сотрудник
Краснодар, Красноярский край, Россия
Краснодар, Краснодарский край, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
Рассмотрены технологии изготовления и сборки винтовых движителей транспортных машин. Предложены конструкции винтовых движи-телей, их классификация и технологии изготовле-ния. Конструирование винтовых движителей выполнено с помощью программного комплекса «Компас-3D» с использованием методов начертательной геометрии и инженерной графики.
винтовой движитель, многозаходные винтовые криволинейные поверхности, винтовые канавки, технология изготовления
Введение
Известны транспортные машины, так называемые шнекоходы, со сравнительно недостаточной скоростью перемещения, грузоподъёмностью и ограниченными технологическими возможностями.
Однако потребность обеспечить движение транспортных машин на земле, на воде и под водой с высокой скоростью, большой грузоподъёмностью и малыми энергозатратами обусловливает необходимость совершенствования движителей, поиск их новых конструкций и разработку технологии их изготовления.
Разработка классификации винтовых движителей
Анализ классификаций и существующих технических средств для придания транспортным машинам перемещения [1] позволил не только выделить основные классификационные признаки движителей, но и выполнить поиск их новых оригинальных конструкций, позволяющих увеличить скорость, грузоподъёмность и расширить технологические возможности. Такие новые движители названы нами винтовыми, так как их наружная поверхность по периметру выполнена в виде винтовой рубашки. В результате разработана и апробирована классификация винтовых движителей (рис. 1), в основу которой положен признак, отражающий сущность процесса движения транспортных машин с их помощью и определяющий их свойства – геометрию винтовых рубашек, наличие или отсутствие напусков на винтовых линиях, форму винтовых канавок по периметру, количество заходов винтовых линий и винтовых поверхностей по периметру. Например, маркируемый по данной классификации движитель 1.2.4 – это винтовой движитель транспортных машин без напусков (1), условно конической формы (2), с винтовыми канавками по периметру волнообразной формы (4).
С учетом ранее проведенных на базе идеологии академика Л.Н. Кошкина исследований пространственная форма винтовых движителей выполнена с винтовыми поверхностями в виде винтовых канавок, что обеспечивает придание транспортным машинам, оснащенным такими движителями, перемещения на суше, на воде и под водой с достаточно большой скоростью. Возможность придания винтовыми движителями движения транспортным машинам реализуется винтовыми канавками различных типоразмеров и форм (многоугольные, треугольные, волнообразные, вогнутые и т.д.). Величина их шага определяет характер движения транспортных машин, что совместно с количеством заходов определяет величину скорости их перемещения. В настоящее время мы можем утверждать об известности лишь 8 конструкций винтовых движителей, новизна которых подтверждена патентами РФ [2-9].
Рис. 1. Классификация винтовых движителей транспортных машин
Примеры конструирования и разработки технологии изготовления винтовых движителей
Винтовой движитель 1.1.1. Согласно классификации (рис. 1), такой винтовой движитель выполнен в виде винтовой рубашки без напусков (1), условно цилиндрической формы (1), с винтовыми канавками по периметру вогнутой формы (1) с центрами кривизны снаружи рубашки (рис. 2) [2].
Рис. 2. Винтовая рубашка винтового движителя 1.1.1: а – общий вид;
б – наглядное изображение
Винтовая рубашка снабжена винтовыми поверхностями в виде винтовых канавок, что обеспечивает при её вращении придание транспортным машинам перемещения на суше, на воде и под водой с достаточно высокой скоростью и большой грузоподъёмностью.
Рис. 3. Вид полосы прямоугольной формы после
скручивания ее концов относительно горизонтальной оси 01–01
Пустотелая цилиндрическая винтовая рубашка 1 (рис. 2) выполнена из полос прямоугольной формы 2-9. При этом, например, полосу 9 (рис. 3) с продольными боковыми кромками 10 и 11, у которой зафиксирован в горячем или холодном состоянии один из концов, а другой конец повернут в заданном направлении, помещают на цилиндрическую оправку 12 (рис. 4а) и сворачивают края 10 и 11 по винтовым линиям. Потом обрабатывают полосы 2-8.
Рис. 4. Технология изготовления винтовой рубашки:
а – схема изгиба одной полосы 9 на оправке 12;
б – схема сборки после изгиба двух полос
Деформированные таким образом полосы 2-8 размещают на оправке 12 и, например, полосы 9 и 8 совмещают продольными кромками (кромку 10 полосы 8 совмещают с продольной кромкой 11 полосы 9, как на рис. 4б) и соединяют известными способами.
На рис. 5 представлена транспортная машина для перемещения под водой с винтовым движителем 1.1.1, смонтированным с возможностью вращения на корпусе 13 (рулевой комплекс на чертеже не показан).
Рис. 5. Транспортная машина для перемещения под водой
с винтовым движителем предлагаемой конструкции (общий вид)
Перемещение такой транспортной машины под водой обеспечивается вращающимся винтовым движителем 1.1.1 в виде винтовой рубашки, ввинчивающимся в слои воды. Скорость движения машины определяется величиной шага винтовых линий, количеством заходов винтовых поверхностей, ее формой, а также скоростью вращения винтового движителя.
Винтовой движитель 2.1.1. Согласно классификации (рис. 1), это винтовой движитель в виде винтовой рубашки с напусками (2), условно цилиндрической формы (1), с винтовыми канавками по периметру вогнутой формы (1).
Транспортная машина для перемещения под водой (рис. 6) содержит корпус 1, рулевой комплекс (на чертеже не показан) и винтовой движитель, изготовленный в виде винтовой рубашки 2.
Рис. 6. Транспортная машина с винтовым движителем
и напусками условно цилиндрической формы (вид сбоку)
По периметру корпуса 1 смонтирована, с возможностью вращения вокруг собственной оси, пустотелая цилиндрическая винтовая рубашка 2 с наружными напусками в виде винтовых лопастей по всей длине [3].
г)
Рис. 7. Винтовой движитель 2.1.1 в виде винтовой рубашки, смонтированной
из трех полос: а – общий вид; б, в – разрезы; г – наглядное изображение
Винтовая рубашка 2 изготовлена, например, из трех одинаковых по ширине и длине полос 3, 4, 5 (рис. 7а, б) или 6, 7, 8 (рис. 7в) с наружными напусками А, Б, В в виде винтовых лопастей, а также с наружными криволинейными поверхностями вогнутой формы (рис. 7б) с центрами кривизны снаружи винтовой рубашки или выпуклой формы (рис. 7в) относительно оси вращения винтовой рубашки с центрами кривизны внутри нее. Напуски А, Б, В показаны на рис. 7 отделенными от полос штрихпунктирными линиями 9.
Линии соединения свернутых в винт полос 3-8 образуют ясно выраженные, однонаправленные, трехходовые, с постоянным шагом винтовые линии 10-11, 12-13, 14-15 по периметру винтовой рубашки 2 (рис. 7а).
Полосы 3, 4, 5 или 6, 7, 8 при соединении образуют напуски А, Б, В, винтовые линии 10-11, 12-13, 14-15 по наружному периметру (рис. 7а) и внутренние винтовые канавки K1, К2, К3 (рис. 7б, в).
Рис. 8. Полоса для изготовления винтовой рубашки,
смонтированная из восьми полос (общий вид)
Каждая из полос 3, 4, 5 или 6, 7, 8 скручена. Например, полосу 3 (рис. 8) с продольными боковыми кромками 16 и 17, у которой один из концов зафиксирован в горячем или холодном состоянии и повернут относительно другого, помещают на цилиндрическую оправку 18 (рис. 9) и изгибают так, что кромки 16 и 17 становятся свернутыми по винтовым линиям. Деформированные таким образом полосы размещают на оправке 18, совмещают (например, боковую сторону 17 полосы 3 с линией 9 полосы 4, как на рис. 9) и соединяют известными способами.
Рис. 9. Вид прямоугольной полосы
Пустотелая цилиндрическая винтовая рубашка 2 может быть выполнена не только из трех, но и из большего количества полос (рис. 10). Полосы 19-26 деформируют и соединяют таким же образом, как в рассмотренном выше примере.
Рис. 10. Винтовой движитель в виде винтовой рубашки, смонтированной
из восьми полос: а – общий вид; б – наглядное изображение
Заключение
В результате проведенных исследований предлагаются:
– конструкции винтовых движителей, обеспечивающие транспортным машинам перемещение на земле, на воде и под водой;
– классификация винтовых движителей, в которой присутствует общий принцип, позволяющий разрабатывать новые конструкции винтовых движителей;
– конструкции винтовых движителей, обеспечивающие перемещение транспортных средств с высокой скоростью;
– рабочие чертежи и технологии изготовления винтовых движителей.
1. Данилов, Р.Г. Развитие конструкции роторно-винтовых движителей для транспортных и технологических машин / Р.Г. Данилов // Строительные и дорожные машины. – М.: СДМ-Пресс, 2015. – № 1. - С. 53-58.
2. Пат. 2473447 Российская Федерация, МПК B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Движитель винтовой / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2011107360/11; заявл. 25.02.11; опубл. 27.01. 13, Бюл. № 3. ‒ 3 с.
3. Пат. 2550103 Российская Федерация, МПК МПК В60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036, B63G 8/00. Средство транспортное / Г.В. Серга, М.Г. Серга; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2014107118/11; заявл. 25.02.14; опубл. 10.05.15, Бюл. № 13. ‒ 3 с.
4. Пат. 2470827 Российская Федерация, МПК В63Н 11/00, В63Н 1/12, В60F 3/00, В62D 57/036. Движитель прямоточный / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2011112927/11; заявл. 04.04.11; опубл. 27.12.12, Бюл. № 36. ‒ 3 с.
5. Пат. 2472663 Российская Федерация, МПК B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Проходной движитель / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 201112269/11; заявл. 30.03.11; опубл. 20.01.13, Бюл. № 2. ‒ 3 с.
6. Пат. 2472664 Российская Федерация, МПК B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Движитель конический / Г. В. Серга, В. Д. Таратута ; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2011109175/11; заявл. 11.03.2011; опубл. 20.01.2013, бюл. № 2. ‒ 3 с.
7. Пат. 2482000 Российская Федерация, МПК В63В 11/00, В63H 1/12, В60F 3/00, В62D 57/036. Винтовой движитель / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2011112923/11; заявл. 04.04.11; опубл. 20.05.13, Бюл. № 14. ‒ 3 с.
8. Пат. 2493019 Российская Федерация, МПК B60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036. Движитель / Г.В. Серга, В.Д. Таратута; Кубанский государственный аграрный университет. ‒ № 2011113594/11; заявл. 07.04.11; опубл. 20.09.13, Бюл. № 26. ‒ 3 с.
9. Пат. 2493019 Российская Федерация, МПК B60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036, B63G 8/00. Транспортное средство / Г.В. Серга, М.Г. Серга; Кубанский государственный аграрный универ-ситет. ‒ № 2014107119/11; заявл. 25.02.14; опубл. 10.04.15, Бюл. № 10. ‒ 3 с.
