ШАГАЮЩИЙ ТРАНСПОРТ

Существующие модели шагоходов имеют ряд крупных недостатков: скорость этих машин не превышает обычно 8—10 км/ч; они движутся неравномерно или испытывают колебания в вертикальной плоскости; шагающие механизмы взаимно неуравновешены.

Решение этих проблем позволит создать новый вид транспорте, способный перемещаться по любому бездорожью вновь осваиваемых районов, преодолевать спуски и подъемы до 45°.

Шагающие машины могут найти применение при перевозке руды, угля из открытых карьеров, при строительстве котлованов для электростанций, дорог и других сооружений. Технически реальна постройка шагоходов грузоподъемностью 100 т и более.

Проведем некоторые сравнения колеса, гусеницы и шагающего механизме при движении по неровному грунту.

На рисунке 1 колесо перекатывается через неровности высотой «А». Часть препятствия «Б» «войдет» в пневматическую шину, ось колеса поднимется на высоту «В», и центр тяжести аппарата поднимется на высоту «Г». Шина изготовлена из армированной резины, разность сил при деформации и при возвращении в исходное положение большая.

Рис. 1. Схема преодоления неровностей дороги колесом, гусеницей и опорой шагающего механизма.

При перекатывании же колеса по мягкой дороге деформируется грунт. На это также затрачивается большая энергия. Так, при перемещении колесного трактора по влажной вспаханной почве на деформацию грунта уходит более половины энергии, подводимой к колесу.

Теперь рассмотрим гусеничный движитель (рис. 1). Его лента имеет шарниры, соединенные пальцами. Когда она ложится на твердое препятствие, как показано на схеме, звенья гусеницы поднимаются. Катки, проходящие через поднятые звенья, также поднимаются, частично сжимая пружины кареток; происходит подъем центра тяжести аппарата, на что затрачивается дополнительная мощность. Значительная потеря энергии вызвана и трением в открытых шарнирах, которые имеют повышенный износ.

У шагающего движителя опорные поверхности представляют собой «лыжу», которая может иметь обрезиненную нижнюю поверхность. Когда такая пыжа становится на неровный грунт (рис. 1), она опирается только на вершины выступов. Все выступы и углубления лыжей не копируются. Следовательно, центр тяжести аппарата от неровностей почвы в пределах длины лыжи не колеблется.

В шагающем механизме «нога» в нижнем положении должна двигаться по прямой линии с постоянной скоростью. Эти условия хорошо выдерживаются в механизме П. Чебышева (рис. 2).

Рис. 2. Основа стопоходного устройства — механизм П. Чебышева.

При вращении кривошипа точка А движется в верхней части траектории по кривой линии с переменной, в внизу — по прямой с постоянной скоростью.

В предлагаемом шагающем механизме (рис. 4) проблема движения и устойчивости решается тем, что к «прямилу» П. Чебышева добавляются сдвоенные параллелограммы, создающие такую же кривую и в той же плоскости, что и точка А, только со смещением по ходу движения. Устойчивость же самой «ноги» обеспечивается тем, что она сверху имеет жесткое крепление, в внизу — достаточно большую площадь опоры.

Но, чтобы передвигаться, одной «ноги» мало. Поэтому в одном корпусе, заменяющем колесо, нужно установить два шагающих механизма (рис. 3). При вращении общего кривошипа точки Б и Б1 движутся по одинаковым траекториям, причем, когда одна «нога» еще не оторвалась от поверхности, другая уже опирается на нее.

Рис. 3. Схема шагающего механизма с двумя «ногами».

Рис. 4. Принципиальная схема шагающего механизма и расчеты рычагов:

1 — кривошип, 2 — 6,8 — рычаги, 7 — «нога», 9 — рама корпуса, 10 — опора; размеры рычагов 2, 3, 6 8 — зависят от радиуса кривошипа Икр; размеры рычагов 4 и 5 произвольны, но равны между собой и расстоянию «А» между осями рычагов 8 и 3; «К» — расстояние между осями рычага 3 и кривошипа — равно 2Rкр; длина «ноги» произвольна, а шаг ее равен четырем радиусам кривошипа.

Рис. 5. Схема модели шагающей машины, построенной в ЦСЮТ РСФСР:

1 — платформа машины, 2 — двигатель, 3 — муфта. 4 — механизм «шагания», 5 — опора «ноги».

Модель шагохода выполнена по схеме гусеничной машины. Одна гусеница заменяется шагающим механизмом с двумя «ногами» в одном корпусе. Поворот осуществляется за счет разности скорости противоположных пар «ног». Радиус кривошипа равен 10 см. На модели, построенной в ЦСЮТ РСФСР, стоит электродвигатель, питаемый от сети 220 в, а передача вращения от него на шагающие механизмы осуществляется автоматической бесступенчатой передачей с независимым приводом на каждую пару «ног». Это устройство автоматически регулирует передаточное число в зависимости от нагрузки при движении шагохода. Двигатель же все время работает на одних оборотах, нагрузка на нем постоянная, не зависящая от нагрузки на «ноги».

Для обеспечения устойчивого равновесия системы и ликвидации колебания центра тяжести шагающая машина имеет четыре пары «ног». Каждая пара постоянно находится во взаимно противоположном состоянии, поэтому на земле всегда стоят минимум четыре «ноги».

Каждый механизм из двух «ног» присоединен к корпусу через упругий узел (рессору, пневматическую подушку). Поверхность опорных лыж может быть большая, поэтому колебания машины от неровностей почвы, как у колеса, отсутствуют. Положение рычагов и «ног» всегда взаимно противоположное, поэтому система полностью уравновешена.

А. ПОПОВ, заведующий лабораторией экспериментального транспорта ЦСЮТ РСФСР