RU2116925C1 - Vehicle - Google Patents

Abstract

FIELD: transport engineering; self-propelled vehicles with inertia propeller. SUBSTANCE: vehicle has frame with four wheels and inertia mechanism in form of flat directed mechanical vibration generator installed on frame. Generator is connected with unbalance weight. Front pair of wheels has diameter exceeding that of rear of wheels and features lower rolling friction coefficient. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к самоходным транспортным средствам с отличными от обычных движителями, в частности к транспортным средствам, в которых движителем является вибратор. The invention relates to self-propelled vehicles with other than conventional propulsion, in particular to vehicles in which the propulsion is a vibrator.

Известное транспортное средство с вибродвижителем, содержащее размещенный внутри корпуса генератор плоских направленных механических колебаний, соединенный через четырехзвенный шарнирный механизм и кривошипно-шатунный механизм с качающимся маховиком (см. авт. св. СССР N 522095, кл. B 62 D 57/02, 1976 г.). A well-known vehicle with a vibroengine, containing a generator of flat directional mechanical vibrations located inside the housing, connected through a four-link articulated mechanism and a crank mechanism with a swinging flywheel (see ed. St. USSR N 522095, class B 62 D 57/02, 1976 g.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что известное транспортное средство имеет предельную сложность и низкую надежность конструкции вследствие сложности и громоздкости кинематических узлов и соединений. Кроме того, известное транспортное средство имеет ограниченные области применения вследствие возможности движения только за счет перекатывания корпуса относительно опорной поверхности. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device include the fact that the known vehicle has extreme complexity and low reliability of the structure due to the complexity and cumbersome kinematic nodes and connections. In addition, the known vehicle has limited applications due to the possibility of movement only due to rolling of the housing relative to the supporting surface.

Известно также самоходное транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и смонтированный на раме инерционный механизм, выполненный в виде двигателя, связанного через шестерни с двумя дебалансами, имеющими возможность вращение в противоположные стороны (см. авт.св. СССР N 151574, кл. B 60 K 9/04, 1961 г.). A self-propelled vehicle is also known, containing a frame with four wheels and an inertial mechanism mounted on the frame, made in the form of an engine connected via gears with two unbalances that can rotate in opposite directions (see ed. St. USSR N 151574, class B 60 K 9/04, 1961).

Однако данное транспортное средство также характеризуется сложной кинематической схемой, громоздкостью конструкции, малыми амплитудами тяговых усилий, что препятствует достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства. However, this vehicle is also characterized by a complex kinematic scheme, cumbersome design, small amplitudes of traction, which prevents the achievement of the technical result indicated below when using the known device.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный привод, взаимодействующий с ведущими колесами и выполненный в виде блока двигателей, связанных посредством шестерен с дебалансами, соединенных с рамой через пружину и с ведущими колесами - при помощи храпового механизма (см. авт.св. СССР N 589150, кл. B 62 D 57/00, 1978 г.) и принятое за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of features is a vehicle containing a frame with four wheels and an inertial drive mounted on the frame, interacting with the drive wheels and made in the form of a block of engines connected by gears with unbalances connected to the frame through a spring and with drive wheels - using a ratchet mechanism (see ed. St. USSR N 589150, class B 62 D 57/00, 1978) and adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится предельная сложность, а также низкая надежность и недолговечность конструкции. Это объясняется сложностью инерционного привода, включающего блок двигателей, шестерен, дебалансов, имеющих между собой сложную кинематическую связь, наличием специальных храповых колес, взаимодействующих с подпружиненными собачками. Кроме того, сама необходимость взаимодействия инерционного привода через храповой механизм с ведущими колесами ограничивает функциональные возможности транспортного средства и практически сводит на нет преимущества именно самоходных транспортных средств и их отличие от обычных транспортных средств. Необходимостью механической связи с ведущими колесами ограничивает как возможности в применении разнообразных типов движителей, так и возможности размещения этих движителей в любом месте независимо от расположения колес, требует специальных передаточных кинематических механизмов для связи инерционного привода с ведущими колесами. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted as a prototype include extreme complexity, as well as low reliability and fragility of the structure. This is due to the complexity of the inertial drive, which includes a block of engines, gears, unbalances with a complex kinematic connection, the presence of special ratchet wheels interacting with spring-loaded dogs. In addition, the very need for inertial drive interaction through a ratchet mechanism with drive wheels limits the functionality of the vehicle and practically negates the advantages of self-propelled vehicles and their difference from conventional vehicles. The need for mechanical communication with the drive wheels limits both the ability to use various types of propulsors and the ability to place these propulsors anywhere, irrespective of the location of the wheels, and requires special kinematic transmission mechanisms for coupling the inertial drive with the drive wheels.

Сущность изобретения заключается в создании транспортного средства с однонаправленной тягой, создаваемой за счет взаимодействия транспортного средства с опорной поверхностью, свободного от сложных электромеханических элементов и устройств. The invention consists in the creation of a vehicle with unidirectional traction, created due to the interaction of the vehicle with the supporting surface, free from complex electromechanical elements and devices.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является упрощение конструкции, повышение надежности и долговечности транспортного средства, а также расширение его функциональных возможностей. The technical result obtained by carrying out the invention is to simplify the design, increase the reliability and durability of the vehicle, as well as expand its functionality.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что известное транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный механизм в виде генератора плоских направленных механических колебаний, соединенного с грузом-дебалансом, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения, снабжено рамой с передней парой колес и с парой задний колес, при этом передняя пара колес выполнена по сравнению с задней парой колес с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that the known vehicle containing a frame with four wheels and mounted on the frame inertial mechanism in the form of a generator of flat directional mechanical vibrations connected to a load-unbalance, with the ability to make reciprocating movements, is equipped with a frame with a front pair of wheels and with a pair of rear wheels, while the front pair of wheels is made in comparison with the rear pair of wheels with a larger diameter and a smaller coefficient rolling friction.

На чертеже схематично изображено предлагаемое транспортное средство, общий вид. The drawing schematically shows the proposed vehicle, General view.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.

Предлагаемое транспортное средство содержит раму с передней парой колес 1 и с парой задних колес 2 (на чертеже сбоку показано по одному переднему и заднему колесу) и установленный на раме 3 инерционный механизм в виде генератора 4 плоских направленных механических колебаний, соединенного выходным валом с грузом-дебалансом 5, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения вдоль рамы 3, при этом передняя пара колес 1 выполнена по сравнению с задней парой колес 2 с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения. При выполнении колес 1, 2 с пневматическими шинами достижение большего коэффициента трения качения задних колес 2 обеспечивается созданием в шинах этих колес меньшего внутреннего давления по сравнению с шинами передних колес 1, увеличенной шириной профиля шин задних колес 2, а также различным выполнением рисунка протектора передних и задних колес (см. Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. М.: Машиностроение, 1975 г., стр. 5-6). При выполнении колес 1, 2 сплошными обеспечение различных коэффициентов трения качения достигается выполнением колес 1, 2 из различных материалов и с различной чистотой обработки их рабочих поверхностей. The proposed vehicle comprises a frame with a front pair of wheels 1 and a pair of rear wheels 2 (one front and rear wheels are shown on the side drawing) and an inertial mechanism mounted on the frame 3 in the form of a generator 4 of flat directional mechanical vibrations connected by an output shaft to a load unbalance 5, with the ability to make reciprocating movements along the frame 3, while the front pair of wheels 1 is made in comparison with the rear pair of wheels 2 with a larger diameter and lower rolling friction coefficient. When performing wheels 1, 2 with pneumatic tires, a greater coefficient of rolling friction of the rear wheels 2 is achieved by creating lower internal pressure in the tires of these wheels compared to the tires of the front wheels 1, the increased width of the tire profile of the rear wheels 2, as well as various tread patterns of the front and back wheels (see. Knoroz V.I., Klennikov E.V. Tires and wheels. M: Mechanical engineering, 1975, p. 5-6). When the wheels 1, 2 are made continuous, the provision of different rolling friction coefficients is achieved by the execution of wheels 1, 2 from various materials and with different purity of processing of their working surfaces.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

При колебаниях связанного с генератором 4 груза-дебаланса 5 возникает инерционная сила

, передаваемая на раму 3, и связанные с ней оси колес 1 и 2, причем половину периода прикладываемого генератором 4 возмущения инерционная сила

направлена вперед, а половину периода - назад. При действии силы

за счет взаимодействия колес 1 и 2 с опорной поверхностью к колесам прикладываются противодействующие перемещения (тормозящие) моменты трения качения, равные соответственно M_кач.1= δ₁N₁ и M_кач.2= δ₂N₂, , где δ₁ и δ₂ - коэффициенты трения качения передних и задних колес; N₁ и N₂ - соответствующие нормальные реакции. Действие данных моментов трения качения эквивалентно действию приложенных к осям колес 1 и 2 тормозящих сил:

где
R и r - радиусы больших (передних) и малых (задних) колес. Результирующая тормозящая сила, приложенная к раме 3 со стороны обеих пар колес,

Поэтому, условие смещения с места транспортного средства имеет вид F > F_торм. или

В первый полупериод воздействия инерционного возмущения при действии инерционной силы

вправо (вперед) и соответственно смещении вправо на расстояние a вдоль рамы 3 груза-дебаланса 5 (на чертеже для упрощения выкладок показано нейтральное положение груза-дебаланса 5, совпадающее с центром тяжести транспортного средства), нормальные реакции N₁ и N₂, полученные путем решения системы 2-х уравнений равновесия сил, имеют вид

где
G - вес транспортного средства без груза-дебаланса 5; P - вес груза-дебаланса 5; 2l - расстояние между передней и задней парами колес; l - расстояние от каждой пары колес до центра тяжести транспортного средства.When fluctuations associated with the generator 4 load-unbalance 5 there is an inertial force

transmitted to the frame 3, and the associated axles of the wheels 1 and 2, and the inertial force is half the period of the perturbation applied by the generator 4

directed forward, and half the period back. Under the action of force

due to the interaction of wheels 1 and 2 with the supporting surface, opposing displacements (braking) of the rolling friction moments equal to M _{mach 1} = δ ₁ N ₁ and M _{mach 2} = δ ₂ N ₂ , respectively, are applied to the wheels, where δ ₁ and δ ₂ - coefficients of rolling friction of the front and rear wheels; N ₁ and N ₂ are the corresponding normal reactions. The action of these rolling friction moments is equivalent to the action of the braking forces applied to the axles of the wheels 1 and 2:

Where
R and r are the radii of the large (front) and small (rear) wheels. The resulting braking force applied to the frame 3 from the side of both pairs of wheels,

Therefore, the condition of displacement from the vehicle has the form F> F _brake. or

In the first half-cycle of an inertial disturbance under the action of an inertial force

to the right (forward) and accordingly to the right shift by a distance a along the frame 3 of the unbalance load 5 (the simplified calculations show the neutral position of the unbalance load 5, which coincides with the center of gravity of the vehicle), normal reactions N ₁ and N ₂ obtained by solutions of the system of 2 equations of equilibrium of forces have the form

Where
G is the weight of the vehicle without unbalance 5; P is the weight of the unbalance load 5; 2l is the distance between the front and rear pairs of wheels; l is the distance from each pair of wheels to the center of gravity of the vehicle.

Согласно (1) результирующая тормозящая сила, направленная влево (назад)

Во второй полупериод при действии инерционной силы

влево и соответственно смещении влево груза-дебаланса 5 нормальные реакции имеют вид

и аналогично получаем величину результирующей тормозящей силы, направленной вправо

Очевидно, что F_торм.II > F_торм.I, т.е. за полный период действия инерционной силы, к раме 3 прикладывается постоянная составляющая силы, направленная вправо (вперед) и равная

Величина этой силы тем больше, чем больше радиус R передних колес 1 по сравнению с задними колесами 2 радиусом r, и наоборот, чем меньше коэффициент трения качения δ₁ передних колес 1 по сравнению с коэффициентом трения качения δ₂ задних колес 2. В общем случае, если инерционная сила F > F_торм.I и F > F_торм.II транспортное средство за период возмущения будет совершать колебание вправо (вперед), а затем влево (назад), но вперед с большей амплитудой, в итоге результирующее движение будет происходить вперед.According to (1), the resulting braking force is directed to the left (back)

In the second half-cycle under the action of inertial force

to the left and accordingly to the left shift of the unbalance load 5 normal reactions have the form

and similarly we get the value of the resulting braking force directed to the right

Obviously, F _{brakes II} > F _{brakes I} , i.e. for the full period of the inertial force, a constant component of the force is applied to the frame 3, directed to the right (forward) and equal to

The magnitude of this force is greater, the larger the radius R of the front wheels 1 compared to the rear wheels 2 of radius r, and vice versa, the lower the coefficient of rolling friction δ _{1 of the} front wheels 1 compared with the coefficient of rolling friction δ _{2 of the} rear wheels 2. In the General case if the inertial force F> F _{brakes I} and F> F _{brakes II} , the vehicle during the period of disturbance will oscillate to the right (forward) and then to the left (back), but forward with a larger amplitude, as a result, the resulting movement will occur forward .

Для исключения колебательного движения транспортного средства необходимо, чтобы соотношение между инерционной силой F и тормозящими силами F_торм.I и F_торм.II удовлетворяло усилию F_торм.I < F < F_торм.II. Тогда транспортное средство будет последовательно перемещаться плавно вперед без отката назад. Необходимую интенсивность перемещения транспортного средства можно обеспечить подбором требуемого соотношения R/r, δ₂/δ₁, а также веса P и амплитуды a колебаний груза-дебаланса 5.To eliminate the oscillatory movement of the vehicle, it is necessary that the ratio between the inertial force F and the braking forces F _{brakes I} and F _{brakes II} satisfy the force F _{brakes I} <F <F _{brakes II} . Then the vehicle will gradually move smoothly forward without rolling back. The necessary intensity of movement of the vehicle can be achieved by selecting the required ratio R / r, δ ₂ / δ ₁ , as well as the weight P and the amplitude a of the oscillations of the unbalance load 5.

Преимущества предложенного транспортного средства по сравнению с известными очевидны и объясняются его новым принципом работы. The advantages of the proposed vehicle in comparison with the known ones are obvious and are explained by its new principle of operation.

Во первых, это предельная простота конструкции, отсутствие сложных механических элементов и соединений, и, как следствие - высокая надежность и долговечность. Во вторых, установленный на раме инерционный механизм согласно принципу действия никак не связан с ведущими колесами, что сразу расширяет функциональные возможности устройства за счет возможности применения любого инерционного привода, возможности размещения данного привода практически в любом месте рамы независимо от места расположения ведущих колес, исключения кинематического передаточного механизма связи инерционного привода с ведущими колесами. Firstly, this is the ultimate simplicity of the design, the absence of complex mechanical elements and joints, and, as a result, high reliability and durability. Secondly, the inertial mechanism mounted on the frame according to the principle of operation is not connected in any way with the drive wheels, which immediately expands the device’s functionality due to the possibility of using any inertial drive, the possibility of placing this drive almost anywhere in the frame, regardless of the location of the drive wheels, eliminating kinematic transmission mechanism for inertial drive communication with drive wheels.

Claims (1)

Транспортное средство, содержащее раму с четырьмя колесами и установленный на раме инерционный механизм в виде генератора плоских направленных колебаний, соединенного с грузом-дебалансом, имеющим возможность совершать возвратно-поступательные движения, отличающееся тем, что оно снабжено рамой с передней парой колес и парой задних колес, при этом передняя пара колес выполнена по сравнению с задней парой колес с большим диаметром и меньшим коэффициентом трения качения. A vehicle comprising a four-wheel frame and an inertial mechanism mounted on the frame in the form of a plane directional oscillator connected to an unbalanced load capable of reciprocating movements, characterized in that it is equipped with a frame with a front pair of wheels and a pair of rear wheels while the front pair of wheels is made in comparison with the rear pair of wheels with a larger diameter and a lower coefficient of rolling friction.