CN114516241A - 定位防翻转系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种用于可重构橡胶履带行走系统的定位防翻转系统，包括定位块伸缩机构和定位块擒纵机构。其中，定位块伸缩机构安装在行走系统上，使定位块在轮胎形态向履带轮形态转换时，能够伸出，在履带轮形态向轮胎形态转换时缩回；定位块擒纵机构安装在车架或轮边减速器壳体等车体远离地面的位置上，在定位块伸缩机构的定位块伸出一定长度后，接受定位块并锁定其运动范围。本系统能够在可重构橡胶履带行走系统处于履带轮形态时，保证驱动轮位于行走系统上部远离地面，从而减少颗粒杂质、泥屑等在驱动轮与橡胶履带啮合处堆积，避免该处受到地面障碍等的冲击，有利于稳定驱动轮与橡胶履带啮合，并保护橡胶履带等组件。

Description

定位防翻转系统

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种用于可重构橡胶履带行走系统的定位防翻转系统。

背景技术

可重构橡胶履带行走系统(以下简称行走系统)用于轮式车辆，其形态可在轮胎形态和履带轮形态之间可控转换。轮胎形态时，行走系统整体转动，应用在铺设路面或其他硬质路面上，行驶速度高，油耗低。履带轮形态时，行走系统适用于松软或附着系数低的越野地形，能够提高车辆的通过性、牵引性能等。

行走系统处于履带轮形态时，需要应对复杂的越野地形，如为了顺应地形起伏和缓解障碍冲击等，行走系统需要能够相对车体摆动，保证其可靠着地，以稳定和保护相关组件，并提高平顺性和牵引性能，但过大幅度的摆动则会造成行走系统翻转，即行走系统原有接地部分脱离地面，而原非接地部分接地。行走系统翻转时会造成车辆剧烈颠簸，其冲击会引起组件损伤或诱发故障，因此行走系统需要相应的装置以防止翻转，同时还能够允许行走系统相对车体摆动。如中国专利公开了一种轮—履两模式变形车轮，申请号202110380082.7，该行走系统不具备防翻转功能，其第二主动齿轮用于驱动履带行走，不能确保在履带轮形态时第二主动齿轮处于行走系统上部，如果第二主动齿轮在履带轮形态时处于行走系统底部，那么一些颗粒杂质、泥屑等就会在驱动轮与履带啮合处堆积，导致驱动轮与履带啮合不够稳定，容易出现跳齿或卡死等情况，同时第二主动齿轮在低位时，与其啮合的履带部分与地面碰撞或碾压，容易造成第二主动齿轮或履带损坏。中国专利公开了一种可实现轮履转换的履带轮行走装置，申请号201910324215.1，该行走系统具有轮胎状态和履带状态(分别对应于上述轮胎形态和履带轮形态)，采用轮式驱动系统和履带式驱动系统，当处于履带状态时，通过轮式驱动系统制动，以保证履带轮平面着地，防止翻转，但该方法同时也限制了履带轮相对车体的摆动，不利于平顺性和牵引性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种定位防翻转系统。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种定位防翻转系统，用于可重构橡胶履带行走系统，所述行走系统具有轮胎形态和履带轮形态，其形态重构是指两种形态的转换以及其他形态上的变化，该行走系统具有驱动轮安装轴和支撑架总成，其中驱动轮安装轴用于安装驱动轮，支撑架总成为行走系统提供基础支撑，包括定位块伸缩机构和定位块擒纵机构；

其中，定位块伸缩机构安装在行走系统上，与行走系统的形态重构过程协同，使定位块在轮胎形态向履带轮形态转换时，能够伸出，在履带轮形态向轮胎形态转换时，能够缩回；

所述定位块擒纵机构安装在车架或轮边减速器壳体上，在定位块伸缩机构的定位块伸出后，与定位块配合锁定其运动范围。

优选地，所述定位块伸缩机构包括驱动连杆、摆动杆、防翻转杆和定位块，所述驱动连杆的一端与行走系统的驱动轮安装轴铰接或固连，另一端与所述摆动杆的一端铰接，所述摆动杆的另一端与所述防翻转杆的一端铰接，所述防翻转杆穿过支撑架总成上的通孔并与其形成移动副，所述防翻转杆的另一端与所述定位块固连。

优选地，所述定位块擒纵机构包括摆动板、摆动板支架、复位弹簧、缓冲弹簧；所述摆动板支架固连在轮边减速器壳体或车架等车体位置上；所述摆动板为两块，分别位于摆动板支架的两侧并与其铰接；所述复位弹簧和缓冲弹簧限定摆动板初始位置，所述复位弹簧用于在摆动板被定位块压下后提供恢复力，所述缓冲弹簧用于在摆动板被定位块挑起时提供缓冲力。

优选地，所述摆动板支架固连在安装座上，安装座固连在轮边减速器壳体或车架等车体位置上。

优选地，所述摆动板通过销轴铰接在摆动板支架上。

优选地，所述复位弹簧采用弹簧片，一端固定在摆动板支架上，另一端与固定在摆动板上的复位销配合。

优选地，所述缓冲弹簧采用弹簧片，固定安装在摆动板支架上并可与摆动板接触。

优选地，所述复位弹簧采用扭簧，套在销轴上，一端固定在摆动板上，一端固定在摆动板支架上。

优选地，所述复位弹簧为四片，分为两组分别固定在摆动板支架的两端。

优选地，所述复位弹簧片为两片，分别固定在摆动板支架的两端。

本发明的有益效果是：定位防翻转系统与行走系统形态重构相协调，在轮胎形态下，不干涉行走系统的整体转动；在履带轮形态下，保证驱动轮位于行走系统上部，从而减少颗粒杂质、泥屑等在驱动轮与橡胶履带啮合处堆积，避免该处受到地面障碍等的冲击，有利于稳定驱动轮与橡胶履带啮合，并保护橡胶履带等组件，同时能够使行走系统有限摆动以顺应地形变化、应对障碍冲击等，并在摆动时提供缓冲，提高了行走系统的平顺性。该系统无需传感器和电子控制元件，可在行走系统行进中稳定、准确、可重复地发挥作用，可靠性高。

附图说明

图1是本发明所应用的可重构橡胶履带行走系统的轮胎形态立体图；

图2是本发明所应用的可重构橡胶履带行走系统的轮胎形态主视图；

图3是本发明所应用的可重构橡胶履带行走系统的履带轮形态立体图；

图4是本发明所应用的可重构橡胶履带行走系统的履带轮形态主视图；

图5是本发明所应用的可重构橡胶履带行走系统的轮系结构图；

图6是本发明与行走系统的轮系和车体的具体安装示意图；

图7是图6中E处的局部放大图；

图8是本发明中定位块擒纵机构的一种状态图；

图9是本发明中定位块擒纵机构的另一种状态图；

图10是本发明中摆动板支架的结构图；

图11是本发明中摆动板的结构图；

图12是本发明中摆动板与摆动板支架的安装图；

图13是本发明中摆动板与摆动板支架安装后另一侧的结构图；

图14是本发明中定位块伸缩机构与定位块擒纵机构在行走系统处于履带轮形态时关系图；

图15是本发明中定位块压下一侧摆动板的示意图(进入状态)；

图16是本发明中定位块处于两摆动板之间的示意图(限位状态)；

图17是本发明中摆动板限制定位块随行走系统转动的示意图(摆动状态)；

图中：1、橡胶履带；2、轮系；3、支撑架总成；4、中心轴；5、驱动轮；6、外侧支撑架装配体；7、内侧支撑架装配体；8、驱动轮安装轴；9、驱动连杆；10、摆动杆；11、防翻转杆；12、定位块；13、摆动板；14、摆动板支架；15、复位弹簧；16、缓冲弹簧；17、复位销；18、安装座；19、轮边减速器壳体；20、通孔；21、销轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“固连”“固接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

可重构橡胶履带行走系统是指其形态和驱动方式可在轮胎形态和履带轮形态之间发生转换的橡胶履带行走系统。该行走系统在轮胎形态时和轮胎一样整体转动，在履带轮形态时外形近似三角形，驱动轮处于三角形顶点，以驱动轮驱动履带的方式前进。可重构橡胶履带行走系统的形态重构是指两种形态的转换以及其他形态上的变化。如图1-4所示为某种可重构橡胶履带行走系统的示意图，其轮胎形态时如1-2所示，履带轮形态时如图3-4所示。该行走系统主要由橡胶履带1和轮系2组成，橡胶履带1环绕在轮系2外侧。轮系2包括支撑架总成3、中心轴4和驱动轮5等。如图5-7所示，支撑架总成3为轮系2其他构件提供主要基础支撑，主要由外侧支撑架装配体6和内侧支撑架装配体7组成，内、外侧支撑架装配体通过连接件固连在一起；中心轴4通过轴承安装在两侧支撑架装配体的中心部位，能够绕支撑架总成上的固定轴线旋转；驱动轮5通过轴承安装在驱动轮安装轴8上。驱动轮安装轴在行走系统形态重构时平移，平移方向垂直于中心轴4绕支撑架总成旋转的轴线，具体为：行走系统在轮胎形态时，驱动轮安装轴距离中心轴最近，此时驱动轮远离橡胶履带，行走系统整体转动；在轮胎形态向履带轮形态转换时，驱动轮安装轴8在轮系2各机构协同作用下，远离中心轴4，驱动轮5向橡胶履带靠近；在履带轮形态时，驱动轮5与橡胶履带1接触并啮合，拨动橡胶履带1绕轮系2转动。上述形态重构过程反之亦然。

定位防翻转系统用于确保行走系统的驱动轮5在履带轮形态时位于系统上方远离地面位置，以防止行走系统发生翻转，同时在遇到障碍时行走系统整体可以摆动一定角度以顺应地形变化，提高平顺性。而在轮胎形态时，定位防翻转系统不干涉行走系统的整体转动。

定位防翻转系统主要包括定位块伸缩机构和定位块擒纵机构，定位块伸缩机构安装在行走系统上，定位块擒纵机构安装在车架或轮边减速器壳体等车体位置上。定位块伸缩机构与行走系统的形态重构过程协同，在轮胎形态向履带轮形态转换时，使定位块迅速伸出，在定位块伸出一定长度后，行走系统转换至履带轮形态，在履带轮形态时保持定位块伸出长度稳定，使定位块擒纵机构能够稳定接受到定位块，从而与定位块配合并锁定其运动范围，通过两机构的相互作用确保驱动轮处于行走系统上部，防止行走系统发生翻转。在履带轮形态向轮胎形态转换时，定位块伸缩机构能够使定位块迅速缩回，使定位块脱离定位块擒纵机构，从而不干涉行走系统的整体转动，当定位块完全缩回时，行走系统处于轮胎形态。

定位块在形态重构过程中伸出长度的最大值和最小值的差为A，定位块伸出长度稳定是指履带轮形态时定位块伸出长度的变化为A的25％以内，典型的本专利可达到16％以内。具体为，在轮胎形态时，定位块的伸出长度最小，在轮胎形态向履带轮形态转换时，定位块伸出长度迅速增加，当增加A的84％时，此时定位块伸出长度为B，定位块擒纵机构可以接受到定位块，行走系统也转换到履带轮形态，在履带轮形态下，定位块的伸出长度将不小于B。反之，当定位块伸出长度小于B时，定位块将脱离定位块擒纵机构的限定，行走系统具备整体转动的条件，在定位块完全缩回，即伸出长度最小时，行走系统此时转换为轮胎形态。

具体为，如图6-13所示，定位块伸缩机构主要由驱动连杆9、摆动杆10、防翻转杆11和定位块12组成。所述驱动连杆的一端与行走系统的驱动轮安装轴8铰接或固连，随驱动轮安装轴8平移，另一端与所述摆动杆10的一端铰接，所述摆动杆10的另一端与所述防翻转杆11的一端铰接，所述防翻转杆11穿过内侧支撑架装配体7上的通孔20并与其滑动配合，形成移动副，所述防翻转杆的另一端与所述定位块固连。本机构可以安装在目前所有的可实现轮胎形态和履带轮形态转换的可重构橡胶履带行走系统中，只要行走系统中的驱动轮安装轴或驱动轮能够上下移动，就能够实现本装置定位防翻转的功能；若驱动轮安装轴不能够动，只要实现驱动连杆9的运动与行走系统形态重构相关，也可以实现本发明的功能，如可以在相应支撑架总成上加装气缸或油缸等驱动部件，或使驱动连杆9与形态重构相关的任一运动件相连。

行走系统形态重构过程中，驱动轮安装轴远离或靠近中心轴4，驱动连杆9随之运动，带动摆动杆10运动，使防翻转杆11及定位块12沿内侧支撑架装配体7靠近(伸出)或远离(缩回)定位块擒纵机构。

在轮胎形态时，驱动轮5离行走系统中心轴4最近，定位块12远离定位块擒纵机构，此时行走系统作为一个整体转动。

在轮胎形态向履带轮形态转换时，驱动轮安装轴及驱动连杆远离行走系统中心轴4，带动摆动杆10运动，从而将防翻转杆11及定位块12迅速沿内侧支撑架装配体7伸出，向定位块擒纵机构靠近。

当定位块12伸出足够长度，进入定位块擒纵机构作用范围的瞬间，其随行走系统的整体转动被定位块擒纵机构限制，此时行走系统也转换至履带轮形态。由于这种限定作用，行走系统整体的转动被限制，只能在一定范围内摆动，以适应地形起伏。履带轮形态中，定位块12伸出长度稳定，从而保持在定位块擒纵机构的作用范围内，确保行走系统不发生翻转。

当行走系统由履带轮形态向轮胎形态转换时，驱动轮5及驱动轮安装轴靠近行走系统中心轴4，带动驱动连杆9运动，使防翻转杆11及定位块12向内侧支撑架装配体7迅速缩回，远离定位块擒纵机构，定位块迅速脱离定位块擒纵机构约束。当定位块完全缩回时行走系统转换为轮胎形态。

如图6-13所示，定位块擒纵机构由摆动板13、摆动板支架14、复位弹簧15、缓冲弹簧16组成。摆动板支架14固连在安装座18上，安装座18固连在轮边减速器壳体19或车架等车体位置上，远离地面。摆动板13通过销轴21与摆动板支架14铰接，摆动板13有两个，分别铰接在摆动板支架14两端，摆动板13上固连有复位销17，如图9和图11所示。如图8和9所示，复位弹簧15采用弹簧片，其中复位弹簧一端通过螺栓固定在在摆动板支架14的端部，另一端与固定在摆动板13上的复位销17配合。复位弹簧也可采用扭簧，具体为扭簧套装在销轴21上，一端与摆动板相连，一端与摆动板支架相连，扭簧发挥的作用与弹簧片相同。复位弹簧为四个，摆动板支架14的两端各安装两个，复位弹簧也可为两个，摆动板支架14的两端各安装一个；缓冲弹簧16采用弹簧片，中部通过螺栓固定在摆动板支架14前端面，其两端能够分别接触两个摆动板13，并与其滑动配合。如图10所示，摆动板支架14为摆动板13提供摆动限位，具体为摆动板支架两端的中部具有内凹结构，在摆动板转动时可限制摆动板的转动范围。复位弹簧15和缓冲弹簧16限定摆动板13初始位置，复位弹簧15在摆动板13摆动时提供恢复力，使摆动板13复位。缓冲弹簧16在摆动板13被挑起时提供缓冲力。

当行走系统处于轮胎形态时，定位块伸缩机构远离安装在轮边减速器壳体19上的定位块擒纵机构，定位块伸出长度最小，定位块伸缩机构随行走系统整体转动。向履带轮形态转换时，定位块12迅速伸出向定位块擒纵机构靠近，当定位块12进入两摆动板13之间，即定位块擒纵机构的作用范围时，行走系统转换至履带轮形态。根据定位块随行走系统转动至定位块擒纵机构附近时的伸出长度，定位块12进入两摆动板13之间的方式有两种：

(1)定位块12压下一侧摆动板13，摆动板13相对摆动板支架14发生转动，固连在摆动板13上的复位销17拨动复位弹簧15使其变形，随后定位块12进入两块摆动板13之间，被压下一侧的摆动板13在复位弹簧15的作用下恢复初始位置，定位块12继续随行走系统转动，与另外一侧摆动板13接触，进一步挑起该摆动板13相对摆动板支架14转动，缓冲弹簧16在摆动板被挑起过程中发生变形，为摆动板13提供缓冲，阻止定位块的转动，摆动板的最大转动角度被摆动板支架14限制，定位块12最终被该侧摆动板13限制继续转动。同理，之前被压下一侧的摆动板13进一步限制定位块12反向转动，上述过程如图15-17所示。

(2)定位块12没有撞击摆动板13而是恰好直接进入两块摆动板13之间，被行走系统转动方向一侧的摆动板13限制继续转动，被另外一侧摆动板13限制反向转动，如图14或图16所示。

上述两种方式，前者定位块伸出长度略大于后者，但最终效果相同。无论行走系统转动方向如何，即无论车辆在行进过程中是前进还是后退，只要行走系统由轮胎形态向履带轮形态转换，定位块擒纵机构均能准确捕捉接收定位块12，并将其转动限制在一定范围。

在行走系统处于履带轮形态时，定位块的伸出长度稳定，使其始终处于定位块擒纵机构作用范围内。行走系统在行进中因地形起伏或遇到障碍相对车体摆动时，定位块将随之摆动，进而接触到摆动板，挑起摆动板相对摆动板支架转动，缓冲弹簧同时变形，阻止摆动板转动，从而为行走系统的摆动提供缓冲。由于摆动板支架14限制摆动板的最大转动角度，行走系统相对车体的摆动范围进而被限制。此外，由于定位块擒纵机构处于轮边减速器壳体等车体上远离地面的位置，可确保驱动轮位于行走系统上部远离地面，减少颗粒杂质、泥屑等在驱动轮与橡胶履带啮合处堆积，以利于驱动轮和橡胶履带稳定啮合，避免了驱动轮处于行走系统底部时与驱动轮啮合的履带被碰撞后出现驱动轮或履带损坏等情况。

当行走系统由履带轮形态向轮胎形态转换时，定位块12向内侧支撑架装配体7缩回，定位块12在邻近轮胎形态时脱离定位块擒纵机构，行走系统又可以作为一个整体进行转动，当定位块完全缩回时，行走系统转换至轮胎形态。

定位防翻转系统通过定位块的伸出接受和缩回脱离与行走系统形态重构的协调，不干涉行走系统在轮胎形态时的整体转动，确保了行走系统在履带轮形态时驱动轮处于行走系统上部远离地面，避免发生翻转，保护内部组件，有助于驱动轮和履带啮合稳定，同时使行走系统可顺应地形摆动，提高其平顺性。该系统无需传感器和电子控制元件，可在行走系统行进中稳定、准确、可重复地发挥作用，可靠性高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定位防翻转系统，用于可重构橡胶履带行走系统，所述行走系统具有轮胎形态和履带轮形态，其形态重构是指两种形态的转换以及其他形态上的变化，该行走系统具有驱动轮安装轴和支撑架总成，其中驱动轮安装轴用于安装驱动轮，支撑架总成为行走系统提供基础支撑，其特征在于：包括定位块伸缩机构和定位块擒纵机构；

其中，定位块伸缩机构安装在行走系统上，与行走系统的形态重构过程协同，使定位块在轮胎形态向履带轮形态转换时，能够伸出，在履带轮形态向轮胎形态转换时，能够缩回；

所述定位块擒纵机构安装在车架或轮边减速器壳体上，在定位块伸缩机构的定位块伸出后，与定位块配合锁定其运动范围。

2.根据权利要求1所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述定位块伸缩机构包括驱动连杆、摆动杆、防翻转杆和定位块，所述驱动连杆的一端与行走系统的驱动轮安装轴铰接或固连，另一端与所述摆动杆的一端铰接，所述摆动杆的另一端与所述防翻转杆的一端铰接，所述防翻转杆穿过支撑架总成上的通孔并与其形成移动副，所述防翻转杆的另一端与所述定位块固连。

3.根据权利要求1所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述定位块擒纵机构包括摆动板、摆动板支架、复位弹簧、缓冲弹簧；所述摆动板支架固连在轮边减速器壳体或车架等车体位置上；所述摆动板为两块，分别位于摆动板支架的两侧并与其铰接；所述复位弹簧和缓冲弹簧限定摆动板初始位置，所述复位弹簧用于在摆动板被定位块压下后提供恢复力，所述缓冲弹簧用于在摆动板被定位块挑起时提供缓冲力。

4.根据权利要求3所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述摆动板支架固连在安装座上，安装座固连在轮边减速器壳体或车架等车体位置上。

5.根据权利要求3所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述摆动板通过销轴铰接在摆动板支架上。

6.根据权利要求3所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述复位弹簧采用弹簧片，一端固定在摆动板支架上，另一端与固定在摆动板上的复位销配合。

7.根据权利要求3所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述缓冲弹簧采用弹簧片，固定安装在摆动板支架上并可与摆动板接触。

8.根据权利要求3所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述复位弹簧采用扭簧，套在销轴上，一端固定在摆动板上，一端固定在摆动板支架上。

9.根据权利要求6所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述复位弹簧为四片，分为两组分别固定在摆动板支架的两端。

10.根据权利要求6所述的定位防翻转系统，其特征在于：所述复位弹簧片为两片，分别固定在摆动板支架的两端。

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