RU2059503C1

RU2059503C1 - Crawler propelling unit

Info

Publication number: RU2059503C1
Application number: RU93055607A
Authority: RU
Inventors: Игорь Вячеславович Войнов; Валерий Андреевич Паньшин; Юрий Иванович Томашевский; Виктор Викторович Вечканов; Дмитрий Анатольевич Романов
Original assignee: Игорь Вячеславович Войнов; Валерий Андреевич Паньшин; Юрий Иванович Томашевский; Виктор Викторович Вечканов; Дмитрий Анатольевич Романов
Priority date: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1996-05-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering; self-propelled remote controlled robotic machinery operating under conditions where presence of humans is impassible or inexpedient; repair or dismounting and restoring works at nuclear power stations. SUBSTANCE: propelling unit has driving and driven wheels wrapped by track, arm beam with trunnion whose axis is parallel to wheel axis, electric motor placed inside coaxially with driving wheel and coupled with wheel by means of electromagnetic gear selector clutch and reduction gear placed in tandem, and electronic control unit. Installed coaxially inside driving wheel is second electromagnetic clutch by means of which driving electric motor is connected to beam turning reduction gear and then to wheel arm beam trunnion. Beam turning reduction gear with fixing arrangement is placed in wheel arm beam space accommodating also part of control unit, other part being placed in driven wheel. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортным средствам и может быть использовано в конструкции самоходного шасси робототехнического комплекса. The invention relates to vehicles and can be used in the construction of a self-propelled chassis of a robotic complex.

Применение названных комплексов является весьма актуальным при проведении профилактических и ремонтно-восстановительных работ на атомных электростанциях, что определяет жесткие требования по минимизации массо-габаритных характеристик (проезд через дверные проемы зданий, работа на крышах, перекрытиях и т. п.), широким функциональным возможностям (преодоление завалов, бродов, лестничных маршей и т.п.) в совокупности с максимальной ремонтопригодностью (модульный принцип построения узлов и агрегатов). The use of these complexes is very relevant in carrying out preventive and repair work at nuclear power plants, which determines stringent requirements to minimize weight and size characteristics (passage through doorways of buildings, work on roofs, ceilings, etc.), wide functionality (overcoming blockages, fords, flights of stairs, etc.) in conjunction with maximum maintainability (the modular principle of the construction of units and assemblies).

Известны мотор-колеса транспортных средств, содержащие приводной электродвигатель, расположенный внутри ведущего колеса и связанный посредством электромагнитной муфты с входным звеном редуктора, выходное звено которого связано с ведущим колесом (авт.св. N 1458253, 1643205, 1661004, 1703504). Характерной особенностью данных технических решений является некоторая ограниченность поставленных задач, рассматривающих один из элементов (мотор-колесо) движителя транспортного средства. Known motor-wheels of vehicles containing a driving motor located inside the drive wheel and connected by means of an electromagnetic clutch to the input link of the gearbox, the output link of which is connected to the drive wheel (ed.St. N 1458253, 1643205, 1661004, 1703504). A characteristic feature of these technical solutions is a certain limitation of the tasks posed, considering one of the elements (motor-wheel) of the vehicle propulsion.

Известно также гусеничное транспортное средство, содержащее гусеничные тележки, которые посредством бортового редуктора и рычага прикреплены к остову, причем корпус бортового редуктора установлен поворотно на оси ведущей шестерни с возможностью фиксации положения относительно остова (авт.св. N 1542836). В данном техническом решении скомпонованы как элементы движителя (гусеничной тележки), так и элементы самоходного шасси (остов, бортовой редуктор, рычаг). Also known is a caterpillar vehicle containing caterpillar trucks, which are attached to the skeleton by means of an onboard gearbox and a lever, the gearbox housing being mounted pivotally on the axis of the pinion gear with the possibility of fixing the position relative to the skeleton (ed. St. N 1542836). In this technical solution, both the elements of the mover (caterpillar truck) and the elements of the self-propelled chassis (skeleton, final drive, lever) are arranged.

Наиболее близким по технической сущности решением к заявляемому объекту является гусеничный движитель, содержащий ведущее и ведомое колеса, выполненные с зубьями и впадинами и охваченные бесконечной лентой (авт. св. N 1668200). К недостаткам известного устройства относятся ограниченные функциональные возможности движителя (например, для изменения угла наклона движителя относительно остова в вертикальной плоскости необходимо к фланцу балансира движителя через электромагнитную муфту подключить привод управления балансиром, разместив его в остове) и необходимость использования дополнительных устройств и блоков для управления движителем, что ухудшает массогабаритные характеристики транспортного средства в целом (кроме указанного выше привода балансира с муфтой требуется в остове разместить электронные блоки управления приводами). The closest in technical essence the solution to the claimed object is a caterpillar mover containing the drive and driven wheels, made with teeth and troughs and covered by an endless belt (ed. St. N 1668200). The disadvantages of the known device include the limited functionality of the mover (for example, to change the angle of inclination of the mover relative to the skeleton in the vertical plane, it is necessary to connect the balancer control drive through the electromagnetic clutch to the flange of the mover, placing it in the skeleton) and the need to use additional devices and blocks to control the mover , which affects the overall dimensions of the vehicle as a whole (except for the balancer drive indicated above with m it is necessary to install electronic drive control units in the skeleton).

Целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей гусеничного движителя в части введения дополнительной степени подвижности (вращение вокруг оси балансира) без увеличения габаритных характеристик движителя. При этом достигается также улучшение массогабаритных характеристик и уменьшение высоты центра масс всего транспортного средства. The aim of the invention is to expand the functionality of the caterpillar mover in terms of introducing an additional degree of mobility (rotation around the axis of the balancer) without increasing the overall characteristics of the mover. At the same time, an improvement in weight and size characteristics and a decrease in the height of the center of mass of the entire vehicle are achieved.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее ведущее и ведомое колеса, выполненные с зубьями и впадинами и охваченные бесконечной лентой с грунтозацепами (гусеницей), приводной электродвигатель, расположенный соосно внутри ведущего колеса и связанный посредством первой электромагнитной муфты (муфты переключения передач) с входным звеном первого (тягового) редуктора, балку балансира с цапфой, ось которой параллельна оси колес, электронного блока управления, по оси ведущего колеса дополнительно установлена вторая электромагнитная муфта (муфта включения редуктора поворота балки балансира), редуктор поворота балки и фиксирующий механизм угла ее поворота со вторым электродвигателем размещены в полости балки балансира, а элементы электронного блока управления установлены внутри ведомого колеса и в полости балки балансира. This goal is achieved by the fact that in the device containing the drive and driven wheels, made with teeth and cavities and covered by an endless belt with lugs (caterpillar), a drive motor located coaxially inside the drive wheel and connected through the first electromagnetic clutch (gear clutch) with the input link of the first (traction) gearbox, the beam of the balancer with an axle, the axis of which is parallel to the axis of the wheels, of the electronic control unit, along the axis of the drive wheel, a second electric a magnetic clutch (clutch for turning on the beam balancer rotation reducer), a beam rotation reducer and a fixing mechanism for its rotation angle with a second electric motor are located in the cavity of the balancer beam, and elements of the electronic control unit are installed inside the driven wheel and in the cavity of the balancer beam.

На фиг.1 показан пример конструктивного исполнения гусеничного движителя по предлагаемому техническому решению; на фиг.2 кинематическая схема движителя. Figure 1 shows an example of the design of the caterpillar mover according to the proposed technical solution; figure 2 kinematic diagram of the propulsion.

Гусеничный движитель состоит из ведущего 8 и ведомого 11 колес, установленных на шарикоподшипниковых опорах на осях, закрепленных на балке балансира 10. На колеса 8 и 11 натянута гусеница 9. Балка балансира 10 на шарикоподшипниковых опорах установлена на цапфе 23, фланец которой предназначен для крепления на корпусе транспортного средства. Ось цапфы 23 параллельна осям колес 8 и 11. The caterpillar mover consists of a drive 8 and driven 11 wheels mounted on ball bearings on axles mounted on the beam of the balancer 10. A track 9 is pulled on wheels 8 and 11. The beam of the balancer 10 on ball bearings is mounted on a pin 23, the flange of which is designed to be mounted on vehicle body. The axis of the axle 23 is parallel to the axles of the wheels 8 and 11.

Внутри ведущего колеса 8 установлен электродвигатель 16, двухскоростной редуктор 17 привода ведущего колеса и электромагнитные муфты 18 (трехпозиционная) и 19 (двухпозиционная). Выходная шестерня редуктора 17 находится в постоянном зацеплении с ведущим колесом 8. Сердечник электромагнитной муфты 18 жестко установлен на шестерне 14, а сердечник электромагнитной муфты 19 на шестерне 20. Шестерни 14 и 20 установлены на шлицевом валу 13 с возможностью осевого перемещения. Шлицевой вал 13 кинематически связан с ротором электродвигателя 16. Inside the drive wheel 8, an electric motor 16, a two-speed gearbox 17 of the drive of the drive wheel and electromagnetic couplings 18 (three-position) and 19 (two-position) are installed. The output gear of the gearbox 17 is in constant engagement with the drive wheel 8. The core of the electromagnetic clutch 18 is rigidly mounted on the gear 14, and the core of the electromagnetic clutch 19 is on the gear 20. The gears 14 and 20 are mounted on the spline shaft 13 with the possibility of axial movement. The splined shaft 13 is kinematically connected with the rotor of the electric motor 16.

Роль оси ведущего колеса 8 выполняют корпуса двигателя 16 и редуктора 17, жестко связанные между собой. Во внутренней полости балки балансира 10 установлены элементы 24 электронного блока управления, редуктор 2, выходная шестерня 21 которого находится в постоянном зацеплении с сектором 22. Сектор 22 жестко закреплен на цапфе 23. The role of the axis of the drive wheel 8 is performed by the engine casing 16 and the gearbox 17, rigidly interconnected. In the inner cavity of the beam of the balancer 10, elements 24 of the electronic control unit, a reducer 2, are installed, the output gear 21 of which is in constant engagement with the sector 22. Sector 22 is rigidly fixed to the pin 23.

При перемещении шестерен 14 и 20 на валу 13 шестерни имеют возможность входить в зацепления с соответствующими колесами первых ступеней редукторов 2 и 17. На валу первой ступени редуктора 2 установлено колесо 7 храпового механизма фиксации угла поворота балки балансира 10 относительно фланца цапфы 23. Собачка 6 этого механизма через плоскую пружину 5 и пару винт-гайка 4 кинематически связана с валом электродвигателя 3. Внутри ведомого колеса 11 на оси 12 установлены элементы 25 электронного блока управления. Внутренние кабельные соединения гусеничного движителя на фиг.1 не показаны. When moving the gears 14 and 20 on the shaft 13, the gears are able to engage with the corresponding wheels of the first stages of the gearboxes 2 and 17. On the shaft of the first stage of the gearbox 2 there is a wheel 7 of a ratchet mechanism for fixing the angle of rotation of the beam of the balancer 10 relative to the flange of the axle 23. Dog 6 of this mechanism through a flat spring 5 and a pair of screw-nut 4 kinematically connected with the shaft of the electric motor 3. Inside the driven wheel 11 on the axis 12 there are elements 25 of the electronic control unit. The internal cable connections of the caterpillar mover are not shown in FIG. 1.

С внешней стороны балки балансира 10 установлены соединители 1, предназначенные для подсоединения кабелей внешних электрических цепей. On the outside of the beam of the balancer 10, connectors 1 are installed for connecting cables of external electrical circuits.

Работает гусеничный движитель следующим образом. По команде от бортовой вычислительной машины транспортного средства или оператора, управляющего движением, через кабели, подключенные к соединителям 1, подается напряжение на элементы электронного блока управления 24, 25 и затем на соответствующую обмотку электромагнитной муфты 18, в результате чего сердечник муфты вместе с шестерней 14 перемещается вдоль оси шлицевого вала 13. При этом шестерня 14 входит в зацепление, например, с колесом 15 редуктора 17, включая первую передачу тягового привода (вторая передача проиллюстрирована на фиг.2). The caterpillar mover operates as follows. On command from the on-board computer of the vehicle or the operator controlling the movement, voltage is supplied through the cables connected to the connectors 1 to the elements of the electronic control unit 24, 25 and then to the corresponding winding of the electromagnetic coupling 18, as a result of which the core of the coupling together with gear 14 moves along the axis of the splined shaft 13. In this case, the gear 14 engages, for example, with the wheel 15 of the gearbox 17, including the first gear of the traction drive (the second gear is illustrated in figure 2).

После подачи напряжения на двигатель 16 его ротор и вал 13 начинают вращаться, что приводит в движение ведущее колесо 8 и весь гусеничный движитель в целом. After applying voltage to the engine 16, its rotor and shaft 13 begin to rotate, which drives the drive wheel 8 and the entire caterpillar mover as a whole.

Механизм фиксации угла поворота балки балансира 10 при этом может быть выключен (свободное качание балки балансира в процессе движения транспортного средства, определяемое профилем дороги, скоростью и параметрами транспортного средства), либо включен при определенном угловом положении балки балансира. Механизм фиксации приводится в действие подачей питания на электродвигатель 3, который, вращая винт, перемещает гайку пары 4 и через плоскую пружину 5 поворачивает собачку 6, вводит ее в зацепление с колесом 7 и тем самым блокирует редуктор 2. Возврат собачки в нейтральное положение происходит при подаче на двигатель 3 напряжения обратной полярности. The mechanism for fixing the angle of rotation of the beam of the balancer 10 can be turned off (free swinging of the beam of the balancer during the movement of the vehicle, determined by the profile of the road, speed and parameters of the vehicle), or turned on at a certain angular position of the beam of the balancer. The locking mechanism is activated by applying power to the electric motor 3, which, rotating the screw, moves the nut of the pair 4 and rotates the dog 6 through the flat spring 5, engages it with the wheel 7 and thereby blocks the gear 2. The dog returns to the neutral position when applying reverse polarity voltage to the motor 3.

Для поворота балки балансира 10 на заданный угол электромагнитная муфта 18 устанавливливается в нейтральное положение (подачей напряжения на среднюю обмотку). При этом кинематическая связь двигателя 16 с редуктором 17 прерывается. Далее при помощи электромагнитной муфты 19 производится перемещение шестерни 20 до вхождения ее в зацепление с колесом редуктора 2. При подаче напряжения на обмотку электродвигателя 16 происходит обкатка выходной шестерни 21 редуктора 2 вокруг оси сектора 22, что приводит к повороту балки балансира. По достижении заданного угла подается напряжение соответствующей полярности на двигатель 3 и срабатывает механизм фиксации. После установки электромагнитной муфты 19 в нейтральное положение при помощи электромагнитной муфты 18 подключают ротор электродвигателя 16 к редуктору 17 и продолжают движение при наклонном положении гусеничного движителя. To rotate the beam of the balancer 10 to a given angle, the electromagnetic clutch 18 is installed in the neutral position (by applying voltage to the middle winding). In this case, the kinematic connection of the engine 16 with the gearbox 17 is interrupted. Then, using the electromagnetic clutch 19, the gear 20 is moved until it engages with the gear wheel 2. When voltage is applied to the motor winding 16, the output gear 21 of the gear 2 is run-in around the axis of the sector 22, which leads to a rotation of the beam of the balancer. Upon reaching the specified angle, a voltage of the corresponding polarity is applied to the motor 3 and the locking mechanism is activated. After installing the electromagnetic clutch 19 in a neutral position by means of an electromagnetic clutch 18, the rotor of the electric motor 16 is connected to the gearbox 17 and continue to move when the caterpillar mover is tilted.

В настоящее время завершены расчетно-конструкторские работы, выпущен комплект конструкторской документации, изготовлен, отлажен и прошел лабораторные испытания опытный образец транспортного средства, включающего четыре гусеничных движителя. Currently, design and construction work has been completed, a set of design documentation has been issued, a prototype of a vehicle including four caterpillar tracks has been manufactured, debugged and laboratory tested.

Гусеничный движитель представляет собой законченный модуль конструкции самоходного шасси робото-технического комплекса для работы в условиях атомных электростанций. Основные характеристики изготовленного гусеничного движителя: масса < 25 кг, максимальное тяговое усилие 2000 Н, максимальное усилие подъема (на оси балансира) 1200 Н, максимальная скорость 1,0 м/с, габаритные размеры (мм) 450х220х100, тип двигателя бесколлекторный моментный двигатель постоянного тока (собственной разработки). The caterpillar mover is a complete module for the construction of a self-propelled chassis of a robot-technical complex for operation in nuclear power plants. The main characteristics of the manufactured caterpillar mover: weight <25 kg, maximum traction force 2000 N, maximum lifting force (on the balancer axis) 1200 N, maximum speed 1.0 m / s, overall dimensions (mm) 450x220x100, type of motor constant-current brushless motor current (own development).

Claims

A CRAWLER ENGINE containing a drive and driven wheels covered by a caterpillar, a beam of a balancer with an axle whose axis is parallel to the axis of the wheels, an electric motor located coaxially inside the drive wheel and connected to it by means of a serially connected electromagnetic clutch of gear shifting and gearbox, an electronic control unit, characterized in that, in order to expand the functionality of the propulsion device, as well as improve the overall mass characteristics of the vehicle, inside the drive wheel coaxially A second electromagnetic coupling has been installed, by means of which the drive motor is connected to the beam rotation reducer and then to the balancer beam axle, the beam rotation reducer together with the locking mechanism is located in the cavity of the beam of the balancer, where some of the elements of the electronic control unit are also located, the other part of which is located in the driven wheel .