Волновой способ движения транспортно-тяговых устройств

Волновой способ движения транспортно-тяговых устройств

Изучая способы передвижения таких живых существ, как садовая гусеница, дождевой червь, змея, ученые сделали выводы об использовании механических закономерностей этих видов движения для создания различных технических устройств.

Передвижение упомянутых существ происходит при помощи волн деформации, периодически движущихся в од­ном и том же направлении по деформируемому телу, лежащему на жест­ком основании. Кинематическая сущ­ность этого способа передвижения, названного дискретно-волновым, заключается в том, что на одном конце продолговатого тела, лежащего на жестком основании, образуется удлинен­ный либо укороченный участок, который перемещается к другому концу тела. За время «пробега» такого участка по телу оно перемещается относитель­но опоры на некоторую величину. При пробеге волны удлинения (мо­дель «дождевой червь»), тело пере­мещается в сторону, противоположную движению волны, при пробеге волны сокращения (модель «садовая гусени­ца») — в направлении движения волны.

Описанные биомеханические спосо­бы движения обладают рядом кине­матических, силовых и энергетических характеристик труднодостижимых при использовании традиционных механиз­мов на жестких элементах.

Главная особенность этого вида дви­жения — дискретный (шаговый) харак­тер движения участков тела. Здесь тело перемещается «по частям», что обуслов­ливает общую низкую скорость его дви­жения и низкую величину потребной для этого мощности. Другая особен­ность — высокая проходимость такого движения (т. е. независимость от силы сцепления движущегося тела с опорной поверхностью). Движущимися, а зна­чит, и испытывающими сопротивление движению в каждый момент времени являются лишь деформирующиеся (из­меняющие свою длину) участки тела, а остальные — находятся в покое и слу­жат «точками опоры» для движущихся.

Для осуществления направ­ленного движения двух звеньев А и В (рис. 1) не­обходимо осуществить следующую пе­риодически повторяемую процедуру: из­менить в некоторые моменты направ­ление сил, действующих между звень­ями А и В, в эти же моменты времени изменить соотношения сил сцепления звеньев А и В с опорной поверхностью. Например, если силы сцепления FA зве­на А больше силы FB сцепления зве­на В (FA > FB), а поршень гидроцилинд­ра обеспечивает удаление этих звеньев друг от друга (случай, изображенный на рис. 1, а), то звено В будет сколь­зить по опорной поверхности вправо от неподвижного звена А. Если далее из­менить на противоположное направле­ние движение поршня и соотношение между силами сцепления упомянутых звеньев с опорой (FA < FB), то звено В станет неподвижным, звено А — под­вижным и начнет перемещаться вправо. Периодически повторяя описанную про­цедуру, мы обеспечим шаговое направ­ление движения обоих звеньев по опор­ной поверхности, когда подвижное звено в каждый момент времени движется, опираясь на неподвижное.

Рис. 1 Схемы движения тягово-транспортного средства по опорной поверхности

Заметим, что подобная процедура управления силой сцепления тел с опор­ной поверхностью может быть осуществлена применением пилообразных выступов (чешуи) на нижних опорных поверхностях звеньев. Именно этой цели служит чешуя на брюшной опорной поверхности мно­гих видов сухопутных змей.

Одним из возможных путей техни­ческой реализации управления силой сцепления звеньев с опорной поверх­ностью является использование колес­ной пары звеньев с возможностью од­носторонней фиксации ко­лес (рис. 1, б).

Для повышения грузоподъемности нами разработана схема, в которой груз G можно перемещать на (или в сторону) тела А (или В), относительно которой в данный момент происходит поступательное перемещение другого тела В (или А).

При этом перемещение груза осуществляется по заранее подготовленным элементам, сила трения, перемещению груза относительно транспортного минимальна. Сила, препятствующая перекатыванию движителей по опорной поверхности в случае разгрузки подвижных частей (перемещением груза на заторможенную часть) – минимальна. Сила сцепления с опорной поверхностью неподвижного тела – максимальна (рис. 1, в).

На базе приведенных схем колесно-шаговых устройств нами разработаны и изготовлены модели транспортно-тяговых устройств боль­шой грузоподъемности, обладающих по­вышенной проходимостью и силой тяги.

Для возможности перемещения по участкам опорной поверхности с малой несущей способностью (песок, лед и т. д.) и перемещение с большой скоростью нами создаются схемы (которые реализовываются в действующих моделях) с обеспечением заданного крутящего момента на колесах в зависимости от параметров почвы (Патент РФ № 000 Устройство перемещения транспортного средства. Авторы: и др. 17.07.2000).

На рис. 2 изображена действующая модель транспортного средства повышенной проходимости для работы на почвах с малой несущей способностью.

Транспортное средство состоит из трёх частей 1, 2, 3, механизмов поступательного перемещения 4 и 5, которые представляют собой пневмоцилиндры, приводимые в действие насосной станцией 6, расположенной на перемещающейся платформе 3. Привод механизма вращения может быть выполнен различным образом, в нашем случае это моторредукторы 7, встроенные в движители. В качестве движителей примене ны пневматические колёса 8 (возможен и гусеничный привод). Привод осуществлён на все колёса подвижных частей 1 и 2 транспортного средства. Параметры почвы могут определяться либо визуально, либо посредством системы датчиков для определения величины буксования или определения параметров почвы (твёрдости, влажности и т. п.). Сигнал от системы датчиков подаётся на блок управления, который задаёт последовательность поступательного перемещений частей 1, 2 и вращательного движения движителей 8. Груз может перемещаться на платформе 3 относительно транспортного средства посредством механизма поступательного перемещения 5, приводимого в действие насосной станцией 6.

Работа модели осуществляется следующим образом. При строгании или при движении по опорной поверхности с низкой несущей способностью (лёд, болото, песок и т. п.) возможно перемещение при относительном перемещении частей 1 и 2 транспортного средства и при торможении движителей 8 или фиксацией одной части (1 или 2) с опорной поверхностью.

А

 

А - А

Рис. 3. Применение груза в качестве опорного элемента при транспортировке труб.

 

Однако при неиспользовании несущей способности грунта (или при фиксации частей относительно опорной поверхности) уменьшается скорость перемещения по труднопроходимым участкам. Поэтому при строгании поступательно перемещают, например, часть 2 посредством механизма поступательного перемещения 4, движитель 8 подвижной части 1 или притормаживается, или останавливается относительно грунта. Плавно начинают прикладывать крутящий момент к движителям 8 таким образом, чтобы буксование было минимальным. Если несущей способности грунта недостаточно, то механизмом поступательного перемещения 4 перемещают подвижную часть 1 (2) до участка, где несущей способности грунта достаточно. Когда труднопроходимый участок пройден (или строгание закончено), перемещение может осуществляться только за счёт вращения движителей 8. Для повышения эффективности при перекатывании груз можно перемещать на подвижной платформе 3 посредством механизма поступательного перемещения 5 в сторону подвижной части 1 (или 2), относительно которой в данный момент происходит поступательное перемещение другой части 2 (или 1). При этом, сила, препятствующая перекатыванию движителей 8 по опорной поверхности (грунту) в случае разгрузки подвижных частей (перемещением груза на заторможенную часть) – минимальна.

Один из вариантов использования подобных транспортных средств применение при транспортировке длинномерных грузов (в качестве трубовозов, плетевозов и т. п.). В этом случае в качестве опорного элемента может быть использован сам груз (рис. 3).

Совместные решения по патентам РФ № 000 (Устройство перемещения транспортного средства) и № 000 (Колёсный узел мобильной машины) планируется глубоко исследовать на модели транспортного средства повышенной проходимости для работы на грунтах с малой несущей способностью. Исследования модели позволили определить основные параметры тягово-транспортного средства.

Предварительные испытания действующей модели транспортного средства повышенной проходимости с использованием оригинального привода ведущих колёс, как докладывалось на прошлой конференции, показали, что устойчивость движения и проходимость возрастает не менее, чем на 15%, при этом увеличивается сохранность поверхностных слоёв почвы.

Возможно использование разработок при обслуживании, ремонте и обеспечении промышленной безопасности при сооружении газонефтепроводов в качестве транспортных машин, машин для транспортировки труб и плетей, особенно в труднодоступных местах при работе на грунтах с малой несущей способностью.