СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ И УСТРОЙСТВО ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ

Изобретения относятся к области колесных движителей, предназначенных для перемещения военной техники и вооружения в условиях бездорожья на грунтовой и заболоченной местности.

1. Известен способ повышения проходимости колесных движителей тяжелой военной техники с колесной формулой 6×6 [1, 2], 8×8 [3, 4], 12×12 [5], ведущие колеса которых оснащают шинами одного размера с системой регулирования в них давления, оси колес располагают в одной горизонтальной плоскости, опорную поверхность колес составляет горизонтальная плоскость грунтового или жесткого основания, колеса располагают по бортам рамы корпуса последовательно друг за другом с возможностью поворота передних (передних и задних) пар направляющих колес каждая по своему радиусу R_к>R_ц, где R_к - радиус поворота крайних колес, R_ц - радиус поворота промежуточных между крайними колес по бортам рамы корпуса, при этом корпус военной техники на колесах исполняют, как вариант, герметичным, плавающим и снабжают кормовым водометом.

Проходимость известных колесных движителей на слабых грунтовых и заторфованных основаниях верхового и низинного типа оказывается недостаточной для транспортирования тяжелой военной техники.

Пример 1. Расстояние между опорными поверхностями колесных движителей по бортам тяжелой военной техники весом P=13,6 т (БТР-80, Россия) с колесной формулой 8×8 обеспечивает работу колес на основании каждого в отдельности. При размере колеса формулой 1300×530-533 (D×B-d, мм) и средней нагрузке на колесо N=P/8=16,3/8=1,7 т осадка торфа под движущимся колесом составляет величину [3] , где k=0,25 кг/см³ - принимаемый коэффициент упругости торфа. Давление под колесом p_max=kS=0,25·5,77=0,14425 МПа, p_ср=(2/3)P_max=(2/3)0,14425=0,0962 МПа. Допускаемое давление на торф при полудлине контактного следа колеса , площади контакта F=вс₀=53·27,39=1451,6 см² и периметре полуконтакта П=2(с₀+в)=2(27,39+53)=160,8 см, давлении p_A=0,04+0,375·П/F=0,04+0,375·160,8/1451,6=0,0815 МПа составляет величину [p]_ср=(2/3)p_A=(2/3)0,0779=0,0544 МПа<p_ср при уточненном значении . Торфяная залежь для колесного бронетранспортера БТР-80 оказывается непроходимой по несущей способности для многоразового прохождения.

Известен способ повышения проходимости колесного движителя тяжелого пожарного вездехода «Дельта-3» с колесной формулой 6×6 канадской фирмы «Формост», заключающийся в том, что шарнирносвязанную составную раму снабжают ведущими колесами с шинами-катками низкого давления, опорные поверхности которых устанавливают на одной горизонтальной плоскости, давление в шинах-катках регулируют путем снижения и повышения, шины-катки располагают по бортам составной рамы корпуса друг за другом, причем основной вес вездехода распределяют на задние пары шин-катков, которые устанавливают друг за другом с максимальным продольным сближением [6].

Пример 2. При равномерном распределении нагрузки груженого вездехода «Дельта-3» с полезной нагрузкой 15 т на оси 6 катков получают усилие на опорную поверхность шины-катка N=P/6=(15 т+12 т)/6=4,5 т. Принимая размеры шины-катка (D×B-d, мм)=1900×960-1900 - усеченная с двух сторон сфера, получаем осадку шины-катка на торфяной залежи ,

где η=0,8 - коэффициент деформации шины, k=0,2 кг/см² - принимаемый коэффициент упругости торфа. Давление под катком p_max=kS=0,2·9,8=0,196 МПа, p_ср=0,5P_max=0,5·0,196=0,098 МПа. Допускаемое давление на торф при полудлине контактного следа катка , площади контакта

F=вс₀=96·43,15=4142,5 см² и периметре полуконтакта

П=2(с₀+в)=2(43,15+96)=278,3 см составляет величину

[p_ср]=(2/3)p_A=(2/3)(0,04+0,375·П/F)=(2/3)(0,04+0,375·278,3/4142,5)=0,0435 МПа.

Торфяная залежь для колесного вездехода «Дельта-3» оказывается непроходимой по несущей способности (для многоразового прохождения).

Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения проходимости колесного движителя, заключающийся в повышении опорной поверхности шины колеса заданного для преодолеваемого основания радиуса (R) поперечного сечения при заданной ширине (в) контакта, отличающийся тем, что для длительного многоразового преодоления участков бездорожья, характеризующихся средней величиной угла (φ) внутреннего трения и удельного сцепления (с), контактной поверхности шины с преодолеваемым грунтовым основанием придают величине радиуса поперечного сечения значение , где - угол сектора дуги упругого полуконтакта шины колеса с грунтовым основанием, - давление структурной прочности преодолеваемого основания на растяжение, - критическое давление для основания под центром колеса, для многоразового преодоления заторфованных оснований придают величине радиуса значение , где

, а для одноразового преодоления бездорожья в «первом критическом» фазовом состоянии придают величине радиуса значение

, где - угол сектора полуконтакта с грунтовым основанием,

- с торфяным основанием, при этом радиус R полуконтакта поперечного сечения колеса транспортного средства с грунтовым или с торфяным основанием с соответствующими механическими характеристиками (φ и c) задают на сменных надеваемых на шину колеса армированных кольцевых насадках, которые фиксируют от осевого перемещения на сдутых шинах путем накачивания последних и с помощью кольцевых перегородок и буртиков [7].

Пример 3. Придавая наружной поверхности колеса форму усеченного с двух сторон эллипсоида вращения с размерами (D×в-d, мм)=1900×960-8694, где диаметр поперечного сечения на торфе (φ=22°, с=0,02 МПа) ,

под опорной поверхностью колеса на торфяном основании получают равномерную величину среднего контактного давления p_ср=kS/2=0,2·6,7/2=0,67 МПа,

где .

Допускаемое давление для многоразового прохождения торфяной залежи при

, площади контакта колеса с торфом

F=вс₀=96·35,68=3425 см² и периметре полуконтакта

П=2(с₀+в)=2(35,68+96)=263,4 см составляет величину

[p_A]_ср=(2/3)(0,04+0,375·П/F)=(2/3)(0,04+0,375·263,4/3425)=0,046 МПа,

для одноразового прохождения торфяной залежи

[p_В]_ср=(2/3)(0,04+0,9·П/F)=(2/3)(0,04+0,9·263,4/3425)=0,0728 МПа.

Таким образом, предлагаемый способ придания поперечному сечению колеса диаметра d=8,7 м при угле ψ=6°,34<φ обеспечивает только одноразовую проходимость вездеходом торфяной залежи.

Технический результат по предлагаемому способу повышения проходимости движителя военной техники - колесного движителя вездехода, заключающемуся в том, что повышают опорную поверхность колесного движителя заданного для преодолеваемого основания радиуса (R) поперечного сечения при ширине (в) контакта и диаметре (D) продольного сечения колеса, радиус поперечного сечения колеса рассчитывают по зависимости R≥0,5f/sin(ψ_к), где ∠ψ_к - угол сектора дуги полуконтакта поперечного сечения колеса с преодолеваемым грунтовым или торфяным основанием, определяют физические параметры преодолеваемого основания - углы внутреннего трения (φ_стр, φ) и удельные сцепления (с_стр, с) соответственно ненарушенной и нарушенной структуры, нагрузку N, приходящуюся на одно колесо, колеса устанавливают вдоль обоих бортов корпуса в ряды друг за другом на горизонтальных полуосях, достигается тем, что колеса вдоль каждого борта корпуса друг за другом устанавливают в два ряда со смещением по горизонтали, чтобы оси колеса одного ряда оказались между осями соседних колес другого ряда, оба ряда шириной в с каждого борта корпуса движителя устанавливают на расстоянии друг от друга в=в на грунтовом и в≤1 м на торфяном основании, оси колес крайних рядов устанавливают выше осей колес внутренних рядов, опорную поверхность площадью F=(2в+в)·l и периметром П=2(2в+в+l) на горизонтальном твердом основании формируют крайними рядами с длиной (l) опорной поверхности колес движителя, опорную поверхность на слабом основании площадью

F_сф=F[1+2(1-cosψ_дв)/sin²(ψ_дв)] и периметром П=π(l+2в+в)ψ_дв/(90°·sinψ_дв) на полусферической поверхности радиусом

R_сф=D_сф/2=l/(4sinψ_к), где ψ_к=φ=arcsin[2sinφ_стр/(1+sin²φ_стр)]-φ_стр - угол сектора дуги полуконтакта опорной поверхности движителя при давлении на грунт , на торф - , формируют путем выдвижения при неподвижных от перемещения в рядах крайних осей колес движителя ниже крайних осей корпуса с помощью силовых цилиндров или путем неподвижной установки осей колес движителя на корпусе с формированием сферической опорной поверхности всеми колесами в рядах радиусом R_сф, при этом радиус поперечного сечения колеса принимают равным R_к≥0,5f/sinφ при ∠ψ_к=φ, поворот колесного движителя производят путем торможения вращения колес одной из пар продольных рядов колес.

Пример 5. Колесный движитель ракетного вооружения с формулой 12×12 оснащен механизмом принудительного одновременного вертикального выдвижения промежуточных между крайними осей колес в двух продольных рядах с образованием общей с торфяным основанием (с=с_Т.стр.=0,025 МПа, φ=φ_Т.стр=18°) полусферической опорной поверхностью радиусом R_сф=l/(4sinψ_к)=825/(4sin18°)=667,5 см, где l=825 см - длина крайнего ряда колес движителя, ∠ψ_к=φ=18°. Колесо движителя имеет параметры: D=150 см, ширина f=60 см, радиус поперечного сечения шины r=30 см. Площадь сферической опорной поверхности колесного движителя на торфяном основании F_сф=F[1+2(1-cosψ_дв)/sin²(ψ_дв)]=194700·[1+2(1-cos18°)/sin²(18°)]=252669 см², где площадь горизонтальной опорной поверхности движителя F=(2в+1 м)·l=[2(60+8)+100]·825=194700 см². Периметр опорной сферической поверхности колесного движителя П_сф=π(l+2в+1 м)ψ_дв/(90°·sinψ_дв)=

=π(825+2(60+8)+100)·18°/(90°·sin18°)=2157,43 см.

Допускаемое давление на торфяную залежь

[p]_A=(2/3)(0,04+0,375·П_сф/F_сф)=(2/3)(0,04+0,375·2157,43/252669)=0,0288 МПа - для многоразового прохождения залежи, для одноразового прохождения залежи

[p]_В=(2/3)(0,04+0,9·П_сф/F_сф)=(2/3)(0,04+0,9·2157,43/252669)=0,0318 МПа.

Вес колесного движителя с вооружением соответственно составляет

П_сф=π(l+2в+1 м)ψ_дв/(90°·sinψ_дв)=, P_В=[p]_В·F_сф=0,318·252669=80,35 т.

Разрушающее допускаемое давление растяжения торфа под опорной полусферической поверхностью колесного движителя равно

, действующее давление .

2. Известно устройство колесного движителя тяжелой военной техники с колесной формулой 6×6 [1, 2,], 8×8 [3, 4], 12×12 [5], колеса которого оснащены шинами одного размера с системой регулирования в них давления, оси колес расположены в одной горизонтальной плоскости, опорная поверхность колес расположена в горизонтальной плоскости жесткого основания, колеса расположены по бортам рамы корпуса последовательно друг за другом с возможностью поворота передних или передних и задних пар направляющих колес по своему радиусу R_к>R_ц, где R_к - радиус поворота крайних колес, R_ц - радиус поворота промежуточных между крайними колес по бортам рамы корпуса, при этом корпус военной техники на колесах выполнен, как вариант, герметичным, плавающим и снабжен кормовым водометом.

Известные движители не предназначены для транспортировки тяжелой военной техники на слабых грунтовых и торфяных основаниях.

Известно устройство колесного движителя тяжелой пожарной техники на вездеходе «Дельта-3» с колесной формулой 6×6 канадской фирмы «Формост», состоящее из шарнирно связанной составной рамы, снабженной ведущими колесами с шинами-катками низкого регулируемого давления с опорными поверхностями, установленными в одной горизонтальной плоскости, шины-катки установлены по бортам составной рамы корпуса последовательно друг за другом, причем задние пары шин-катков установлены с максимальным продольным сближением [6].

Торфяная залежь для колесного вездехода «Дельта-3» не преодолима по несущей способности (для многоразового прохождения).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство колесного движителя с радиусом поперечного сечения опорной поверхности (R) при заданной их ширине (в) контакта, отличающееся тем, что контактная опорная поверхность шины с преодолеваемым грунтовым основанием с углом внутреннего трения (φ) и удельным сцеплением - (с) выполнена с радиусом поперечного сечения , где - угол сектора дуги упругого полуконтакта шины колеса с грунтовым основанием, - давление структурной прочности основания на растяжение, - критическое давление для основания под центром колеса, для многоразового преодоления заторфованных оснований поперечное сечение шины колес выполнено с радиусом , где , для одноразового преодоления бездорожья в «первом критическом» фазовом состоянии шины колес выполнены с радиусом

, где - угол сектора полуконтакта с грунтом,

- для торфяного основания, а стандартные шины колес снабжены набором сменных армированных кольцевых насадок с соответствующим радиусом R поперечного сечения, фиксируемых на шинах, находящихся в сдутом состоянии, после их накачки или с помощью кольцевых перегородок и буртиков [7].

Известная конструкция шин колесного движителя обеспечивает, в лучшем случае, только его одноразовую проходимость на слабом торфяном основании.

Технический результат по предлагаемому устройству движителя военной техники - колесного движителя вездехода, состоящего из корпуса с рамой, гидросистемы, приходных колес, установленных друг за другом в ряды на горизонтальных полуосях, закрепленных по обоим бортам рамы, и оснащенных шинами с радиусом поперечного сечения R≥0,5f/sin(ψ_к), где f - ширина колеса, ∠ψ_к - угол сектора дуги полуконтакта поперечного сечения шины колеса с преодолеваемым грунтовым или торфяным основанием, достигается тем, что вдоль каждого из бортов корпуса колеса устанавливают в два ряда каждый шириной в с продольным смещением рядов по горизонтали, чтобы оси колес одного ряда были установлены между осями соседних колес другого ряда, и со смещением по высоте, чтобы оси крайних рядов были установлены выше осей колес внутренних рядов, установленных по горизонтали на расстоянии друг от друга в=в для условий слабого грунтового и в≤1 м - для условий заторфованного основания, поперечное сечение шин изготовлено радиусом R≥0,5f/sinφ, где φ - угол внутреннего трения грунта или торфа нарушенной структуры, при этом оси колес в рядах между неподвижными от перемещений крайних колес выполнены с возможностью вертикального перемещения вниз с помощью силовых цилиндров или закреплены по обоим бортам корпуса с образованием общей опорной полусферической поверхности радиусом R_сф=D_сф/2=l/(2sinφ), где l - длина опорной поверхности длинного крайнего ряда колес, угол φ=ψ_дв=arcsin[2sinφ_стр/(1+sin²φ_стр)]-φ_стр, где φ_стр - угол внутреннего трения ненарушенного образца преодолеваемого грунтового основания, φ=φ_стр.Т - торфяного основания, оси колес в рядах оснащены системой одновременного торможения колес от вращения в рядах по каждую сторону от корпуса отдельно.

Предлагаемое устройство поясняется графическими материалами, где на фиг.1 - общий вид колесного движителя тяжелого танка, на фиг.2 - разрез A-A фиг.1.

Устройство колесного движителя военной техники в виде тяжелого танка (фиг.1) состоит из корпуса 1 коробчатого типа с рамой, гидросистемы (не показана), приводных колес 2, установленных друг за другом в два спаренных ряда (3, 4) и (5, 6) (фиг.2) шириной в на горизонтальных полуосях 7, 8, закрепленных по обоим бортам рамы, и оснащенных шинами с радиусом поперечного сечения R_к≥0,5f/sin(ψ_к=φ), где f - ширина колеса 2, ∠ψ_к - угол сектора дуги полуконтакта поперечного сечения шины колеса, φ=arcsin[2sinφ_стр/(1+sin²φ_стр)]-φ_стр - угол внутреннего трения преодолеваемого основания, при давлении разрушения основания при растяжении грунта , торфа , где φ_Г=arcsin[2sinφ_стр/(1+sin²φ_стр)]-φ_стр, φ_стр - угол внутреннего трения грунта и φ=φ_Т.стр торфа нарушенной структуры. Расстояние между спаренными рядами (3, 4) и (5, 6) движителей в=в на грунтовом и в≤1 м - на торфяном основании, оси 9 колес в рядах между неподвижными от перемещений осями 10, 11 крайних колес выполнены с возможностью вертикального относительного перемещения вниз с помощью силовых цилиндров (не показаны) гидросистемы или закреплены от смещений по обоим бортам корпуса 1 с образованием общей опорной полусферической поверхности 12 радиусом R_сф=D_сф/2=l/(2sinφ), где l - длина опорной поверхности длинного крайнего ряда (3, 6) (фиг.1), а оси колес в рядах оснащены системой одновременного торможения колес от вращения в рядах по каждую сторону от корпуса 1 одновременно.

При передвижении колесного движителя на твердом основании на основание опираются внутренние ряды 4 и 5 выдвинутых силовыми цилиндрами колес (фиг.2), при этом при повороте движителя все колеса 2 одного из рядов 4 или 5 тормозят боковыми фрикционами (не показаны). При выезде на слабое грунтовое или торфяное основание колеса 9 в рядах (3, 4) и (5, 6) выдвигают вниз силовыми цилиндрами (фиг.12) с образованием под корпусом 1 на основании полусферической опорной поверхности 12 с радиусом R_сф=D_сф/2=l/(2sinφ), где l - длина опорной поверхности крайних рядов 3, 6 колес. При повороте корпуса 1 оси 9, 10, 11 колес одного спаренного ряда (3, 4) или (5, 6) тормозят при вращении осей противоположного спаренного ряда.

Пример 6. Полноприводный колесный движитель тяжелого танка оснащен по бортам его корпуса двумя рядами колес, оси которых во внутренних продольных рядах расположены ниже и между колесами внешних рядов колес движителя. При диаметре колес D=142 см, ширине f=50 см, радиусе поперечного сечения шин колес R_к=0,5·50/sin16°=90,71 см, где ψ_к - угол сектора полуконтакта поперечного сечения колеса с торфяным основанием при угле его внутреннего трения φ=φ_стр=16°. Каждый ряд колес шириной в=2f+5=105 см установлен друг от друга на расстоянии в=80 см, образуя проекцию общей опорной поверхности колесного движителя на горизонталь F=(2в+в)·l=(2·105+80)·480=139250 см² при длине опорной части колесного движителя l=4D+3K=3·142+3·18=480 см и расстоянии между соседними колесами в рядах K=18 см. При выезде на торфяную залежь под движителями образуют путем выдвижения вниз (промежуточных между крайними в рядах) колес полусферическую опорную поверхность с углом полуконтакта ψ=φ, радиусом R_сф=0,5l/sinφ=0,5·480/sin16°=240/0,2756=870,8 см. Площадь полусферической опорной поверхности колесного движителя

F_сф=F[1+2(1-cos16°)/sin²16°]=139200[1+2(1-0,9613)/0,2756²]=197792,36 см², а ее периметр

П_сф=π(l+2в+в)·φ°/(90°·sinφ)=π(480+210+80)·16°/(90°·sin16°)=1560,4 см.

Допускаемое давление на торфяную залежь

[p_В]=(2/3)p_В=(2/3)(0,04+0,9·П_сф/F_сф)=(2/3)(0,04+0,9·1560,4/197792,36)=0,0314 МПа, тогда вес колесного движителя с вооружением может составлять величину P=[p]_В·F_сф=0,314·197792,36=62,11 т, что соответствует весу тяжелого танка.

Источники информации

1. Ж-л «Моделист-конструктор», №1, 1990, / «Конструируем пневмоходы», Трехосный микроавтобус - стр.4.

2. Справочник Джейн «Танки и боевые машины» / Кристофер Ф. Фосс. - М.: ACT «Апрель», 2005. - стр.356.

3. Справочник Джейн «Танки и боевые машины» / Кристофер Ф. Фосс. - М.: ACT «Апрель», 2005. - стр.404-405, 410-411.

4. Ж-л «Техника молодежи», №2, 1978, - с.4 («Оружие победившего народа»).

5. Ж-л «Техника молодежи», №9, 1989, - с.1 («Прогресс» - плод прогресса»).

6. Ж-л «Техника молодежи», №9, 1978, - с.50 («Пожарный вездеход»).

7. Патент РФ №2365514, B60C 27/06, B60C 3/00, БИ №24 от 27.08.2009.