Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано при проектировании и производстве малогабаритных механических транспортных средств, в том числе инвалидных колясок, предназначенных для передвижения по горизонтальным, наклонным и ступенчатым поверхностям, включая лестницы.

При рассмотрении технической литературы выявлен ряд конструктивных решений, относящихся к указанной проблематике.

Известно шасси для передвижения по различным опорным поверхностям с колесно-шаговыми движителями, каждое из колес которого выполнено в виде закрепленных на ступице опор, оснащенных башмаками и выполненных с возможностью изменения своей длины для возможности перемещения по лестничным маршам различного размера; каждый из колесно-шаговых движителей состоит из трех опор, закрепленных на общем валу симметрично относительно оси вращения вала и наклонно друг к другу, образуя боковые ребра воображаемой пирамиды; вал расположен под углом к опорной поверхности таким образом, чтобы опорной поверхности касались не более двух опор от каждого колесно-шагового движителя одновременно, закреплен с возможностью поперечных движений и кинематически связан с закрепленным на шасси компенсатором колебаний (патент на изобретение RU 2626285, кл. B62D 57/02, B62D 57/032, опубл. 15.08.2017 г., бюл. №23)

Недостатками используемых в данном шасси колес являются:

сложность конструкции, обусловленная необходимостью применения устройства для компенсации колебаний шасси при обеспечении плавности его хода при движении по горизонтальным и наклонным поверхностям;

сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.

Известно шагающее колесо транспортного средства содержащее жестко связанную с валом многогранную ступицу, по периметру которой равномерно распределены цилиндры, в каждом из которых размещены соосные опорный и демпфирующий поршни, башмаки, закрепленные на опорных поршнях, и перепускные клапаны, распределительные клапаны, дополнительные поршневые цилиндры, что позволяет создать автоматический режим регулирования давления текучей среды, заливаемой в замкнутую систему (патент на изобретение RU 2092368, кл. B62D 57/032, B62D 57/024, опубл. 10.10.1997 г.).

Недостатками данного колеса являются:

ограниченные возможности для применения колеса при спуске по лестницам;

сложность перемещения шасси по поверхностям, не имеющим твердого покрытия, вызванная высокой удельной нагрузкой от опор на эти поверхности.

Известно транспортное средство, каждое из колес которого выполнено с волнообразной и/или зигзагообразной опорной круговой поверхностью и/или со снабженной штырями торцевой стороной опорной круговой поверхностью колеса, закреплено на оси, связанной шарнирно со втулкой, расположенной внутри ступицы колеса, с возможностью вращения и с возможностью поворота продольной плоскости колеса относительно оси колеса на определенный угол в зависимости от места контакта опорной поверхности колеса с профилем препятствия (дороги) (патент на изобретение RU 2537208, кл. В62В 5/02, B62D 57/024, A61G 5/0, опубл. 27.12.2014 г, бюл. №36).

Недостатками используемых в данном транспортном средстве колес являются:

ограниченные возможности для применения колеса при движении по узким проходам, а также по лестницам, имеющим длину гипотенузы треугольника, катетами которого выступают глубина и высота лестничной ступени, равной величине шага волнообразной опорной поверхности колеса или шага торцевой стороны опорной круговой поверхности колеса, снабженной штырями, или превышающей ее;

необходимость уменьшения полезной ширины транспортного средства для обеспечения беспрепятственного изменения угла продольной плоскости каждого колеса относительно его оси.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является многофункциональное кресло-коляска, каждое из опорных колес которого способно принимать форму «звезды», обеспечивающую режим перемещения по плоской поверхности, а также по лестничным пролетам и ступеням различных типов; каждое колесо связано с отдельным валом, а на его оси установлен червячный редуктор; способ перевода колеса из вида «колесо» в вид «звезда» выполнен в виде специального исполнительного механизма: диска с зубьями, при поворачивании которого, тяги, прикрепленные к диску и к лопастям, стягивают свободные концы лопастей к центру, преобразовывая колесо в «звезду» (патент на изобретение RU 2611875, кл. A61G 5/00, опубл. 01.03.2017 г., бюл. №7).

Недостатками используемых в данном многофункциональном кресле-коляске опорных колес являются:

сложность конструкции, обусловленная необходимостью оснащения каждого опорного колеса несколькими (по числу «лучей» «звезды») подвижными элементами, выполненными в виде специальных металлических лопастей с резиновым покрытием, и таким же количеством специальных тяг для раскрытия и сворачивания лопастей при изменении формы колеса;

ограниченные возможности для применения опорных колес при передвижении по поверхностям, не имеющим твердого покрытия (например, по грунтовой поверхности), поскольку попадание грунта между лопастью и «лучом» «звезды» будет затруднять работу специального исполнительного механизма при преобразовании колеса в форму «звезды» или препятствовать такому преобразованию;

ограниченные возможности для применения колеса при спуске по лестницам.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения технического решения, обеспечивающего простоту и надежность эксплуатации ведущего колеса транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы.

Технический результат изобретения заключается в разработке конструкции ведущего колеса, реализующей его вращательную и шагающую функции при передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается в результате того, что, согласно изобретению, ведущее колесо малогабаритного транспортного средства содержит подвижно соединенную с ведущим валом посредством подшипников ступицу, выполненную в форме «звезды» с тремя равномерно распределенными по окружности «лучами», на конце каждого из которых подвижно закреплена ось с жестко установленными на ней двумя опорными колесами и ведомым зубчатым шкивом, снабженным при помощи зубчатого приводного ремня подвижной связью с ведущим зубчатым шкивом и попарно распределенными вокруг зубчатого шкива направляющими роликами, которые подвижно установлены на ступице на равном удалении от зубчатого шкива с возможностью регулирования натяжения зубчатого приводного ремня, прижимную полумуфту с жестко присоединенной к ней втулкой, ступичную полумуфту, жестко присоединенную к ступице со стороны, обращенной к прижимной полумуфте, которая закреплена на валу с возможностью осевого перемещения при помощи подвижно установленного на валу прижимного стакана, к которому подвижно прикреплен прижимной рычаг, втулка выполнена с равномерно распределенными по ее окружности продольными прорезями, в каждой из которых размещен жестко закрепленный на валу упор, пружины, один концов каждой из которых закреплен в верхней части упора, а другой конец прикреплен к прижимной полумуфте с возможностью удержания втулки в положении, при котором прижимная полумуфта находится на максимальном удалении от ступичной полумуфты, ограниченном длиной выполненных во втулке продольных прорезей.

Изобретение поясняется фиг. 1-7.

На фиг. 1 изображено ведущее колесо транспортного средства при его передвижении по горизонтальным и наклонным поверхностям, вид спереди.

На фиг. 2 изображено ведущее колесо транспортного средства при его передвижении по ступенчатым поверхностям, вид спереди.

На фиг. 3 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе, вид сбоку.

На фиг. 4 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе при его передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза I).

На фиг. 5 изображено ведущее колесо транспортного средства в разрезе при его передвижении по ступенчатой поверхности, вид сбоку (фаза II).

На фиг. 6 изображена прижимная полумуфта.

На фиг. 7 изображена полумуфта ступицы.

На фиг. 1-7 применены следующие обозначения:

1 - ступица;

2 - подшипники;

3 - ведущий вал;

4 - опорное колесо;

5 - ось;

6 - ведущий зубчатый шкив;

7 - ведомый зубчатый шкив;

8 - зубчатый приводной ремень;

9 - прижимная полумуфта;

10 - втулка;

11 - ступичная полумуфта;

12 - упор;

13 - пружина;

14 - прижимной стакан;

15 - прижимной рычаг;

16 - направляющий ролик;

17 - радиальный выступ сцепления.

Ведущее колесо малогабаритного транспортного средства работает следующим образом.

Во внутренней полости первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половины ступицы 1, в вершинах каждого из трех ее «лучей», размещают предварительно установленные на осях 5 ведомые зубчатые шкивы 7, затем попарно устанавливают направляющие ролики 16 с соблюдением следующих расстояний:

от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 16 до центра ступицы 1 равном:

где r₁ - радиус ведущего зубчатого шкива 6, м;

от центра оси (не показана) каждого из пары направляющих роликов 16 до линии, соединяющей центр ступицы 1 с центром отверстия оси 5 ведомого зубчатого шкива 7 равном:

где r₂ - радиус направляющего ролика 17, м.

Требуемое расстояние между центрами ближайших осей 5 в «трехлучевой» форме «звезды» ступицы 1 определяют по формуле:

где a - глубина лестничной ступени, м;

b - высота лестничной ступени, м.

С учетом действующих строительных норм, расстояние принимают равным 0,4÷0,6 м.

Требуемую длину «лучей» «звезды» ступицы 1 определяют по формуле:

Ведущий зубчатый шкив 6 и ведомые зубчатые шкивы 7 выполняют с одинаковыми радиусами и одинаковым числом зубьев. К внешней поверхности первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половины ступицы 1 жестко присоединяют ступичную полумуфту 11. Ступичную муфту сцепления 11 и прижимную муфту сцепления 9 выполняют с одинаковыми внешними диаметрами и одинаковыми равномерно распределенными по окружности радиальными выступами сцепления 17.

На ведущий вал 3 устанавливают прижимной стакан 14 с подвижно закрепленным на нем прижимным рычагом 15, втулку 10 с жестко присоединенной к ней прижимной полумуфтой 9. Через каждую из трех равномерно распределенных по окружности втулки 10 прорезей (не показаны) устанавливают и жестко закрепляют на ведущем валу 3 упоры 12, на верхнем конце каждого упора 12 закрепляют один конец пружины 13, а второй ее конец закрепляют на прижимной полумуфте 9. Затем на ведущем валу 3 жестко закрепляют первый по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 подшипник 2, на котором жестко закрепляют первую по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половину ступицы 1, а также на ведущем валу 3 жестко закрепляют ведущий зубчатый шкив 6 и второй подшипник 2. На ведущий зубчатый шкив 6 и ведомые зубчатые шкивы 7 устанавливают зубчатый приводной ремень 8, регулируя его натяжение при помощи направляющих роликов 16. На втором подшипнике 2 жестко закрепляют вторую половину ступицы 1 и присоединяют ее к первой по отношению к приводному механизму (не показан) ведущего вала 3 половине ступицы 1. На краях каждой оси 5 жестко закрепляют опорные колеса 4.

При движении по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями вращающий момент от ведущего вала 3 через ведущий зубчатый шкив 6 и зубчатый приводной ремень 8, проходящий между направляющими роликами 16, передают на ведомые зубчатые шкивы 7 и далее, через оси 5, - на опорные колеса 4. При этом, за счет удерживающей силы пружин 13, прижимную полумуфту 9 фиксируют в положении, ограниченном упорами 12, при котором она не находится в сцеплении со ступичной полумуфтой 11, в результате чего крутящий момент на ступицу 1 не передается.

При движении по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним, под воздействием прижимного рычага 15 прижимной стакан 14 перемещает втулку 10 с прижимной полумуфтой 9 в соприкосновение со ступичной полумуфтой 11, вращающий момент от ведущего вала 3 через упоры 12, втулку 10 и радиальные выступы сцепления 17, выполненные в прижимной полумуфте 9 и ступичной полумуфте 11, передается на ступицу 1, которая переходит во вращательное движение на подшипниках 2. В результате выполняется шаговое перемещение ведущего колеса малогабаритного транспортного средства.

Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается выполнение вращательной и шагающей функций ведущего колеса малогабаритного транспортного средства при его передвижении как по горизонтальным и наклонным поверхностям с твердым и грунтовым покрытиями, так и по ступенчатым поверхностям, включая лестницы, как при подъеме, так и спуске по ним.