Исследование работы колесно-шагающего движителя и двигателя
для передвижения по лестничным маршам
05.05.04 – Дорожные, строительные иподъемно-транспортные машины Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наук
Москва 2008
ВЕДЕНИЕ
Актуальностьтемы. В транспортных устройствах для передвижения поособо сложным препятствием таким, как каменные завалы, ограждения, лестницыгражданских и промышленных зданий нужны рабочие, выполняющие отделочные работына объектах, при строительстве дорог, а также в аварийных и чрезвычайныхситуациях при выполнении нетрадиционных видов работ.
Вдвижителях особо высокой проходимости также нуждается автомобилестроение,разрабатывающее различного рода транспортные средства для горного туризма,оборонного назначения, а также транспорта для отдыха граждан на природе. Особоважное значение имеет разработка конструкции подобного движителя коляски, вкоторой остро нуждаются инвалиды для передвижения по лестничным маршам.
Внастоящее время указанные трудности не разрешены. В научной литературе и впатентном фонде еще недостаточно материалов для построения конструкциидвижителя, способного преодолевать такие сложные препятствия, как подъем иопускание по лестничным маршам.
Поэтомутема диссертационной работы является актуальной.
Цельработы: Разработка конструктивной схемы и определение основныхпараметров движителя коляски, способного передвигаться по лестничным маршам.
Задачиисследования. Для осуществления поставленной целирешены следующие задачи:
- Разработанытребования, предъявляемые к конструкциям движителя, способного передвигаться полестницам стандартных размеров и маневрировать на лестничных площадках.
- Произведеносопоставление кинематических возможностей известных конструкций движителей сразработанными требованиями, и на этой основе выявлены их конструктивные недостатки.
- Разработаныконструкции трех движителей, снабженные шагающими колесами, и определены ихосновные параметры на основе кинематических и силовых расчетов.
- Разработанытехнические предложения на изготовление опытных образцов шагающей коляски,передвигающейся по лестничным маршам.
На защиту выносятся:
- Разработанныетребования, предъявляемые к конструкциям движителя, способного передвигаться полестницам стандартных размеров и маневрировать на лестничных площадках.
- Сопоставлениекинематических возможностей известных конструкций движителей с разработаннымитребованиями, и на этой основе выявлены их конструктивные недостатки.
- Разработанныеконструкции трех движителей, снабженные шагающими колесами, и определены ихосновные параметры на основе кинематических и силовых расчетов.
- Разработанныетехнические предложения на изготовление опытных образцов шагающей коляски,передвигающейся по лестничным маршам.
Научнаяновизна заключается в теоретическом обосновании взаимодействиялестницы с шагающим колесом и в разработке конструкции нового шагающегодвижителя для подъема и опускания груза (инвалида) по лестничным маршам.
Достоверностьнаучных результатов исследования проверена аналитическимирасчетами и экспериментальными исследованиями опытно – экспериментальныхобразцов инвалидной коляски с шагающими колесами.
Практическаязначимость результатов работы заключается в решении одной изсложных производственно – социологических проблем – создание конструкцийколяски, способной передвигаться по лестничным маршам зданий с маневрированиемна лестничных площадках как ручным, так и электрическим приводом.
Реализацияработы.
Порезультатом исследования изготовлен уменьшенный действующим макет иэкспериментальной образец коляски. Теоретические основы движителя коляски внедреныв учебный процесс КУПС.
Апробацияработы. Основные положения диссертационной работы доложены иполучили одобрение на: заседаниях кафедр «ДП и ТМ» и «СТС» (г. Алматы, КУПС),II-ой Международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взглядв XXI век» (г. Алматы, 2002 г.); IV-ой Международной научно-практической конференции«Транспорт Евразии: взгляд в XXI век» (г. Алматы, 2004 г.); Республиканской научно-технической конференции с участием зарубежных ученых«Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (г. Ташкент, Узбекистан, 2007 г.).
Публикации.Потеме диссертации опубликовано 9 работ.
Структураи объем диссертации. Диссертация изложена на 95 страницах,состоит из ведения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников,содержащего 76 наименований. Диссертация иллюстрирована 46 рисунками идополнена 2 приложениями.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Впервом разделе проводится обзор отечественной и зарубежной литературы,посвященный исследованиям повышения проходимости колесных машин. Отмеченыфундаментальные работы Я.С. Агейкина, М.Г. Беккера, В.Ф. Бабкова, А.К. Бидуля, В.М.Сиденко, Г.А. Смирнова, И.А. Бескина, В.И. Кнороз, В.А. Скотникова, А.М. Муратова,Р.И. Сазанбаевой, М.С. Сарыпбекова, А.К. Кайнарбекова и др., а такжеанализируется работы изобретателей из патентного фонда Республики Казахстан изарубежных стран по созданию конструкции движителей для передвижения по лестницамжилых и промышленных зданий.
Вовтором разделе разработаны требования, предъявляемые к конструктивнымособенностям движителей, способных передвигаться по лестничным маршам сманеврированием на лестничных площадках. Проанализировано соответствиеконструкций известных движителей к разработанным требованиям, и на этой основевыявлены их конструктивные недостатки. Разработаны новые конструктивные решениядвижителя, который приспособлен к передвижению по сложным препятствиям.
Втретьем разделе изложены кинематические и силовые расчеты движителей,оснащенных шагающими колесами. Выбрана наилучшая конструкция шагающегодвижителя и рассмотрено взаимодействие одиночного колеса со стандартнымиразмерами лестницы, и на этой основе определены его основные параметры.Произведен синтез схемы рабочего органа шагающего движителя первой модификации.А также рассмотрена динамическая модель движителя коляски, обоснованы некоторыееё рабочие параметры.
Вчетвертом разделе разработаны технические предложения для проектированияинвалидной коляски, передвигающейся по лестничным маршам жилых зданий.Построена круговая диаграмма изменения основных параметров коляски, из которойможно легко определять взаимосвязь параметров коляски, изменяя некоторыепараметры в ходе проектирования схемы коляски.
Требования, предъявляемые кконструкциям движителя, способного передвигаться но лестничным маршам имежэтажным лестничным площадкам
Выдвигаемые требования к конструкциямдвижителей, способных передвигаться по лестничным маршам и межэтажным площадкам,разработаны на основе расчетов взаимодействия лестницы с опорными органами движителей,и учтены все необходимые движения для того, чтобы движитель мог подниматься иопускаться по лестнице, а также свободно мог маневрировать на лестничных площадках.
Эти требования следующие:
1. Ограничение габарита.Согласно стандартному размеру лестничной клетки гражданских зданий, вбольшинстве случаев отведено одинаковое пространство для установки лестницы.Поэтому габарит движителя для свободного перемещения при подъеме и опускании полестнице установлен: длина – 1м и ширина – 0,75 метров, а высота неограничивается. Отклонение допускается на 4 класса размеров, длина 1,05 м; 1,1 м; 1,15 м; 1,20 м; а ширина – 0,75 м, 0,76 м, 0,77 м, 0,78 мм. Все отклонения в сторону увеличения от номинала – 1 м, 0,75 м, снижают оценку качества конструкции.
2. Сложность конструкции. Сложностьконструкции обуславливается многозвенностью и наличием в ней сложноизготавливаемых и прецизионных деталей гидравлических и пневматическихустройств. Как правило, сложная конструкция работает не надежно и стоит дорого,а также имеет лишний вес. Поэтому сложность конструкции отрицательносказывается на качестве.
Установлены 4 степени сложностиконструкции:
- к1 степени сложности относятся простые конструкций, не требующие точнойобработки деталей, состоящие из небольшого количества деталей;
- ко2 степени сложности относятся конструкции движителей, состоящие из многозвенныхмеханизмов, хотя в составе не содержат прецизионные, сложно изготавливаемыеузлы и детали;
- к3 степени сложности относятся конструкции, состоящие из узлов и деталей,изготовление которых требует много станков и оснастки, а также имеющие большойвес;
- к4 степени сложности относятся конструкции движителей, укомплектованные изразличных сложных узлов и прецизионных пар, изготовление которых требуетспециально оснащенные рабочие места.
3. Маневренность конструкции.Маневренность движителя определяется кинематической возможностьюповорачиваться на месте или с минимальным радиусом поворота, а также реверсивнымходом вперед и назад. Установлены 4 вида маневренности: 1 вид – поворототносительно вертикальной оси симметрии движителя, 2 вид – поворот относительновертикальной оси ведущих колес, 3 вид – поворот с радиусом 0,5 м, 4 вид – отсутствие возможности поворота.
4. Проходимость движителя.Проходимость движителя определяется его способностью преодолевать рельефныеи фрикционные препятствия с определенными параметрами. Предусмотрены 4 степенипроходимости.
По 1 степени проходимости движительдолжен преодолевать неровности поверхности дороги высотой более 2/3 радиусаколеса и любого вида фрикционной сопротивляемости дороги.
По 2 степени проходимости движительдолжен преодолевать неровности дороги высотой до 0,5 радиуса колеса и поподатливому основанию при погружении колеса до 0,25 радиуса.
По 3 степени проходимости движительдолжен преодолевать рельефную поверхность высотой до 0,25 радиуса колеса.
По 4 степени проходимости движитель нерассчитан на преодоление рельефных неровностей и фрикционной сопротивляемости дороги.
5. Универсальность хода.Универсальным ходом обладают движители, способные передвигаться одинаково,без скольжения как в ведущем режиме, так и в прицепном режиме. Предусмотреныдва вида движителя: 1 вид – движители с универсальным ходом и 2 вид – движители,передвигающиеся только в ведущем режиме.
6. Устойчивость движения.Устойчивостьдвижителя определяется по расположению центра масс движителя относительноопорной площадки, образующейся между контактными точками опор. Для каждойконструкции движителя существует определенный угол подъема и опускания, когда направлениевектора силы веса выходит из области опорной площадки, т.е. наступаетпредельная устойчивость. Поэтому установлены 4 шкалы устойчивости, которые недоходят до предела устойчивости:
- 1шкала устойчивости – 45°;
- 2шкала устойчивости – 40°;
- 3шкала устойчивости – 30°;
- 4шкала устойчивости – 20°.
Шкала устойчивости как угол определяетсяиз треугольника, основанием которого является прямая, соединяющая точкипередней и задней опоры движителя. Вершина этого треугольника совпадает сцентром масс движителя. Угол шкалы устойчивости отсчитывается от вертикальнойпрямой, проходящей через точку центра масс до одной из сторон треугольника.Этот угол показывает предельную устойчивость движителя. Чем выше расположенцентр масс относительно опорной плоскости, тем меньше угол устойчивости, темхуже конструкция.
7. Автономность движителя.Автономность движителя определяется тем, что движитель имеет свой привод исвой источник питания. Для передвижения и маневрирования не нуждается впосторонней помощи. Ходовая часть универсальная, т.е. передвигается одинаковопо ровной поверхности и по рельефной, и по податливой поверхности опоры.
Установлено два вида: 1 вид – автономныйи 2 вид – неавтономный.
Определение качества конструкциидвижителя по степени соответствия к установленным требованиям
Сегодняшний потребительский спроспроходимости транспортных средств соответствует выполнению указанных семитребований, каждый из которых имеет четыре шкалы соответствия. Это естьстандарт проходимости транспортных средств. Дальнейший рост потребительскогоспроса может быть другой, т.е. более ужесточенным. Соответственно с этим иможет изменяться стандарт по качеству проходимости транспортных средств.
В данной работе для сравнения качестваконструкции своей разработки автор сравнивает ее со всеми известными на сегодняконструкциями движителей, предназначенных для передвижения по лестничным маршамгражданских зданий.
Экраном сравнения являетсяквадратно-координатная сетка, разработанная профессором А. Муратовым.
Из сравнения конструктивных решений,известных до 2007 года движителей, предназначенных для передвижения по лестничныммаршам, как в странах постсоветского пространства, так и в дальнем зарубежье,на квадратно-координатной сетке (рисунок 1) видно, что все известные решенияосновываются на использовании крайне сложных конструктивных элементов, таких какпрецизионные механизмы, планетарные зубчатые механизмы, требующие высокойточности изготовления. Как правило, рекомендуются многозвенные механизмы снизким коэффициентом полезного действия. Все это увеличивает мощность двигателяпривода движителя. Тогда как источником энергии на таких движителях могут бытьтолько аккумуляторные батарейки.
/>
Рисунок 1 – Квадратно-координатная сетка
Устройство и принцип работы нового предлагаемогодвижителя для передвижения по лестничным маршам
Предлагаемыйдвижитель, оснащенный шагающим колесом, является самым простым по конструкциидвижителем, предназначенным для передвижения по лестницам (рисунок 2). Шагающимколесом названо колесо без обода, опирающееся к опоре своими спицами. Опорноеустройство с крестовиной, сочлененной несколькими колесами, является известнымустройством, также предназначенным для передвижения по лестницам.
Движительсостоит из рамы 1, имеющей кулачковые направляющие 2, и сквозной направляющей4, выполненный вдоль вертикальной оси симметрии кулачкового направляющего,шагающего колеса, жестко выполненного своей ступицей 5 и снабженного роликовымиопорами 3 в каждой спице. Для обеспечения устойчивости движителя раме на 1установлено опорное устройство, состоящее из крестовины 6, сочлененной счетырьмя опорными колесами 7. Движитель работает следующим образом: вращение отрычага управления (при ручном приводе) или от привода (при электрическом приводе)передается к шагающему колесу со ступицей 5 и от ступицы 5 передается к раме 1через направляющий паз 4 рамы.
/>
Рисунок2 – Движитель, оснащенный шагающими колесами
Роликовыеопоры 3 шагающего колеса, удерживая рамы, перекатываются по кулачковойнаправляющей рамы 2.
Взаимодействие лестницы жилых зданий с колесом приподъеме и опускании по лестничным маршам
Рассмотримпроцесс взаимодействия шагающего колеса с лестницей (рисунок 3). Для того чтобыпри движении по лестнице, спицы шагающего колеса все время наступали на полкилестницы на одинаковом расстоянии от ее кромки, необходимо, чтобы величинарадиуса колеса и количество спиц шагающего колеса должны быть взаимосвязанными.Принимаем в расчет общепринятые стандартные размеры полки лестницы. Длина полкиL = 300 мм, высота полки – h = 150 мм. Шаг шагающего колеса равен хорде «ab» окружности. Эту хорду обозначим через S,а дугу окружности, огибающую эту хорду, обозначим соответственно через «D».
Длинахорды:
/>. (1)
Изтреугольника aob (рисунок 3, a) можно определить величину радиусаr шагающего колеса так:
/>, (2)
/>. (3)
Величинуугла можно задавать с учетом устойчивости хода шагающего колеса, передвигающегосяпо лестнице. Этот угол, согласно указанному ограничению, может быть заданменьше чем 90º от линии наклона лестницы (то же самое от хорды S).Число спиц определяется исходя из условия:
/>, (4)
т.е.длина дуги окружности равна произведению радиуса окружности и растягивающегоэту дугу угла из aob.
/> а) /> б)
Рисунок3 – Взаимодействие шагающего колеса с лестницей
Тогдачисло спиц равно:
/>. (5)
Еслизадаться углом:
/>, (6)
/>.
Аналогичноопределяются параметры опорной части движения, состоящей из крестовины иопорных колесников, исходя из условия взаимодействия лестницы опорнымустройством движителя.
Диаметрыопорных колес могут быть определены исходя из других условий, т.к. этотпараметр не зависит от взаимодействующих параметров лестницы. При проектированииведущего шагающего колеса стараются закладывать в проект большое количествоспиц, т.к. с уменьшением количества спиц, увеличивается амплитуда вертикальногоколебания колеса при передвижении по ровной дороге.
Апри проектировании опорного устройства стараются закладывать в проект как можноменьшее количество спиц крестовины, т.к. опорное устройство при передвижении поровной поверхности дороги перекатывается с помощью опорных колес. Принятовыполнять конструкции крестовины из трех или из четырех спиц. Центр ступицытрехспицевой крестовины располагается ниже четырехспицевой крестовины. Поэтомутребуется приложить относительно больше усилий для перешагивания на следующуюступеньку лестницы. Количество спиц также определяется путем задания углаγ из равенства:
/>. (7)
Еслизадаться />то/>.
Еслизадаться />то/>.
Взаимодействие шагающего колеса споверхностью дороги
Колесатранспортных средств и опорная поверхность дороги всегда должны быть в контактеи взаимодействовать в зависимости от веса экипажной части. В точке контакта возникаетреакция «действие и противодействие взаимодействующих тел». Поэтому возникает исила трения, и сила сцепления. Величина этих сил будет зависеть от величинывнешней силы, осуществляющей замыкание двух тел.
Крометого, при взаимодействии двух тел всегда возникает деформация самихвзаимодействующих тел. Это существенно меняет картину взаимодействия.
Учетвсех этих факторов необходим для определения силы сопротивления к качениюколеса относительно своей оси вращения. В свою очередь для определения величиныдвижущей силы привода необходимо знать величину силы сцепления, т. е. силысопротивления, так как в момент трогания с места величина движущей силы равнавеличине силы сопротивления качению (сила сцепления).
Рассмотримидеальный случай (рисунок 4, а), т.е. считается, что соприкасающиесятела (колеса и дорога) не деформируются.
Весэкипажной части G действует вдоль вертикальной оси колеса, поэтому точкакасания находится на этой оси, и реакция N противодействия дороги на действиеколеса также будет действовать вдоль этой оси, т.е. G = N. Сила трения FТP,являющаяся, в данном случае, единственным сопротивлением, определяет величинусилы сопротивления качению, т.е.:
FТР= fк N и MТР = FТР R, (8)
гдеfк – коэффициент трения качению, который зависит от материаловсоприкасающихся тел;
R– радиус колеса;
MТР– момент сопротивления трения.
Посколькукоэффициент fк, который определяется экспериментально и повеличине колеблется в пределах от 0,02 до 0,1 в зависимости от материалов соприкасающихсятел, имеет крайне малую величину, поэтому сила сопротивления:
FТР= fк G = Рс, (9)
имееттакже незначительную величину. В результате транспортные средства при троганиис места склонны к буксованию. Мощность двигателя будет затрачиваться на разгонбуксующегося колеса.
Вдействительности (рисунок 4, б), при нагружении деформируются и колеса,и поверхность дороги. В результате они соприкасаются не в точке о (былобы идеальным случаем), а соприкасаются поверхностью, т.е. на месте соприкосновенияобразуется площадь (показано штрихом). При вращении колеса возникшеенаправление нормальной реакции N проходит не вдоль вертикальной осиколеса, а образует с ней угол />. При этом между точками входаколеса в почву «а» и выходом «в» образуется определенный объемгрунта. При буксовании колесо выбрасывает этот грунт, а на это затрачиваетсясила. Сопротивлением качения колеса при этом является не только сила трения FТР,а еще сила объемного сопротивления грунта дороги. Это очень наглядно видно извзаимодействия шагающего колеса. Для буксования шагающее колесо должно будетсрезать заштрихованный на рисунке объем грунта. Тогда общее сопротивлениекачения равно:
Pc=F+Po=/>, (10)
гдеfk – коэффициент трения качения;
G– вес, падающий на ось;
/> – коэффициентсдвига грунта дороги;
W– объем сдвигаемого грунта;
/> – коэффициентискажения веса.
Полученноевыражение общего сопротивления качения Рсодинаковосправедливо для пневмоколеса, автотранспорта и для шагающего колеса.
Впоследнем случае коэффициент искажения веса почти одинаков по сравнению колесас ободом, а срезаемый объем грунта W по сравнению с пневмоколесомзначительно больше. Поэтому сопротивление качению при взаимодействии шагающегоколеса с грунтом значительно больше, чем взаимодействие колеса с ободом, а потвердому грунту практически исключается буксование.
/> а) /> б) /> в)
Рисунок4 – Схема взаимодействия колеса с грунтом
Спица,наступая на поверхность дороги в точке «а», воспринимает нагрузку движителя Gроликом, расположенным на другом, противоположном от ступицы конце колеса, нарасстоянии L.
Поэтомувес G создает сопротивляющий, к движению колеса, момент с плечом L ·sin /> т.е.:
Мс=G · Lsin/>. (11)
Дляопределения реакции N со стороны дороги, действующей на спицу шагающегоколеса, необходимо перенести силу G в параллельном направлении в точку «а»(точку приземления спицы). При этом возникает момент переноса:
Mn=Q· L=G · Lsin/>. (12)
Оттудаопределяется сила Q, пара сил в точке «а»:
Q= Gsin />. (13)
Векторсилы Q проектируется в направлении нормальной реакции опоры, т.е.:
Р=Q sin/>= Gsin/>. (14)
Нормальнаяреакция поверхности дороги в точке приземления «а» будет:
N = G – P = G(I – sin2/>)= Gcos2/>. (15)
Каквидно, сила реакции N, определяющая силу трения в точке приземления «а»,меньше веса движителя на множитель cos2φ. При φ= 30 (момент приземления) нормальная реакция будет:
N= 0,74G.
Приφ = 0 (вертикальное положение спицы):
N= G.
Этаособенность движения шагающего колеса создает неблагоприятное условиесцепляемости колеса при движении, т.к. величина силы трения в точке приземленияуменьшается по сравнению с пневмоколесами.
Поэтомушагающее колесо ШКА создает хорошее сцепление при ведущем режиме движения. А вприцепном режиме, когда движущая сила приложена к ступице, создается «ползун»,т.е. спица склонна скольжению в точке касания с поверхностью дороги понаправлению движения.
Тяговаяхарактеристика коляски, которая анализируется инженерными приемами дляоптимальных значений каждого параметра путем анализа на круговой диаграмме.Сущность этого анализа заключается в следующем: из рисунка движителя (рисунок3) видно, что вес инвалида Q раскладывается на две силы Q1и Q2, предложенные в точке а и в. Причем:
/>,
кромеэтого:
/>.
Изэтой системы легко определить значения Q1 и Q2,силы которые зависят от значения ℓ1и ℓ2:
/>.
/>
Рисунок5 – Схема распределения веса Q
/>,
/>. (16)
/>. (17)
Преждевсего нужно задаться значением ℓ1 из конструктивныхсоображений и определить значения Q1и Q2из соотношений (2) и (1).
Далеенужно определить момент сопротивления, созданный силой Q2относительноточки о при вращении спицы оа по ходу стрелки:
/> кгс.м. (18)
Придвижении коляски по ровной поверхности опорные колеса не создают момент сопротивления.
Уменьшениесилы Р возможно двумя путями. Первое: путем увеличения длины рычага Lи путем перемещения сидения, куда приложен вес инвалида Q, так,чтобы составляющая сила Q2 как можно была меньше по величине. Этозависит от плечей ℓ1и ℓ2.Для более наглядного анализа выбора указанных параметров построена круговая диаграмма(рисунок 6).
Мс1=О.
Полныймомент сопротивления:
М=Мс2+ Мс1, (19)
Мс1=О.
/>
Рисунок6 – Круговая диаграмма
Приподъеме по лестнице расчеты изменяются, т.к. при подъеме рама коляскистановится под углом 26˚÷30˚ и плечо составляющих сил Q2и Q1изменяется. Кроме того, крестовина опорных колесначнет перешагивать полки лестницы. Поэтому составляющая Q1создает начальный момент сопротивления:
Мс1=Q1Rsin45ºкгс·м.
Полныймомент сопротивления:
М=Мс1+ Мс2, (20)
Мс1≠О.
Динамика движителя, оснащенного шагающим колесом
Дляопределения истинного движения рамы движителя вначале определим угловую скоростьшагающего колеса. Поэтому силовые факторы приведем к ступице шагающего колеса(рисунок 7). Обозначим общую массу рамы вместе с массовой экипажной части черезm. Вес рамы экипажной части, приходящейся на одно колесо, обозначимчерез G, момент инерции колеса обозначим Jк. Уголповорота спицы колеса через />. Тогда уравнение движения имеетвид:
/>. (21)
Движениерассматривается на участке одного шага, т.к. дальнейшее движение колесаповторяется, т.к. /> до />.
Движущиймомент:
/>, (22)
амомент сопротивления:
/>, (23)
/>. (24)
Дляпреодоления общего момента сопротивления к ступице прикладывается момент, движущийМдв, т.е.:
/> кгс.м, (25)
гдеP – усилие, прикладываемое к рычагу;
L–длина рычага управления.
Такимобразом, для обеспечения легкого управления движением коляски, необходимо повозможности уменьшать усилия Р, прикладываемые инвалидом для движенияколяски.
Моментсопротивления Мс имеет вначале /> со знаком минус, а />=0 до />=30 знак плюс. Поэтомуугловая скорость /> не будет непостоянной.
Решениемдифференциального уравнения является функция:
/>. (26)
Величина/>, котораясоздает неравномерности вращения шагающего колеса, равна:
/>, (27)
/>
Рисунок7 – Динамика движителя
Движитель коляски также может быть оснащеншагающим колесом модификации В. Движитель состоит (рисунок 8) из общей рамы 1,шагающего колеса, состоящего из шестиспицевого бедра 2 с коленом 3. Последниеупруго связаны с бедром в своей средней части с помощью пружины 4, а такжеопорно-шагающего устройства, содержащего крестовины 5, на конце которой установленыопорные коляски 6.
/>
Рисунок8 – Движитель модификации В
Движитель работает следующим образом:шагающее колесо с упруго связанным бедром 2 с коленом 3 приводится во вращениес помощью приводного рычага (при ручном приводе) или от механического привода,движение через ступицы шагающего колеса передается к общей раме 1 и оттудапередается к ступице крестовины 5 опорного устройства, которое в прицепномрежиме передвигается с помощью опорных колес 6.
Движитель выполнен из простейшихдеталей, относится к категории простейших конструкций. Для изготовления такойконструкции движителя не требуется многостаночного оборудования и дорогостоящихматериалов.
Поворотдвижителя осуществляется аналогично движителю, оснащенному шагающим колесомШKA. Конструкция движителя позволяет изменять габаритные размеры для того,чтобы вписаться в стандартную площадь лестничного перехода.
Вотличие от движителя, оснащенного шагающим колесом (ШКА) первой модификации А,данная конструкция обладает амортизирующим свойством, поэтому комфортность ездына нем выше.
Конструкция шагающего колеса ШKB можетбыть использована при конструировании транспортных средств, предназначенных дляпередвижения в условиях бездорожья. В частности, шагающее колесо ШКВ может бытьустановлено в движителях, предназначенных для перевозки туристов в горные массивы.
Также подобное колесо может широкоиспользоваться в конструкциях сельскохозяйственных тягачей и прицепныхсельскохозяйственных орудиях.
Подобное шагающее колесо с успехом можетбыть установлено на любой автомобиль, работающий в условиях бездорожья.
Движитель, оснащенный шагающимколесом (ШКС) модификации С
Основным элементом движителя являетсяшагающее колесо (ШКС), которое отличается по конструкции от предыдущихдвижителей. Остальные элементы этого движителя аналогичны по конструкции срассмотренными выше движителями.
Шагающее колесо (рисунок 9)построеноиз двухкривошипного шарнирного четырехзвенного механизма ОВСО. Шесть такихмеханизмов с одинаковыми длинами звеньев собраны на одном ведущем звене в видемаховика «В». Шатуны – 11', 22', 33', 44', 55' и 66' являются опорами шагающегоколеса. При вращении ведущего маховика «В» ведомые кривошипы – О'Г,0'2', О'З', G'4',** *0'5' и 0'6', связанные с ведущим маховиком с помощью шатуннойопоры, также вращается вкруговую.
/>
Рисунок9 – Шагающее колесо, построенное из двухкривошипного механизма
Траектория опорной точки А шатунаявляется шатунной кривой, близкой по форме к окружности. Особенность этойшатунной кривой использована как траектория опорной точки шагающего колеса. Этаособенность заключается в том, что на отрезке АА' участок траекториишатунной кривой близок к прямой линии, и на этом участке скорость точки А– постоянная при постояннойскорости вращения ведущего маховика «В».
Участок АА' шатунной кривойсоответствует 60° угла поворота ведущего маховика. Поэтому за один полныйоборот ведущего маховика «В» каждый из шести механизмов один развыполняет рабочий ход па отрезке АА', а на остальном отрезке шатуннойкривой опорная точка А этих механизмов совершает холостой ход.
Это шагающее колесо обеспечиваетплавность и равномерность движения движителя, хотя оно сложное по конструкции всравнении с шагающими колесами ШКА и ШКВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработанныетребования, предъявляемые к коляскам для передвижения по лестничным маршам,соответствуют сегодняшним потребительским спросам и стандартным условиямсовременных жилых и производственных зданий.
2. Насегодня нет полностью завершенных конструкторских разработок, соответствующихсовременным требованиям, предъявляемым конструкциям инвалидных колясок.Поисковые конструкторские решения, выполненные в данной работе, обнадеживают овозможности создания конструкции инвалидной коляски.
3. Длястандартного размера ступеньки 150×300 мм лестницы соответствуют шагающиеколеса длиной спиц, равным 336 мм, и количеством спиц, равным шести. Опорно-шагающееустройство, входящее в конструкцию коляски вместе с двумя шагающими колесами,целесообразно выполнить в виде четырехспицевой крестовины с четырьмя опорнымиколесами.
4. Шагающиеведущие колеса должны приводиться в движение независимо друг друга как отручного привода, так и от механического привода.
5. Сидениена раме движителя должно иметь две позиции: передняя и задняя. Сидение должнолегко устанавливаться с помощью дополнительного рычага.
6. Габаритныеразмеры коляски не должны превышать в ширину 70 см, в длину 100 см, а высоты сидения от пола не более 60 см. Передвижение центра тяжести груза (инвалида) по рамедвижителя обосновано из расчета на устойчивости коляски при подъеме и опусканиипо лестницам.
7. Всесиловые параметры инвалидной коляски могут быть выбраны по оптимальной величинепутем использования методики, разработанной в диссертации./> /> /> /> /> /> /> /> />