Шароход
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве внедорожного транспортного средства, а также в сфере развлечения и игрушек для детей. Шароход, в котором грузовая рама, на которой расположены кабина и двигательная установка с колесным движителем, сочленена через четыре горизонтально расположенных колеса с кольцевой рамой, которая через четыре вертикально расположенных колеса сочленена с внутренней стороной сферы. Вращение от двигательной установки колесного движителя, фрикционно сочлененного со сферой в нижней ее части, передается сфере и обеспечивает движение шарохода с регулируемой скоростью. Изменение углового положения колесного движителя относительно вертикальной оси обеспечивает изменение направления движения шарохода. Технический результат - обеспечение стабилизации положения кабины и обеспечение надежности ее сочленения с внутренней стороной сферы шарохода. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве внедорожного транспортного средства, а также в сфере развлечения и игрушек для детей.
Известна схема моноцикла - одноколесного транспортного средства (патент №1116320 RU), в котором внутри колеса-обода через подшипниковое соединение установлена двигательная установка (мускульная), выходной вал которой зацеплен с приводом колеса-обода, и сиденье водителя. Управление направлением движения моноцикла осуществляется наклоном колеса под действием веса водителя, а управление скоростью движения - воздействием на механизм двигательной установки. Моноцикл обладает высокой маневренностью, однако использование его как внедорожного транспортного средства ограничено из-за небольшого контактного пятна с дорогой, так как сам принцип управления направлением его движения требует как можно меньшего контактного пятна
Известен шаромобиль (журнал Авторевю, №6, 2000 г.), содержащий полую сферу, внутреннюю капсулу с сиденьем водителя и двигательной установкой, в котором выполнена гиростабилизация и магнитный подвес внутренней капсулы, и водитель которого наблюдает за дорожной обстановкой через виртуальный шлем с помощью наружных видеокамер. Техническая схема шаромобиля описана недостаточно, однако можно отметить сложность конструкции из-за наличия магнитной подвески и утяжеленность из-за применения массивного маховика.
Известен шароход (журнал Спутник ЮТ, №1, 2001 г.), принятый за прототип, в котором кабина и двигательная установка расположены внутри полой жесткой сферы и сочленены со сферой через шаровые опоры. Кабина и пульт управления расположены в верхней части сферы и стабилизация горизонтального положения кабины выполнена за счет гироскопического эффекта маховика, расположенного под кабиной. Двигательная установка состоит из электродвигателя с источником питания, редуктора и ведущего колеса, в комплекте представляющая собой физический маятник, шарнирно крепящийся в центре шара. Поворачивая маятник вокруг оси, достигают изменения в направлении движения. Регулируя скорость вращения ведущего колеса и угол наклона маятника относительно вертикальной оси, достигают изменения в скорости движения. К недостаткам указанной конструкции можно отнести ее усложнение и утяжеление из-за применения массивного маховика. Кроме того, сочленение кабины со внутренней стороной сферы через шаровые опоры технически сложно выполнимо.
Техническая задача изобретения состоит в обеспечении стабилизации положения кабины без применения массивного маховика и в обеспечении надежности ее сочленения с внутренней стороной сферы
Указанный технический результат достигается тем, что оси колес на подшипниках, сочлененных с внутренней стороной сферы, симметрично распределенных по окружности экватора сферы, расположенные в плоскости экватора, соединены с кольцевой рамой, с внутренней стороны которой расположено рулевое кольцо, выше которого в кольцевой раме выполнена кольцевая канавка полукруглого сечения, с которой сочленены колеса на подшипниках, оси которых соединены с грузовой рамой, на которой установлена кабина, ниже которой установлена двигательная установка с колесным движителем, расположенным в нижней части грузовой рамы, сочлененным с нижним полюсом сферы, а в верхней части грузовой рамы в плоскости колесного движителя расположено фиксирующее колесо, сочлененное с верхним полюсом сферы.
Результат достигается еще и тем, что кольцевая рама жестко соединена с грузовой рамой, а колесный движитель и фиксирующее колесо выполнены с возможностью углового перемещения относительно рамы.
Результат достигается также тем, что двигательные установки установлены на не менее чем двух колесах, распределенных по экватору сферы, не находящихся в одной плоскости, а нижнее колесо (колесный движитель в пассивном режиме) и фиксирующее колесо выполнены с возможностью синхронизированного с направлением вращения сферы углового перемещения относительно рамы.
При этом сфера может быть выполнена или сплошной, или сетчатой, а механизмом управления углом поворота радиоуправляемого устройства может быть зацеплен или с рулевым кольцом или с поворотными кулаками колесного движителя и фиксирующего колеса, и механизм управления двигательной установкой соединен с механизмом управления скоростью радиоуправляемого устройства.
Отличие от прототипа заключается в новой форме сочленения сферы с грузовой рамой и в новой схеме управления направлением и скоростью движения шара. Это обуславливает соответствие технического решения критерию "новизна".
Колесный движитель, вращаемый двигательной установкой, фрикционно взаимодействует со сферой в нижней ее части и вращает ее. Шароход передвигается в сторону вращения колесного движителя. При этом колеса, сочлененные со сферой, оси которых соединены с кольцевой рамой, и верхнее фиксирующее колесо, ось которого соединена с грузовой рамой, свободно вращаются, не мешая движению сферы. При этом грузовая рама, на которой расположены кабина и двигательная установка, остается в вертикальном состоянии за счет эффекта "куклы-неваляшки", так как общий центр тяжести грузовой рамы находится значительно ниже центра сферы Сочленение грузовой рамы через колеса с кольцевой рамой или сочленение рамы с поворотными кулаками колесного движителя и фиксирующего колеса обеспечивают угловые перемещения колесного движителя, которые осуществляет водитель или механизм радиоуправляемого устройства, взаимодействующий с рулевым кольцом или поворотным кулаком колесного движителя. При этом изменяя угол расположения колесного движителя относительно нижней части сферы, достигают изменения направления движения шарохода. Изменяя скорость вращения колесного движителя, достигают изменения скорости движения шарохода. В случае, когда двигательные установки расположены на двух "экваторных" колесах, управление скоростью и направлением движения шарохода осуществляется изменением соотношения скоростей и направлением вращения этих колес, все остальные колеса вращаются пассивно, при этом верхнее и нижнее колеса располагают в плоскости вращения сферы.
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков обеспечивается новый технический результат, заключающийся в обеспечении стабилизации положения кабины без применения массивного маховика и в обеспечении надежности ее сочленения с внутренней стороной сферы.
На фиг.1. а) представлена схема вида сбоку, а на фиг1. б) - схема вида сверху шарохода, в котором с внутренней стороной сферы (1) сочленены колеса (2) на подшипниках, оси (3) которых соединены с кольцевой рамой (4), на которой выполнена кольцевая канавка (5), с которой сочленены колеса (6) на подшипниках, оси (7) которых соединены с рамой (8), на которой расположены кабина (9), пульт (10) водителя, двигательная установка (11) с колесным движителем (12) и фиксирующее колесо (13). На кольцевой раме (4) установлено рулевое кольцо (14), которое в варианте использования шарохода в качестве игрушки зацеплено с механизмом (15) радиоуправляемого устройства, который соединен с механизмом управления оборотами двигательной установки (11).
На фиг.2. а) представлена схема вида сбоку, а на фиг.2. б) - схема вида сверху шарохода, в котором с внутренней стороной сферы (1) сочленены колеса (2) на подшипниках, оси (3) которых соединены с кольцевой рамой (4), которая жестко соединена с рамой (8), на которой расположены кабина (9), пульт (10) водителя, двигательная установка (11), с которой подвижно сочленен поворотный кулак (16) колесного движителя (12) и поворотный кулак (17) фиксирующего колеса (13). Поворотные кулаки (16) и (17) зацеплены с рулевым устройством (21). В варианте использования шарохода в качестве игрушки механизм (15) радиоуправляемого устройства зацеплен с поворотными кулаками (16) и (17) и соединен с механизмом управления оборотами двигательной установки (11).
На фиг.3 а) представлена схема вида сбоку, а на фиг.3 б) - схема вида сверху шарохода, в котором с внутренней стороной сферы (1) сочленены колеса (18) с двигательными установками (например, электродвигателями) (19), которые подключены к электронной схеме управления (20), и колеса (2) на подшипниках, оси (3) которых соединены с кольцевой рамой (4), которая жестко соединена с рамой (8), на которой расположены кабина (9), пульт (10) водителя, с которой подвижно сочленен поворотный кулак (16) нижнего фиксирующего колеса (12) и поворотный кулак (17) верхнего фиксирующего колеса (13). В варианте использования шарохода в качестве игрушки механизм (15) радиоуправляемого устройства соединен с электронной схемой управления (20) двигательными установками (19) и зацеплен с поворотными кулаками (16) и (17).
Устройство работает следующим образом: при вращении колесного движителя (12) от двигательной установки (11) вращается сфера (1) и свободно вращаются колеса (2) и (13). При этом кольцевая рама (4), соединенная с осями (3) колес (2), остается неподвижной. Водитель, находясь в кабине (9), взаимодействует с пультом (10) изменяя скорость вращения колесного движителя (12) и, соответственно, сферы (1), и с рулевым кольцом (14), поворачивая в колесах (6) всю раму (8) относительно кольцевой рамы (4) При этом также поворачиваются колесный движитель (12) и фиксирующее колесо (13) и изменяется направление движения шарохода.
В варианте, когда грузовая рама (8) жестко соединена с кольцевой рамой (4) водитель или механизм радиоуправляемого устройства (15) поворачивают поворотные кулаки (16) и (17) относительно вертикальной оси рамы.
В варианте, когда двигательные установки (19) зацеплены с колесами (18) водитель или радиоуправляемое устройство (15) поворачивают рулевым устройством (21) нижнее (12) и верхнее (13) фиксирующие колеса в нужном направлении, а система электрического управления (20) двигательными установками (19) устанавливает разницу в скорости вращения колес (18), чем достигают нужное направление, а воздействуя с пульта (10) или с радиоуправляемого устройства (15) синхронно на скорость вращения обоих колес (18), достигают нужную скорость движения шарохода.
Все колеса в шароходе целесообразно выполнить пневматическими.
Подобная схема шарохода позволяет также осуществлять его движение в гору. Торможение шарохода осуществляется притормаживанием колесного движителя (12), что позволяет осуществлять регулируемое движение вниз по наклонной плоскости. Для экстренного торможения может быть предусмотрено якорное устройство.
Вращение колесного движителя (12) возможно осуществить и за счет мускульной силы водителя, в этом случае двигательная установка (11) представляет собой велосипедную цепную передачу.
Следует отметить, что осуществление движения шарохода с заданной скоростью и направлением активным вращением колес, распределенных по экватору сферы, когда нижнее и верхнее фиксирующие колеса будут вращаться пассивно и будет необходимо синхронизировать их угловое расположение с направлением вращения сферы с помощью рулевого устройства или автоматического механизма, и необходимость передачи крутящего момента с двигательной установки на не менее чем два "экваторных" колеса, создают некоторые технические трудности
Сфера шарохода может быть выполнена как сетчатой, так и герметичной в зависимости от назначения. У сетчатой сферы для более эффективного зацепления колесного движителя с внутренней поверхностью сферы целесообразно выдержать условие чтобы площадь ячейки сетки была меньше площади контактного пятна колесного движителя. В качестве двигателя двигательной установки сетчатой сферы может быть использован любой ДВС (двигатель внутреннего сгорания). Для герметичной сферы целесообразно использование электрического двигателя с аккумуляторным накопителем энергии, при этом на внешней стороне сферы выполнены грунтозацепы, а внутренняя сторона выполнена шероховатой. Для создания комфортных условий для водителя в герметичной сфере могут быть выполнены отверстия, которые автоматически открываются, когда попадают в положение выше экватора сферы.
Доступ внутрь шара осуществляется через дверь, которая в закрытом состоянии является также несущим элементом корпуса.
Радиоуправляемый шар может найти применение в развлекательной отрасли, а также как игрушка для детей, на базе которой можно построить целую серию игр, например активный бильярд, прохождение лабиринтов, взятие высоты и т.п.
1. Шароход, содержащий полую жесткую сферу, внутри которой подвижно расположена кабина и двигательная установка с колесным движителем, отличающаяся тем, что оси трех или более колес на подшипниках, сочлененных с внутренней стороной сферы, симметрично распределенных по окружности экватора сферы, расположенные в плоскости экватора, соединены с кольцевой рамой, с внутренней стороны которой расположено рулевое кольцо, выше которого в раме выполнена кольцевая канавка предпочтительно полукруглого сечения, с которой сочленены три или более колеса на подшипниках, оси которых соединены с грузовой рамой, на которой установлена кабина, ниже которой установлена двигательная установка с колесным движителем, расположенным в нижней части грузовой рамы, сочлененным с нижним полюсом сферы, а в верхней части грузовой рамы в плоскости колесного движителя расположено фиксирующее колесо, сочлененное с верхним полюсом сферы.
2. Шароход по п.1, отличающийся тем, что кольцевая рама жестко соединена с грузовой, а колесный движитель и фиксирующее колесо расположены в поворотных кулаках, которые сочленены с грузовой рамой с возможностью углового перемещения относительно вертикальной оси рамы.
3. Шароход по п.2, отличающийся тем, что колесный движитель, выполненный пассивным, и фиксирующее колесо зацеплены с рулевым устройством, которое соединено с системой управления двигательными установками не менее чем двух колес, распределенных по экватору сферы и находящихся в разных плоскостях.
4. Шароход по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что сфера выполнена сетчатой, площадь ячейки сетки которой выполнена площадью, меньшей площади контактного пятна колесного движителя.
5. Шароход по п.1, отличающийся тем, что рулевое кольцо зацеплено с механизмом управления углом поворота радиоуправляемого устройства, установленного на грузовой раме, а механизм управления двигательной установкой соединен с механизмом управления скоростью радиоуправляемого устройства.
6. Шароход по п.2, отличающийся тем, что механизм управления углом поворота радиоуправляемого устройства, установленного на грузовой раме, зацеплен с поворотными кулаками колесного движителя и фиксирующего колеса, а механизм управления двигательной установкой соединен с механизмом управления скоростью радиоуправляемого устройства.
7. Шароход по п.3, отличающийся тем, что механизм управления углом поворота радиоуправляемого устройства, установленного на грузовой раме, соединен с электронной схемой управления двигательными установками и зацеплен с поворотными кулаками верхнего и нижнего фиксирующих колес.
