CN114619813B - 一种水陆两栖车及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水陆两栖车及其使用方法，车架下侧设有四个支腿，两个侧气囊安装于车架下侧，气泵通过对车架下侧的中央气囊充气和放气来调节浮力，四个车轮分别安装于四个支腿下端并构成转动副，车轮的圆柱面上径向均布设有八个贯通的矩形空槽，每个矩形空槽中均安装有一个可径向移动的拨水板，每个拨水板的内端均转动安装有一个拉杆和两个滑轮，每个拉杆的另一端均设置有两个导轮，四个凸轮分别安装于四个车轮内部，凸轮的中间位置设有一个环形的导槽，拉杆上的两个导轮可在导槽中滑动，使八个拨水板内端的滑轮始终与凸轮的外曲面接触，随着车轮的转动，八个拨水板可周期性地伸出和缩回，转动凸轮角度可实现陆上行驶模式和水上行驶模式的切换。
Description
技术领域
本发明涉及水陆两栖车技术领域，具体涉及一种水陆两栖车及其使用方法。
背景技术
我国是世界上洪涝自然灾害最为严重的国家之一，具有分布地域广、发生频率高、造成损失重的特点，特别是近年来，极端气候事件频发，自然灾害及其衍生、次生灾害的突发性和危害性进一步加重加大。保障人们的生命安全和身体健康、最大程度地预防和減少灾害造成的人员伤亡和财损失是首要任务，切实加强应急救援人员的救援是重点；在遭受洪涝灾害的地区，水陆地形交叉，常规车辆很难通行，而水陆两栖车可很好地适应这种地形；水陆两栖车结合了车与船的双重性能，既可像汽车一样在陆地上行驶穿梭，又可像船一样在水上泛水浮渡，由于其具备卓越的水陆通行性能，可从行进中渡越江河湖海而不受桥或船的限制，因而在抢险救灾上具有重要的意义。
目前的水陆两用车大多采用可变轮位的结构形式，即在陆地行驶和水面航行时，其车轮要在伸展位置和缩进位置之间切换；在陆地行驶时车轮要伸展出来用于支撑车辆，并驱动车辆的前进和后退，在水面航行时车轮要缩进车体内以减少水的阻力，同时采用螺旋桨驱动车辆在水上的移动；这种形式的两栖车辆结构复杂、造价高，并且自身重量较大导致水上有效载荷减小；还有的两栖车在陆上和水中均采用同一套充气轮胎进行驱动，充气轮胎在陆上驱动效率较高，但在水上只能依靠轮面的花纹拨动水面进行移动，效率较低；因此，研制一种结构简单、造价低、并能适应水陆两种路况的两栖车具有重要的研究意义和实用价值。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、造价低、并能适应水陆两种路况的两栖车及其使用方法。
本发明采取的技术方案为：一种水陆两栖车及其使用方法，其特征在于：车架下侧四角设有四个支腿，车架上侧为双甲板结构，两个甲板之间安装有动力及控制单元，两个侧气囊分别固定安装于车架下侧的左右两端；中央气囊为可压缩折叠的结构，并固定安装于车架下侧，其侧面设有多个结构相同的波纹面，安装于车架上的气泵可实现中央气囊的充气和放气，以改变中央气囊的体积大小，从而调节两栖车的整体浮力；车轮的数量为四个并分别安装于四个支腿下端且构成转动副，车轮为中空结构，并且其圆柱面上径向均布设有八个贯通的矩形空槽，每个矩形空槽中均安装有一个可径向移动的拨水板，每个拨水板的内端均转动安装有一个拉杆和两个滑轮，每个拉杆的另一端均设置有两个导轮；每个车轮的转动和刹车均由一个固定安装于车架上的驱动电机通过链条传动结构实现；凸轮的数量为四个并分别安装于四个车轮内部，每个凸轮的转动和定位均由一个固定安装于支腿下端的换向电机实现，凸轮的外曲面由长径面、短径面和过渡面构成，凸轮的中间位置设有一个环形的导槽，拉杆上的两个导轮可在导槽中滑动，从而使八个拨水板内端的滑轮始终与凸轮的外曲面接触，随着车轮的转动，八个拨水板可周期性地伸出和缩回，转动凸轮角度可实现陆上行驶模式和水上行驶模式的切换。
作为优选，双甲板结构中的上甲板为平整的板状结构，可用于安装扩展装置，以方便载人和运货。
作为优选，中央气囊前后两端均为三角形，便于将部分水流分开使其向两侧流动，中央气囊前后两端的下侧还设有圆弧，可使部分水流从中央气囊下侧流过，减小阻力的同时也能为两栖车提供向上的支撑力。
作为优选，车轮的圆柱外侧面上均布设置有八个防滑条，防滑条为橡胶材质并且其横截面为梯形，防滑条用于增强车轮的抓地力，防止两栖车在泥泞道路上陷车。
作为优选，导槽的截面为T形结构，并且导槽的路径与凸轮外曲面等间距。
作为优选，拉杆安装于对应拨水板内端两个滑轮之间。
作为优选，凸轮的长径面指向正上方时，两栖车处于陆上行驶模式，凸轮的长径面指向正下方时，两栖车处于水上行驶模式。
本发明的有益效果：(1)中央气囊的浮力大小可根据两栖车的负载进行调整；当载荷较大时，气泵可向中央气囊中充入空气，使中央气囊的体积变大，浮力增大使两栖车向上浮起，吃水线下降，有助于安全行驶；当载荷较小时，气泵可排出中央气囊中的空气，使中央气囊的体积减小，浮力减小使两栖车向下移动，吃水线上升，有助于降低两栖车重心，提高稳定性；并且调整浮力可使四个车轮始终浸入水中，从而四个车轮可为两栖车提供充足动力，提高两栖车在水中的行驶效率；(2)凸轮的外曲面由长径面、短径面和过渡面构成，八个拨水板始终与凸轮的外曲面接触，从而通过调整凸轮的定位角度，使车轮在转动时，八个拨水板可进行周期性地伸出和缩回，实现陆上行驶模式和水上行驶模式的自由切换，并不需要额外增加水上驱动设备，也不需要将车轮进行折叠收纳，具有原理简单、使用方便、造价低廉的优势；(3)四个车轮均可提供动力，在洪涝灾区等路况和地形都比较复杂的地方，四轮驱动能明显提升车辆的脱困能力，甚至在半湿半干的泥泞沼泽地带，防滑条无法为车轮提供有效抓地力时，通过调整凸轮的旋转角度，使与凸轮过渡面接触的拨水板处于车轮下侧，依靠拨水板增大车轮的抓地力，可有效提升两栖车在复杂路况的通过性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明去除上甲板后的剖面结构示意图。
图3为驱动单元的局部放大结构示意图。
图4为陆上行走时驱动单元的局部剖面结构示意图。
图5为水上行走时驱动单元的局部剖面结构示意图。
附图标号：1车架、1.1支腿、2中央气囊、3驱动单元、4侧气囊、5气泵、6驱动电机、 7小链轮、8链条环、9拨水板、9.1滑轮、10车轮、10.1防滑条、11大链轮、12换向电机、 13凸轮、13.1导槽、14拉杆、14.1导轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1～图5所示，一种水陆两栖车及其使用方法，主要包括车架1、中央气囊2、驱动单元3、侧气囊4、气泵5、驱动电机6、小链轮7、链条环8、拨水板9、车轮10、大链轮 11、换向电机12、凸轮13、拉杆14，其中车架1整体为方形，其下侧四个角的位置设有四个支腿，每个支腿与车架1之间均通过一个三角形筋板进行结构加固，车架1上侧为双甲板结构，其中下甲板四角位置各设有一个矩形缺口，上甲板为平整的板状结构，上甲板可用于安装扩展装置，以方便载人和运货，上、下甲板之间通过五个矩形管连接为一个整体，动力及控制单元内部设有锂电池组和控制系统，动力及控制单元可安装于上、下甲板之间。
如图2所示，所述的驱动单元3数量为四个，并分别对应安装于车架1的两侧，四个驱动单元3可驱动两栖车在陆上和水上行走；所述的侧气囊4数量为两个，分别固定安装于车架1下侧的左右两端，侧气囊4中充满空气，当两栖车在水上时，两个侧气囊4可为两栖车提供左右对称的浮力；所述的中央气囊2纵向固定安装于车架1下侧的中间位置，中央气囊2前后两端均为三角形，便于将部分水流分开使其向两侧流动，中央气囊2前后两端的下侧还设有圆弧，可使部分水流从中央气囊2下侧流过，减小阻力的同时也能为两栖车提供向上的支撑力，中央气囊2为可压缩折叠的结构，其侧面设有多个结构相同的波纹面，便于中央气囊2改变其体积的大小，从而调节两栖车的整体浮力；所述的气泵5固定安装于车架1下甲板的上侧后端，气泵5可实现中央气囊2的充气和放气；当两栖车载荷较大时，气泵5可向中央气囊2中充入空气，使中央气囊2的体积变大，浮力增大使两栖车向上浮起，吃水线下降，有助于安全行驶；当两栖车载荷较小时，气泵5可排出中央气囊2中的空气，使中央气囊2的体积减小，浮力减小使两栖车向下移动，吃水线上升，有助于降低两栖车重心，提高稳定性。
如图2、图3所示，所述四个驱动单元3的结构相同，每个驱动单元3包括驱动电机6、小链轮7、链条环8、拨水板9、车轮10、大链轮11、换向电机12、凸轮13、拉杆14，以两栖车前端左侧的驱动单元3为例，驱动电机6内部集成有编码器和刹车，从而可进行精确的角度转动和刹车定位，驱动电机6通过螺钉固定安装于下甲板前端左侧，小链轮7与驱动电机6的输出轴同轴紧固连接；所述的车轮10为圆柱形，车轮10通过一个轴承安装于支腿1.1 下端外侧并构成转动副，车轮10内侧同轴固定设置有一个大链轮11；所述的链条环8为封闭的环状链条结构，链条环8安装于小链轮7和大链轮11之间构成链条传动结构，从而驱动电机6可通过链条传动结构驱动车轮10的转动和刹车；所述的换向电机12内部集成有编码器和刹车，从而可进行精确的角度转动和刹车定位，换向电机12固定安装于支腿1.1下端内侧，并且换向电机12的输出轴与车轮10同轴心但无接触。
如图3、图4、图5所示，所述的车轮10内部为中空结构，其圆柱面上径向均布设有八个贯通的矩形空槽，每个矩形空槽的内侧均设有八个梯形凸起，梯形凸起用于加固矩形空槽的强度，车轮10的圆柱外侧面上还均布设置有八个防滑条10.1，防滑条10.1为橡胶材质并且其横截面为梯形，防滑条10.1用于增强车轮10的抓地力，防止两栖车在泥泞道路上陷车；所述凸轮13的外曲面由长径面、短径面和过渡面构成，凸轮13的横向中间位置设置有一个环形的导槽13.1，导槽13.1的路径与凸轮13外曲面等间距，导槽13.1的截面为T形结构；凸轮13安装于车轮10内部，并且短径面与换向电机12的输出轴同轴紧固连接，从而换向电机12可实现凸轮13的精确角度转动和锁止定位。
每个驱动单元3中均包含八个拨水板9，所述拨水板9的外端为板状结构，且板状结构的横截面尺寸与车轮10上矩形空槽的尺寸相等，八个拨水板9分别对应安装于车轮10外侧圆柱面上的八个矩形空槽中并构成移动副，拨水板9的内端设有两个滑轮9.1，两个滑轮9.1 均可自由转动；每个驱动单元3中均包含八个拉杆14，八个拉杆14的外端分别与一个拨水板9的内端转动连接，且拉杆14安装于对应拨水板9内端两个滑轮9.1之间，每个拉杆14内端均设置有两个导轮14.1，两个导轮14.1同轴且分别位于拉杆14的左右两侧，每个导轮均安装于导槽13.1中，并可在导槽13.1中滑动，从而在八个拉杆14的作用下，八个拨水板9内端的滑轮9.1始终与凸轮13的外曲面接触，其中与长径面接触的拨水板9可从车轮10 内向外伸出，与短径面接触的拨水板9会完全缩回车轮10内部，与过渡面接触的拨水板9处于缩回或伸出的过程中。
两栖车在陆上行走的方法：如图1、图4所示，四个驱动单元3中的换向电机12驱动对应凸轮13转动并使其长径面指向正上方后锁止定位，此时，四个车轮10上半圆的拨水板9均从车轮10内向外伸出，四个车轮10下半圆的拨水板9会完全缩回车轮10内部，从而使四个车轮10的下侧圆柱面均与地面接触并为两栖车提供支撑；随着车轮10的转动，其内部的拨水板9也会周期性地进行移动，但车轮10下侧圆柱面始终与地面接触。
四个驱动电机6分别驱动四个车轮10同时向前转动时，两栖车径直向前行驶；四个车轮 10同时向后转动时，两栖车径直向后倒退；左侧两个车轮10向前转动，右侧两个车轮10向后转动时，两栖车原地顺时针转动；左侧两个车轮10向后转动，右侧两个车轮10向前转动时，两栖车原地逆时针转动。
两栖车在水上行走的方法：如图2、图5所示，四个驱动单元3中的换向电机12驱动对应凸轮13转动并使其长径面指向正下方后锁止定位，此时，四个车轮10下半圆的拨水板9均从车轮10内向外伸出，四个车轮10上半圆的拨水板9会完全缩回车轮10内部，从而在四个车轮10浸入水中并转动时，车轮10下半圆向外伸出的拨水板9可拨动水流动，由于车轮 10上半圆的拨水板9缩回车轮10内部，因此通过拨水的反作用力实现两栖车的移动。
四个驱动电机6分别驱动四个车轮10同时向前转动时，两栖车径直向前划动；四个车轮 10同时向后转动时，两栖车径直向后划动；左侧两个车轮10向前转动，右侧两个车轮10向后转动时，两栖车原地顺时针转动；左侧两个车轮10向后转动，右侧两个车轮10向前转动时，两栖车原地逆时针转动。
Claims (7)
1.一种水陆两栖车，其特征在于，主要包括：
车架，其下侧四角设有四个支腿，车架上侧为双甲板结构，两个甲板之间安装有动力及控制单元，两个侧气囊分别固定安装于车架下侧的左右两端；
中央气囊，为可压缩折叠的结构，并固定安装于车架下侧，其侧面设有多个结构相同的波纹面，安装于车架上的气泵可实现中央气囊的充气和放气，以改变中央气囊的体积大小，从而调节两栖车的整体浮力；
车轮，其数量为四个并分别安装于四个支腿下端且构成转动副，车轮为中空结构，并且其圆柱面上径向均布设有八个贯通的矩形空槽，每个矩形空槽中均安装有一个可径向移动的拨水板，每个拨水板的内端均转动安装有一个拉杆和两个滑轮，每个拉杆的另一端均设置有两个导轮；每个车轮的转动和刹车均由一个固定安装于车架上的驱动电机通过链条传动结构实现；
凸轮，其数量为四个并分别安装于四个车轮内部，每个凸轮的转动和定位均由一个固定安装于支腿下端的换向电机实现，凸轮的外曲面由长径面、短径面和过渡面构成，凸轮的中间位置设有一个环形的导槽，拉杆上的两个导轮可在导槽中滑动，从而使八个拨水板内端的滑轮始终与凸轮的外曲面接触，随着车轮的转动，八个拨水板可周期性地伸出和缩回，转动凸轮角度可实现陆上行驶模式和水上行驶模式的切换。
2.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述双甲板结构中的上甲板为平整的板状结构，可用于安装扩展装置，以方便载人和运货。
3.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述的中央气囊前后两端均为三角形，便于将部分水流分开使其向两侧流动，中央气囊前后两端的下侧还设有圆弧，可使部分水流从中央气囊下侧流过，减小阻力的同时也能为两栖车提供向上的支撑力。
4.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述的车轮的圆柱外侧面上均布设置有八个防滑条，防滑条为橡胶材质并且其横截面为梯形，防滑条用于增强车轮的抓地力，防止两栖车在泥泞道路上陷车。
5.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述导槽的截面为T形结构，并且导槽的路径与凸轮外曲面等间距。
6.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述的拉杆安装于对应拨水板内端两个滑轮之间。
7.根据权利要求1所述的一种水陆两栖车，其特征在于：所述凸轮的长径面指向正上方时，两栖车处于陆上行驶模式，凸轮的长径面指向正下方时，两栖车处于水上行驶模式。
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