Движитель Монина

Модератор: МОНИН ИЛЬЯ

Ответить
Сообщений: 445 Пред. 1, 2, 3, 4, 5 ... 30 След. Страница 1 из 30

Сообщение
Автор
24 окт 2007, 19:05
Применение новых нетрадиционных типов движителей для разгрузки судов с моря на неподготовленный берег в районах Северного Морского пути и обеспечения транспортных операций в заполярье.

Разгрузка судов с моря на неподготовленный берег в настоящее время является насущной проблемой. Без решения этой проблемы становится весьма проблематичным освоение полярных областей России вдоль Cеверного Морского пути.
До сих пор решение этой задачи тормозило отсутствие полноценного вездеходного транспорта большой грузоподъемности, способного преодолеть прибрежное мелководье и разжижено-заболоченый береговой грунт, а за тем забраться на откос берега со значительным уклоном.
Использовать для этого суда на воздушной подушке (ВП) не возможно из-за их неспособности преодолевать пересеченную местность с уклонами и рытвинами.
Недавнее изобретение нового вездеходного типа движителя, сделанное в МГТУ им.Н.Э.Баумана на кафедре «Гусеничные машины специального назначения и мобильные роботы», позволяет добиться качественного прорыва в области создания контактных большегрузных амфибийно- вездеходных транспортных средств.
Новый тип движителя получил название Сферический ПневмоГусеничный Движитель (СПГД). СПГД способен создавать огромное пятно контакта сверхнизкого давления, что выводит проходимость и грузоподъемность транспортного средства с СПГД (ТС с СПГД) в область значений, недостигнутых ранее ни одним другим контактным транспортным средством и и реализуемые сейчас только судами с ВП.
СПГД представляет из себя герметичную пневмооболочку под избыточным давлением, по внутренней поверхности которой катится грузовая платформа. Особенность СПГД состоит в том, что грузовая платформа опирается на опорные валки изнутри оболочки, не касаясь грунта. Платформа с опорными валками как бы зависает над землёй, а на грунт опирается только мягкая оболочка, обеспечивающая равномерное распределение давления от движителя по грунту.

Изображение
Рис.1 Схема действия сил в СПГД (в разрезе).

При внимательном рассмотрении, принцип передачи усилия от грузовой платформы к грунту мало чем отличается от взаимодействия обычного автомобильного пневмоколеса с асфальтом, только давления в пятне контакта могут отличатся на порядки: в автомобильных колесах давление в диапазоне 1..6 атм (100…600кПа), а в СПГД эффективное давление на предельном бездорожье (жидкое болото) составляет всего 0,05атм (5кПа).
При давлении в 5 кПа движитель при полной загрузке не может погрузится в воду глубже, чем на 50см. То есть когда человек бредет по колено в воде, то рядом с ним ТС с СПГД уже плывет не касаясь дна. Таким образом, крупное ТС с СПГД сверхнизкого давления (10 тонн грузоподъемности и более) приобретает практически неограниченную проходимость по слабонесущим гунтам, снегу и болоту! При движении ТС с СПГД по травяному полю трава лишь приминается, стебли не расплющиваются ( как при контакте с колесами и гусеницами обычных вездеходных машин), а на грунте отпечатка вовсе не остается.
Внешне СПГД в разрезе очень сильно напоминает очень короткий и широкий ленточный конвеер, боковые кромки которого загерметизировали мембранами, а во внутреннюю полость которого накачали воздух под давлением, раздувающим ленту-оболочку подобно детскому шарику. Движение СПГД осуществляется также как и у конвеера, то есть за счет вращения одного или нескольких мотор-барабанов, вызывающих перматывание ленты-гусеницы вокруг грузовой платформы.
Ленточные транспортеры являются системами непрерывного линейного транспорта. ТС с СПГД способен исполнять роль дискретного линейного транспорта в тех местах где транспортер или карьерный большегрузный самосвал (типа БелАЗ) невозможно использовать.

Изображение
Рис.2 Возможный вид ТС с СПГД

Как раз к такому случаю относится операция по разгрузке судов с моря на неподготовленный берег.
При разгрузке судна специальное большегрузное ТС с СПГД совершает челночные рейсы от корабля до разгрузочной площадки на берегу по прямой и практически без дополнительных маневров-разворотов. При небольших дальностях от берега возможно даже использовать бугельный привод для ТС с СПГД, направляя его движение с помощью натянутого между кораблем и берегом троса. При этом корабль должен стоять на мертвом якоре, а движение ТС с СПГД осуществляется за счет стоящей на берегу стационарной лебедки. При таком решении резко повышается полезная загрузка ТС с СПГД, так как вся двигательная установка с трансмиссией оказывается на берегу, а само ТС с СПГД становится пассивным прицепом на перекатывающихся по грунту мягких понтонах, почти столь же конструктивно простых, как и обычные колеса у автомобильного прицепа.

Изображение
Рис.3 Схема разгрузки судна на неподготовленный берег с применением буксируемых ТС с СПГД на тросовом приводе от береговой стационарной лебедки.

Система с тросово-лебедочным приводом позволяет обеспечить точность позиционирования ТС с СПГД относительно разгружаемого корабля, как в момент погрузки, так и при маневрах подхода-отхода. Лебедка также обеспечивает высокую энергетическую эффективность движения ТС с СПГД по воде, значительно превосходящую эффективность гребных винтов и водометных движителей. При выходе на сушу СПГД может продолжить двигаться в ведомом режиме или же переходит на самостоятельное движение по произвольному маршруту.
При движении по суше в ведомом режиме ТС с СПГД перестает завесить от сцепных качеств грунта. На буксире оно становится способно преодолевать склоны любой крутизны, вплоть до вертикальных (если это обеспечат тяговые характеристики лебедки).
Для доставки на берег мощной тяговой лебедки используется самоходное ТС с СПГД, которое способно с грузом преодолеть любое бездорожье. Если из-за мелководности прибрежной полосы судно не может достаточно близко подойти к берегу, то разгрузка осуществляется исключительно силами самоходных ТС с СПГД, что значительно увеличивает длительность, стоимость и сложность разгрузочно-погрузочной операции, как из-за удлинения пути, так и из-за меньшей полезной грузоподъемности самоходных ТС с СПГД равного с несамоходным ТС размера.

Применение подобной системы разгрузки позволит значительно снизить затраты на строительство временных и постоянных портовых сооружений для разгрузки-погрузки судов на Северном Морском пути при снабжении нефтегазовых месторождений заполярья.
Невозможность обеспечить полноценное транспортное сообщение по суше сделало невозможным разработку месторождений по-ова Ямал еще в советское время. Теперь же, с появлением возможности создания ТС с СПГД большой грузоподъемности, освоение материковых участков заполярья со стороны Северного Морского пути становится реально разрешимой технической задачей.

Благодаря сверхнизкому давлению на грунт СПГД практически не создает колеи, что сводит к минимуму сопротивление движению со стороны грунта. Именно это обстоятельство позволяет широко применять ведомые несамоходные СПГД в качестве буксируемых прицепов вместо саней-волокуш. При равном пятне контакта и давлении на грунт сани при движении скользят по поверхности, преодолевая силы трения, что является значительно более затратным способом движения, чем качение СПГД.
У саней при троганье с места возникает необходимость преодоления трения покоя, которое может в разы превосходить трение скольжение на данной поверхности (именно это явление используется при движении классическим ходом на беговых лыжах). При движении по снегу и влагонасыщенным грунтам у тягача может не оказаться необходимого запаса тяги для срыва саней с места в начале движения, что называется «залипанием» или «примораживанием». Необходимость срыва лыж в начале движения стало серьезным ограничение в развитии аэросаней в качестве транспорта: зачастую аэросани просто не могли тронутся с места после остановки.
При движении ведомого СПГД проскальзывание отсутствует, при этом залипание не создает столь значительного сопротивления движению, а, наоборот, создает возможность обеспечения дополнительной курсовой устойчивости при движении по косогорам или под давлением бокового ветра.
Отличие срыва пятна контакта у саней от качения СПГД заключается в разности площадей всего пятна контакта у саней и площади линии отрыва оболочки от грунта у СПГД. Так как площадь линии бесконечно мала, то трение покоя перестает быть значимой величиной при движении бусируемого СПГД.
Сопротивление отрыва оболочки от грунта возможно рассматривать как преодоление силы поверхностного натяжения водяной пленки в пятне контакта на длине фронта колеи СПГД. Сила поверхностного натяжения воды составляет всего около 1Н/м.п, что при фронте колеи 10м (для большегрузного ТС с СПГД) составит силу сопротивления всего 10Н, а этой величиной в расчетах можно пренебречь. На сухих и сыпучих грунта смачивания и вовсе не возникает, так как не образуется сплошной водяной пленки (гидроклина) в пятне контакта.
Ведомый СПГД конструктивно очень прост и надежен, а энергозатраты на его перемещение ниже, чем у саней той же грузоподъемности. Это обстоятельство позволяет наладить регулярное зимнее транспортное сообщение по замерзшим водоемам (рекам, озерам), где вместо саней будет использоватся прицепная платформа на СПГД, а в качестве буксира – легкий гусеничный тягач.
Эффективность буксирно-прицепной схемы намного выше, чем непосредственная загрузка на вездеходное ТС. Это связано с соотношением запаса тяги по движителю с сопротивлением на крюке от прицепа с СПГД. На плоскостях замерзших водоемов сопротивление от прицепа очень мало, а запас тяги по сцеплению с грунтом у гусеничного вездехода велик. Таким образом, вездеход способен перевозить грузы на буксире во много раз превосходящие его собственную массу, тогда как грузоподъемность самого вездехода составляет незначительную долю от его полной массы.
При эксплуатации на водоемах крайне важно, что СПГД обладает плавучестью, во много раз превосходящей его же грузоподъемность, что обеспечивает безопасную от затопления эксплуатацию буксирно-прицепного транспортного комплекса с СПГД даже в период ледохода и ледостава. Для этого достаточно разместить тягач в габаритах транспортной прицепной платформы между двумя СПГД (см.рис.4). Тогда даже при проезде над полыньёй вездеход не утонет: тягач лишь повиснет на постромках, создав небольшую добавку к общей загрузке прицепа с СПГД.

Изображение
Рис.4. Схема применения непотопляемой буксирно-прицепной транспортной системы с СПГД сверхнизкого давления.

Массированное применение буксирно-прицепной транспортной системы с СПГД сверхнизкого давления на сибирских реках позволит значительно облегчить решение вопроса транспортного сообщения с неосвоенными районами. Северный Завоз возможно будет осуществлять не только во время короткой летней навигации, но и в течении долгой зимы, длительность которой превосходит полгода.
Эта транспортная систем сможет применяться и в освоенных районах для доставки крупных грузов в сельскохозяйственных районах по пашням и лугам без разрушения и переуплотнения грунта.
Также ТС с СПГД будут незаменимы для МЧС при ликвидации последствий стихийных бедствий в местах, где тяжелые вездеходы самостоятельно двигаться уже не могут.

Последний раз редактировалось МОНИН ИЛЬЯ 25 окт 2007, 10:38, всего редактировалось 9 раз(а).

25 окт 2007, 09:27
Порезвился в кепке админа, картинки вставил в текст, объявы поубирал, чтоб сразу к теме.
Илья, картинки можно вставлять прямо в сообщение, выбирая различные строчки со ссылками.
Ссылка на первую картинку (силы) взята из строчки: "Оригинал для форумов", т.к. картинка небольшая.
Вторая картинка здоровая, там делаем иконку, для этого выбираем ссылку из строчки: "Превью для форумов (увеличение по клику)"
Точно также нажав кнопку "правка" можно вставить картинки 3 и 4.
25 окт 2007, 10:00
Благодарю!
Так значительно веселее стало!
Вчера у меня сходу так не получилось: при копировании из ворда картинки пропадали, а текст оставался. Дополнительные присоединения получились только с отдельных заходов.
25 окт 2007, 10:30
Илья, такой вопрос - а пробовал-ли кто-то воплотить этот движитель хотя-бы в модели? Т.е. есть-ли действующий прототип, пусть даже небольшой?

С уважением Игорь
АКА Vzhik
25 окт 2007, 10:37
Два раза даже в телевизоре показывали "Технодром" по "Зведе" и "Специальный репортаж" про изобретателей на ТВЦ.
Техника-Молодежи печатала мою статью про это же №3 за2006г.
Есть действующа модель одиночного движителя комнатного формата 0,6х1,2м, и отмасштабированый макет размером 1,5х4м. Малый макет жив в квартире до сих пор, а большой погиб под влиянием обстоятельств: сложность хранения громоздких рам в ЧУЖОМ гараже.
Но фотографии остались, их повешу завтра.
25 окт 2007, 11:27
Скажи пожалуйста, при движении с большим креном - как ведет себя оболочка колеса в реальности? Нет ли затираний по раме? И еще, не бывало такого, что при наезде на не очень большое препятствие достаточной крутизны, колесо катка (внутри оболочки) вдавливает оболочку в препятствие и попадает в ловушку как и на обычном грунте?

С уважением Игорь
АКА Vzhik
25 окт 2007, 11:45
vzhik писал(а):
Илья, такой вопрос - а пробовал-ли кто-то воплотить этот движитель хотя-бы в модели? Т.е. есть-ли действующий прототип, пусть даже небольшой?
Илья, как раз об этом вчера и говорил. Давай фотки, видео. Кривые, косые - какие есть, народ поймет. Смотрится гораздо интереснее, чем картинки.

Для начала - краткий анализ вездеходов. Анализ чайника разумеется, то бишь пользователя, а не конструктора.
Критерии анализа: тяговая проходимость, опорная проходимость, амфибийность, надежность, масштабируемость
Немного про масштабируемость, то бишь потенциальную возможность получать линейку различной грузоподъемности.
Для дорожного транспорта - решается либо увеличением размеров, либо прицепами (вплоть до ж/д). Первое - подходит и для вездеходов, второе - ограничивает бездорожье.

- Классика. Гусянки. Замечательная тяга. Опорная проходимость - не очень. Хорошая площадь опоры - съедается высоким весом движителя. Амфибийность - на уровне медленно тонет. Надежность - отвратительно. За последние 50 лет - ничего принципиально нового.
Масштабируемость есть, но с уменьшением амфибийности, опорной проходимости.
- Колеса. Тяговая - хуже (гусянок). Опорная - близко к. Амфибийность - хорошо. Надежность - плохо. Проблема в совмещении большого колеса с легкой трансмиссией. Легкая трансмиссия - ломается. Прочная - растет вес, тонем.
Масштабируемость - ограничена. Пятиметровое колесо - как-то не смотрится, куча проблем.
- СВП (воздушная подушка). Тяговая - отвратительно. Опорная - великолепно. Надежность (если не сходить с воды, или зимой по ровному) - вполне приемлимо. Амфибийность - великолепно. Масштабируемость - без ограничений. Увы, вездеходом в полном смысле назвать нельзя. Нужны "дороги". Летом - вода, зимой ровный снег.

Собственно вывод: В вездеходном мире - кризис, причина - движитель. Из существующих - выжато все.

Почему КБ и заводы продолжают цепляться за старые движители - для меня - загадка. Возможно - инерция, привычная оценка:
"это и так неплохо" и "лучшего-то - нет".
Увы - и "плохо" и "уже есть". Есть, в данном случае, про Странник.
В плане конструкции - обычная вобщем-то машина, но как только тронули параметры движителя, трансмиссии - получили качественный! скачок в надежности. Пришли к показателям близким для дорожных машин. При этом сохранили, даже повысили вездеходность (увеличение тяговой, опорной).

Я к тому, что путь кардинального изменения движителя - на сегодня единственно перспективный. Традиционные решения - себя исчерпали. Прорыва - не будет.

Теперь предложенный движитель. По той же схеме:
Тяговая проходимость - гусянки.
Опорная - СВП
Надежность - тут большой вопрос. Думаю будет - "плохо". На уровне гусянок.
Амфибийность - между колесом и СВП
Масштабируемость - СВП.
То бишь - перспективно.

По сути - очень близко к кораблю, только сухопутному. Везет сколько хочешь. Дорога - практически любой азимут.
Конструкторские заморочки, реализация - потом отпишу.
25 окт 2007, 11:56
Меня в этом движителе смущает сама оболочка. Она должна быть достаточно прочной - а это увеличение веса, и достаточно легкой - а это снижение надежности/прочности. кроме этого такой движитель возможно не годится для маленьких вездеходов. Т.е. потенциально конечно идея классная, но возможно область применения будет достаточно узкой, и будет большой проблемой поиск баланса между весом и прочностью оболочки.
Кстати, модель вполне понятно что будет ездить - с уменьшением отпадает множество проблем.
Вот кстати вопрос - что делать экипажу при разрыве оболочки. Понятно что там давление не большое и взрыва никакого не будет - ну опал этот пузырь и все. Что делать? Как ликвидировать неисправность? В колесной технике - там все ясно, меняй колесо и ставь запаску, или на подкачке едь. А что будет с этой оболочкой?

С уважением Игорь
АКА Vzhik
25 окт 2007, 12:06
При движении по любым грунтам попасть в ловушку ТС с СПГД не может (кроме упирания в вертикальную стену), также как у гусеницы: если под ленивец препятствие пролезло, то оно может быть преодолено. Оболочка СПГД эквивалентна гусенице с бесконечно болшим числом бесконечно малых опорных катков с бесконечно мягкой подвеской.
Устойчивость на косогоре показана на одном из рисунков. Там происходит сдвиг в гору точки сочленения грузовой внешней платформы с СПГД, дабы проекция вектора веса тела mg проходила через середину пятна контакта (условие равновесия). Для создания компенсирующей силы сопротивления соскальзыванию необходимо тянуть оболочку в поперечном к движения направлении (то есть в гору на косогоре). Эта задача решается смещением внутренней рамы с валками относительно беговой дорожки оболочки, что приводит к несиметричному вытягиванию замыкающих участков оболочки (внимательно смотрите рисунок), тем самым создавая нескомпенсированое усилие от боковин на внутреннюю раму.
25 окт 2007, 12:11
Там на рисунке есть непонятный момент - на ровном рисунке внутренняя часть оболочки на валу нарисована симметрично, а при движении с боковым креном - несимметрично. Это просто ошибка или планируется какой-то механизм, который будет тянуть оболочку? Потому как при такой схеме вполне возможно скатывание оболочки набок, натяжение ее на катках и паразитное трение об раму...

С уважением Игорь
АКА Vzhik
25 окт 2007, 12:40
Кризис в вездеходостроении- оценка верная.
Конструктивно странник - это уменьшенная в закритический диапазон ТС с СПГД. Надежность СПГД выше чем у странника, так как приводные валки внутри герметичной оболочки и проскальзывание по оболочке не может случится в принципе (если канистру масла внутрь не заливать), расчеты и испытания проводились.
СПГД маленьким быть не может, для маленьких ТС существует теперь странник.
Требуемая прочност оболочки соответствует прочности и износостойкости существующих транспортёрных лент, выпускаемых массово для транспортировки руды из забоев. Прочность этих лент выше чем у оболочек колес странника. Масса оболочки при толщине 12мм составляет около 15кг/м.кв
Амфибийность выше чем у СВП, так как давления на грунт те же, а сцепной вес реализуется на грунте в силу тяги на 100% и более. С учетом прокалывающих грунтозацепов (крупные шилья на площадках) на связаных грунтах (глина, дернина, торфянник) коэффициент сцепления становится более 1 (экспериментально и теоретически доказано).

Проколы гвоздями не ощутимы из-за крайне низкого давления 0,05атм(в страннике та же ситуация), если прорвать дыру размером в голову, то её легко заклеивают пластырем на месте. Транспортерные ленты ведь соединяют в кольцо в нахлес.
Подкачка обеспечиваетс я вентилятором высокого давления, при давлении 5кПа дыра диаметром 8см без ремонта компенсируетс вентилятором мощностью 3кВт.
25 окт 2007, 12:46
Это сползание и создает удерживающую силу на косогоре. Несимметричност нарисована преднамерено.
Исполнение замыкания во многом и определяет возможные режимы применения ТС с СПГД.
Кроме яблоковидного замыкания может быть: веретенообразное, на фасонну пластину, плоское складчатое (сильфонное) с внутренним удержанием от раздувания тягами.
25 окт 2007, 12:50
Прикольно. Я чуствую что теоретическая и предварительная проработка движителя уже пройденный этап, тем более есть уже действующие модели (большие и малые). Это значит что основные проблемы уже более или менее решены. Значит надо делать экспериментальный полноразмерный вездеход. Возможно удастся найти заинтересованного в такой технике заказчика, который согласится профинансировать постройку хотя-бы одной-двух машин.

С уважением Игорь
АКА Vzhik
25 окт 2007, 13:18
МОНИН ИЛЬЯ писал(а):
Надежность СПГД выше чем у странника, так как приводные валки внутри герметичной оболочки и проскальзывание по оболочке не может случится
По надежности - я не про проскальзывание, т.е. не про износ изнутри валками. А про износ конструкции которая будет замыкать объем.

СПГД маленьким быть не может
Вот тут непонятно. Почему? Принципиально нельзя сделать, ну скажем под одну-две задницы, или дорого? Или вопрос в замыкании объема (большой угол смятия боковин, при такой толщине материала)?
Собственно я к тому, что модель сделать, пусть не надежную (малый ресурс полотна), но реальную, чтоб человека возила.
А в качестве материала - в Ярославле на шинном можно взять сырую резину в рулоне (она с кордом). Из нее сотворить что-либо небольшое.
25 окт 2007, 14:27
СПГД надежен потому, что, в отличии от гусеницы , у него все ответсnвенные узлы находятся внутри герметичной оболочки.
А маленький СПГД не имеет смысла, так как он становится сложнее ( а потому хуже) колеса странника с внешним роликом.

Как не крути, для ТС с СПГД - 6х4м минимальный размер в плане(с полезной грузоподъемностью более 1тонны), а это чудище уже ни на какую общественную дорогу не влезает

Последний раз редактировалось МОНИН ИЛЬЯ 26 окт 2007, 09:10, всего редактировалось 1 раз.


Сообщений: 445 Пред. 1, 2, 3, 4, 5 ... 30 След. Страница 1 из 30
Ответить

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 0

| |