй конец соединен шарнирно с механизмом продольного перемещения стержня, кинематически связанного с поворотным рычагом 9 системы управления 8 порядком и скоростью перемещения кареток и опор. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к транспортным средствам с движителями, отличными от колесных, например, с шагающими движителями, и может быть использовано для транспортных средств повышенной проходимости.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является шагающая машина, содержащая корпус с побортно расположенными горизонтальными продольными направляющими, на которых подвижно установлены соединенные с приводами возвратно-поступательных перемещений каретки с вертикальными телескопическими опорами, имеющими опорные башмаки на свободных концах, и систему управления порядком и скоростью передвижения кареток и опор (патент США N 3135345, кл. 180-8, 1964).

Указанная шагающая машина решает техническую задачу, связанную с повышением маневренности, которая обеспечивается изменением скорости движения кареток, например, одного борта, вплоть до изменения направления движения кареток одного борта, что известно из общего уровня техники как "танковый поворот". Однако, подобное решение имеет невысокий технический уровень, т.к. это приводит к увеличению боковых нагрузок на телескопические опоры, каретки и направляющие, вследствие чего увеличиваются энергозатраты за счет преодоления повышенного трения между каретками и направляющими и возникновения бульдозерного эффекта в поперечном направлении. Кроме того, существенным недостатком такой шагающей машины является наличие колебаний продольной оси корпуса в соприкасающейся плоскости (рыскание) и продольных колебаний корпуса, что обусловлено динамической неуравновешенностью шагающей машины, вследствие различия значений кинетических моментов шагающих движителей в фазах опоры и переноса относительно центра масс шагающей машины.

Важнейшей задачей является создание новой конструктивной схемы шагающей машины, базирующейся на новой взаимосвязи системы управления скоростью и порядком движения кареток и опор в сочетании с новым механизмом гашения колебаний корпуса, снабженного поглотителем вибраций для гашения продольных колебаний кузова и колебаний продольной оси кузова в поперечной плоскости в зависимости от изменения скорости движения, исключающих динамическую неуравновешенность шагающей машины, снижающих динамические нагрузки на опоры и повышающих устойчивость движения шагающей машины.

Техническим результатом заявленной конструкции шагающей машины является создание многофункционального механизма гашения колебаний, обеспечивающего гашение продольных колебаний кузова и колебаний продольной оси кузова в поперечной плоскости, за счет введения поглотителя вибраций, выполненного в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучей средой, имеющего перфорированную диафрагму и крышку, что позволяет гасить продольные и поперечные колебания корпуса путем рассеивания энергии колебаний за счет трения между частицами среды, трения частиц среды о корпус дросселирования воздуха, автоматического регулирования степени гашения за счет присоединения поглотителя вибраций к корпусу через упругий стержень с возможностью продольных перемещений пропорционально изменению скорости посредством механизма продольного перемещения стержня, соединенного с системой управления скоростью и порядком перемещения кареток и опор, за счет выполнения указанного выше механизма в виде двух гидроцилиндров разного диаметра, соединенных между собой трубопроводом, шток поршня одного из которых шарнирно соединен с упругим стержнем, а шток поршня другого соединен шарнирно с рычагом, соединенным с системой управления скоростью и порядком движения кареток и опор посредством двух тяг и двуплечего рычага, а также снабжения каждой опоры узлом поперечного качения и муфтой предельного момента.

Это позволяет исключить продольные колебания кузова и "рыскание" его продольной оси, исключить возможность самопроизвольного срабатывания муфты предельного момента и, как следствие этого, самопроизвольное перемещение шагающей машины в поперечном направлении, что повысит устойчивость движения и управляемость шагающей машины, а также снизит боковые нагрузки на опоры и энергозатраты как при прямолинейном движении, так и при повороте.

Указанный технический результат достигается тем, что шагающая машина, содержащая корпус с побортно расположенными горизонтальными продольными направляющими, на которых подвижно установлены соединенные с приводами возвратно-поступательного движения каретки с вертикальными телескопическими стойками, имеющими опорные башмаки на свободных концах, и систему управления порядком и скоростью передвижения кареток и опор, снабжена механизмом гашения колебаний корпуса, выполненным в виде поглотителя вибраций, присоединенного через стержень к корпусу с возможностью продольных перемещений пропорционально изменению скорости посредством механизма продольного перемещения стержня, соединенного с системой управления скоростью и порядком перемещения кареток и опор, каждая опора снабжена узлом поперечного качения и муфтой предельного момента, а механизм продольного перемещения упругого стержня относительно корпуса выполнен в виде двух гидроцилиндров разных диаметров, при этом гидроцилиндр большего диаметра снабжен подпружиненным поршнем, шток которого соединен шарнирно с упругим стержнем, а его надпоршневая полость соединена с подпоршневой полостью гидроцилиндра меньшего диаметра трубопроводом, шток поршня которого шарнирно соединен с рычагом, соединенным с системой управления скоростью и порядком движения кареток и опор посредством двух тяг и двуплечего рычага, при этом механизм гашения колебаний корпуса снабжен поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучей средой, перфорированной диафрагмы с возможностью осевого перемещения относительно полого корпуса и крышки, а полый корпус снабжен шарниром, присоединенным к упругому стержню с механизмом продольного перемещения.

Снабжение шагающей машины механизмом гашения колебаний корпуса, выполненным в виде поглотителя вибраций, позволяет гасить продольные колебания кузова и "рыскание" его продольной оси за счет рассеивания энергии колебаний в поглотителе вибрации. Присоединение поглотителя вибраций к корпусу через упругий стержень позволяет увеличивать уровень интенсивности колебаний поглотителя, рассеивая тем самым большую энергию колебаний. Присоединение поглотителя вибраций к корпусу через упругий стержень с возможностью продольных перемещений упругого стержня пропорционально изменению скорости посредством механизма продольного перемещения упругого стержня, соединенного с системой управления скоростью и порядком перемещения кареток и опор, позволяет за счет изменения длины стержня автоматически изменять уровень возбуждения колебаний поглотителя вибраций в зависимости от изменения скорости, что обеспечивает многофункциональность механизма гашения колебаний кузова, увеличивает устойчивость и управляемость движения и снижает боковые нагрузки на опоры и энергозатраты.

Выполнение механизма продольного перемещения стержня относительно корпуса в виде двух гидроцилиндров разных диаметров, в котором гидроцилиндр большего диаметра оборудован подпружиненным поршнем, шток которого соединен шарнирно с перемещаемым стержнем, а надпоршневая полость соединена трубопроводом с подпоршневой полостью гидроцилиндра меньшего диаметра, шток поршня которого снабжен шарниром для присоединения к кинематической связи для взаимодействия с системой управления скоростью перемещения кареток, позволяет обеспечивать возвратно-поступательное перемещение упругого стержня относительно корпуса при минимальном усилии на органе управления перемещением пропорционально перемещению скорости кареток.

Снабжение механизма гашения колебаний корпуса поглотителем вибраций, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучей средой, перфорированной диафрагмы с возможностью осевого перемещения относительно полого корпуса и крышки, позволяет рассеивать энергию колебаний за счет трения между частицами сыпучей среды, трением между частицами сыпучей среды и полым корпусом и дросселирования воздуха, при этом подвижность перфорированной диафрагмы позволяет настраивать поглотитель вибраций на требуемый уровень поглощения и поддерживать автоматически требуемый уровень при изменении уровня возбуждения колебаний.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками 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 машины; на фиг. 2 - конструктивная схема упругого стержня с поглотителем вибраций и механизма перемещения упругого стержня; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - нижняя часть телескопической опоры; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 график зависимости коэффициента поглощения от интенсивности возбуждения.

Шагающая машина содержит корпус 1, силовую установку 2, горизонтальные направляющие 3, каретки 4 с приводами 5 их возвратно-поступательного движения (фиг. 1, 2) и телескопическими опорами 6, имеющими опорные башмаки 7 на свободных концах, систему управления 8 для управления порядком и скоростью передвижения кареток и опор, оборудованную поворотным рычагом 9, механизм гашения колебаний. Механизм гашения колебаний содержит упругий стержень 10, установленный на корпусе 1 с возможностью продольных перемещений пропорционально изменению скорости, один конец которого оборудован поглотителем вибраций. Поглотитель вибраций 11 содержит полый корпус 12, (фиг. 3) частично выполненный сыпучим материалом 13, крышку 14, перфорированную диафрагму 15, установленную с возможностью осевого перемещения относительно полого корпуса 12 и разделяющую внутреннюю полость полого корпуса 12 на рабочую камеру 16 и вспомогательную камеру 17. Каждое из отверстий 18 диафрагмы 15 выполнено в виде двух обращенных друг к другу меньшими основаниями симметричных конусов, соединенных цилиндром, меньший диаметр D₁ которого выбран равным 1,2-1,5 от максимального габаритного размера частицы сыпучего материала, а больший диаметр D₂ большего основания равен удвоенному значению того же габаритного размера частицы, что ориентирует частицу и обеспечивает ее свободное без заклинивания монопрохождение. Поглотитель вибраций 11 (фиг. 2) присоединен к стержню 10 шарниром 19. Механизм продольного перемещения упругого стержня 10 включает два гидроцилиндра разного диаметра. Гидроцилиндр 20 большего диаметра с поршнем 21, опирающимся на пружину 22, шток которого соединен через шарнир 12 с упругим стержнем 10. Надпоршневая полость 23 гидроцилиндра 20 через трубопровод 24 соединена с подпоршневой полостью 25 гидроцилиндра 26 меньшего диаметра. Поршень 27 гидроцилиндра 26 своим штоком через шарнир 28 соединен с рычагом 29, удерживаемым пружиной 30. Рычаг 29 соединен тягой 31 с одним плечом соединенного с системой управления 8 скоростью и порядком движения кареток и опор двуплечего рычага 32, второе плечо которого соединено тягой 33 с поворотным рычагом 9 системы управления 8. Соединение упругого стержня 10 через шарнир 12 с поршнем 21 гидроцилиндра 20, а полости 23 последнего через трубопровод 24 с полостью 25 гидроцилиндра 26, шток которого через шарнир 28 соединен с рычагом 29, имеющим кинематическую связь через тягу 31, двуплечий рычаг 32 и тягу 33, с поворотным рычагом 9 системы управления 8 позволяет путем перемещения рычага 29 перемещать упругий стержень 10 относительно корпуса и изменять скорость перемещения кареток 4. Для устранения сухого трения башмаков 7 по грунту при поворотах, которые осуществляются включением разных скоростей движения кареток 4 разных бортов, башмак 7 каждой опоры 6 снабжен узлом поперечного качения ее по грунту, который оснащен муфтой предельного момента, предотвращающей произвольное "сползание" шагающей машины на склонах местности. Узел поперечного качения (фиг. 4) выполнен, например, в виде бесконечной ленты 34, охватывающей горизонтальные катки 35, оси которых параллельны продольным направляющим 3, а муфта предельного момента (фиг. 5) выполнена, например в виде фрикционной втулки 37, внутренняя поверхность которой коническая и покрыта фрикционным материалом, обода 38 катка 35, соединенного со втулкой 37 при помощи шлиц 39, упорных подшипников 40, укрепляющих обод 38 между щеками 41, и тарированной пружиной 42, заклинивающей втулку 37 на оси 36.

Работает шагающая машина следующим образом.

На неподвижной шагающей машине стержень 10 с поглотителем вибраций 11 полностью втянут в корпус 1, поршень 21 гидроцилиндра 20 и поршень 27 гидроцилиндра 26 находятся в крайнем левом положении, рычаг 29 находится в исходном положении, при котором пружина 30 не деформирована. Под действием веса сыпучего материала 13 корпус 12 поглотителя вибраций 11 занимает вертикальное положение, а перфорированная диафрагма 15 устанавливается в положение, соответствующее оптимальному зазору между ней и свободной поверхностью сыпучего материала 13 при уровнях интенсивности возбуждения, соответствующих нижней границе заданного диапазона эффективной работы поглотителя вибраций 11.

При нажатии на рычаг 29 тяга 31 поворачивает двуплечий рычаг 32 и через рычаг 33 поворотный рычаг 9 системы управления 8. При прямолинейном движении приводы 5 начинают перемещать по горизонтали каретки 4 по направляющим 3 и телескопические опоры 6 с башмаками 7 по вертикали в заданной последовательности при одинаковых горизонтальных скоростях на обоих бортах, в результате чего корпус 1 приобретает продольные и поперечные колебания, что можно объяснить действием законов движения центра масс системы и изменения момента количества движения системы. При перемещении рычага 29 пружина 30 растягивается. Через шарнир 28 рычаг 29 перемещает поршень 27 гидроцилиндра 26 вправо, при этом жидкость из полости 25 по трубопроводу 24 поступает в полость 23 гидроцилиндра 20 и перемещает поршень 21 вправо, преодолевая усилие пружины 22, а поршень 21 через шарнир 12 перемещает вправо стержень 10 с поглотителем 11, выдвигая тем самым стержень 10 из корпуса 1. Вследствие упругости, стержень 10 начинает совершать колебания в горизонтальной плоскости относительно корпуса 1 и вдоль продольной оси вместе с корпусом 1. Поглотитель вибрации начинает перемещаться вместе со стержнем 10 вдоль продольной оси и относительно упругого стержня 10 на шарнире 19. Частицы сыпучей среды 13 начинают двигаться относительно малого корпуса 12, соударяясь друг с другом и со стенками полого корпуса 12 при этом возникает сухое трение между самими частицами сыпучей среды 13 и сухое трение между частицами и полым корпусом 12, а также дросселирование воздуха через отверстие 18 перфорированной мембраны 15, что рассеивает энергию как продольных, так и поперечных колебаний. Поглотитель вибраций 11, вследствие поперечных колебаний, начинает совершать на шарнире 19 угловые колебания в вертикальной плоскости, амплитуда которых зависит от частоты и амплитуды колебаний стержня 10 в горизонтальной плоскости, что, в свою очередь, повышает коэффициент поглощения. При дальнейшем нажатии на рычаг 29 поворотный рычаг 9 поворачивается на больший угол, скорость перемещения кареток 4 по направляющим 3 и вертикальных опор 6 увеличивается, частота продольных и поперечных колебаний кузова 1 растет. Поршень 27 гидроцилиндра 26, перемещаясь далее вправо, двигает поршень 21 гидроцилиндра 20 вправо, выдвигая упругий стержень 10 с поглотителем вибраций 11 на большую длину, что обеспечивает увеличение уровня интенсивности возбуждения колебаний поглотителя вибраций 11. Поглотитель вибраций 11, вследствие известного эффекта вибрационного поддержания вращения, начинает вращаться в поперечной вертикальной плоскости вокруг шарнира 19, при этом некоторые частицы сыпучей среды 13 дросселируются через перфорированную диафрагму 15 из рабочей камеры 16 во вспомогательную камеру 17, что эквивалентно изменению зазора между верхней границей сыпучей среды 13 в отсутствие вибраций и диафрагмой 15, ограничивающий объем рабочей камеры 16 поглотителя вибраций 11. При этом устанавливается динамическое равновесие, определяющее величину оптимального зазора между основной массой сыпучей среды 13, находящейся в рабочей камере 16, и перфорированной диафрагмой 14, что автоматически поддерживает параметры, обеспечивающие оптимальное гашение вибраций при различных уровнях интенсивности возбуждения (фиг. 6). Пружина 42, поджимая фрикционную втулку 37 к оси 36, не дает возможности каткам 35 перекатываться в поперечном направлении, однако, повышение коэффициента поглощения при возрастании интенсивности возбуждения приводит к снижению динамических нагрузок на опоры, а также повышает комфортабельность движения за счет гашения продольных колебаний корпуса 1. При отпускании рычага 29, последний, за счет сжатия пружины 30, приходит в первоначальное положение, при этом тяга 31 поворачивает рычаг 32 в обратном направлении, тяга 33 поворачивает рычаг 9 в обратном направлении, скорость движения кареток 4 по направляющим 3 и стоек 6 уменьшается, интенсивность возбуждения колебаний падает. Рычаг 29 через шарнир 28 перемещает поршень 27 гидроцилиндра 26 влево, объем полости 25 увеличивается, и по трубопроводу 24 туда перетекает жидкость из полости 23 гидроцилиндра 20 за счет перемещения поршня 21 влево под действием пружины 22. Поршень 21 через шарнир 12 втягивает внутрь корпуса 1 упругий стержень 10 с поглотителем вибраций 11. Последний перестает совершать вращение в поперечной вертикальной плоскости. Частицы сыпучей среды 13 переходят из вспомогательной камеры 17 в рабочую камеру 16 через перфорированную диафрагму 15, коэффициент поглощения снижается. Шагающая машина приходит в исходное состояние.

При повороте шагающей машины при нажатии на рычаг 29 происходит выдвижение стержня 10, в результате чего начинает работать поглотитель вибраций 11. Система управления 8 обеспечивает разную скорость перемещения кареток 4 по бортам, что вызывает появление поворачивающего момента в поперечной плоскости. На опорах 6, находящихся в контакте с опорной поверхностью, возникают боковые силы, которые создают моменты относительно оси 36 башмака 7. При превышении этого момента величины момента трения фрикционной втулки 37, каток 35 начинает катиться в поперечном направлении, в результате чего устраняется изгиб опор и уменьшаются энергозатраты, вследствие отсутствия среза грунта и образования бульдозерного эффекта. При этом происходит поглощение поперечных колебаний поглотителем вибраций 11, что обеспечивает повышение управляемости, комфортабельности и снижения энергозатрат и динамических нагрузок на опоры.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий: шагающая машина представляет собой новую конструктивную схему, базирующуюся на новой взаимосвязи системы управления скоростью и порядком движения кареток и опор в сочетании с новым механизмом гашения продольных и поперечных колебаний кузова, что исключает динамическую неуравновешенность шагающей машины и снижает динамические нагрузки на опоры, повышая тем самым устойчивость движения, управляемость машины и повышая ее функциональные возможности; 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 машина, воплощенная в заявленном изобретении, при его осуществлении способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Шагающая машина, содержащая корпус с побортно расположенными горизонтальными продольными направляющими, на которых подвижно установлены соединенные с приводом возвратно-поступательных перемещений каретки с вертикальными телескопическими опорами, имеющими опорные башмаки на свободных концах, и систему управления порядком и скоростью перемещения кареток и опору, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом гашения колебаний корпуса, выполненным в виде поглотителя вибрации, присоединенного через упругий стержень к корпусу с возможностью продольных перемещений пропорционально изменению скорости посредством механизма продольного перемещения упругого стрежня, соединенного с системой управления скоростью и порядком перемещения кареток и опор, а каждая опора снабжена узлом поперечного качения и муфтой предельного момента.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизм продольного перемещения упругого стержня относительно корпуса выполнен в виде двух гидроцилиндров разных диаметров, при этом гидроцилиндр большего диаметра снабжен подпружиненным поршнем, шток которого соединен шарнирно с упругим стержнем, а его надпоршневая полость соединена трубопроводом с подпоршневой полостью гидроцилиндра меньшего диаметра, шток поршня которого шарнирно соединен с рычагом, соединенным с системой управления скоростью и порядком движения кареток и опор посредством двух тяг и двуплечего рычага.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что механизм гашения колебаний корпуса снабжен поглотителем вибрации, выполненным в виде полого корпуса, частично заполненного сыпучей средой, перфорированной диафрагмой с возможностью осевого перемещения относительно полого корпуса и крышки, а полый корпус снабжен шарниром, присоединенным к упругому стержню с механизмом продольного перемещения.

РИСУНКИ

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