Исследование путей повышения эффективности работы гусеничного двигателя /1-3/ (стр. 7 из 13)
2.2.4 Патент США №5125443 «Пружинно подвешенное колесное устройство»
1. Колесоизображено на рисунке 2.6.
Описание колеса встатике:
Упомянутым в патенте изобретениемснабдили колесо, состоящее из круглого остова или обода, соединённогомножеством пружин с центральной ступицей. Круглый обод лежит в плоскостивращения, ось которой преимущественно перпендикулярна данной плоскости ипроходит через середину плоскости вращения, образуемой ободом. Более того,механизм колеса включает в себя дугообразные элементы пружин, которыерасходятся лучами по спирали в радиальном направлении от ступицы до обода иобеспечивают наружную жесткость обода колеса с целью повышения эластичности и добавлениябольшей ударопрочности.
Также в конструкции колеса предусмотрены два набора спиралевидныхпружин, по одному с каждой стороны от плоскости вращения, передвигающихся, восновном, конически от каждой из сторон ступицы до обода колеса.
Еще в реализованном изобретении каждая из пружин в каждом изнаборов имеет сопряженную пружину в другом наборе так, что первая парасопрягается со второй парой в точке расхождения по длине до точки прикрепленияк ступице.
Далее конструкция отличается тем, что спиральные элементы водном блоке не выровнены относительно друг друга, соседа или оппозитногоэлемента, так чтобы не организовать заранее отобранные шаблоны.
Спиральные элементы в одной группе растягиваются по спиралипо часовой стрелке от центра к периферии, тогда как пружины другой группырастягиваются против часовой стрелки, если смотреть на колесо сбоку отплоскости вращения.
Также в конструкции оськолеса разъединена между ступицами, т.е. колесо закреплено двумя вставками,соединяющими с обеих сторон вилку и ступицу. Промежуток между ступицамиостаётся, то есть отсутствует соединение между оппозитными ступицами.Выбор специфической конфигурацииили модели двойных спиралевидных деталей в изобретенном колесном устройствепозволяет, по крайней мере, добиться искомого распределения усилий или достичьтребуемой в ряде задач поворачиваемости и сцепления. Таким образом, горныевелосипедные шины могут нуждаться в соприкосновении обоих сторон спиралевидныхэлементов для передачи наибольшей гибкости и улучшенной упругости, поскольку взначительной степени идентичность или согласованность блоков спиральныхшестерен может придать большую поворачиваемость единичному колесу лопастноготипа роликовых коньков, т.е. так называемым роликовым лезвиям.
2. Цель изобретения. Данный патент США можно считать логическим завершениемцелой цепочки изобретений (патенты США №№ 813423, 1141078, 515456, 2869608,1253975), постепенно развивающих и улучшающих данный конструкционный узелмашины путем введения и модернизации связей различного типа в колесе свнутренним подрессориванием. Например, патент США №813423 Хилла показываеткогтеобразное удерживающее устройство для прикрепления колеса к оси. КонструкцияХилла включает в себя прочные спицы из металлической проволоки, которыесоединяют каждую ступицу с ободом колеса, что распределяет усилия так же, как иось, располагающаяся, как правило, между этими ступицами. Патент США №1141078Шеффела улучшает конструкцию Хилла путём исключения удерживающих устройств,крепящих ступицу к оси. Шеффел также предлагает ввести прочные спицы из проволокии единый вал колеса. Патент США №515456 Вуда направлен, в основном, на конструкциюступицы колеса, и показывает дугообразные спицы, лежащие вне плоскости вращенияколеса, и перемещающиеся по дуге от ступицы к ободу колеса. Патент США №2869608Чамберлена и др. защищает конструкцию пружинного колеса под автомобильные шины,имеющую плоские ленточные пружины (вместо спиц), которые внутренне расходятсяот каждой ступицы до обода колеса, при этом полностью находясь вне плоскостивращения обода. Наконец, патент США №1253975 Ховарда и др. защищает конструкциюс множеством некомпланарных спиц, прикрепленных к множеству независимых ободов.Данный же патент США №5125443, в свою очередь, содержит колесо открытого типа,имеющее круглый обод, расположенный в плоскости вращения колеса, две оппозитныеступицы, размещённые по обе стороны плоскости вращения колеса на его осивращения, саму ось, пересекающую плоскость вращения в центре круга, очерченногоободом, и множественные пружины, расположенные противоположно друг другу,причем каждая из этих пружин расходится от центра к периферии по радиальной испиралевидной траектории от точек прикрепления к ободу до точек прикрепления кступицам, в связи с чем колесо наделяется способностью лучше противостоятьрадиальным и/или боковым деформациям, обеспечивая притом хорошую самоцентровкуи возврат в начальное положение, когда обод колеса перемещается из нормальногоположения в плоскости вращения или по оси вращения.
2.2.5 Достоинства инедостатки рассмотренных конструкций
Все вышеописанные изобретения обладают рядом недостатков, непозволяющих применить эти колёса как ведущие на гусеничных тракторах.
Первый недостаток всех изобретений — они проектировалисьне для гусеничных тракторов, следовательно, абсолютно не учитывают спецификуработы данного тапа машин. Более того, каждое из приведенных выше изобретений,несмотря на оригинальные идеи, не подходят конструктору гусеничных машин поряду причин. Так у первого изобретения значительная металлоёмкость и небольшаявеличина хода обода, что значительно снижает плавность хода и удорожаетконструкцию. То же можно сказать и о третьем из списка изобретении, котороеидеально подходит для применения в опорных катках гусеничного движителя. Второеиз описанных изобретений имеет и малую металлоемкость, и хорошую плавностьхода, но всё же оно недостаточно удовлетворяет требованием жесткости в боковомнаправлении для данного типа ведущих колес. Последний из описанных патентов иавторских свидетельств хотя и обладает достаточно малой металлоемкостью ихорошей плавностью хода, что не маловажно, тем не менее, не содержитвозможность обратимости движения (за исключением последней из предложенныхконструкций), имеет большую степень детализации, что снижает егоэксплуатационные качества, а главное, идеология данного изобретенияподразумевает наличие гибкого обода колеса, что недопустимо в гусеничныхдвижителях из-за необходимости обеспечивания адекватного натяжения гусеницы и обеспеченияеё несоскальзывания.
Несмотря на все описанные выше недостатки, большинство оригинальныхидей, примененных в данных изобретениях требуют отдельного более пристальногоизучения при синтезе новой конструкции опущенного на грунт ведущего колеса с внутреннимподрессориванием гусеничного трактора.
3.1 Требования,предъявляемые к конструкции
Ведущее колесо наматывает гусеничную цепь, обеспечиваядвижение трактора. К ведущему колесу предъявляются следующие требования:
— надежное зацепление с гусеницей (независимо от её износа) как введущем, так и в тормозном режиме. Это требование соблюдается путем правильноговыбора геометрии зацепления. Оно легко выполняется в гусеницах, шаг которых впроцессе эксплуатации не изменяется или изменяется незначительно [8];
— высокая износостойкость зубьев. Обеспечивается геометриейзацепления, подбором износостойких материалов для зубчатых венцов итехнологическими мероприятиями по повышению их поверхностной твёрдости;
— самоочистка от пыли, грязи и снега.
В данной работе рассматривается возможность создания на базегусеничного трактора (прототип — трактор ВТ–100, выпускаемый ВГТЗ)варианта сельскохозяйственного трактора общего назначения с подрессореннымведущим колесом.
Ведущее колесо опускается на землю, тем самым оно выполняетдве роли: ведущую и опорную [15, 16].
Опуская ведущее колесо на грунт, получаем следующиепреимущества:
— увеличение КПД;
— уменьшение удельного давления на почву;
— уменьшение буксования;
— увеличение опорной длины гусеницы;
— почвосбережение.
Однако простое увеличение продольной базы трактора путёмопускания ведущего колеса на грунт ведёт к увеличению момента сопротивленияповороту. А самое главное, на ведущее колесо теперь будут действовать ничем некомпенсируемые силы, которые приведут к выходу из строя конечной передачи.Поэтому ведущее колесо необходимо подрессоривать.
3.2 Описаниеконструкции и принципа работы ведущего колеса с внутренним подрессориванием
Предложенное в данной работе ведущее колесо состоит из (см.рисунок 3.1):
1. валаконечной передачи;
2. ведущей ступицы;
3. несколькихведомых ступиц;
4. зубчатого венца;
5. системыподрессоривания;
6. дополнительнойсистемы подрессоривания;
7. втулок-упоров.
Предлагаемая к защите конструкция системы подрессориваниясостоит из четного количества упругих элементов треугольной формы 5расположенными между ведущей 2 и ведомыми 3 ступицами колеса с одной стороны изубчатым венцом 4 — с другой. Упругие элементы верхним концом шарнирнозакреплены на зубчатом венце. Снизу они также шарнирно крепятся на ведущейступице и попарно закрепляются с возможность совершать вращательное движение вплоскости колеса на ведомых ступицах. Следовательно, количество ведомых ступиц4 равно числу упругих элементов, размещенных на колесе, делённое на два.