Транспортные средства с шагающим механизмом. Шагающее колесо Ротопед

Разрабатывая конструкции вездеходов, конструкторы не обошли вниманием шагающие механизмы в качестве движителя. Нога способна преодолевать труднопроходимые участки местности; с нею не может соперничать ни колесный, ни гусеничный транспорт. Природа не знает вращательного движения как средства перемещения, и нога играет здесь главную роль. Точную копию ноги без вращательного движения искусственно воспроизвести трудно; ближе всего к ней подходит механизм, напоминающий ногу, у которого мышцы заменены гидроцилиндрами. Несколько вполне удачных моделей шагающих транспортных средств было спроектировано фирмой Дженерал Электрик.

Управление таким транспортным средством весьма затруднительно, особенно на пересеченной местности. Даже при установке многочисленных электронных устройств сохранение равновесия и управление машиной требует от водителя огромного напряжения и умения. Поэтому для решения этой проблемы решили пойти по пути использования вестибулярного аппарата водителя. Шагающее устройство — гидравлические ходули представляют собой своего рода продолжение ног водителя. Водитель шагает в своей кабине, как схематически показано на рис. 1, а движение его ног гидравлически передается на ноги движителя.

Рис. 1. Шагающее транспортное средство

Водитель шагает в своей кабине, движения его ног воспринимаются и усиливаются гидроцилиндрами шагающего движителя.

Поскольку управляющие педали имеют обратную связь, водитель ощущает сопротивление почвы, когда нога движителя наступает на нее, что позволяет сохранять равновесие автоматически, и водитель может уделять необходимое внимание осмотру пути. У четырехногих транспортных средств для управления приходится применять и руки, что уже достаточно сложно. Не решена проблема подъема такого транспортного средства в случае его падения. Колебательное движение ног можно заменить шагающим колесом. В этом случае нога образована пневматическими подъемниками, расположенными на ободе колеса; они поднимают транспортное средство позади оси колеса; машина «падает» вперед и в результате перемещается. Таких пневмоподъемников на колесе несколько, они выполнены в виде резиновых камер, которые последовательно заполняются воздухом и вступают в работу. Поскольку камеры не совершают возвратно-поступательных движений, а лишь заполняются воздухом и снова опорожняются, проблемы, связанные с силами инерции, не возникают.

Схема такого шагающего колеса (Ротопед) изображена на рис. 2.

Рис. 2. Схема шагающего колеса Ротопед

В шагающем колесном движителе воздух подается в резиновые камеры через распределитель, установленный в ступице (см. стрелку). За счет расширения этой камеры задняя часть колеса поднимается, перекатывая его вперед.

Стрелкой показан путь сжатого воздуха к задней камере, которая поднимает транспортное средство и перемещает его вперед. По мере поворота колеса в его оси открываются отверстия, через которые сжатый воздух последовательно поступает к пневматическим камерам; после выполнения работы воздух отводится через выводной канал. Таким образом воздух действует непосредственно на дорогу кратчайшим путем через упругую стенку камеры.

Поворотом ручки распределителя сжатого воздуха можно изменить величину крутящего момента, скорость и направление вращения колеса. Крутящий момент колеса равен нагрузке, создаваемой пневмокамерой и ее эксцентриситетом относительно оси колеса, и может изменяться в широком диапазоне. То, что колесо одновременно выполняет функции двигателя и коробки передач и ненамного тяжелее колеса такого же размера с шиной и тормозом, позволяет существенно снизить массу транспортного средства. Максимальная несоосность камеры зависит от компоновки колеса. В работе находятся одновременно две камеры, одна из которых не достигла максимального эксцентриситета и поэтому развивает меньший момент. Ведущий момент представляет собой сумму моментов всех одновременно работающих камер.

В варианте Ротопед каждое колесо оснащено двенадцатью камерами, установленными в два ряда. Все колеса машины одновременно и ведущие, и управляющие. Это позволяет транспортному средству поворачиваться вокруг вертикальной оси, потому что ничто не препятствует необходимому повороту колеса. Воздух в колесо подводится и отводится через полый вал рулевого механизма и стержни вилки; угол поворота такого колеса не ограничен. Потому автомобиль может повернуться вокруг своей оси на месте.

Сжатый воздух поступает в колесо по полому валу системы управления, причем по одному стержню вилки он поступает в камеры колеса, а по другому — отводится снова на вход компрессора. Таким образом, машина имеет замкнутый пневматический контур.

Конструктивное исполнение еще одного шагающего колеса показано на рис. 3.

Рис. 3. Конструкция колеса Ротопед

Простота конструкции колеса Ротопед видна из приведенного изображения. Распределительный золотник, не требующий смазки, вращается внутри оси колеса. Каждая камера крепится одним винтом, что упрощает ее замену. По правому стержню вилки воздух подводится, по левому отводится.

Конструкция этого колеса очень проста. Колесо установлено на двух подшипниках качения, а золотник распределения сжатого воздуха вращается с помощью вала, расположенного на оси колеса. Колесо не требует смазки. Рабочее избыточное давление весьма незначительно и у испытанного образца составило 0,03-0,05 МПа (0,3-0,5 кгс/см²). Такое избыточное давление нельзя эффективно использовать ни в каком поршневом двигателе, работающем от сжатого воздуха, а в данном случае можно использовать остаточное избыточное давление воздуха, ранее совершившего работу в цилиндрах высокого давления. Поскольку рабочее давленые в камерах равно давлению между камерами и землей (учитывая то, что стенки камер очень эластичны), этот вид движителя пригоден и для перемещения по мягкому грунту).

При прорыве одной из камер движение транспортного средства может продолжаться до тех пор, пока производительности компрессора будет достаточно для компенсации утечки воздуха через прорыв. Поврежденную камеру легко заменить, для чего достаточно отвинтить один болт. Наружный диаметр ведущего колеса равен 500 мм, а наружный диаметр шаровых камер — 160 мм. Масса колеса в сборе с валом и тормозами составляет приблизительно 25 кг. Способность преодолевать подъемы при избыточном давлении 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) равна приблизительно 20%; торможение транспортного средства осуществляется включением заднего хода.

Управление таким транспортным средством осуществляется с помощью двух педалей — педаль газа двигателя, приводящего компрессор, и педаль тормоза. Управление распределительным золотником, с помощью которого включается передний и задний ход, производится с помощью ручки. Рама транспортного средства изготовлена из стальных труб, что позволяет ее использовать и для распределения воздуха по колесам; это опять-таки позволяет снизить массу машины.

В раздел «Автосалон — описания, технические характеристики автомобилей»

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки: