RU2797977C1 - Высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к системам подрессоривания вездеходных транспортных средств большой грузоподъемности. Высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства содержит упругие сплошные стойки и топологически оптимизирован в соответствии с аспектами бионики. Конструктивный элемент содержит по два приемных устройства. Первое приемное устройство образовано двумя нижними балками, соединенными тремя опорными цилиндрами. Второе приемное устройство выполнено в виде одного фиксирующего цилиндра. Первое приемное устройство соединено со вторым приемным устройством упругими сплошными стойками. Упругие сплошные стойки выполнены сплошными, с переменной площадью сечения и образуют силовой каркас с нижними балками. Упругие сплошные стойки высокопрочного упругого конструктивного элемента выполнены из плавкого материала, который содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, в которую входят нержавеющая сталь, инструментальная сталь, титан, алюминий, кобальт, никель, а также сплавы или смеси этих материалов, которые могут дополнительно содержать марганец, хром, кремний, ниобий, тантал, бор. Достигается увеличение ресурса циклической устойчивости высокопрочного упругого конструктивного элемента гусенично-модульного устройства, а также упрощение технологического процесса его изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение, в целом, относится к области гусенично-модульных систем транспортных средств, относящихся к обычному типу, в частности, к системам подрессоривания вездеходных транспортных средств большой грузоподъемности для использования в качестве высокопрочной упругой рамы гусеничных модулей.

Аналогом изобретения является балансир подвески (пат.RU 180626, опубл. 19.06.2018), содержащий продольные листовые элементы, соединенные между собой, кронштейны крепления, размещенные на их концах, отличающийся тем, что листовые элементы выполнены с многочисленными вырезами по всей поверхности, соединены между собой через проставки и усилены вертикальными пластинами, а также скреплены с листовыми элементами и между собой пакетом пластин-усилителей, размещенным в нижней части листовых элементов.

Недостатком аналога является его сборная конструкция, что приводит к концентрации напряжений в местах соединения конструктивных элементов и к избыточным динамическим воздействиям на материалы деталей, кроме того, снижает ресурс циклической устойчивости изделия.

Прототипом изобретения является конструктивный элемент (пат.RU 2513082, опубл. 20.04.2014) воздушного судна, выполненный в виде единого целого с опорной стойкой, изготовленной при помощи процесса избирательного лазерного плавления и выполненной с возможностью поглощения изгибающих сил перпендикулярно к продольному направлению удлинения опорной стойки. Стойка содержит стенку, которая частично ограждает удлиненную полость опорной стойки, и конструкцию армирования. При этом конструктивный элемент топологически оптимизирован в соответствии с аспектами бионики и содержит, по меньшей мере, два приемных устройства, причем на одном приемном устройстве могут возникать силы, которые, при создании изгибающих сил у опорной стойки, передаются на другое приемное устройство.

Недостатком прототипа являются внутренние полости стойки, усиленные элементами армирования в виде дисков, что приводит к концентрации напряжений на поверхностях стойки, кроме того, усложняет технологический процесс изготовления стойки, что ограничивает область применения подобных стоек. Кроме того, стойка по прототипу может быть изготовлена из материала гранулята, который после изготовления удаляется из полостей посредством отверстия в стойке, что обусловлено ее конструктивными особенностями.

Задачей изобретения является усовершенствование конструкции рамы гусенично-модульного устройства с возможностью регулировки площади контакта посредством топологической оптимизации конструкции высокопрочного упругого конструктивного элемента. Такая оптимизация означает, что могут быть созданы конструкции свободного формата, которые отвечают требованиям по своим механическим, тепловым, электрическим, акустическим, фильтрующим и поверхностным характеристикам. Такая конструкция включает в себя и копирует в возможно большей степени встречающиеся в природе примеры, например, характеристики кости.

Техническим результатом изобретения является увеличение ресурса циклической устойчивости высокопрочного упругого конструктивного элемента гусенично-модульного устройства, а также упрощение технологического процесса его изготовления.

Технический результат достигается тем, что высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства, содержит упругие сплошные стойки, выполненные с возможностью поглощения изгибающих сил, который топологически оптимизирован в соответствие с аспектами бионики. Конструктивный элемент содержит по меньшей мере, два приемных устройства, причем на первом приемном устройстве могут возникать силы, которые, при создании изгибающих сил у упругих сплошных стоек передаются на второе приемное устройство, при этом первое приемное устройство образовано двумя нижними балками, соединенными тремя опорными цилиндрами, второе приемное устройство выполнено в виде одного фиксирующего цилиндра, первое приемное устройство соединено со вторым приемным устройством упругими сплошными стойками. Упругие сплошные стойки выполнены сплошными, с переменной площадью сечения и образуют силовой каркас с нижними балками. Упругие сплошные стойки высокопрочного упругого конструктивного элемента выполнены из плавкого материала, который содержит по меньшей мере один материал, выбранный из группы, в которую входят нержавеющая сталь, инструментальная сталь, титан, алюминий, кобальт, никель, а также сплавы или смеси этих материалов, которые могут дополнительно содержать марганец, хром, кремний, ниобий, тантал, бор.

Увеличение ресурса циклической устойчивости достигается за счет топологической оптимизации конфигурации высокопрочного упругого конструктивного элемента и использования при его изготовлении плавкого высокопрочного упругого материала, устойчивого к деструктивным нагрузкам элементов конструкции.

Упрощение технологического процесса изготовления достигается за счет выполнения опорных стоек конструктивного элемента упругими и сплошными в отличие от прототипа, содержащего в конструкции полости и армирующие диски, отверстия.

Предложенное изобретение поясняется иллюстрациями и трехмерной моделью.

На фиг. 1 представлен высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства (вид общий, сверху справа).

На фиг. 2 представлен высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства (вид общий, сверху слева).

На фиг. 3 представлена схема нагружения предложенного высокопрочного упругого конструктивного элемента гусенично-модульного устройства (вид общий).

В качестве фиг. 4 представлена трехмерная модель конструктивного элемента.

Высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства состоит из фиксирующего цилиндра 1 (Фиг.1, 4), который посредством передней вертикальной упругой сплошной стойки 2 соединен с опорным цилиндром 3. Несущая часть конструкции состоит из нижних балок 4а и 4б, которые расположены продольно и соединяются между собой с помощью опорных цилиндров 3, 5 и 6. Нижние балки 4а и 4б соединены с фиксирующим цилиндром 1 с помощью центральных вертикальных упругих сплошных стоек - левой 7а и правой 7б (Фиг. 2, 4). Опорный цилиндр 5 соединен со средними упругими сплошными стойками - левой 8а и правой 8б, на которых выполнены проушины - левая 9а и правая 9б (Фиг. 2), предназначенные для соединения высокопрочного упругого конструктивного элемента с функциональными узлами гусенично-модульных устройств. При этом средние упругие сплошные стойки 8а и 8б соединены с центральными вертикальными упругими сплошными стойками 7а и 7б. Задняя часть нижних балок 4а и 4б соединяется с задними упругими сплошными стойками 10а и 10б (Фиг. 2, 4), которые в свою очередь соединены со средними упругими сплошными стойками 8а и 8б. Упругие сплошные стойки 2, 7а, 7б, 8а, 8б, 10а, 10б и нижние балки 4а, 4б образуют силовой каркас. При этом нижние балки 4а и 4б, а также опорные цилиндры 3, 5 и 6 образуют первое приемное устройство, на котором могут возникать силы, которые при создании изгибающих сил у упругих сплошных стоек 2, 7а, 7б, 8а, 8б, 10а, 10б, передаются на второе приемное устройство, образуемое фиксирующим цилиндром 1. Фиксирующий цилиндр 1 предназначен для закрепления конструктивного элемента в составе гусенично-модульного устройства на оси транспортного средства, при этом опорные цилиндры 3, 5 в составе гусенично-модульного устройства предназначены для установки на них осей опорных катков устройства, а на опорный цилиндр 6 устанавливаются функциональные узлы гусенично-модульного устройства.

Предложенный высокопрочный упругий конструктивный элемент может быть изготовлен из плавкого упругого материала, например, из сталей, принадлежащих группам пружинных и инструментальных, титана, алюминия, кобальта, никеля, а также сплавов или смесей этих материалов, которые могут дополнительно содержать марганец, хром, кремний, ниобий, тантал, бор. При этом топология высокопрочного упругого конструктивного элемента гусенично-модульного устройства и расположение его стоек оптимизированы в соответствии с аспектами бионики, стойки выполнены сплошными с переменной площадью сечения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В процессе движения гусенично-модульного устройства опорные цилиндры 3, 5 и 6 поочередно воспринимают нагрузку от поверхности опоры. Данная нагрузка выражается силами F1, F2 и F3, соответственно (Фиг.3). При воздействии препятствия на опорный цилиндр 3 сила F1 возрастает пропорционально геометрическим характеристикам препятствия таким образом, что силовой каркас, деформируясь, накапливает избыток механического напряжения в виде потенциальной энергии сжатия, причем основную работу выполняет передняя вертикальная упругая сплошная стойка 2, оставшаяся часть энергии передается на фиксирующий цилиндр 1. После прохождения опорным цилиндром 3 препятствия передняя вертикальная упругая сплошная стойка 2 выпрямляется и приводит опорный цилиндр 3 к исходному геометрическому положению. Далее препятствие воздействует на опорный цилиндр 5, при этом пропорционально геометрическим характеристикам препятствия увеличивается сила F2. Силовой каркас накапливает избыток механического напряжения в виде потенциальной энергии сжатия, причем основную работу выполняют упругие сплошные стойки 7а, 7б, 8а, 8б, 10а, 10б и нижние балки 4а, 4б, оставшаяся часть энергии передается на фиксирующий цилиндр 1. После прохождения опорным цилиндром 5 препятствия силовой каркас выпрямляется и приводит опорный цилиндр 5 к исходному геометрическому положению. Далее препятствие воздействует на опорный цилиндр 6, при этом пропорционально геометрическим характеристикам препятствия увеличивается сила F3. Силовой каркас накапливает избыток механического напряжения в виде потенциальной энергии сжатия, причем основную работу выполняют задние упругие сплошные стойки 10а и 10б, оставшаяся часть энергии передается на фиксирующий цилиндр 1. После прохождения опорным цилиндром 6 препятствия задние упругие сплошные стойки 10а и 10б выпрямляются и приводят опорный цилиндр 6 к исходному геометрическому положению.

Таким образом, технический результат достигается тем, что топология высокопрочного упругого конструктивного элемента гусенично-модульного устройства и расположение его стоек оптимизированы в соответствии с аспектами бионики; стойки высокопрочного упругого конструктивного элемента образуют силовой каркас, поглощающий избыток механического напряжения на приемном устройстве. Упрощение технологии изготовления высокопрочного упругого конструктивного элемента достигается путем исключения из конструкции полостей и тонкостенных конструкций.

Claims (2)

1. Высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства, содержащий упругие сплошные стойки, выполненные с возможностью поглощения изгибающих сил, который топологически оптимизирован в соответствии с аспектами бионики, причем конструктивный элемент содержит по меньшей мере два приемных устройства, при этом на первом приемном устройстве могут возникать силы, которые при создании изгибающих сил у упругих сплошных стоек передаются на второе приемное устройство, отличающийся тем, что первое приемное устройство образовано двумя нижними балками, соединенными тремя опорными цилиндрами, второе приемное устройство выполнено в виде одного фиксирующего цилиндра, первое приемное устройство соединено со вторым приемным устройством упругими сплошными стойками, при этом упругие сплошные стойки выполнены сплошными с переменной площадью сечения и образуют силовой каркас с нижними балками.

2. Высокопрочный упругий конструктивный элемент гусенично-модульного устройства по п.1, в котором упругие сплошные стойки выполнены из плавкого материала, который содержит по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, в которую входят нержавеющая сталь, инструментальная сталь, титан, алюминий, кобальт, никель, а также сплавы или смеси этих материалов, которые дополнительно содержат марганец, хром, кремний, ниобий, тантал, бор.

Images