RU2014242C1

RU2014242C1 - Vehicle

Info

Publication number: RU2014242C1
Application number: RU92002734A
Authority: RU
Inventors: Леонид Львович Альперин
Original assignee: Леонид Львович Альперин
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: traction propulsive device with a drive and a mechanical vibration generator are positioned on a body. When the generator is brought into action the friction force between the bearing surface of the body and the ground is abruptly reduced. The traction propulsive device directs the vehicle. EFFECT: improved structure. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано при конструировании машин для фермерских хозяйств. The invention relates to agricultural machinery and can be used in the design of machinery for farms.

Известны транспортные средства преимущественно для сельскохозяйственных работ (см. например а.с. СССР N 347232), использующее в качестве движителя с криволинейно-выпуклой поверхностью днища, приводимый в вибрационное движение парой синхронно и встречно вращающихся дебалансов, размещенных в передней части корпуса наклонно по ходу движения. Известное средство обладает высокими вездеходными свойствами, т.е. может двигаться по поверхностям с малой несущей способностью, например, по снегу, песку, болоту и т.п., но даже при установке на него силовой установки с большой мощностью не может осуществляться движение со скоростью, приемлемой для пассажирских вездеходов, т.к. предельно достижимая скорость движения для таких машин не превышает значения нескольких метров в секунду. Famous vehicles are mainly used for agricultural work (see, for example, AS USSR No. 347232), using a bottom as a mover with a curvilinear-convex surface, driven into vibration by a pair of synchronously and counter-rotating unbalances placed in the front of the body obliquely along movement. Known tool has high cross-country properties, i.e. can move on surfaces with low bearing capacity, for example, on snow, sand, swamp, etc., but even when installing a power plant with high power on it, it cannot move at a speed acceptable for passenger all-terrain vehicles, because the maximum achievable speed for such machines does not exceed a value of several meters per second.

Известны и другие устройства, использующие вибрационно-импульсные движители с генератором вибраций различного типа, например, со свободно-поршневым тепловым двигателем, как в транспортном средстве про а.с. СССР N 388943. Предельно достижимая скорость всех таких устройств меньше, чем 5 м/сек. Other devices are known that use vibration-pulse propulsors with a different type of vibration generator, for example, with a free-piston heat engine, as in a vehicle about a.s. USSR N 388943. The maximum achievable speed of all such devices is less than 5 m / s.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому транспортному средству является транспортное средство, содержащее установленный на корпусе тяговый движитель с приводом, а также средство уменьшения сопротивления перемещению по опорной поверхности. Поступательное движение таких машин осуществляется двигателем с воздушным винтом, а отрыв от грунта с целью уменьшения его сопротивления движению обеспечивается формированием между днищем машины и грунтом воздушной подушки с повышенным давлением путем нагнетания специальными вентиляторами в эту зону воздуха. Вездеходы на воздушной подушке способны двигаться со значительными скоростями. Основным их недостатком является чрезмерно высокая энергоемкость вентиляторов. Так, например, транспортное средство ВС-7 фирмы "Бертин" (Франция) при весе до 3 тонн имеет два приводных двигателя по 45 л.с., достигает скорости 50-80 км/час и оснащен вентилятором для создания воздушной подушки с приводным двигателем мощностью 150-180 л.с. (см. там же). The closest in technical essence to the proposed vehicle is a vehicle containing a traction drive with a drive mounted on the housing, as well as a means of reducing resistance to movement along the supporting surface. The translational movement of such machines is carried out by an engine with a propeller, and separation from the soil in order to reduce its resistance to movement is ensured by the formation of an air cushion between the bottom of the machine and the soil with increased pressure by pumping special fans into this air zone. All-terrain hovercraft can move at significant speeds. Their main disadvantage is the excessively high energy intensity of the fans. So, for example, the Bertin (France) aircraft BC-7, with a weight of up to 3 tons, has two 45-hp drive engines, reaches a speed of 50-80 km / h and is equipped with a fan to create an air cushion with a drive engine 150-180 hp (see ibid.).

Целью изобретения является устранение отмеченного недостатка, а именно снижение энергопотребления транспортного средства и повышение эксплуатационных возможностей. The aim of the invention is to eliminate the noted drawback, namely reducing the energy consumption of the vehicle and increasing operational capabilities.

Указанная цель достигается тем, что средство уменьшения сопротивления перемещению по поверхности выполнено в виде генератора механических вибраций, выходное звено которого связано с транспортным средством. This goal is achieved by the fact that the means of reducing the resistance to movement along the surface is made in the form of a mechanical vibration generator, the output link of which is connected with the vehicle.

Поиск, проведенный по патентной и научно-технической литературе, показал, что предлагаемое техническое решение неизвестно, т.е. соответствует критеpию "новизна". Поскольку предложенная конструкция выполнена из известных составляющих, то предложенное соответствует критерию "промышленная применимость". А так как в результате использования получается новый эффект - резкое снижение энергопотребления, то предложенное соответствует критерию "изобретательский уровень". A search conducted in patent and scientific and technical literature showed that the proposed technical solution is unknown, i.e. meets the criterion of "novelty." Since the proposed design is made of known components, the proposed meets the criterion of "industrial applicability". And since the result of use is a new effect - a sharp decrease in energy consumption, the proposed one meets the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 представлено транспортное средство; на фиг. 2 - его применение. Средство включает корпус 1, приводной двигатель 2, воздушный винт 3, генератор механических вибраций 4 (например, вибратор), кабину экипажа 5, подвеску 6, рабочие сельскохозяйственные органы 7. In FIG. 1 represents a vehicle; in FIG. 2 - its application. The tool includes a housing 1, a driving motor 2, a propeller 3, a mechanical vibration generator 4 (for example, a vibrator), a cockpit 5, a suspension 6, working agricultural bodies 7.

На корпусе 1 размещен приводной двигатель 2 с воздушным винтом 3, приводной двигатель 2 соединен с вибратором 4. Кабина 5 для размещения пассажиров связана с корпусом 1 посредством подвески 6, содержащей амортизаторы и упругие элементы - виброизоляторы. On the housing 1 there is a driving motor 2 with a propeller 3, the driving motor 2 is connected to a vibrator 4. A cabin 5 for accommodating passengers is connected to the housing 1 by means of a suspension 6 containing shock absorbers and elastic elements - vibration isolators.

Транспортное средство сельскохозяйственного назначения работает следующим образом. The agricultural vehicle operates as follows.

При включении приводного двигателя 2 вращение воздушного винта 3 создает горизонтальную силу тяги. Одновременно вращение ротора двигателя 2 передается на вибратор 4, в котором создаются направленные перпендикулярно к опорнной поверхности корпуса 1 вибрации за счет вращения дебалансов вибратора 4. Эти вибрации приводят к периодическому отрыву опорной поверхности корпуса 1 от грунта, что, как показывают расчеты, эквивалентно уменьшению коэффициента трения на порядок, т. е. создается как бы "виброподушка". Вследствие этого транспортное средство двигается по поверхности, обладающей большим трением, подобно устройству на воздушной подушке под действием приложенной воздушным винтом 3 силы тяги. Кабина 5 виброизолирована от корпуса 1 посредством подвески 6, включающей упругие и диссипативные элементы, как это сделано в подвесках других транспортных средств, например, автомобилей. Управление направлением движения транспортного средства осуществляется либо посредством поворота воздушного винта, либо с помощью руля, размещенного в струе винта. Торможение обеспечивается снижением амплитуды вибраций и, следовательно, увеличением трения. When you turn on the drive motor 2, the rotation of the propeller 3 creates a horizontal traction force. At the same time, the rotation of the rotor of the engine 2 is transmitted to the vibrator 4, in which vibrations directed perpendicularly to the supporting surface of the housing 1 are created due to the rotation of the unbalances of the vibrator 4. These vibrations lead to a periodic separation of the supporting surface of the housing 1 from the ground, which, according to calculations, is equivalent to a decrease in the coefficient friction by an order of magnitude, that is, a “vibro-pillow” is created. As a result of this, the vehicle moves on a surface with great friction, similar to a device on an air cushion under the action of a traction force applied by a propeller 3. The cabin 5 is vibration-insulated from the housing 1 by means of a suspension 6, including elastic and dissipative elements, as is done in the suspensions of other vehicles, for example, automobiles. The direction of movement of the vehicle is controlled either by turning the propeller or using a rudder placed in the propeller stream. Braking is provided by a decrease in the amplitude of vibrations and, consequently, an increase in friction.

Физической основой работы предлагаемого средства является давно замеченный и применяемый в технике эффект снижения трения в присутствии вибраций. Этот эффект используется, например, в устройствах для вибротранспортирования сыпучих грузов, горных пород, деталей, он известен в физике под названием эффекта Жуковского. Однако в вибротранспортерах и других подобных устройствах скорости направленного перемещения невелики (доли м/c). The physical basis of the work of the proposed tool is the effect of reducing friction in the presence of vibrations that has long been noticed and used in technology. This effect is used, for example, in devices for vibrotransporting bulk goods, rocks, parts, it is known in physics as the Zhukovsky effect. However, in vibratory conveyors and other similar devices, the rates of directional movement are small (fractions m / s).

В то же время разработки различных по устройству инерцоидов (или вибрационно-импульсных движителей), как, например, упомянутых устройств по а. с. N 347232 и по а. с. N 388943, приводят к созданию транспортных средств-вездеходов с малой предельно-достижимой скоростью движения. At the same time, the development of various inertoids (or vibration-pulse propulsors) of various types, such as, for example, the aforementioned devices according to a. with. N 347232 and according to a. with. N 388943, lead to the creation of all-terrain vehicles with a low maximum achievable speed.

Проведенный автором теоретический анализ движения самоходных средств показал, чтo:
1. Средняя скорость движения обратно пропорциональна частоте вибраций и, следовательно, ограничена сверху;
2. Средняя скорость движения прямопропорциональна амплитуде вибраций и вследствие ограничений по массе и прочности элементов конструкции также ограничена сверху.A theoretical analysis of the movement of self-propelled vehicles by the author showed that:
1. The average speed is inversely proportional to the frequency of vibrations and, therefore, limited from above;
2. The average speed is directly proportional to the amplitude of the vibrations and due to restrictions on the mass and strength of structural elements is also limited from above.

П р и м е р расчета для вибраций, ориентированных под углом γ = 45^о к горизонту, выполненного для практически предельных параметров, дает значение средней скорости V_ср = 3,5 м/с. При этом в расчете принято:
а_к = 5, где а_к =

,
Р - вес устройства с грузом (200 кг)
F_m - амплитуда вибрационной силы (1000 кг)
ω = 10 сек^-1 (f = 1,7 гц) - частота вибраций.EXAMPLE EXAMPLE calculation for vibrations oriented at an angle γ = ⁴⁵ ° to the horizontal, configured for substantially limiting parameters, gives the average speed V _cp = 3,5 m / s. Moreover, the calculation adopted:
and _k = 5, where a _k =

,
P - weight of the device with a load (200 kg)
F _m - the amplitude of the vibrational force (1000 kg)
ω = 10 sec ^-1 (f = 1.7 Hz) - vibration frequency.

Понятно, что ни а_к, ни ω не могут быть значительно изменены с целью повышения значения V_ср.It is clear that neither a _k nor ω can be significantly changed in order to increase the value of V _cf.

На фиг. 3 показан закон изменения ускорения в первом периоде движения средства; на фиг. 4 - траектория его движения. In FIG. 3 shows the law of change of acceleration in the first period of the movement of the tool; in FIG. 4 - the trajectory of its movement.

Дальнейший анализ движения показывает, что в режиме движения с а_к > 1 часть периода тело движется со скольжением, часть - с отрывом от грунта ("полет"). При этом потери энергии на перемещение складываются из двух составляющих: трение при скольжении и удар при приземлении. При этом потери на трение уменьшаются при росте а_к и при росте ω, потери на удар растут при росте а_к и уменьшаются при росте ω.Further analysis of the movement shows that in the regime of motion with a _k > 1 part of the period the body moves with sliding, part - with separation from the ground ("flight"). In this case, the energy loss due to displacement consists of two components: friction during sliding and impact upon landing. In this case, friction losses decrease with increasing a _k and with increasing ω, impact losses increase with increasing a _k and decrease with increasing ω.

Эти же зависимости сохраняются и при наличии внешней тяги. The same dependences remain in the presence of external traction.

Кроме того, в случае приложения внешнего тягового усилия, как это делается в предлагаемом средстве, потери мощности на трение прямо пропорциональны скорости движения, а потери мощности на удар при приземлении от средней скорости не зависят. In addition, in the case of the application of external traction, as is done in the proposed tool, the frictional power loss is directly proportional to the speed of travel, and the impact power loss during impact upon landing does not depend on the average speed.

Все изложенное позволяет подобрать удовлетворительные характеристики конструктивных элементов устройства. All of the above allows you to select the satisfactory characteristics of the structural elements of the device.

Прежде всего, отсутствие у вибратора функции тяги позволяет ориентировать вибрации вертикально, хотя это и не обязательно, и, тем самым получить тот же эффект при меньших значениях а_к, что облегчает конструктивную реализацию. Кроме того, при внешней тяге становится возможным повысить частоту вибраций до пределов, ограниченных только жесткостью конструкции.First of all, the lack of traction of the vibrator function allows you to orient the vertical vibration, although this is not required, and thereby obtain the same effect at lower values and _by that facilitates constructive implementation. In addition, with external traction, it becomes possible to increase the frequency of vibrations to limits limited only by structural rigidity.

П р и м е р расчета для вертикально ориентированных вибраций:
При а_к = 2, ω = 200 сек^-1 (f = 32 гц), f_тр = =2, Р = 200 кг для достижения скорости V_ск = 20 м/сек требуется суммарная мощность N = 0,5 л.с. Для сравнения: при простом скольжении при тех же параметрах требуется мощность 10,5 л.с., т.е. "виброподушка" эквивалентна уменьшению коэффициента трения в 21 раз.Example of calculation for vertically oriented vibrations:
When a _k = 2, ω = 200 sec ^-1 (f = 32 Hz), f _Tr = = 2, P = 200 kg to achieve a speed of V _ck = 20 m / s, a total power of N = 0.5 hp is required . For comparison: with simple sliding with the same parameters, a power of 10.5 hp is required, i.e. “vibration pad” is equivalent to a 21-fold reduction in the coefficient of friction.

Результаты сравнительного расчета прототипа и предлагаемого средства сведены в таблицу. Расчет выполнен для таких значений параметров, которые для прототипа известны из литературы (см. ссылку выше). The results of the comparative calculation of the prototype and the proposed tool are summarized in table. The calculation is performed for such parameter values that are known from the literature for the prototype (see link above).

Как видно из таблицы, для прототипа требуется рассеиваемая мощность на порядок больше, чем у предлагаемого транспортного средства, а полная потребляемая мощность у предлагаемого устройства в 2,5 раза меньше, чем у прототипа. As can be seen from the table, the prototype requires power dissipation an order of magnitude greater than that of the proposed vehicle, and the total power consumption of the proposed device is 2.5 times less than that of the prototype.

Применение данного средства при работе с сельскохозяйственными орудиями позволяет получить очень эффективные мобильные сельскохозяйственные комплексы. Так, при орошении наиболее важным является создание сети транспортных путей для перемещения многосотметровых оросительных механизмов. В данном случае размещение генератора механических вибраций на каждой опорной лыже фермы позволит избежать строительства ряда колей, поскольку столь малое удельное давление на почву, которое достигается применением предложенного средства, позволяет использовать естественный профиль поля без его предварительного выравнивания. Кроме того, поскольку проходимость данного устройства очень велика, создается возможность обработки на ней в труднодоступных местах техникой, доставляемой в эти места предлагаемым средством, которое используется как в транспортном, так и в тяговом режимах. Это позволяет создать многопрофильные сельскохозяйственные агрегаты с единым силовым и транспортным звеном, что является новым в сельскохозяйственном машиностроении. The use of this tool when working with agricultural implements allows you to get very effective mobile agricultural complexes. So, during irrigation, the most important is the creation of a network of transport routes for moving multi-meter irrigation mechanisms. In this case, the location of the mechanical vibration generator on each supporting ski of the farm will avoid the construction of a number of ruts, since such a small specific pressure on the soil, which is achieved by using the proposed tool, allows you to use the natural field profile without prior alignment. In addition, since the permeability of this device is very large, it becomes possible to process it in hard-to-reach places with equipment delivered to these places by the proposed tool, which is used both in transport and in traction modes. This allows you to create multi-profile agricultural units with a single power and transport link, which is new in agricultural engineering.

Claims

1. VEHICLE mainly for agricultural work, comprising a traction drive with a drive mounted on its housing, as well as a means of reducing resistance to movement on the surface, characterized in that it has at least one bearing sliding surface, and the means of reducing resistance to movement on the surface is made in the form of a controlled generator of mechanical vibrations, the output link of which is kinematically connected with the aforementioned supporting sliding surface of the transport medium Twa.

2. The vehicle according to claim 1, characterized in that the drive of the traction drive to create air flow is the drive of a controlled generator of mechanical vibrations.

3. The vehicle according to claim 1, characterized in that the controlled mechanical vibration generator is made in the form of a vibration generator for orienting them perpendicular to the sliding bearing surface.

4. The vehicle according to claim 1, characterized in that the housing is equipped with a vibration-insulated and shock-absorbed cabin relative to it.