RU224764U1 - Самоходное транспортное средство - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к созданию транспортных средств без передачи крутящего момента от двигателя на колеса, и ставит своей задачей повысить эффективность преобразования энергии центробежной силы вращающегося груза в энергию поступательного движение транспортного средства. Полезная модель преобразования центробежной силы вращающегося груза в поступательное движение транспортного средства состоит из платформы 1 на колесах 2, на которой закреплена вторая платформа 3 через импульсный упругопластинчатый накопитель энергии в виде упругих продольных элементов 4, на которой установлена двигательная установка, состоящая из электродвигателя 5, на оси 6 которого закреплен кронштейн 7 с грузом вращения 8. Передняя пара колес 2 транспортного средства закреплена на неподвижной оси 9 через подшипники качения 10. Задняя пара колес 2 закреплена через обгонные муфты 12 на неподвижной оси 13. Оси 9 и 13 фиксируются на платформе 1 узлами крепления 11. При этом, обгонные муфты 12 установлены таким образом, чтобы обеспечить вращение колес 2 по ходу движения (против часовой стрелки) и блокировать вращение колес в обратную сторону (по часовой стрелке). Центробежная сила, которая образуется при вращении груза 6 в полуокружности по ходу движения, перемещает транспортное средство по направлению действия этой силы, а энергия центробежной силы, которая образуется при вращении груза 6 в полуокружности против хода движения транспортного средства, накапливается в механических и иных накопителях энергии с последующим расходом этой энергии на создание дополнительной силы движения транспортного средства. Способ позволяет эффективно преобразовывать всю энергию центробежной силы вращающихся грузов в энергию поступательного движения транспортных средств, а также для создания направленной силы в устройствах в различных областях техники и технологий. 4 ил.

Description

Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности, к созданию транспортных средств без передачи крутящего момента от двигателя на колеса, и ставит своей задачей повысить эффективность преобразования энергии центробежной силы вращающихся грузов в энергию поступательного движение транспортного средства.

Известен движитель транспортного средства, содержащий платформу на опорной поверхности, имеющую ось с приводным шкивом, обеспечивающим движение платформы, который снабжен аэродинамическими поверхностями, с клапанами, взаимодействующими с окружающей средой и обеспечивающими дополнительное перемещение вперед платформы. (Патент РФ 2550410 С2, МПК F03G 3/08, опубликован 10.05.2015 г.).

Недостатком этого движителя является низкая эффективность дополнительного перемещения платформы за счет аэродинамических поверхностей. Это связано с тем, что площади этих поверхностей одинаковы при движении вперед или назад, а клапанный механизм при небольших скоростях движения и импульсных колебаний не играет существенную роль в дополнительном перемещение платформы.

Известен импульсный фрикционный движитель для самоходных систем, содержащий инерционно-импульсный механизм, установленный на качающейся раме и имеющий два параллельных вала, на которых установлены грузы-дебалансы. При вращении валов с дебалансами возникающие центробежные силы создают неуравновешенный момент, действующий в продольной вертикальной плоскости, и неуравновешенную вертикальную силу, которые воздействуют на раму, что и создает направленное движение транспортного средства. (Патент SU 151574 А1, МПК B62D 57/00, опубликован 31.10.1962 г.).

Недостатком этого движителя является малый диапазон угла наклона качающейся рамы при рабочих скоростях вращения грузов-дебалансов, что в свою очередь ограничивает возможности движителя в увеличении величины разности создаваемых центробежных сил.

Известно транспортное средство, движение которого реализуется инерционно-импульсным приводом, принятый за прототип. Транспортное средство включает платформу с колесами, на которой расположена двигательная установка, вращающая дебалансные грузы в вертикальном и горизонтальном направлениях. Ввиду того, что центробежная сила формируется по синусоидальному закону, для движения используется только одна ее составляющая, совпадающая с направлением перемещения. Для этого, платформа оснащается механизмом однонаправленного перемещения, выполненным, например, в виде обгонной муфты или храповой муфты, вмонтированной в элементы качения или скольжения платформы. В этом случае, центробежная сила, направленная в противоположную сторону от направления перемещения платформы, замыкается на опору без перемещения платформы. (Патент РФ 3118, МПК B62D 57/00, опубликован 16.11.1996 г.).

Недостатком данного транспортного средства является не полное использование энергии центробежной силы. При рассогласовании полуциклов вращающихся грузов со стопорным торможением обгонной муфтой, в прототипе используется энергия центробежной силы вращающихся грузов только по направлению движения транспортного средства, в то время, как в противоположном направлении энергия центробежной силы гасится обгонной муфтой и работу не выполняет.

Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, состоит в повышении эффективности преобразования энергии центробежной силы вращающегося груза в энергию поступательного движения транспортного средства.

Технический результат достигается за счет блокировки колес обгонными муфтами, аккумулирования энергии центробежной силы в импульсном накопителе энергии с последующим цикличным расходом этой энергии при переходе вращения груза по направлению движения транспортного средства. Достижение заявленного технического результата обеспечивается самоходным транспортным средством, состоящем из платформы на колесах, оснащенных механизмом стопорного торможения, на которой закреплена платформа через импульсный накопитель энергии в виде упругих продольных элементов, с установленной на ней двигательной установкой, состоящей из электродвигателя, на оси которого закреплен кронштейн с грузом вращения.

Таким образом, движение транспортного средства максимально эффективно, с учетом полного использования энергии центробежной силы как по ходу движения транспортного средства, так и против движения, когда накопленная энергия в последующем дополняет энергию центробежной силы по ходу движения. Фактически, здесь обеспечивается максимальное до 100% использование энергии центробежной силы, в отличие от прототипа, где это использование не превышает 50%.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показано транспортное средство (вид сбоку); на фиг.2 - транспортное средство (вид сверху); на фиг.3 - фото модели транспортного средства без груза, на фиг.4 - фото модели транспортного средства с перемещаемым грузом.

Транспортное средство состоит из платформы 1 на колесах 2, на которой закреплена вторая платформа 3 через импульсный упруго-пластинчатый накопитель энергии в виде упругих продольных элементов, как, например, в данной модели упругие спицы зонтика 4, на которой установлена двигательная установка, состоящая из электродвигателя 5, на оси 6 которого закреплен кронштейн 7 с грузом вращения 8.

Передняя пара колес 2 транспортного средства закреплена на неподвижной оси 9 через подшипники качения 10. Задняя пара колес 2 закреплена через обгонные муфты 12 на неподвижной оси 13. Оси 9 и 13 фиксируется на платформе 1 узлами крепления 11. При этом, обгонные муфты 12 установлены таким образом, чтобы обеспечить вращение колес 2 по ходу движения (против часовой стрелки) и блокировать вращение колес в обратную сторону (по часовой стрелке).

Описываемая полезная модель преобразования центробежной силы вращающегося груза 8 в поступательное движение транспортного средства по стрелке на фиг.1 реализуется на примере рассматриваемого выше устройства следующим образом.

Установленный на второй платформе 3 электродвигатель 5 при включении начинает вращать в горизонтальной плоскости кронштейн 7 с грузом 8. Вращение груза может быть и в вертикальной плоскости. При вращении груза 8 образуется центробежная сила, которая при равномерном вращении груза будет постоянна в любом секторе вращения. В данном устройстве на колесах создается двухстороннее колебательное движение транспортного средства. При этом, для устранения действия центробежной силы в обратном направлении предполагаемого движения транспортного средства, одна пара колес 2 (могут быть и все колеса) крепится на неподвижную ось 13 платформы 1 не с помощью подшипников 10, а с помощью обгонных муфт 12. Традиционно обгонные муфты разрабатывались для передачи крутящего момента на валу только в одном направлении вращения. В заявленной полезной модели свойства обгонных муфт 12 используются не для передачи крутящего момента, а наоборот, для торможения при попытке вращения колес 2 в обратном направлении. Резкая блокировка колес 2 приводит к блокировке движения транспортного средства за счет сил трения между колесами 2 и поверхностью движения. Таким образом, центробежная сила вращающегося груза 8 создает однонаправленную тягу по ходу движения транспортного средства по направлению стрелки на фиг.1.

При этом, когда вращающийся груз 8 будет находиться в секторе против движения транспортного средства, импульсный упруго-пластинчатый накопитель энергии в виде упругих спиц зонтика 4 обеспечивает инерционное продолжение движения платформы 3 с двигателем 5 и грузом вращения 8. Энергия центробежной силы затрачивается на упругую деформацию спиц зонтика 4, сохраняется как упругая энергия, и эта энергия восстанавливает спицы 4 в исходное состояние после снятия напряжения. Это происходит при переходе вращения груза в сектор по направлению движения транспортного средства, указанного стрелкой. Таким образом, платформа 3 со всей двигательной системой выталкивается по аналогии пращи или рогатки, что приводит к движению самой платформы 3 вместе с платформой 1 на колесах. При этом, сила инерции платформы 3 с вращающимся грузом 8 суммируется с центробежной силой вращения груза 8 и, в конечном итоге, приводит к соответствующему повышению эффективности преобразования энергии центробежной силы в энергию движения транспортного средства.

Свою роль в образовании дополнительной силы инерции играет и вес перевозимого груза, расположенного на платформе 3. Это связано с возвратной силой инерции при расходовании накопленной энергии центробежной силы. Как известно, по 2-му закону Ньютона F=mv²/r, где F - центробежная сила, m - масса вращающегося груза, v - окружная скорость вращения, r - радиус окружности, расстояние от центра вращения до груза 8. (Физический энциклопедический словарь - М.: Советская энциклопедия, 1983 г.). Таким образом, после блокировки колес обгонными муфтами, центробежная сила с ростом оборотов вращения груза 8, возрастает в квадратичной зависимости и все дальше перемещает платформу 3 с перевозимым грузом против движения транспортного средства. Это приводит к упругому изгибу спиц зонтика 4, которые при возврате накопленной энергии играют роль натянутой тетивы спортивного лука. При этом, накопленная энергия возвращает не только двигательную установку с вращающимся грузом 8, но и всю платформу 3 с перевозимым грузом, что многократно усиливает силу инерции в дополнение к центробежной силе по направлению движения транспортного средства. При этом, оптимальный накопительный эффект системы из упругих спиц зонтика 4 регулируется расстоянием между платформами 1 и 2.

Импульсный накопитель энергии центробежной силы может быть другой конструкции, например, пружинный накопитель энергии. В этом случае, внутренний конец пластинчатой пружины закрепляется на обеих осях крепления колес, возможно, через жестко связанные с осями переходные цилиндрические колеса, а внешний конец пружины фиксируются на платформе 1. При этом, пружина устанавливается таким образом, чтобы при блокировке колес обгонными муфтами пружина закручивалась за счет инерционного движения платформы с двигательной установкой и возвращала накопленную энергию раскруткой пружины при переходе груза в сектор вращения по ходу движения транспортного средства. Здесь также движение транспортного средства определяется суммой двух сил - центробежной силы и силы инерционного движения платформы 1. Этот пружинный накопитель можно использовать одновременно с накопителем энергии упругих продольных элементов.

Могут быть и другие варианты накопителей энергии, например, пневмогазовый аккумулятор или магнитный механизм отталкивания постоянных магнитов. В этих случаях изменится конструкция транспортного средства, в которой появится необходимость во второй подвижной платформе с возможностью перемещения по оси движения транспортного средства.

На фото фиг.3 представлена модель транспортного средства без перевозимого груза, изготовленная по заявленной полезной модели с вертикальной плоскостью вращения груза 8. Испытания показали эффективность перевозки больших по весу грузов. На фото фиг.4 представлена модель транспортного средства с перевозимым грузом общим весом 10 кг. Этот вес перевозит микроэлектродвигатель мощностью всего 2 Вт (на фото фиг.4 слева внизу), который обеспечивает вращение груза 8 весом 145 гр с оборотами 800 об/мин, что по соотношению мощности двигателя и веса полезной нагрузки более эффективно, чем у существующего сегодня автотранспорта. Известно, что на автотранспорте 10 л.с. мощности двигателя перевозят 1 т полезной нагрузки, в модельном транспортном средстве по заявленной полезной модели это соотношение на порядок выше. В автомобилях только 25% используется для движения, а остальное 75%, это потери при нагреве двигателя и потери при передаче крутящего момента через трансмиссию от двигателя на ведущие колеса. (см. https://car.ru/news/automobili/139475-kakov-kpd-dvigatelya-avtomobilya/).

В транспортном средстве по полезной модели нет трансмиссия и нет передачи крутящего момента от двигателя на колеса и, соответственно, нет этих потерь энергии.

Испытания показали целесообразность применения транспортного средства для перевозки тяжелых грузов, например, на пневмоходах, болотоходах и вездеходах или на гусеничной технике. Актуально применение и на наземных беспилотных транспортных средствах для доставки грузов в труднодоступные места, в т.ч. по бездорожью и по болотам, особенно в зонах стихийных бедствий или СВО.

Полезная модель имеет простую конструкцию, что позволяет выпускать различные транспортные средства с малой мощностью электродвигателей, например, коляски с электроприводом для маломобильньгх граждан или внутрицеховой и складской электротранспорт для перевозки тяжелых грузов с меньшими энергетическими и финансовыми затратами.

Claims (2)

1. Самоходное транспортное средство, состоящее из платформы на колесах, оснащенных механизмом стопорного торможения, на которой закреплена платформа через импульсный накопитель энергии в виде упругих продольных элементов, с установленной на ней двигательной установкой, состоящей из электродвигателя, на оси которого закреплен кронштейн с грузом вращения.

2. Самоходное транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что на колесах устанавливается пружинный накопитель энергии.