Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств



Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств
Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств
Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств
Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств

 


Владельцы патента RU 2465153:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)

Изобретение относится к области транспортных средств, приводимых в движение наземными колесными движителями, и может быть использовано при создании снегоболотоходной техники. Способ заключается в том, что образование кинетической составляющей полной механической энергии ведут при использовании опорно-приводного устройства движителя. Опорно-приводное устройство движителя содержит корпус «плавающего» типа с встроенным в него электродвигателем. Опорно-приводное устройство взаимодействует с ободом движителя с обеспечением двухступенчатой квазиупругой системы силового потока к ободу движителя. Квазиупругая система силового потока представляет собой два последовательно соединенных демпфера, один из которых электромагнитный, а второй гравитационный. Технический результат заключается в повышении тягово-сцепных свойств и опорно-временных характеристик работы движителя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к процессам формирования плоского поступательного движения наземных транспортных средств с колесными движителями перекатывающегося типа, и может быть использовано при создании снегоболотоходной техники или амфибий.

Из уровня техники известен способ преобразования вращательного движения вала двигателя в поступательное движение транспортного средства, осуществляемое посредством инерционного движителя, имеющего вращающийся ротор со смещенным центром вращения, который воздействует на подвижные в радиальном направлении инерционные массы и создает с помощью кольца-основания движущую силу (RU №2149117, 2000 г.). Основной недостаток такого способа заключается в сниженном функциональном уровне, поскольку он предусматривает, что в реализующем его движителе для получения движущей силы необходимо смещение подвижных в радиальном направлении вращающихся инерционных масс, и ее величина находится в зависимости от размера этих масс - это делает нецелесообразным его использование при необходимости получения значительных по величине движущих сил, например, при движении тяжелых транспортных средств. Кроме того, движитель содержит ряд промежуточных конструктивных элементов, включая "плавающее" устройство для смещения центра масс ротора, что предопределяет значительные непроизводительные затраты энергии, соответственно снижает КПД транспортного средства.

Более эффективен способ получения плоского поступательного движения транспортного средства посредством колесного движителя с "кантующимся" центром вращения (RU №2268165, 2006 г.), при котором крутящий момент от силовой установки подводят к сателлиту планетарного редуктора, размещенного на ведущем «плавающем» валу, который воспринимает вертикальную нагрузку транспортного средства и совершает сложное движение относительно оси вращения колеса с ободом правильной формы окружности, и "разводят" проекции оси вращения колеса и точки приложения веса транспортного средства P на горизонтальную ось на расстояние L. При этим обеспечивают изменение положения проекции точки P на вертикальную ось, что создает "кантующий" колесо крутящий момент, и получают эффект эксцентрикового колеса с плоским движением его оси.

Применение планетарного редуктора, который усложняет и удорожает способ привода колеса с одновременным снижением КПД колесного движителя, следует отнести к недостаткам данного аналога. К тому же реализующая способ конструкция движителя ведет к увеличению его веса и металлоемкости.

Наиболее близким аналогом (прототипом) изобретения является способ получения плоского поступательного движения движителя перекатывающегося типа преимущественно для наземных транспортных средств путем тактового формирования на движителе накопленной полной механической энергии с использованием потенциальной энергии внешнего силового (гравитационного) поля и создаваемой ее кинетической составляющей, при котором изначально подаваемый от используемого электродвигателя на входной элемент движителя исходный силовой поток путем заданного по величине и направлению смещения мгновенного центра давления относительно устойчивого положения равновесия трансформируют в работу сил трения, создающих момент силы, формирующий опорную поверхность перемещения (RU №2245259, 2003 г.).

В прототипе формирование силового потока ведут при использовании движителя, имеющего опорно-приводное устройство, связанное валом-шестерней с выходным валом мотор-редуктора. Для получения плоского поступательного движения обода колеса крутящий момент от мотор-редуктора через вал-шестерню передают на опорные ролики и за счет перекатывания последних по внутренней поверхности обода колеса смещают мгновенный центр давления вперед вверх (назад вверх), создавая опрокидывающий момент (момент силы), формирующий опорную поверхность и вызывающий плоское движение колеса.

Недостаток прототипа состоит в том, что передачу силового потока и его трансформацию в работу сил трения ведут по одноступенчатой упругой схеме с множеством промежуточных звеньев, не позволяющей демпфировать колебания, возникающие при формировании опорной поверхности, что приводит к ухудшению плавности хода и снижению общего КПД транспортного средства, и, следовательно, к сниженной эффективности такого способа.

Задачей изобретения является создание способа получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств, эффективного в различных условиях движения, на разных поверхностях движения, в т.ч. и с низким коэффициентом сцепления.

Технический результат, получаемый от использования предлагаемого способа, состоит в повышении тягово-сцепных свойств и опорно-временных характеристик движения, повышении общего КПД и плавности хода транспортного средства.

Для достижения технического результата в способе получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств путем тактового формирования на движителе накопленной полной механической энергии с использованием потенциальной энергии внешнего силового (гравитационного) поля и создаваемой ее кинетической составляющей, при котором изначально подаваемый от используемого электродвигателя на входной элемент движителя исходный силовой поток путем заданного по величине и направлению смещения мгновенного центра давления относительно устойчивого положения равновесия трансформируют в работу сил трения, создающих момент силы, формирующий опорную поверхность, согласно изобретению формирование силового потока ведут при использовании опорно-приводного устройства движителя, имеющего корпус «плавающего» типа с встроенным в него упомянутым электродвигателем, взаимодействующего с ободом движителя с обеспечением двухступенчатой квазиупругой системы подведения силового потока к ободу движителя, которая представляет собой два последовательно соединенных демпфера: электромагнитный с коэффициентом демпфирования

где M - вращающий момент, ω - угловая скорость,

и гравитационный, действующий по принципу гравитационного маятника с упругим моментом, пропорциональным моменту силы

My=mgl·sinφ

где l=rk - радиус колеса, m - масса, сосредоточенная в точке М,

g - ускорение свободного падения,

исходный силовой поток в виде вращающего момента, создаваемого взаимодействием электромагнитных полей статора и ротора электродвигателя, подают непосредственно на корпус опорно-приводного устройства и трансформируют его в работу сил трения в зоне контакта между ободом и корпусом, соответствующую условию движения транспортного средства, при этом работа сил трения А по перемещению точки М из положения М0 в положение М равна

где

U - силовая функция, зависящая от положения точки М в потенциальном поле, для которого она существует в виде U(X, Z), и зависящая от координат X, Z рассматриваемой точки М стационарного поля,

причем мгновенный центр давления смещают по внутренней поверхности обода колеса по траектории гипоциклоиды, например астроиде, определяемой уравнением

где R - направляющая поверхности для корпуса опорно-приводного устройства, r - радиус производящей окружности, d=СМ - расстояние от центра производящей окружности С до точки М,

получая момент силы с требуемыми по текущим условиям движения транспортного средства взаимосвязанными входными и выходными параметрами.

Частный отличительный признак заключается в том, что определяющими входные и выходные параметры формирования опорной поверхности являются фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики, устанавливаемые с помощью передаточной функции формирования опорной поверхности,

где p - оператор преобразования Лапласа;

Мвр - вращающий момент электродвигателя;

ω - угловая скорость обода колеса.

Формирование опорной поверхности предлагаемым способом представляет собой трансформацию нестационарной связи в стационарную, при которой происходит деформация поверхности движения с возникновением упругого момента, пропорционального моменту силы.

Совокупностью отличительных признаков:

- использованием движителя с «плавающим» опорно-приводным устройством, в корпусе которого установлен электродвигатель;

- подачей исходного силового потока непосредственно на корпус опорно-приводного устройства и далее к ободу колеса по двухступенчатой квазиупругой системе, представляющей собой два последовательно соединенных демпфера: электромагнитный и гравитационный;

- дальнейшей трансформацией его в работу сил трения в зоне контакта между ободом и корпусом опорно-приводного устройства без промежуточных звеньев,

обеспечивают формирование на движителе накопленной полной механической энергии с использованием потенциальной энергии внешнего силового (гравитационного) поля, соответственно, момента силы, формирующего опорную поверхность перемещения, с минимальными затратами энергии, следовательно, с высоким КПД, а также улучшение тягово-сцепных свойств и опорно-временных характеристик работы движителя, что способствует работе силовой установки транспортного средства, например дизель-генератора, в установившемся режиме с низкими пиковыми нагрузками при изменяющихся условиях его движения и, соответственно, приводит к достижению высокой плавности хода транспортного средства и его топливной экономичности.

Достижению тех же эффектов способствует принятое в предлагаемом способе смещение мгновенного центра давления (точка М) по траектории гипоциклоиды, например астроиде, относительно устойчивого положения равновесия (полюс Р) с получением момента силы с требуемыми по текущим условиям движения ТС взаимосвязанными входными и выходными параметрами.

Для пояснения сущности предлагаемого способа на фиг.1 представлена схема осуществления такта; на фиг.2 - схема образования траектории перемещения мгновенного центра давления (точки М) (поз.4 - гипоциклоида); на фиг.3 - иллюстрация испытаний макета транспортного средства для оценки характеристик предлагаемого способа получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа (фрагмент).

Предлагаемый способ реализуется при использовании движителя, имеющего опорно-приводное устройство 2 с корпусом «плавающего» типа и встроенным в корпус электродвигателем, в котором опорно-приводное устройство взаимодействует с ободом 1 с обеспечением двухступенчатой квазиупругой системы подведения силового потока, которая представляет собой два последовательно соединенных демпфера: электромагнитный с коэффициентом демпфирования Kд и гравитационный.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что плоское поступательное движение транспортного средства (ТС) с колесным движителем перекатывающегося типа осуществляется путем тактового накопления на ободе 1 движителя полной механической энергии с использованием потенциальной энергии внешнего силового (гравитационного) поля и создаваемой ее кинетической составляющей, при котором изначально подаваемый от используемого электродвигателя на входной элемент движителя исходный силовой поток путем заданного по величине и направлению смещения мгновенного центра давления (точка М) относительно устойчивого положения равновесия по горизонтали и вертикали по траектории гипоциклоиды, например астроиде, трансформирует работу сил трения в момент силы, формирующий опорную поверхность перемещения.

Формирование опорной поверхности осуществляется с помощью обода 1, который под действием вертикальной нагрузки продавливает колею на величину Hк с формированием опорных элементов 3, определяющих тактовый характер накопления полной механической энергии на ободе 1 движителя, при этом возникает упругий момент, пропорциональный моменту силы My=mgl·sinφ, создающий демпфирующий эффект, что приводит к улучшению плавности хода ТС (первая квазиупругая ступень).

Смещение мгновенного центра давления, воспринимающего вертикальную нагрузку транспортного средства, приводит к изменению скольжения между якорем и статором электродвигателя, что создает демпфирующий момент Mд, равный который сглаживает пиковые нагрузки, возникающие при формировании опорной поверхности (вторая квазиупругая ступень). В формуле демпфирующего момента Т - постоянная времени, с; Kд - коэффициент демпфирования, равный

В уравнении упругого момента: l=rk - радиус колеса, m - масса, сосредоточенная в точке М, g - ускорение силы тяжести, угол φ пропорционален смещению S мгновенного центра давления (точки М) по траектории деформации относительно полюса Р.

Совместное действие вышеупомянутых демпфирующих свойств определяет оптимальную характеристику работы силовой установки, к примеру дизель-генератора транспортного средства, от которого получает питание электродвигатель движителя, и определяется работой сил трения в зоне контакта между ободом и корпусом ОПУ, а также изменяющимися условиями движения ТС.

В этом случае работа сил трения А по перемещению точки М из положения M0 в положение M равна

где U - силовая функция, зависящая от положения точки M в потенциальном поле, для которого она существует в виде U(X, Z), и зависящая от координат X, Z рассматриваемой точки M стационарного поля, определяет мощность силовой установки, затрачиваемую на формирование опорной поверхности, и устойчивую характеристику ее работы.

Для конкретного примера осуществления способа получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа был изготовлен макет и проведены его полевые испытания (фиг.3). Сравнение показателей по удельной мощности при однотипных условиях полевых испытаний известного натурного образца (Брянского автозавода транспортного средства с электромеханическим приводом колес с подведением силового потока по упругой схеме для транспортного средства - модели М - 6910Э) и предлагаемого макетного образца транспортного средства с индивидуальным электромеханическим приводом колес перекатывающегося типа с подведением силового потока по двухступенчатой квазиупругой схеме (разработан авторами для апробации предлагаемого способа) показало, что показатель по удельной мощности известного макетного образца с мощностью силовой установки по генератору, равной 315 кВт при массе 22 тонны, имеет удельную мощность, равную 14,32 кВт/Т, в то время как разработанный согласно предлагаемому способу макет имеет показатель по удельной мощности, равный 8,3 кВт/Т. Это позволяет сделать вывод об очевидности преимущества предлагаемого способа получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа.

1. Способ получения плоского поступательного движения колесного движителя перекатывающегося типа наземных транспортных средств путем тактового формирования на движителе накопленной полной механической энергии с использованием потенциальной энергии внешнего силового гравитационного поля и образованием ее кинетической составляющей, при котором изначально подаваемый на входной элемент движителя от используемого электродвигателя исходный силовой поток путем заданного по величине и направлению смещения мгновенного центра давления относительно устойчивого положения равновесия трансформируют в работу сил трения, создающих момент силы на ободе движителя, формирующего опорную поверхность, отличающийся тем, что образование кинетической составляющей полной механической энергии ведут при использовании опорно-приводного устройства движителя, имеющего корпус «плавающего» типа с встроенным в него упомянутым электродвигателем, взаимодействующего с ободом движителя с обеспечением двухступенчатой квазиупругой системы силового потока к ободу движителя, которая представляет собой два последовательно соединенных демпфера:
электромагнитный с коэффициентом демпфирования
где M - вращающий момент; ω - угловая скорость,
и гравитационный, действующий по принципу гравитационного маятника с упругим моментом, пропорциональным моменту силы
My=mgl·sinφ,
где l=rk - радиус качения; m - масса; сосредоточенная в точке M; g - ускорение свободного падения,
исходный силовой поток в виде вращающего момента, создаваемого взаимодействием электромагнитных полей статора и ротора электродвигателя, подают непосредственно на корпус опорно-приводного устройства и трансформируют его в работу сил трения в зоне контакта между ободом и корпусом, соответствующую условию движения транспортного средства, при этом работа сил трения А по перемещению точки М из положения М0 в положение М равна

где U - силовая функция, зависящая от положения точки М в потенциальном поле, для которого она существует в виде U(X, Z) и, зависящая от координат X, Z рассматриваемой точки М стационарного поля, причем мгновенный центр давления смещают по траектории гипоциклоиды, например астроиде, определяемой уравнением


где R - радиус направляющей поверхности для корпуса опорно-приводного устройства; r - радиус производящей окружности; d=СМ - расстояние от центра производящей окружности С до точки М, получая момент силы с требуемыми по текущим условиям движения транспортного средства взаимосвязанными входными и выходными параметрами.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в нем определяющими входные и выходные параметры формирования опорной поверхности являются фазочастотная и амплитудно-частотная характеристики, устанавливаемые с помощью передаточной функции формирования опорной поверхности перемещения

где p - оператор преобразования Лапласа;
Мвр - вращающий момент электродвигателя;
ω3 - угловая скорость обода колеса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции ведущих мостов транспортных средств с электромеханическим или гидромеханическим приводом. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к приводу ведущего колеса. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к колесным редукторам ведущих мостов транспортных средств. .

Трактор // 2389615
Изобретение относится к автомобилестроению и тракторостроению. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на транспортных средствах повышенной проходимости. .

Изобретение относится к мосту в портальной компоновке, особенно к ведомому мосту транспортных средств с низким полом, имеющему картер моста с главным приводом, портальные приводы, прикрепленные к обеим сторонам картера моста, узлы концевых приводов колес, прикрепленные к кожухам портальных приводов и несущие обода колес транспортного средства, и средства торможения колес, соединенные с узлами концевых приводов колес.

Изобретение относится к транспортному машиностроению. .

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к автомобилям. .

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в трансмиссиях транспортных средств. .

Изобретение относится к транспортному и сельскохозяйственному машиностроению. .

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, конкретнее к колесным движителям, предназначенным для транспортных средств с повышенной грузоподъемностью

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к стабилизации крутящего момента на ведущих колесах транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к колесам, преимущественно бесступичным, используемым в средствах передвижения, включая одноколесные, и инвалидных креслах-колясках. Колесо транспортного средства содержит обод с шиной, снабженное элементами захвата и удержания колеса, выполненными в виде роликов, контактирующих с боковинами колеса. Две ребордные части обода колеса выполнены в виде червячного колеса, каждая ребордная часть которого представляет выходную часть полного венца червячного колеса в его воображаемом зацеплении с цилиндрическими роликами-червяками неортогональной червячной передачи с последовательно перекрещивающимися тремя необязательно сплошными осями, червяки на концах которых совмещают в себе функции удерживающего и ведущего роликовоза. Технический результат - расширение функциональных возможностей бесступичных колес. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Отключаемый колесный узел транспортного средства содержит установленную в корпусе неподвижную ось, в отверстии которой установлена на подшипнике в расточке крышки ведущая полуось со шлицевым концом, соединенной со ступицей колеса, выполненной с внутренними зубьями и размещенной на оси посредством подшипников, зубчатую муфту с наружными зубьями, установленную на шлицевом конце ведущей полуоси с возможностью взаимодействия с внутренними зубъями ступицы колеса. Зубчатая муфта соединена с поршнем механизма управления, установленным в отверстии неподвижной оси, включающим в себя поршень и предварительно сжатую пружину. Каналы для подвода рабочей среды соединены с механизмом управления. Предварительно сжатая пружина одним концом упирается в торец зубчатой муфты, а другим - в стакан, закрепленный на ведущей полуоси и не имеющий контакта с крышкой. Поршень механизма управления расположен в расточке неподвижной оси. Достигается повышение надежности устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приводу колес транспортного средства. В трансмиссии полноприводной колесной машины в приводе одного из ведущих мостов установлена гидродинамическая муфта. Содержащийся в ней межмостовой дифференциал выполнен самоблокирующимся, составленным из простого шестеренчатого дифференциала и механизма полной автоматической блокировки. Содержащаяся в трансмиссии гидродинамическая муфта на затяжных спусках может использоваться в качестве гидротормоза. Достигается упрощение конструкции. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Колесо // 2576849
Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к колесным шасси кресел-колясок. В колесе, содержащем обод, выполненный с внутренними зубьями, находящимися в сборке в зацеплении со звездочкой, установленной на валу привода, обод выполнен в форме цилиндрического или конического барабана, а внутренние зубья представляют собой систему сквозных отверстий, отверстий с отбортовкой и/или отформованных во внешнюю сторону углублений на периферийной части обода-барабана. При этом обод-барабан может иметь одностороннюю или двухстороннюю реборды, в том числе под сменные протекторы колеса. Технический результат - упрощение технологии изготовления и расширение сферы использования колесных шасси. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к конструкции приводов ведущих колес одноосных транспортных средств. В колесный узел, содержащий ось ведущего колеса, ступицу с подшипниками, обод, выполненный с внутренними зубьями, находящимися в зацеплении со звездочкой, установленной на ведущем валу, кинематически связанным водилом с осью ведущего колеса, с установленным на ведущем валу рычагом, через ось, выполненную полой, ведущего колеса проходит оконечность П-образного портала, связывающего два бортовых ведущих колеса. Поперек оконечности в плоскости рычага крепится средней своей частью двуплечая рессора, на концах которой смонтированы в амортизаторах оси опорных колес. Технический результат - расширение функциональных возможностей колесного узла с применением в конструкциях приводов ведущих колес одноосных транспортных средств. 2 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к конструкции приводов ведущих колес одноосных транспортных средств, включая кресла-коляски. В колесном узле, содержащем ось ведущего колеса, ступицу, обод, выполненный с внутренним зацеплением под колесо, установленное на ведущем валу, кинематически связанным водилом с осью ведущего колеса, обод колеса, на котором смонтирована с двух сторон система шкивов, выполнен ⊥-образным и связан со ступицей, имеющей систему двухсторонних шкивов, системой бесконечных ремней. Ось ведущего колеса с соосными шкивами связана по меньшей мере двумя бесконечными ремнями с соосными шкивами на ободе колеса. При этом ось ведущего колеса может быть смонтирована в полой оконечности портала, связывающего два бортовых ведущих колеса. Технический результат - расширение функциональных возможностей колесного узла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к конструкции приводов ведущих колес одноосных транспортных средств, включая кресла-коляски. Колесный узел содержит ось ведущего колеса, ступицу, обод, выполненный с внутренним зацеплением под колесо, установленное на ведущем валу, кинематически связанном водилом с осью ведущего колеса. Индивидуальный бортовой привод ведущего вала установлен шарнирно на водиле маятникового исполнения, имеющего торсионную связь с корпусом транспортного средства. При этом периферийная часть колеса в зацеплении и ведущее колесо могут иметь пневматическое исполнение или иметь накатку под зацепление. Технический результат - расширение функциональных возможностей колесного узла. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх