CN103342084B - 凹面弹性筛网轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹面弹性筛网轮。所述凹面弹性筛网轮包括轮毂和装在轮毂上的支撑圈，所述支撑圈的外圆周上装有环形的金属丝网；所述支撑圈与金属丝网之间设有支撑该金属丝网的弹性元件，所述金属丝网外圆周上装有防滑棘爪，该金属丝网和防滑棘爪固定相连形成作为胎面的弓形凹面弹性筛网，该胎面为中间凹两边凸的弓形凹面。本发明可用来在松软、多尘、干燥、低重力环境下载人行走，满足高侧倾稳定性、高附着力、有效防止沉陷、有效抑制扬尘及吸震性能好等要求。

Description

凹面弹性筛网轮

技术领域

本发明涉及载人登月、火星探测等深空探测领域，特指一种凹面弹性筛网轮，可用于诸如载人月球车等特种环境下作业运载装备。

背景技术

深空探测领域现有的星球表面巡视探测器主要分为无人和载人两类。由于无人巡视探测器重量小、行驶速度极低，如美国勇气号、机遇号火星车、前苏联Lunokhod-1/2等，所采用的车轮普遍存在车轮轮径小、爬坡性能差、承载能力不强的缺点。目前已实现载人登月的美国阿波罗LRV载人月球车车轮为金属弹性筛网轮，该车轮外形轮廓类似地面车辆的车轮，胎面形状为中间凸起两边低。虽然该车轮胎面铆接人字形防滑块，但是由于凸型胎面轮的接地面积相对小，在松软的月壤等行驶环境下车轮能提供的牵引力有限，而且容易沉陷。在松软的月壤环境、月表重力为1/6g等情况下，车轮需要压实月壤提高附着力，同时又要避免在重载作用下的沉陷问题，前者是高行驶效率与能源供应有限的要求；后者是行驶安全性的要求。载人月球车这类载人巡视探测器设计还受生命保障系统和作业时间有限等约束，相对于无人巡视探测器需要高出两到三个数量级的行驶速度，这对车轮设计提出了更高要求。月球表面环境恶劣，地形复杂，月壤松散，车轮设计除了考虑承载及吸震性能外，载人安全性问题要求特别重视侧倾稳定性设计。此外，在月表重力为1/6g情况下行驶过程中车轮高速转动容易产生大量扬尘，影响探测仪器载荷，甚至是驾驶员的视线。总的来说，由于深空探测环境的特殊性，像载人月球车这类运载装备与地面车辆差别非常大，其车轮设计必须考虑提高侧倾稳定性、软土环境下的附着力、防止沉陷、抑制扬尘、高承载能力以及吸震性能等要求。

发明内容

针对现有航天用车轮存在的上述技术问题，本发明旨在提供一种凹面弹性筛网轮，该筛网轮可用来在松软、多尘、干燥、低重力环境下载人行走，满足高侧倾稳定性、高附着力、有效防止沉陷、有效抑制扬尘及吸震性能好等要求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种凹面弹性筛网轮，包括轮毂和装在轮毂上的支撑圈，所述支撑圈的外圆周上设有环形的金属丝网；其结构特点是，所述支撑圈与金属丝网之间设有支撑该金属丝网的弹性元件，所述金属丝网外圆周上装有防滑棘爪，该金属丝网和防滑棘爪固定相连形成作为胎面的弓形凹面弹性筛网，该胎面为中间凹两边凸的弓形凹面。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

根据本发明的实施例，优选地，所述弹性元件为设置在固定在支撑圈外圆周上的多个弹簧片，装在弹簧片上用于支撑所述金属丝网的弓形架。当然，弹性元件还可以设计成其它形式，只要保证支撑金属丝网，保证胎面截面为弓形凹面即可。

更进一步地，所述弹簧片整体呈弧形，该弹簧片的一端为固定在支撑圈上的弹簧片固定端，另一端为贴附在支撑圈上但不固定相连的弹簧片自由端；所述弹簧片的中间部位与所述弓形架的中间部位固定相连。由此，所述弹簧片一端是固定在支撑圈上，另一端是自由的，贴在支撑圈外缘，可以在一定范围内滑动。

为了防止扬尘或碎石，所述支撑圈的上侧设有防护板，所述防护板主要是高速行进中抑制扬尘，同时避免车轮转动激起的碎石射击仪器载荷和宇航员。

作为一种具体的防滑棘爪结构形式，所述防滑棘爪呈“人”字形，各防滑棘爪均布在所述金属丝网的圆周面上。由此，所述金属丝网外面铆接防滑棘爪，防滑棘爪呈“人”字形均匀分布在车轮胎面，可以提高牵引力，同时也具有防滑的作用。

进一步地，所述轮毂包括左轮毂和右轮毂，所述支撑圈的两侧均设有装在相应轮毂上用于支撑金属丝网的轮辐，可以防止灰尘进入轮内，同时起到吸震的作用，

所述轮辐呈新月状，相邻两根轮辐之间填充有弹性泡沫填充板，可以起到密封作用。

优选地，所述轮毂内装有驱动所述的凹面弹性筛网轮转动的驱动电机。

所述弹簧片与所述弓形架呈十字形布置，承载时表现为非线性弹性。

为了有效地提高牵引力和附着力，并具有更好的防滑效果，所述防滑棘爪在所述金属丝网表面的覆盖率至少为50%，覆盖面积达到轮胎表面的50％，所述轮辐呈新月状，同一侧的相邻两根轮辐之间填充有弹性泡沫填充板；所述轮辐与弹性泡沫填充板嵌合成一环形整体，该环形整体的内侧端固定在相应轮毂上，该环形整体的外侧端与所述胎面的胎肩内侧相连。由此，所述新月型轮辐具有一定的弹性，中间空腔安置诸如Solimide等弹性泡沫填充板作为密封结构，使得车轮两侧整体是密封的，具有抑制扬尘的作用和防止出现类似美国火星车被小石块卡住车轮的故障。

藉由上述结构，一种凹面弹性筛网轮，它包括防护板、防护板支撑、防滑棘爪、金属丝网、弹簧片、支撑圈、弓形架、新月型轮辐、泡沫填充板、轮毂及驱动电机。

所述凹面弹性筛网轮的胎面为金属丝网与防滑棘爪组成的弓形凹面弹性筛网，胎面截面为弓形凹面。其中，弓形凹面轮类似于两个凸型胎面车轮并联于一体。相对于同样包络尺寸的凸型胎面车轮，车辆左右轮对可以增加几乎一个车轮宽度的轮距，可显著提高侧倾稳定性。在软地行走时，弓形凹型胎面增加了接地面积，进而增加牵引力。弓形凹型胎面具有往胎面中间挤压软土并压实的作用，可以有效防止行进中出现诸如月尘之类从车轮两侧喷扬的问题，也具有比凸型轮面更好的防止车轮沉陷的作用。

所述车轮主要由轮毂、支撑圈、弹簧片、弓形架以及新月型轮辐起到支撑作用。其中，弹簧片、弓形架以及新月型轮辐起到弹性支撑作用，具有吸震的作用。

所述弓形架焊接在弹簧片外端，它可保持环形的金属丝网的圆周表面为中间凹两边凸的形状，由此组成的胎面形状为中间凹两边凸的弓形凹面；亦即，本发明的轮胎胎体径向截面为弓形凹面。

所述金属丝网是弹性筛网，主要是减少行进中车轮的挤压扬尘和提高附着力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的弓形凹型轮胎胎面为中间凹两边凸的形状，类似两个车轮并排，相对于同样包络尺寸的凸型胎面车轮，车辆左右轮对可以增加几乎一个车轮宽度的轮距，可显著提高侧倾稳定性。在软地行走时，弓形凹型胎面增加了接地面积，进而增加牵引力，而且具有往胎面中间挤压月尘并压实的作用，既可显著减少行驶过程向车轮两侧挤喷扬尘，也可以减少车轮沉陷量。

2、本发明的凹面弹性筛网轮，采用弹性筛网形式的金属丝网胎面，实现与地面更充分的柔性接触，同时具有抑制扬尘的作用。金属丝网上铆接防滑棘爪，防滑棘爪呈“人”字形均匀分布在车轮胎面，保证车轮具有足够牵引力和附着力。

3、本发明的凹面弹性筛网轮，十字交叉地安置两层弹性元件，包括弹簧片及弓形架。受力时，两层弹性元件表现为非线性弹性，吸震性能良好。

4、本发明的凹面弹性筛网轮，两侧采用弹性轮辐进行支撑，同时在中间空腔安置诸如Solimide等弹性泡沫填充板作为密封，既具有吸震作用，也能防止车轮两侧月尘进入车轮，又能防止从胎面筛网已进入车轮内部的月尘从车轮侧面向外飞扬，进而减少扬尘。

总之，本发明是一种应用于干燥松软行驶环境下无人探测移动系统或载人运载装备的车轮，并满足诸如载人月球车等星球探测车对车轮强度、承载能力、抑制扬尘以及吸震性能的要求。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图，其中a）为轴测图，b）为正视图；

图2是图1分离体示意图，其中a）整体图，b）防护板，c）内轮毂，d）外轮毂，e）支撑圈及弹簧片，f）弓形架，g）金属丝网，h）防滑棘爪，i）轮辐，j）泡沫填充板；

图3是图2中弹簧片及弓形架的安装示意图；

图4是图2中金属丝网及其局部放大示意图；

图5是图3的局部放大图；

图6是图4的局部放大图。

在图中

1-驱动电机；2-轮毂；3-新月形轮辐；4-弹性泡沫填充板；

5-防滑棘爪；6-金属丝网；7-防护板；8-防护板支撑；

9-弹簧片；10-弓形架；11-弹簧片自由端；12-支撑圈；

13-弹簧片固定端；14-环形凹面。

具体实施方式

现结合附图和以载人月球车车轮具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、图2和图3所示，本发明凹面弹性筛网轮包括防护板7、防护板支撑8、防滑棘爪5、金属丝网6、弹簧片9、支撑圈12、弓形架10、新月型轮辐3、弹性泡沫填充板4、轮毂2、支撑圈12及驱动电机1。驱动电机1安装在轮毂2中心，是车轮的驱动部件。轮毂2、新月型轮辐3、支撑圈12、弹簧片9及弓形架10起到主要支撑作用。轮毂2与支撑圈12刚性连接。弹簧片9的固定端13是固定在支撑圈上，弹簧片自由端11贴在支撑圈12表面，加载或卸载情况下可以在一定范围内滑动，如图3的局部放大图所示。弓形架10中间焊接在弹簧片（9）上，弓形架10支撑金属丝网6保证车轮胎面截面为弓形凹面。金属丝网6的结构如图4的局部放大图所示，网格大小和形状可以根据需要设计与优化。在金属丝网6外表面铆接防滑棘爪5，防滑棘爪5呈“人”字形均匀分布在车轮胎面，覆盖面积达到轮胎表面的50％，棘爪保证车轮具有足够牵引力和附着力。车轮两侧面为新月型轮辐3及填充在轮辐空腔的弹性泡沫填充板4，起到密封和吸震作用，能防止车轮两侧月尘进入车轮，又能防止从胎面筛网已进入车轮内部的月尘从车轮侧面向外飞扬，进而减少扬尘。车轮载人行驶于月表时，防滑棘爪5保证有足够的抓地力，同时凹型胎面增加接地面积，进一步增加牵引力。凹形胎面接触月面过程中使轮下的月尘向凹型胎面中部挤压，并具有压实的作用，既可减少行驶过程向车轮两侧挤喷扬尘，也可以减少车轮沉陷量。月表反作用于车轮的力，通过弓形架10及弹簧片9减震后传递到支撑圈12及轮毂2。弹簧片9与弓形架10串联，即两个十字交叉安置的弹性元件，承载时表现为非线性弹性，达到较好的减震效果。防护板7安装在车轮外圈，防止高速行进中月尘上扬，同时避免车轮转动激起的碎石射击仪器载荷和宇航员。

本发明可用来在松软、多尘、干燥、低重力环境下载人行走，具有侧倾稳定性好、高附着力、防止沉陷、有效抑制扬尘及吸震性能好等特点的车轮。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种凹面弹性筛网轮，包括轮毂（2）和装在轮毂（2）上的支撑圈（12），所述支撑圈（12）的外圆周上设有环形的金属丝网（6）；所述支撑圈（12）与金属丝网（6）之间设有支撑该金属丝网（6）的弹性元件，所述金属丝网（6）外圆周上装有防滑棘爪（5），该金属丝网（6）和防滑棘爪（5）固定相连形成作为胎面的弓形凹面弹性筛网，该胎面为中间凹两边凸的弓形凹面（14）；所述弹性元件为固定在支撑圈（12）外圆周上的多个弹簧片（9），装在弹簧片（9）上用于支撑所述金属丝网（6）的弓形架（10）；

其特征在于，所述弹簧片（9）整体呈弧形，该弹簧片（9）的一端为固定在支撑圈（12）上的弹簧片固定端（13），另一端为贴附在支撑圈（12）上但不固定相连的弹簧片自由端（11）；所述弹簧片（9）的中间部位与所述弓形架（10）的中间部位固定相连。

2.根据权利要求1所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述支撑圈（12）的上侧设有防护板（7）。

3.根据权利要求1所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述防滑棘爪（5）呈“人”字形，各防滑棘爪均布在所述金属丝网（6）的圆周面上。

4.根据权利要求1所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述轮毂（2）包括左轮毂和右轮毂，所述支撑圈（12）的两侧均设有装在相应轮毂（2）上用于支撑金属丝网（6）的轮辐（3）。

5.根据权利要求1所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述轮毂（2）内装有驱动所述的凹面弹性筛网轮转动的驱动电机（1）。

6.根据权利要求1所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述弹簧片（9）与所述弓形架（10）呈十字形布置。

7.根据权利要求3所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述防滑棘爪（5）在所述金属丝网（6）表面的覆盖率至少为50%。

8.根据权利要求4所述的凹面弹性筛网轮，其特征在于，所述轮辐（3）呈新月状，同一侧的相邻两根轮辐（3）之间填充有弹性泡沫填充板（4）；所述轮辐（3）与弹性泡沫填充板（4）嵌合成一环形整体，该环形整体的内侧端固定在相应轮毂（2）上，该环形整体的外侧端与所述胎面的胎肩内侧相连。