Бесконтактная шаровая колесная опора

Изобретение относится к устройствам для перемещения объектов (грузов) преимущественно по горизонтальной поверхности и может быть использовано в качестве подвижной опоры напольного высокоманевренного транспортного средства. Бесконтактная шаровая колесная опора содержит держатель (1), опорный шар (2) и опорный узел между держателем (1) и опорным шаром (2). Опорный узел выполнен на основе газостатического подвеса, для чего держатель (1) оснащен составным комбинированным вкладышем (3), состоящим из ячеек (4, 5) разных типов по способу подвода газа, при этом, например, ячейка (4) выполнена из пористого материала, а ячейка (5) снабжена соплами (7) для подачи газа, которые образуют сферическую поверхность (6) по форме опорного шара (2). Кроме этого, дополнительно в состав устройства введен накопитель (9), который подает сжатый газ по трубопроводам через клапан подачи газа и электроуправляемые регуляторы давления соответственно к ячейкам (4, 5). Технический результат: повышение эффективности, расширение функциональных возможностей и повышение нагрузочной способности устройства. 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для перемещения объектов (грузов) преимущественно по горизонтальной поверхности и может быть использовано в качестве подвижной опоры напольного высокоманевренного транспортного средства (ТС).

Известны технические решения одноколесных опорных устройств, обеспечивающих более высокие по сравнению с другими характеристики подвижности, которые в опорной части используют шарообразный элемент как безосное колесо, перекатывающееся по поверхности, например [1, 2].

Простейшим примером является высокоподвижная опора, которая содержит гладкий опорный шар, размещенный подвижно в обойме-основании. ТС, установленное на такую опору, может перемещаться в любом направлении, не имея в своем составе каких-либо поворотных устройств. При работе опоры опорный шар преимущественно перекатывается по опорной поверхности, а в контакте опорного шара и обоймы-основания возникает скольжение, что обусловливает существенное сопротивление ее движению, невысокие нагрузочную способность и долговечность [1].

Другое известное техническое решение - сферическое колесо - основано на применении трения качения в обеих областях контакта опорного шара как со стороны опорной поверхности, так и со стороны ТС. Колесо содержит корпус со сферической полостью, в которой расположены полый опорный и центральный шары, в зазоре между которыми и в отверстиях опорного шара находится слой малых шаров [2].

К недостаткам сферического колеса следует отнести то, что малые шары выступают относительно поверхности опорного шара и при работе устройства нарушают плавность при перекатывании, вследствие чего ухудшается динамика и возникают нежелательные соударения.

Также из уровня техники известно устройство «шар-колесо Калинкина» (RU 2505447, МПК B62D 57/028, B60B 19/14, опубл. 27.01.2014), являющееся шаровой колесной опорой, имеющей в своем составе держатель и опорный шар, контактный (роликовый) опорный узел между держателем и опорным шаром [3].

К недостаткам устройства следует отнести то, что контактное взаимодействие опорного шара с держателем создает дополнительное сопротивление движению, а также то, что известное устройство не обладает функцией торможения: для этого оно дополнительно должно быть оснащено тормозом.

Наиболее близким по техническому решению к заявленному изобретению является газостатический подшипник (RU 2191936, МПК7 F16C 32/06, F16C 17/04, опубл. 27.10.2002), в котором для снижения момента трения при работе создается газовая прослойка между сопряженными сферическими поверхностями, одна из которых выполнена на статоре, а другая - опорном шаре (роторе), обеспечивая их бесконтактное взаимодействие [4].

Известное опорное устройство обладает тем недостатком, что обеспечивает восприятие нагрузки, направленной преимущественно вдоль оси устройства и одного направления: кинематическая связь между опорным шаром (ротором) и статором носит неудерживающий характер. Кроме того, известное устройство не обладает способностью изменять величину (показатель) нагрузочной способности в процессе работы, что снижает его нагрузочную способность. Также устройство не способно работать автономно, поскольку для его питания требуется внешний источник газовой рабочей среды.

Основной технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является повышение эффективности, расширение функциональных возможностей, повышение нагрузочной способности устройства.

Для достижения указанной задачи в шаровой колесной опоре, имеющей в своем составе держатель и опорный шар, опорный узел между держателем и опорным шаром, при этом упомянутый опорный узел выполнен на основе газостатического подвеса, для чего держатель оснащен составным комбинированным вкладышем, состоящим из ячеек разных типов по способу подвода газа, например, выполненных из пористых материалов, снабженных соплами для подачи газа, которые образуют сферическую поверхность по форме опорного шара. Кроме этого, дополнительно в состав устройства введены накопитель сжатого газа, электроуправляемые регуляторы давления и клапан подачи газа.

Благодаря наличию перечисленных конструктивных признаков предлагаемая бесконтактная шаровая колесная опора способна работать в режиме движения с пониженным трением, создавать эффект торможения при отсутствии подачи газа между сопряженными сферическими поверхностями, воспринимать нагрузку как от силы веса транспортного средства, так и нагрузку бокового и любого другого направления, возникающую при движении ТС. Также составной вкладыш позволяет создавать повышенную подъемную силу в несущей газовой прослойке в определенном направлении, например, в направлении действия силы веса ТС, в то время как в других направлениях давление и расход газа могут быть уменьшены.

Накопитель сжатого газа в составе предлагаемого устройства дает возможность питать газостатический опорный узел, подавая газовую рабочую среду в несущую газовую прослойку между сопряженными сферическими поверхностями независимо от внешних источников.

Введение в состав предлагаемой шаровой колесной опоры электроуправляемых регуляторов давления и клапана подачи газа позволяет регулировать давление подаваемой газовой рабочей среды в заданных ячейках составного сферического вкладыша, устанавливая повышенную или пониженную несущую способность газового слоя в соответствующих направлениях или в целом устройства, наделяет способностью изменять величину (показатель) нагрузочной способности в процессе работы, а также обеспечивает питание и подвижность колесной опоры при подаче газа и создание тормозного усилия при отключении подачи газа.

Предлагаемая бесконтактная шаровая колесная опора иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показана проекция бесконтактной шаровой колесной опоры, соответствующая чертежному виду спереди, а на фиг. 2 - бесконтактная шаровая колесная опора в разрезе.

Бесконтактная шаровая колесная опора содержит держатель 1, опорный шар 2. На держателе 1 размещен составной вкладыш 3 (фиг. 2), ячейки 4 и 5 которого образуют сферическую поверхность 6 по форме опорного шара 2, причем ячейка 4, например, выполнена из пористого материала, а ячейки 5 снабжены соплами 7 для подачи газа. Ячейки 5 удерживаются на держателе 1 юбкой 8. Накопитель (аккумулятор) 9 является источником сжатого газа, который по трубопроводам 10 (фиг. 2) подается через электроуправляемый клапан 11 и электроуправляемые регуляторы давления 12 и 13 соответственно к ячейкам 4 и 5 вкладыша 3. При работе бесконтактной шаровой колесной опоры опорный шар 2 контактирует с поверхностью 14.

Работа бесконтактной шаровой колесной опоры происходит следующим образом.

При отсутствии движения в режиме торможения (при отключении подачи газа для поддержания несущей газовой прослойки) внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта передается на держатель 1, далее через непосредственный механический контакт - на опорный шар 2 и воспринимается поверхностью 14.

Подвижность бесконтактной шаровой колесной опоры обеспечивается при подаче сжатого газа, например воздуха, из накопителя 9 путем включения (перевода в положение «открыто») электроуправляемого клапана 11 по трубопроводам 10 через электроуправляемый регулятор давления 12 к ячейке 4 вкладыша 3 и далее через пористый материал ячейки 4 к сферической поверхности 6, а также через электроуправляемый регулятор давления 13 к ячейкам 5 вкладыша 3 через сопла 7 к сферической поверхности 6. Вследствие наддува газа между вкладышем 3 и опорным шаром 2 образуется несущая газовая прослойка, обеспечивающая их бесконтактное взаимодействие и возможность относительного перемещения сопряженных поверхностей с пониженным трением.

Регуляторы давления 12 и 13 поддерживают задаваемое давление газовой рабочей среды, подаваемой к ячейкам 4 и 5 вкладыша 3, обеспечивая несущую способность газового слоя в соответствующих направлениях или в целом устройства. При этом управляющие воздействия на электроуправляемые регуляторы давления и электроуправляемый клапан подачи газа могут быть сформированы, например, устройством управления ТС, содержащем в своем составе бесконтактную шаровую колесную опору.

При движении бесконтактной шаровой колесной опоры и опирающегося на нее транспортного средства (на чертежах условно не показано) на держателе 1 создается нагрузка, действующая в плоскости, параллельной поверхности 14, и вынуждающая катиться опорный шар 2 по поверхности 14. При этом внешняя нагрузка, например, от силы веса транспортируемого объекта передается на держатель 1, через несущую газовую прослойку - на опорный шар 2 и воспринимается поверхностью 14.

Таким образом, в предлагаемой бесконтактной шаровой колесной опоре за счет выполнения опорного узла между держателем и опорным шаром на основе газостатического подвеса, реализуемого с помощью составного комбинированного вкладыша, состоящего из ячеек с разных типов по способу подвода газа, взаимодействие опорного шара и держателя происходит при пониженном трении, в связи с чем сопротивление движению ТС уменьшается до 50% и, одновременно, создается повышенная подъемная сила в несущей газовой прослойке в заданном направлении, например в направлении действия силы веса ТС при уменьшении давления и расхода газа в других направлениях, благодаря чему обеспечивается повышение эффективности работы устройства.

Кроме того, с помощью имеющихся в составе предлагаемой бесконтактной шаровой колесной опоры накопителя сжатого газа и электроуправляемого клапана подачи газа несущая способность газовой прослойки поддерживается из источника, расположенного внутри устройства, а при необходимости она снижается до нуля при отключении подачи газа, что обеспечивает реализацию функций автономности питания, торможения и соответственно расширяет функциональные возможности шаровой колесной опоры.

Также предлагаемая бесконтактная шаровая колесная опора за счет выполнения охватывающей опорный шар сферической поверхности составной из ячеек разных типов и использования электроуправляемых регуляторов давления воспринимает как нагрузку от силы веса ТС, так и нагрузку бокового и любого другого направления, возникающую при движении ТС, а также обладает способностью изменять величину (показатель) нагрузочной способности в процессе работы и тем самым обеспечивает повышение нагрузочной способности устройства.

Список использованных источников

1. Set of 6 TruePower 5/8" Roller Ball Transfer Bearings: [Электронный ресурс] // Портал «Amazon». Режим доступа: http://www.amazon.com/TruePower-Roller-Ball-Transfer-Bearings/dp/B009KAQVWC.

2. В. Колесник, Г. Иваненко. Сферическое колесо // Техника - молодежи. 2002. №9. С. 10.

3. Патент 2505447 РФ. МПК B62D 57/028, B60B 19/14. Шар-колесо Калинкина / А.А. Калинкин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО "Ижевский государственный технический университет им. М.Т. Калашникова", А.А. Калинкин №2012111897/11; заявл. 27.03.2012; опубл. 27.01.2014.

4. Патент 2191936 РФ. МПК7 F16C 32/06, F16C 17/04. Сферический газостатический подшипник / Г.Г. Чернов, А.В. Яковлев; заявитель и правообладатель Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" №2000115939/28; заявл. 16.06.2000; опубл. 27.10.2002.

Бесконтактная шаровая колесная опора, содержащая держатель и опорный шар, опорный узел между держателем и опорным шаром, при этом упомянутый опорный узел выполнен на основе газостатического подвеса, отличающаяся тем, что держатель оснащен составным комбинированным вкладышем, состоящим из ячеек разных типов по способу подвода газа, снабженных соплами для подачи газа, которые образуют сферическую поверхность по форме опорного шара; кроме этого, дополнительно в состав устройства введены накопитель сжатого газа, электроуправляемые регуляторы давления и клапан подачи газа.



 

Похожие патенты:

Устройство (100) содержит гидравлический цилиндр (10), устанавливаемый на нижней части тяжелого объекта таким образом, чтобы измерять вес и горизонтально транспортировать крупногабаритную структуру (300).

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными нагрузками, в системах кондиционирования воздуха кабин летательных аппаратов, а также систем турбонаддува в современном автомобилестроении.

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в высокоскоростных механизмах. Опорный подшипниковый узел включает вал (2), подшипник, в зазоре между которыми размещены лепестки, выполненные с возможностью газодинамического формирования газовой смазки, снабженный средством подвода сжатого газа в зазор (3) между валом (2) и рабочей поверхностью подшипника.

Изобретение относится к упорным подшипникам, в частности к способам и системам равномерного распределения осевых нагрузок по несущей поверхности упорных подшипников.

Изобретение относится к турбомашиностроению и может быть использовано в качестве опор высокоскоростных роторов машин и агрегатов, нагруженных радиальными нагрузками, в системах кондиционирования воздуха кабин летательных аппаратов, а также систем турбонаддува в современном автомобилестроении.

Изобретение принадлежит к области машиностроения и может быть использовано в устройствах, содержащих ротор, который вращается, и хотя бы один упорный подшипник скольжения, который может быть как нереверсивным, так и реверсивным.

Изобретение принадлежит к области машиностроения и может быть использовано в устройствах, которые содержат вал, который вращается, и хотя бы один опорный подшипник скольжения, который может быть как нереверсивным, так и реверсивным.
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно может применяться в высокоточных машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающих в условиях газовой смазки.

Изобретение относится к системе для использования в гидростатическом подшипнике (10) прокатного стана для удаления ламинарного потока масла, выходящего тангенциально из зазора между вращающейся опорной втулкой (12) и фиксированным вкладышем (18), окружающим втулку (12).

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок. Упорный подшипниковый узел состоит из подпятника и пяты (7).

Изобретение относится к области транспортной техники и может быть использовано в автомобильном, железнодорожном транспорте, а также в транспортных средствах повышенной проходимости и маневренности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве привода автомобиля, тягача, робота и т.д. Сферомобиль состоит из несущей рамы, и не менее двух или более колес, состоящих из двух последовательно соединенных сферических сегментов - один из которых усеченный, а другой - малый - установлен на его усеченную часть соосно с ним, с возможностью свободного вращения вокруг их общей оси.

Изобретение относится к колесным транспортным средствам и предназначено для использования в условиях ограниченной свободы маневра и на дорогах без твердого покрытия.

Изобретение относится к транспортным средствам с движителями, взаимодействующими с поверхностью дороги. Шароколесный движитель содержит держатель и опорный шар, роликовые опоры, выполненные в виде попарно установленных и кинематически соединенных между собой шпинделей с роликами.

Шаропоезд // 2567976
Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для транспортировки насыпных и/или наливных материалов. Шаропоезд содержит систему трех полых шарообразных колес-контейнеров, смонтированных параллельными осями вращения на охватывающей колеса-контейнеры раме.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве привода автомобиля, тягача, робота. Сферомобиль состоит из несущей рамы, двигателя трансмиссии и колес, установленных на взаимно перпендикулярные оси или валы, приводящие последние во вращение.

Изобретение относится к устройствам для перемещения объектов (грузов) преимущественно по горизонтальной поверхности и может быть использовано в качестве подвижной опоры напольного высокоманевренного транспортного средства.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к транспортному машиностроению. .

Шароход // 2297356
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве внедорожного транспортного средства, а также в сфере развлечения и игрушек для детей. .

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в автомобилях , погрузчиках, судовозных тележках , самоходных кранах и т д и позволяет обеспечивать перемещение его в любом задакном направлении, Цель изобретения - улучшение условий движения транспортного средства по неровной поверхности.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено во всех отраслях промышленности в качестве главного элемента как осевых, так и радиальных опор скольжения, работающих с принудительной подачей смазки. Смазка может использоваться либо консистентная, либо жидкостная, либо газовая. В последнем случае предлагаемая конструкция может быть применена в опорах машин, предназначенных для работы в экстремальных условиях: в агрессивных средах, при высоких или низких давлениях и температурах. Сегмент опоры скольжения состоит из двух частей: подвижной, воспринимающей нагрузку со стороны ротора, и неподвижной, соединенной с корпусом машины. В неподвижной части имеется канал для подвода смазки от источника, а в подвижной части сегмента выполнены каналы для подвода смазки в рабочий зазор опоры, т.е. в зазор между рабочей поверхностью сегмента и цапфой вала или пятой ротора. Сегмент также содержит упругий опорный элемент, выполненный в виде гибкой мембраны кольцевой формы. Внутренняя кромка мембраны скреплена с тыльной поверхностью подвижной части сегмента, при этом в крепежном элементе имеется канал для подвода смазки в подвижную часть из полости, имеющейся в неподвижной части. Наружная кромка мембраны соединена с неподвижной частью сегмента, при этом мембрана образует с полостью проточную камеру. В центре днища неподвижной части имеется отверстие с резьбой, предназначенное для обеспечения доступа к крепежному элементу при сборке и разборке конструкции сегмента. В рабочем состоянии конструкции отверстие наглухо закрыто ввинчивающейся заглушкой. Технический результат: обеспечение самоустановки подвижной части сегмента, исключение утечки смазки из внутренней полости в окружающую среду, улучшение виброизолирующих свойств опоры с предлагаемыми сегментами. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Наверх