Продвижение в сыпучей среде

Изобретение относится к способам продвижения объекта через сыпучую среду и самому объекту. Объект, погруженный в сыпучую среду, оснащен одной или несколькими вращающимися частями для продвижения через сыпучую среду в направлении, перпендикулярном оси вращения, или в направлении, наклоненном относительно оси вращения. Достигается уменьшение нагрузки на рабочий орган при продвижении как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. 3 н. и 30 з.п. ф-лы, 29 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способам продвижения объектов через сыпучую среду, продвигающему приспособлению для продвижения объектов через сыпучую среду и транспортным средствам для обеспечения движения через сыпучую среду.

Предпосылки изобретения

Было создано немного устройств, которые способны обеспечивать движение через сыпучую среду, такую как песок или зерно злаков. Это частично обусловлено практическими трудностями при наблюдении за тем, что происходит ниже поверхности сыпучей среды, что необходимо для конструирования и тестирования таких устройств, а также тем, что необходимы большие нагрузки для преодоления плотных зерновых утрамбовок, и общего отсутствия знаний того, как зерна протекают в сложных системах. Тем не менее, устройства для обеспечения движения через сыпучую среду могут найти много практических применений, в том числе в: определении и подъеме подземных или находящихся под морским дном объектов; обнаружении подземных химических утечек; извлечении транспортных средств (таких как машины), застрявших в песке; научном исследовании подземных сред, в частности, в исследовании планеты; а также отслеживании и смешивании зерен злаков и порошкообразных продуктов в силосных башнях.

Немногие существующие в настоящее время устройства, как правило, достигают продвижения через сыпучую среду посредством поступательного перемещения зерен при приложении направленной по нормали силы (например, с помощью махового движения лопастей) или посредством подъемной силы, создаваемой при протягивании объекта в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Такие устройства требуют приложения значительных сил для достижения продвижения, что приводит к приложению больших нагрузок на рабочие органы устройства и фактически ограничивает работу до мелких или наполовину погруженных состояний, поскольку силы, необходимые для поступательного перемещения зерен, как правило, возрастают с глубиной в сыпучей среде. Эти устройства в целом являются очень неэффективными и по существу вертикального движения таких устройств также тяжело достичь.

Соответственно, существует потребность в устройствах для обеспечения движения через сыпучую среду, которая приводит в результате к меньшим нагрузкам на рабочий орган устройства, которые являются более эффективными, которые способны работать на больших глубинах и/или которые могут обеспечивать достижение по существу вертикального движения устройства.

Сущность изобретения

Один аспект настоящего изобретения предлагает способ продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал. Объект, как правило, оснащен одной или несколькими вращающимися частями. Способ, как правило, включает обеспечение объекта, погруженного в сыпучую среду (т.е. погруженного в сыпучий материал) и вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) оси вращения. Вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, как правило, приводит к перемещению сыпучего материала, смежного с одной или несколькими вращающимися частями, и (т.е. следовательно) продвижению объекта через сыпучую среду.

Дополнительный аспект настоящего изобретения предлагает продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок), как правило, выполнено с возможностью соединения или соединен с объектом. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок), как правило, содержит одну или несколько вращающихся частей. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, могут вращаться вокруг некоторой (т.е. соответствующей) оси вращения. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, выполнены так (например, имеют форму и расположение), что вращение по меньшей мере одной из (например, как правило, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, когда продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) соединено с объектом, а объект и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) погружены в сыпучую среду (т.е. погружены в сыпучий материал), как правило, приводит к перемещению сыпучего материала, смежного с одной или несколькими вращающимися частями, и (т.е., следовательно) продвижению объекта через сыпучую среду.

Следует понимать, что сыпучий материал, как правило, содержит множество зерен (т.е. частиц). Зерна (т.е. частицы) являются, как правило, твердыми. Зерна (т.е. частицы), как правило, имеют (например, средний (например, средневзвешенный по объему или средневзвешенный по массе) или медианный (например, медианный по объему или медианный по массе)) диаметр от 0,1 мкм до 10 см (например, зерна, входящие в состав порошков мелкого помола, могут иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры, доходящие до 0,1 мкм, зерна, входящие в состав порошков крупного помола, как правило, имеют (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры приблизительно 0,05 мм, зерна злаков могут иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры до приблизительно 5 мм и галька может иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры порядка от 1 см до 10 см). Зерна, как правило, утрамбованы вместе с образованием сыпучей среды, т.е. сыпучая среда, как правило, является конгломератом указанных зерен (т.е. частиц). Сыпучая среда может содержать (например, иметь в составе), например, песок, почву, камень или щебень (например, гальку), бобы (такие как, кофейные бобы или какао-бобы), зерно злаков (таких как кукуруза или пшеница) или порошок (такой как какао-порошок). Сыпучая среда может быть сухой. Между зернами может быть обеспечена газовая фаза (например, воздух). Альтернативно сыпучая среда может быть влажной (т.е. жидкость может заполнять некоторые или все внутренние пустоты между смежными зернами (т.е. частицами) в сыпучей среде).

Автор настоящего изобретения установил, что вращение одной или нескольких вращающихся частей и последующее перемещение сыпучего материала, смежного с вращающимися частями, приводит к приложению к объекту силы, которая вызывает перемещение объекта через сыпучую среду. Способ и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) обеспечивают особенно простое и эффективное приспособление для вызывания перемещения объекта через сыпучую среду.

Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что вращение вращающихся частей выводит из состояния покоя зерна, расположенные вокруг объекта и/или вращающихся частей (т.е. продвигающих приспособлений (например, продвигающих блоков)), вызывая в результате (т.е. локально) разжижение сыпучей среды. В данном контексте понятно, что термин «разжижение» не относится к расплавлению зерен с целью образования жидкости или растворению зерен в растворителе. Вместо этого под «разжижением» авторы настоящего изобретения подразумевают образование жидкоподобной (т.е. псевдоожиженной) фазы в сыпучей среде по сравнению с плотно утрамбованной статической или псевдостатической фазой, имеющейся в наличии, когда отсутствует вращение вращающихся частей. В случае сухой сыпучей среды (т.е. в которой между зернами либо обеспечена газовая фаза (например, воздух), либо фаза отсутствует (например, вакуум)) зерна в жидкоподобной фазе ведут себя согласно либо «инерционному состоянию» (которое хорошо известно в физике сыпучих материалов), в котором зерна не способны образовывать длинные силовые цепочки, и в котором нагрузки главным образом передаются посредством динамических столкновений между зернами, либо «промежуточному состоянию» (которое также хорошо известно в физике сыпучих материалов, и которое, как правило, имеет место при высоких скоростях сдвига), промежуточным между инерционным и псевдостатическим состояниями, либо комбинации указанных как промежуточного, так и инерционного состояний. В случае влажной сыпучей среды (т.е., в которой между зернами имеется промежуточная жидкость (например, вода)), в жидкоподобной фазе нагрузки преимущественно передаются не через силовые цепочки в сыпучем материале, а через промежуточную жидкость. Разжижение сыпучей среды, окружающей объект и/или вращающиеся части, способствует перемещению объекта через сыпучую среду, поскольку при перемещении должны преодолеваться меньшие силы.

Способ может представлять собой способ продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в вертикальном направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в вертикальном направлении через сыпучую среду. Например, способ может представлять собой способ продвижения объекта вверх через сыпучую среду (т.е. против силы тяжести). Дополнительно или альтернативно способ может представлять собой способ продвижения объекта вниз через сыпучую среду (т.е. совместно с силой тяжести). Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта вверх через сыпучую среду (т.е. против силы тяжести). Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта вниз через сыпучую среду (т.е. совместно с силой тяжести). Вертикальное движение объекта при вращении данной или каждой вращающейся части является контринтуитивным, поскольку такое вертикальное движение, как правило, не происходит в случае если объект был погружен, например, в обычную жидкость (т.е. ньютоновскую жидкость) или твердое вещество. Подобные свойства также, как правило, не наблюдаются в нетрадиционных жидкостях, таких как неньютоновские жидкости.

Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что перемещение объекта в вертикальном направлении (вверх или вниз) вызывается по меньшей мере частично действием силы тяжести (которая действует на сыпучую среду как вертикальная уплотняющая сила). Например, может случиться так, что когда вращение вращающихся частей выводит из состояния покоя зерна, расположенные вокруг объекта и/или вращающихся частей (т.е. продвигающих приспособлений (например, продвигающих блоков)), некоторые из этих зерен перемещаются вниз под действием силы тяжести вместе с потоком материала, образованным в результате вращения вращающейся части. Результирующее (т.е. вертикальное) перемещение зерен сверху объекта к низу объекта приводит к соответствующему перемещению объекта вверх. В частности, зерна, перемещаясь сверху объекта к низу объекта, тяготеют к сжатию под объектом, передают механический момент объекту и прилагают к объекту силу, направленную вверх. Однако, при некоторых обстоятельствах (зависящих от веса и/или плотности объекта и вращающихся частей) объект может погружаться в жидкоподобную сыпучую среду. Соответственно, вертикальное перемещение объекта в пределах жидкоподобной фазы сыпучей среды в некоторой степени аналогично плавучести объекта в обычной жидкости: в целом, когда относительная плотность объекта по сравнению с жидкоподобной сыпучей средой является низкой, результирующая сила, направленная вверх, прилагается к объекту, но когда относительная плотность объекта по сравнению с жидкоподобной сыпучей средой является высокой, к объекту прилагается новая сила, направленная вниз. Однако, в отличие от обычной плавучести, переход между перемещением объекта вверх и вниз, как правило, имеет место при соотношении между плотностью объекта и плотностью сыпучей среды, которое больше чем 1. Способ и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) обеспечивают особенно простое и эффективное приспособление для вызывания перемещения объекта вверх и/или вниз через сыпучую среду.

Дополнительно или альтернативно способ может представлять собой способ продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Боковое (т.е. результирующее) (например, горизонтальное) перемещение зерен с одной стороны объекта на другую сторону объекта, как правило, приводит к соответствующему боковому (например, горизонтальному) перемещению объекта. Это явление обычно происходит только когда ось вращения является не вертикальной (например, по существу горизонтальной). Контруинтуитивным образом, боковое направление движения объекта в сыпучей среде является, как правило, противоположным боковому направлению движения, в котором объект двигался бы, если бы он был помещен на твердую поверхность и данная или каждая вращающаяся часть вращались бы в одном и том же вращательном направлении. Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что в связи с асимметрией, возникающей в результате действия силы тяжести и вращения данной или каждой вращающейся части, зерна в жидкоподобной сыпучей среде склонны протекать со сдавливанием в направлении каждой указанной вращающейся части на стороне указанной вращающейся части, которая перемещается вниз во время своего цикла вращения. Следовательно, наблюдается, как правило, усиленное уплотнение зерен на указанной, перемещающейся вниз стороне вращающейся части и ослабленное уплотнение на противоположной, перемещающейся вверх стороне вращающейся части (т.е. наблюдается боковая разница в плотности в сыпучей среде, окружающей объект), так что присутствует результирующая боковая (например, горизонтальная) сила, прилагаемая к объекту, которая приводит к боковому (например, горизонтальному) перемещению указанного объекта.

Соответственно сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет вертикальную составляющую и может также иметь горизонтальную составляющую (т.е. зависящую от ориентации данной или каждой вращающейся части). Поэтому способ может представлять собой способ продвижения объекта как вверх и/или вниз, так и в боковом направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта как вверх и/или вниз, так и в боковом направлении через сыпучую среду.

Следует понимать, что в данном описании и прилагаемой формуле изобретения термин «горизонтальный» определяется со ссылкой на горизонтальное направление, перпендикулярное направлению, в котором сила из-за силы тяжести действует в заданном месте (т.е. перпендикулярно градиенту локального гравитационного поля). Термин «вертикальный» подобным образом определяется со ссылкой на вертикальное направление, параллельное указанному направлению, в котором сила из-за силы тяжести действует в заданном месте. Термины «вниз» и «вверх» используются со ссылкой на это вертикальное направление: «вниз» относительно направления движения, имеющего составляющую, параллельную направлению, в котором действует сила из-за силы тяжести, и «вверх» относительно направления движения, имеющего составляющую, встречно-параллельную направлению, в котором действует сила из-за силы тяжести. Термины «боковой» и «в боковом направлении» используются для обозначения направления движения, имеющего горизонтальную составляющую.

Объект, как правило, погружен (например, полностью погружен) в сыпучую среду, это означает, что большая часть (например, вся поверхность) объекта покрыта сыпучей средой, по меньшей мере до продвижения объекта (например, вверх) через сыпучую среду. Соответственно, способ может включать обеспечение объекта, погруженного (например, полностью погруженного) в сыпучую среду, и вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, чтобы тем самым продвигать объект (например, вверх) через сыпучую среду. Способ, таким образом, подходит для использования при извлечении объектов, полностью заглубленных в сыпучую среду, такую как песок.

Направление движения объекта через сыпучую среду, как правило, зависит от ориентации оси вращения каждой из одной или нескольких вращающихся частей.

Может случиться так, что ось вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей является (т.е. по существу) горизонтальной при использовании. Острый угол между осью вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей и горизонталью может составлять менее чем 45°, или более часто менее чем 30°, или более часто менее чем 15°, или более часто менее чем 5°, например, приблизительно 0° при использовании. Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) (т.е. по существу) горизонтальной оси вращения, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения (т.е. по существу) является горизонтальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет ненулевую горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается как вверх, так и в боковом направлении (т.е. вдоль направления, находящегося между горизонтальным и вертикальным) через сыпучую среду. Горизонтальная составляющая, как правило, действует в направлении, перпендикулярном оси вращения.

Может случиться так, что ось вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей является (т.е. по существу) вертикальной при использовании. Острый угол между осью вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей и вертикалью может составлять менее чем 45°, или более часто менее чем 30°, или более часто менее чем 15°, или более часто менее чем 5°, например, приблизительно 0° при использовании. Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) (т.е. по существу) вертикальной оси вращения, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения (т.е. по существу) является вертикальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет незначительную (например, нулевую) горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается (т.е. по существу) вертикально вверх через сыпучую среду и любое боковое перемещение объекта является незначительным (т.е. объект продвигается преимущественно (например, полностью) в вертикальном направлении).

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения является промежуточной между горизонтальной и вертикальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет ненулевую горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается как вверх, так и в боковом направлении (т.е. вдоль направления, находящегося между горизонтальным и вертикальным) через сыпучую среду. Горизонтальная составляющая, как правило, действует в направлении, перпендикулярном оси вращения. Величина горизонтальной составляющей, как правило, уменьшается к нулю по мере увеличения угла наклона между осью вращения и горизонталью.

Способ может включать продвижение объекта в направлении (т.е. по существу), перпендикулярном оси вращения (например, когда ось вращения является (т.е. по существу) горизонтальной). Способ может включать продвижение объекта в направлении (т.е. по существу), параллельном оси вращения (например, когда ось вращения является (т.е. по существу) вертикальной). Способ может включать продвижение объекта в направлении, наклонном относительно оси вращения (например, когда ось вращения представляет собой промежуточные горизонтальную и вертикальную ориентации).

Объект, как правило, содержит корпус. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, соединены с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть соединены с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть образованы как единое целое с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть образованы частью корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут окружать по меньшей мере часть корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут проходить (например, полностью) вокруг по меньшей мере части (например, всего) корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут содержать (например, образовывать) наружную поверхность корпуса.

Одна или несколько вращающихся частей, как правило, имеют (т.е. по существу) круглое поперечное сечение.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) сферическими. Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) эллипсоидальными. Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) сфероидальными.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть удлиненными. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может проходить вдоль соответствующей продольной оси. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) по меньшей мере в одном месте вдоль продольной оси (т.е. вдоль длины) указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль по меньшей мере части указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль большей части длины указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль всей длины указанной вращающейся части.

Термин «круглое поперечное сечение» не предназначен для обозначения того, что поперечное сечение указанной вращающейся части является идеально круглым. Разумеется, наружная поверхность каждой вращающейся части может содержать одну или несколько микроскопических или макроскопических неровностей, асимметрических деталей или текстур, которые отклоняются от идеально круглого поперечного сечения, но поперечное сечение все еще остается по существу круглым, другими словами, по меньшей мере в целом круглым. Например, может случиться так, что форма поперечного сечения является в целом круглой, и что все точки на наружной поверхности вращающейся части в плоскости поперечного сечения (т.е. точки, лежащие по периметру в целом круглого поперечного сечения) расположены не более чем на некотором расстоянии х от воображаемого периметра идеального круга, охватывающего ту же площадь, что и в целом круглое поперечное сечение, и с центром в средней точке в целом круглого поперечного сечения, при этом х составляет не более чем 20% или более преимущественно не более чем 10%, или даже более преимущественно не более чем 5% радиуса указанного идеального круга. Некоторое (т.е. по существу) круглое поперечное сечение обеспечивает в результате более эффективное продвижение объекта через сыпучую среду, поскольку поступательное перемещение зерен (т.е. частиц) уменьшено, особенно в вариантах осуществления, в которых одна или несколько вращающихся частей вращаются вокруг (т.е. соответствующей) главной оси (например, продольной оси удлиненной вращающейся части).

Форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части (т.е. перпендикулярно соответствующей продольной оси) могут быть постоянными вдоль длины указанной вращающейся части. Альтернативно форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части (т.е. перпендикулярно соответствующей продольной оси) может варьировать вдоль длины указанной вращающейся части. Однако наружная форма каждой вращающейся части, как правило, является выпуклой и, как правило, не содержит каких-либо (т.е. по существу) вогнутых частей.

Как правило, наружная поверхность каждой вращающейся части не имеет резьбы и вращающаяся часть не является винтообразной или не имеет спиральной формы.

Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может быть (т.е. по существу) гладкой. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может быть (т.е. по существу) непрерывной. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одно или несколько углублений. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одну или несколько канавок. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одну или несколько впадин. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать один или несколько проемов. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одно или несколько отверстий.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) цилиндрическими.

Ось вращения каждой указанной вращающейся части и продольная ось той же указанной вращающейся части могут совпадать (т.е. продольная ось может представлять собой ось вращения). Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг соответствующей продольной оси, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду. Ось вращения может проходить через центр массы соответствующей вращающейся части.

Может случиться так, что ось вращения каждой указанной вращающейся части и продольная ось указанной той же вращающейся части не совпадают. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось расположены на расстоянии друг от друга. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось пересекают друг друга. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось являются параллельными. Может случиться так, что ось вращения не проходит через центр массы указанной вращающейся части.

Одна или несколько вращающихся частей являются, как правило, безлопастными или лишенными ребер, т.е., как правило, одна или несколько вращающихся частей не содержат лопастей или ребер (например, проходящих в боковом направлении от вала). В частности, сила, действующая на объект, которая приводит к продвижению объекта через сыпучую среду, как правило, не создается (по меньшей мере преимущественно) посредством поступательного перемещения сыпучего материала в результате поступательного смещения одной или нескольких лопастей или ребер. Вместо этого сила является производной (по меньшей мере преимущественно) от (т.е. тангенциальных) фрикционных взаимодействий между наружными поверхностями одной или нескольких вращающихся частей и сыпучего материала.

Объект может быть оснащен одной или несколькими противодействующими частями. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может содержать одну или несколько противодействующих частей. Одна или несколько вращающихся частей могут быть вращающимися относительно (т.е. соответствующих) одной или нескольких противодействующих частей. Способ может включать вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей относительно по меньшей мере одной из (например, каждой из) (т.е. соответствующей) одной или нескольких противодействующих частей. Одна или несколько противодействующих частей могут оставаться (т.е. по существу) статическими (т.е. невращающимися), в то время как одна или несколько вращающихся частей вращаются. Одна или несколько противодействующих частей могут вращаться противоположным образом (т.е. в противоположных направлениях) относительно одной или нескольких (т.е. соответствующих) вращающихся частей.

Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может рассматриваться в качестве движителя, в значении прибора (например, устройства), который вызывает или способен вызывать продвижение объекта через сыпучую среду. Однако понятно, что термин "движитель" не используется в значении движителя в виде воздушного винта, содержащего одну или несколько расположенных под углом лопастей, прикрепленных к вращающемуся валу и выполненных с возможностью вращения с ним.

Сыпучая среда (например, зерна, образующие сыпучую среду), как правило, имеет коэффициент трения, равный или больший чем 0,25 (или более преимущественно 3). Наружные поверхности одной или нескольких вращающихся частей, как правило, имеют коэффициент трения, равный или больший чем 0,25 (или более преимущественно 0,3), иначе трение между вращающимися частями и окружающей сыпучей средой является, как правило, слишком низким для создания движения объекта. Автор настоящего изобретения обнаружил, что по мере увеличения коэффициентов трения сыпучей среды и/или наружных поверхностей одной или нескольких вращающихся частей, направление движения объекта становится более вертикальным.

Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей), как правило, имеет диаметр, больший чем (например, средний) диаметр зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей), как правило, имеет диаметр по меньшей мере в два раза больший, чем (например, средний) диаметр зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей) может иметь диаметр, не превышающий шестикратного (например, среднего) диаметра зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Автор настоящего изобретения обнаружил, что горизонтальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к увеличению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей в шесть раз относительно (например, среднего) диаметра зерен, тогда как указанная горизонтальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к уменьшению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей более чем в шесть раз относительно (например, среднего), диаметра зерен. Вертикальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к увеличению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей.

Объект может быть оснащен одной или несколькими вращающимися частями. Объект может быть оснащен тремя или более вращающимися частями. Объект может быть оснащен четырьмя или более вращающимися частями. Отдельные вращающиеся части выполнены, как правило, с возможностью независимого вращения вокруг соответствующих осей вращения. Соответствующие оси вращения вращающихся частей могут лежать в одной плоскости или проходить в одной или нескольких (т.е. по существу) параллельных плоскостях.

Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на каком-либо (т.е. отдельном) углу объекта. Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на какой-либо (т.е. отдельной) лицевой стороне объекта. Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на каком-либо (т.е. отдельном) конце объекта.

Объект может представлять собой устройство. Объект может представлять собой механизированное устройство. Устройство может быть управляемым на расстоянии. Устройство может быть полностью автоматическим.

Устройство может представлять собой транспортное средство. Устройство может представлять собой механизированное транспортное средство. Транспортное средство может быть управляемым на расстоянии. Транспортное средство может быть полностью автоматическим. Транспортное средство может представлять собой беспилотное транспортное средство, такое как беспилотное подземное транспортное средство (например, «песчаный дрон»).

Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено двумя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками). Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено тремя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками). Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено четырьмя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками).

Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на каком-либо (т.е. отдельном) углу устройства (например, транспортного средства). Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на какой-либо (т.е. отдельной) лицевой стороне устройства (например, транспортного средства). Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на каком-либо (т.е. отдельном) конце устройства (например, транспортного средства).

Устройство (например, транспортное средство) может содержать процессор (находящегося в электронной связи с запоминающим устройством, хранящим выполняемый программный код).

Вращение вращающейся части, как правило, включает один или несколько полных циклов вращения указанной вращающейся части вокруг своей соответствующей оси вращения. Вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей может включать непрерывное вращение указанной по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей.

Устройство (например, транспортное средство) может быть выполнено (например, посредством программирования процессора) с возможностью вращения по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей с (т.е. по существу) постоянной угловой скоростью. Способ может включать вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей с (т.е. по существу) постоянной угловой скоростью.

Устройство может содержать один или несколько датчиков. Устройство может содержать один или несколько химических датчиков. Устройство может содержать один или несколько датчиков увлажненности и/или влажности. Устройство может содержать один или несколько датчиков микотоксинов. Устройство может содержать один или несколько датчиков плесневых грибов (например, плесени). Устройство может содержать один или несколько датчиков клещей. Устройство может содержать один или несколько датчиков бактерий. Устройство может содержать один или несколько датчиков излучения (например, электромагнитного). Устройство может содержать один или несколько тепловых датчиков. Устройство может содержать один или несколько датчиков температуры. Устройство может содержать один или несколько датчиков света. Устройство может содержать одну или несколько (например, видео) камер. Устройство может содержать один или несколько датчиков давления. Устройство может содержать один или несколько датчиков движения. Устройство может содержать один или несколько гироскопов. Устройство может содержать один или несколько акселерометров. Устройство может содержать один или несколько датчиков силы тяжести (например, один или несколько гравиметров). Устройство может представлять собой измерительное устройство.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано на перемещение устройства через сыпучую среду посредством управления вращением одной или нескольких вращающихся частей. Способ, как правило, включает перемещение устройства через сыпучую среду посредством управления вращением одной или нескольких вращающихся частей.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано изменять направление и/или скорость движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей. Способ может включать изменение направления и/или скорости движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано изменять направление и/или скорость движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков. Способ может включать изменение направления и/или скорости движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков.

Устройство (например, транспортное средство), как правило, содержит источник питания (например, батарею) и по меньшей мере один двигатель для вызывания вращения по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей.

Необязательные и предпочтительные признаки согласно любому аспекту настоящего изобретения могут представлять собой признаки согласно любому другому аспекту настоящего изобретения.

Описание графических материалов

Иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения далее будет изображен со ссылкой на следующие фигуры, на которых:

на фиг. 1 показан вид сверху устройства для продвижения через сыпучую среду;

на фиг. 2 показано устройство по фиг. 1 в перспективе;

на фиг. 3 приведено сравнение направления перемещения объекта, имеющего круглое поперечное сечение, вращающегося на фрикционной поверхности (слева) и вращающегося погруженным в сыпучую среду (справа);

на фиг. 4 показано вертикальное и горизонтальное смещения вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от времени, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 5 показаны мгновенные подъемная и тяговая силы, действующие на вращающееся цилиндрическое устройство проникания в зависимости от времени, а также усредненные по времени подъемная и тяговая силы, действующие на устройство проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 6 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от времени, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 7 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от диаметра устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 8 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от диаметра устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 9 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от длины устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 10 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от длины устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;

на фиг. 11 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от коэффициента трения зерен;

на фиг. 12 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от коэффициента трения зерен;

на фиг. 13 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от коэффициента восстановления зерен;

на фиг. 14 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от коэффициента восстановления зерен;

на фиг. 15 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от угловой скорости устройства проникания;

на фиг. 16 воспроизведена фиг. 15 при низких угловых скоростях устройства проникания;

на фиг. 17 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от угловой скорости устройства проникания;

на фиг. 18 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от относительной плотности устройства проникания;

на фиг. 19 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от относительной плотности устройства проникания;

на фиг. 20 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от прилагаемого гравитационного силового поля;

на фиг. 21 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от прилагаемого гравитационного силового поля;

на фиг. 22 показаны предельная горизонтальная и вертикальная скорости в зависимости от динамической вязкости текучей фазы для вращающегося цилиндрического устройства проникания во влажной сыпучей среде;

на фиг. 23 показаны тяговая и подъемная силы, действующие на вращающееся цилиндрическое устройство проникания в зависимости от времени, когда устройство проникания испытывает действие потока сыпучего материала;

на фиг. 24 показаны горизонтальная и вертикальная скорости вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;

на фиг. 25 показан фиксированный и подвижный крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;

на фиг. 26 показаны горизонтальная и вертикальная скорости вращающегося сферического устройства проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;

на фиг. 27 показан фиксированный и подвижный крутящий момент на вращающемся сферическом устройстве проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;

на фиг. 28 показан вид в перспективе альтернативного устройства для продвижения через сыпучую среду; и

на фиг. 29 схематически показан путь, пройденный устройством через силосную башню.

Подробное описание иллюстративного варианта осуществления

На фиг. 1 и 2 показано устройство 1 для продвижения через сыпучую среду. Устройство содержит в целом цилиндрический корпус 2 устройства, а также первую и вторую в целом цилиндрические вращающиеся части 3А, 3В, расположенные на противоположных концах корпуса устройства. Каждая из вращающихся частей установлена на корпусе устройства посредством соответствующих осей 4А, 4В. Корпус устройства содержит двигатель (не показан) и специально предназначенный блок питания (не показан) для вызывания вращения вращающихся частей на осях вокруг продольной оси 5 устройства.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда устройство 1 погружено в сыпучую среду, вращение вращающихся частей 3А, 3В вокруг продольной оси 5 приводит к продвижению (т.е. перемещению) устройства через сыпучую среду.

Устройство может подвергаться действию сил, действующих как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, а также, в зависимости от конфигурации и работы устройства, могут достигаться вертикальное и/или горизонтальное перемещения устройства через сыпучую среду.

Направление движения устройства в сыпучей среде отличается от ожидаемого в случае, если бы устройство было расположено на горизонтальной фрикционной поверхности и вращающиеся части приводились бы во вращение на одной и той же скорости. Например, на фиг. 3 схематически показано, что горизонтальная составляющая скорости устройства обращена в противоположных направлениях, когда устройство работает на горизонтальной фрикционной поверхности (левая сторона) и в сыпучей среде (правая сторона), при этом ν представляет собой скорость устройства, ω представляет собой угловую скорость устройства и представляет собой направление, в котором действует сила тяжести. Как показано на фиг. 3, вращение вращающихся частей, как правило, вызывает как вертикальное, так и горизонтальное движение устройства через сыпучую среду, когда устройство ориентировано так, что продольная ось 5 является по существу горизонтальной.

На фиг. 4 28 показаны результаты моделирования эффекта вращения цилиндрического (фиг. 4 26) или сферического (фиг. 27 и 28) корпуса в сыпучей среде при разных совокупностях условий. В каждом случае моделирование включало расположение цилиндрического или сферического корпуса (называемого «устройством проникания») в ящике, наполненном приблизительно 150000 полидисперсных зерен, имеющих диаметры в относительных единицах от 0,9 до 1,1, так что средний диаметр зерна, составил 1. Моделирование выполнялось с использованием метода дискретных элементов (DEM), контактные силы "зерно-зерно" в котором вычислялись с использованием линейной пружинно-демпферной модели (модели Гука) (хотя качественно похожие результаты достигаются с использованием нелинейной модели (модели Герца)). Цилиндрическое устройство проникания имело длину радиус и полусферические концы.

Коэффициенты нормальной жесткости и нормального демпфирования выбирали для получения коэффициента восстановления, составляющего 0,7. Критерий Кулона использовали для обеспечения возможности скольжения зерна с коэффициентом трения зерен, принимаемым равным 0,5. Тангенциальный коэффициент жесткости был установлен на без тангенциального демпфирования. Ящик для моделирования имел размеры 50×50×50 и характеризовался периодичностью в направлениях на плоскости с фрикционной стенкой в его основании. Зерна засыпали в ящик, и им дали прийти в состояние покоя до того как было приложено вертикальное гравитационное поле действующее вниз, и устройство проникания привели во вращение вокруг своей продольной оси с постоянной угловой скоростью, составляющей Далее представлены результаты моделирования как в безразмерных единицах, так и в единицах СИ, вычисленных для зерен, имеющих свойства, подобные свойствам песка: принят равным 1 мм; средняя масса частицы принята равной 1 мг; коэффициент нормальной жесткости принят равным 2×10⁵ кг/с²; принят равным 10 м/с².

Как можно видеть на фиг. 4, горизонтальное смещение устройства проникания по мере его вращения с постоянной угловой скоростью следовало линейному профилю (за исключением флуктуаций), и поэтому устройство проникания перемещалось по существу с постоянной скоростью. Вертикальная составляющая смещения устройства проникания сначала ушла вниз в начале вращения, поскольку устройство проникания погрузилось незначительно в ящик, из-за того, что смежные зерна сделались подвижными в результате фрикционных взаимодействий, но впоследствии ускорился с достижением предельного, линейного профиля. Это поведение соответствует силам, записанным на устройстве проникания (фиг. 5), когда его поступательные степени свободы были ограничены. Было обнаружено, что горизонтальная сила, действующая на устройство проникания, была обращена в сторону от направления, в котором трение действует на его нижнюю сторону. На фиг. 5 также показано, как подъемная сила на устройстве проникания сначала была отрицательной, затем увеличилась вследствие экспоненциального затухания с достижением положительного среднего значения, при котором сила выровнялась (хотя и с сильными флуктуациями). Средняя сила на устройстве проникания была положительной, указывая на то, что на устройство действовала положительная подъемная сила, направленная вверх.

Как можно видеть на фиг. 6, изменяющийся во времени крутящий момент на устройстве проникания также быстро увеличивался на первых нескольких этапах моделирования до достижения постоянного среднего значения.

Как можно видеть на фиг. 7 и 8, по мере того, как диаметр устройства проникания был увеличен с до вертикальная скорость устройства проникания увеличивалась почти линейно, в то время как профиль увеличения крутящего момента представлял собой медленно возрастающую экспоненту. Однако горизонтальная скорость, которая увеличивается в диапазоне диаметров от до устройства проникания, фактически уменьшается выше На этих фигурах также показано, что направление движения было в сторону снижения (т.е. отрицательную) для диаметров устройства проникания, равных или ниже

Как можно видеть на фиг. 9 и 10, длина устройства проникания в относительных единицах (изменяющаяся от 0 (указывающая на сферическое устройство проникания) до 30) не оказывала видимого влияния на скорость, хотя крутящий момент на устройстве проникания увеличивался линейно с длиной устройства проникания.

Как можно видеть на фиг. 11 и 12, как скорость, так и крутящий момент на устройстве проникания показали сигмовидное поведение в зависимости от коэффициента трения зерен. Для коэффициентов трения зерен, равных или ниже 0,3, создавалось или отсутствовало небольшое движение устройства, и перемещение устройства становилось значительным, только когда коэффициент трения зерен превышал 0,5. Трение является несомненно важным в динамике системы. Большинство практических сыпучих материалов имеют коэффициенты трения, равные или превышающие 0,5.

По всей видимости, на фиг. 13 и 14 не показано какой-либо наглядной взаимосвязи между скоростью устройства проникания или крутящим моментом и коэффициентом восстановления зерен, что подразумевает, что пластичность зерна не особенно важна для механизма, создающего силу, действующую на устройство проникания.

Однако на фиг. 15, 16 и 17 показано, что как скорость устройства проникания, так и крутящий момент имеют сильную зависимость от угловой скорости; оба резко увеличивались при низких угловых скоростях устройства проникания, пока они не достигали асимптотического значения. Это говорит о том, что устройство проникания не может ускориться сверх этого предела, а также о том, что на практике устройство может работать при относительно низких движущих скоростях, и что двигатели, характеризующиеся низкими об/мин. и, следовательно, высокими значениями крутящего момента, могут использоваться для достижения полного диапазона имеющихся скоростей поступательного передвижения. На этих фигурах также показано, что при высоких движущих скоростях вертикальная составляющая скорости была значительно больше, чем горизонтальная составляющая скорости. Интервал между этими двумя режимами, в которых соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими скорости изменяется в зависимости от движущей скорости, может использоваться для управления направлением движения устройства на практике.

На практике, перемещение устройства через сыпучую среду может достигаться с помощью вращения вращающихся частей в широком диапазоне угловых скоростей, например, от 0,1 Гц (т.е. 0,1 полного оборота в секунду) до 10 кГц (т.е. 10000 полных оборотов в секунду), с конкретной угловой скоростью, выбранной на основе параметров устройства, таких как форма, размер и вес, а также природы сыпучего материала.

На фиг. 18 и 19 показано, что по мере того, как плотность устройства проникания увеличивалась относительно плотности зерен, скорость поступательного перемещения уменьшалась, а крутящий момент увеличивался. Для высоких относительных плотностей как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости достигали отрицательных значений, хотя необходимые относительные плотности были бы нереальными для большинства практических сыпучих систем.

На фиг. 20 и 21 показан эффект изменения силы гравитационного силового поля. По мере увеличения силы поля как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости, а также крутящий момент, увеличивались линейно.

На фиг. 22 показаны результаты моделирования, предназначенного для аппроксимации влажной сыпучей среды по сравнению с предшествующими сухими сыпучими системами, в которых зерна разделены незаполненной или газовой промежуточными фазами. Моделирование влажных условий выполняли с использованием пары «lubricate/poly» - расширения, доступного как часть пакета, касающегося коллоидных частиц, пакета молекулярно-динамического моделирования LAMMPS (Плимптон 2007) с открытым исходным кодом. На фиг. 22 показано изменение горизонтальной и вертикальной составляющих скорости для цилиндрического устройства проникания в зависимости от динамической вязкости текучей фазы. На фигуре показано наличие предельной скорости как с вертикальной, так и с горизонтальной составляющими скорости, обращенными в том же направлении, что и для сухой сыпучей среды с низкими показателями вязкости, хотя по мере того, как силы жидкости становятся более значительными при больших значениях вязкости, она снижается. Результаты показывают по меньшей мере качественно, что устройство должно также работать в большинстве влажных сыпучих системах (принимая, что вода имеет динамическую вязкость менее 10 Па при комнатной температуре).

На фиг. 23 показан результат подвергания вращающегося цилиндрического устройства проникания воздействию плотного сыпучего постоянного потока в псевдостатическом режиме (с глобальным упаковочным коэффициентом объема 0,6). Целью этого моделирования была проверка, относилось ли явление, обнаруженное автором данного изобретения, к хорошо известному эффекту Магнуса, который проявляется, когда текучая среда обтекает вращающееся тело. Результаты показывают, что устройство проникания испытывало действие тяговой силы в направлении сыпучего потока, но созданная небольшая подъемная сила прилагалась в направлении, противоположном тому, которое ожидалось бы от эффекта Магнуса, подтверждая то, что данные два явления являются качественно разными.

На фиг. 24 и 25 показан эффект изменения ориентации вращающегося цилиндрического устройства проникания относительно горизонтали. Не было значительного изменения ни в крутящем моменте, необходимом для вращения устройства проникания, ни в вертикальной составляющей скорости, по мере изменения угла наклона. Однако обнаружилось, что горизонтальная составляющая скорости уменьшалась по мере увеличения угла наклона и приближалась к нулевому значению по мере приближения ориентации (т.е. продольной оси) устройства проникания к вертикали.

Подобным образом на фиг. 26 и 27 показан эффект изменения ориентации вращающегося сферического устройства проникания относительно горизонтали. И в этом случае горизонтальная составляющая скорости уменьшалась в направлении нуля по мере приближения оси вращения к вертикали. Однако на этот раз также вертикальная составляющая скорости устройства проникания уменьшалась линейно в зависимости от угла наклона, хотя и медленнее, чем горизонтальная составляющая. Вертикальная составляющая также не стремилась к нулю при вертикальной ориентации, но вместо этого приближалась к значению приблизительно вдвое меньшему, чем для горизонтальной оси вращения.

Дополнительные изменения и модификации могут быть сделаны в пределах объема настоящего изобретения, как описано в настоящем документе.

Например, на фиг. 28 показано транспортное средство («песчаный дрон») 6 для обеспечения движения через сыпучую среду. Транспортное средство 6 содержит в целом кубовидный корпус 7 транспортного средства, имеющий четыре продвигающих блока 8А, 8В, 8С, 8D, прикрепленных к его четырем разным сторонам. Каждый продвигающий блок содержит две вращающиеся части, подобные таковым у устройства 1. Вращение вращающихся частей каждого из продвигающих блоков, когда транспортное средство 6 погружено в сыпучую среду, вызывает перемещение транспортного средства через сыпучую среду. Каждый из продвигающих блоков функционирует при использовании в качестве движителя для продвижения транспортного средства через сыпучую среду.

Транспортное средство может быть оснащено одним или несколькими датчиками. Транспортное средство может быть оснащено контроллером для управления работой продвигающих блоков. Транспортное средство может быть оснащено процессором (находящимся в электронной связи с запоминающим устройством компьютера, хранящим выполняемый программный код), запрограммированным управлять движением транспортного средства через сыпучую среду, например, посредством направления транспортного средства вдоль предварительно запрограммированного пути. Транспортное средство может быть управляемым на расстоянии (в этом случае транспортное средство может содержать приемник и передатчик для установления связи с блоком дистанционного управления) или транспортное средство может быть полностью автоматическим. Такое транспортное средство может использоваться для подземных исследований, для подъема объектов, в исследовании планеты, или в силосных башнях для (злаковых, семенных или бобовых) зерен или порошка (например, цемента).

Например, на фиг. 29 показана силосная башня 9, содержащая зерно 10 злаков. Транспортное средство 6 может быть запрограммировано для перемещения через зерно в силосной башне вдоль пути 11 для смешивания зерен (нейтрализуя состояния отсутствия потока в силосной башне, такие как зависание, налипание или застревание) и для уменьшения не выявляемых иными способами неоднородностей и воздушных карманов, которые иначе могут привести к опасной задержке зерна и проблемам завала зерном, а также неоптимальным условиям потока (например, зависанию или налипанию). Транспортное средство может быть оснащено различными датчиками для определения условий влажности, температуры, уровней содержания химических веществ, воздушных пустот и наличия плесневых грибов или бактерий для осуществления наблюдения за состоянием зерна.

Другие применения устройства 1 или транспортного средства 6 включают: подъем находящихся на морском дне или под морским дном объектов, таких как нефтяные трубы, сети электропроводов и оборудования для отслеживания состояния морского дна, зарытых мутьевыми потоками или потоками песка; высвобождение транспортных средств, таких как автомобили, колеса которых застряли в песке; извлечение трубопроводов из земли; и подвижные фундаменты для построек.

1. Способ продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал, при этом объект оснащен одной или несколькими вращающимися частями, при этом способ включает: обеспечение объекта, погруженного в сыпучую среду; и вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения, чтобы тем самым перемещать сыпучий материал, смежный с одной или несколькими вращающимися частями, и продвигать объект через сыпучую среду в направлении, по сути перпендикулярном оси вращения, или в направлении, наклоненном относительно оси вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ представляет собой способ продвижения объекта вверх через сыпучую среду против силы тяжести, при этом способ включает вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения, чтобы тем самым перемещать сыпучий материал вниз сверху одной или нескольких вращающихся частей, так что к объекту прилагается сила, которая вызывает движение объекта вверх через сыпучую среду.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что включает вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения, наклоненной под острым углом относительно горизонтали, который составляет менее чем 45°.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что одна или несколько вращающихся частей имеют круглую форму поперечного сечения.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что наружная форма каждой вращающейся части является выпуклой.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что одна или несколько вращающихся частей являются удлиненными.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части являются постоянными вдоль длины указанной вращающейся части.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что одна или несколько вращающихся частей являются цилиндрическими.

9. Способ по любому из пп. 6-8, отличающийся тем, что включает вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения, совпадающей с продольной осью указанной вращающейся части.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения, которая проходит через центр массы указанной вращающейся части.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждая из одной или нескольких вращающихся частей имеет диаметр по меньшей мере в два раза больший, чем средний диаметр зерен, образующих сыпучую среду.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что включает вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей с постоянной угловой скоростью.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что объект представляет собой транспортное средство для обеспечения движения через сыпучую среду.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что транспортное средство содержит один или несколько датчиков.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что включает изменение направления и/или скорости движения транспортного средства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков.

16. Продвигающее приспособление для продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал, при этом продвигающее приспособление выполнено с возможностью соединения или соединено с объектом и содержит одну или несколько вращающихся частей, способных вращаться вокруг оси вращения, при этом одна или несколько вращающихся частей выполнены таким образом, что когда продвигающее приспособление соединено с объектом, а объект и продвигающее приспособление погружены в сыпучую среду, вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения перемещает сыпучий материал, смежный с одной или несколькими вращающимися частями, и продвигает объект через сыпучую среду в направлении, по сути перпендикулярном оси вращения, или в направлении, наклоненном относительно оси вращения.

17. Продвигающее приспособление по п. 16, отличающееся тем, что продвигающее приспособление представляет собой продвигающее приспособление для продвижения объекта вверх через сыпучую среду и одна или несколько вращающихся частей выполнены таким образом, что когда продвигающее приспособление соединено с объектом, а объект и продвигающее приспособление погружены в сыпучую среду, вращение по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей вокруг оси вращения приводит к перемещению сыпучего материала вниз сверху одной или нескольких вращающихся частей, так что к объекту прилагается сила, которая вызывает движение объекта вверх через сыпучую среду.

18. Продвигающее приспособление по п. 16 или 17, отличающееся тем, что одна или несколько вращающихся частей имеют круглую форму поперечного сечения.

19. Продвигающее приспособление по любому из пп. 16-18, отличающееся тем, что наружная форма каждой вращающейся части является выпуклой.

20. Продвигающее приспособление по любому из пп. 16-19, отличающееся тем, что одна или несколько вращающихся частей являются удлиненными.

21. Продвигающее приспособление по п. 20, отличающееся тем, что форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части являются постоянными вдоль длины указанной вращающейся части.

22. Продвигающее приспособление по п. 21, отличающееся тем, что одна или несколько вращающихся частей являются цилиндрическими.

23. Продвигающее приспособление по любому из пп. 16-22, отличающееся тем, что каждая из одной или нескольких вращающихся частей может вращаться вокруг соответствующей оси вращения, которая совпадает с продольной осью указанной вращающейся части.

24. Продвигающее приспособление по любому из пп. 16-23, отличающееся тем, что ось вращения каждой из одной или нескольких вращающихся частей проходит через соответствующий центр массы каждой указанной вращающейся части.

25. Продвигающее приспособление по любому из пп. 16-24, отличающееся тем, что каждая из одной или нескольких вращающихся частей имеет диаметр по меньшей мере в два раза больший, чем средний диаметр зерен, образующих сыпучую среду.

26. Транспортное средство для обеспечения движения через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал, при этом транспортное средство содержит по меньшей мере одно продвигающее приспособление по любому из пп. 16-25.

27. Транспортное средство по п. 26, отличающееся тем, что транспортное средство выполнено с возможностью вращения по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей с постоянной угловой скоростью.

28. Транспортное средство по любому из пп. 26, 27, отличающееся тем, что содержит один или несколько датчиков.

29. Транспортное средство по п. 28, отличающееся тем, что один или нескольких датчиков предусматривают датчики, пригодные для определения параметров влажности, температуры, уровней содержания химических веществ, воздушных пустот и наличия плесневых грибов или бактерий.

30. Транспортное средство по п. 28 или 29, отличающееся тем, что транспортное средство выполнено с возможностью изменения направления и/или скорости движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков.

31. Транспортное средство по п. 30, отличающееся тем, что сыпучая среда представляет собой семена зерновых культур или зерна бобовых.

32. Транспортное средство по любому из пп. 26-31, отличающееся тем, что содержит источник питания и по меньшей мере один двигатель для вызывания вращения по меньшей мере одной из одной или нескольких вращающихся частей.

33. Транспортное средство по любому из пп. 26-32, отличающееся тем, что транспортное средство управляется на расстоянии и содержит приемник и передатчик для установления связи с блоком дистанционного управления.