Колесо и шнек-развитие по спирали.



Участник 9ого Международного Салона Инноваций и Инвестиций ООО “АмигоСтрой” (Санкт-Петербург) представило на обозрение общественности разработку в области транспортного машиностроения, движитель повышенной проходимости, так называемый «Трансформируемый шнек или Теш».Это попытка вдохнуть новую жизнь в забытый шнеко-роторный движитель.

Что такое шнекоход мы писали в этой статье, там же можно посмотреть видео с работой шекохода.

Немного предистории из создании шнекороторной техники.

Шнекоход — это вездеход, движение которого осуществляется посредством шнекороторного движителя. Конструкция такого транспортного средства представляет собой два винта или две пары винтов Архимеда, выполненные из особо прочного материала и установленные на жёсткой раме. Шнек движитель медлительный, расходующий энергию не только на перемещение транспортного средства, но и на повреждение грунта по которому он перемещается, поэтому непригоден для езды по асфальту или бетону и используется специальная платформа для его транспортировки. Зато очень хорошо зарекомендовал себя для работы по сыпучим и обводнённым грунтам, по песку, снегу. Обладает способностью преодолевать крутые подьёмы, водные преграды.

Первый патент на шнекоход был выдан в 1900 году русским изобретателем Ф. Дергинтом. С той поры за неё брались конструктора разных стран Германии, Японии, в России семидисятых было выпущено несколько крупных машин такого типа, предназначенных для эвакуации космонавтов, приземлившихся в труднодоступных местах, но они так и не прижились. Идея была заброшена долгое время, И вот по прошествию более ста лет, наши же русские разработчики вновь взялись за эту тематику, что бы уже окончательно поставить в этом деле точку и свято веря, что шнеко-роторный движитель ещё не раскрыл себя полностью.

Итак инновационная идея концепции Теш сводится к тому, чтобы с помощью механического средства, так называемого элемента с управляемой геометрией, трансформировать шнек в ротор качения (Рис.2а) и обратно, из катка в шнек(Рис.2б).Основным же рабочим режимом станет режим качения, когда элемент расширен.Каток по принципу перемещается быстрее и с меньшими энергозатратами чем шнек.

Рис.2


(Рис.2а.2б)

Это решает проблему перемещения шнекохода по асфальту или бетону, отпадает необходимость в специальной платформе, а так же наделяет движитель второй перманентной степенью свободы по любому грунту, то есть появляется возможность перемещатся с места в двух направлениях, чего не в состоянии продемонстрировать ни один из классических движителей, колёса или траки.

Что это даёт?-маневренность, экономию энерго- и моторесурса, дополнительную живучесть.

Механизм управлением геометрией межвиткового элемента, процессами сжатия и расширения(Рис.4) может происходить по двум схемам:

1. Пневматическая, схема реализованная в прототипе, рабочим веществом является воздух, нагнетаемый компрессором, который может быть расположен как внутри винтового ротора, так и на раме транспортного средства, в то время как внутри ротора размещён ресивер. Эта схема предпочтительна для транспортных средств перемещающихся по дорогам общего пользования.Более облегчённый вариант, если сравнивать со следующей, гидравлической, схемой.Поэтому позволяет ротору вращаться с большей угловой скоростью. Так же этот вариант предпочтителен для амфибийных платформ, поскольку сообщает, при активном заполнителе, транспортному средству большую плавучесть.

2. Гидравлическая, рабочее вещество-жидкость. Внутри ротора размещёна нагнетающая установка, на привод которой подаётся напряжение с генератора главной силовой установки. Не исключается возможность размещения масляной станции на раме транспортного средства. Эта схема позволяет сократить время перевода Теш из одного рабочего режима в другой и обратно. Предпочтительна в случае когда угловая скорость вращения роторов невелика и необходимо часто изменять геометрию межвиткового заполнителя. Для погрузо-разгрузочной техники.

Межвитковый элемент изготавливается из эластичного и износостойкого материала, предположительно из армированной резины и при повреждении или значительном износе заменяется на новый.

В режиме качения маневрирование осуществляется за счет “складывания” полурам вокруг шарнирного соединения, либо, в случае монолитной рамы, за счёт перевода одного из Теш-Драйвов в шнековый режим и его вращение, либо за счёт комбинации этих способов.

В зависимости от целей и условий, в которых будет работать проектируемая техника с использованием Теш-движителя, возможны следующие конфигурации транспортного средства:



Два ротора (Рис.4) или четыре ротора (Рис.5) на двух шарнирно сочленённых полурамах. Либо то же самое раме, но на монолитной раме. Упрощенный вариант(Рис.6), когда на раме размещён только один движитель Теш, работающий в основном в режиме качения, второй ротор-классический шнек. В основном пассивен и включается для маневрирования или при необходимости машине сместится в бок.Такой вариант удешевляет изготовление и обслуживание техники.Как альтернатива целому ротору возможен вариант (Рис.7), когда он разделён по середине надвое, обе половины крепятся на одном валу, по бокам рамы, с единой системой управления телом изменяемой геометрии. В этом случае у машины появляется клиренс.

Если перейти к практическому использованию концепции Теш, то наглядно продемонстрировать её преимущества могут две следующие иллюстрации.


На них изображены породопогрузочные машины на проходке горизонтальных горных выработках. Первая (Рис.8), реально существующая, на колёсно-рельсовом приводе, такие до сих пор встречаются при строительстве метрополитена.
Вторая (Рис.9) -пока существует пока в воображении разработчиков, с трансформируемыми шнеками Тэш-Драйв в качестве движителя.

Задача продопогрузочной машины (ППМ) захватить отбитую породу и погрузить её, причём кидает она “через себя”, в вагонетки находящиеся в смежной выработке, на рисунках не показана. Колёсно-рельсовый привод позволяет ей делать это только перед собой. В зоне, практически ограниченной шириной ковша, с боков же забоя проходчикам приходится доставать породу вручную, перекидовать её в рабочую зону ковша. Возможны так же варианты ППМ на пневмо-колёсном или гусиничном ходу и такие машины способны обслуживать всю ширину забоя, но это потребует большего количества дополнительных манёвров, часть которых, по мнению разработчиков концепции Тэш, можно было бы избежать если бы ППМ была бы снабжена описывамым видом движителя. То есть для боковых смещений оба Тэш-Драйва работают в шнековом режиме, затем переводятся в основной режим качения, порода забирается и транспортируется к вагонетке. В этом случае рабочий цикл ППМ и любой другой погрузо-разгрузочной машины будет короче и позволит повысить КПД всего процесса.

Дополнительная степень свободы даёт транспортному средству ещё одно важное свойство, а именно повышенную живучесть, то есть возможность покинуть опасную зону при полном выходе из строя, одного из Тэш-драйвов. К примеру гусеничный привод в подобной ситуации, при разрыве трака, может только крутится на одном месте. В случае же описываемого движителя, когда машина состоит из двух шарнирно сочленённых полурам мы в состоянии отстыковать уцелевшую половину, откинуть вспомогательные опоры (Рис.10) и вывезти экипаж на ней. При этом сохраняется возможность маневрирования. Для отклонения от прямолинейного движения Теш-драйв переводится в шнековый режим, прокручивается до достижения необходимого отклонения, затем межвитковый элемент вновь расширяется и продолжается качение.Это позволяет рассматривать возможность использования концепции Теш для создания военной техники.

Так же сильной стороной описываемого опроно-ходового элемента является пригодность его для создания амфибийных платформ, поскольку Тэш-драйв это и поплавок и винт в одном, что обеспечивает машине дополнительную плавучесть, устойчивость на воде, всепогодность и работает как водомёт. У всех амфибий проблемным бывает спуск на воду и выход обратно на сушу, там обычно или обводнённые грунты или крутой берег, Тэш-драйв может перейти из среды в среду используя шнековый режим, который позволяет намного легче преодолевать эти препятствия. Выйдя на твёрдую почву Теш переводится в режим качения и катится до следующей водной преграды.

Одна из дополнительных областей примирения концепции может стать индустрия развлечении, создание линейки транспортной игрушки, радиоуправляемых моделей.
Разработчики верят в то, что данная инновационная тематика востребована в настоящее время. И это подтвердил в своем выступлении на преведущем, 8ом Салоне Министр образования и науки РФ А.А. Фурсенко:

«Я думаю, что одно из направлений, которое у нас есть и которое мы успешно можем развивать, – это инжиниринг. Немного стран в мире способны успешно заниматься инжинирингом. Это одна из очень интересных перспектив России – стать страной инжиниринга»