Приводы планетоходов

В ряде случаев применение такого редуктора позволяет получить минимальный осевой габарит мотор-колеса.

Волновая передача была использована в конструкции мотор-колеса LRV. Применение в качестве гибкого колеса цельного металлического колокола позволяет обеспечить герметизацию внутренней полости мотор-колеса.

Тяговый двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов снабжен двумя якорными обмотками и двумя коллекторами. Двухступенчатое регулирование частоты вращения вала двигателя осуществляется путем соединения обмоток по последовательной и параллельной схемам. Двигатель снабжен собственными уплотнениями, дополняющими систему герметизации мотор-колеса.

Узлы информационной системы, встроенные в мотор-колесе, включают датчики оборотов колеса и температуры статора двигателя. Датчик оборотов выполнен в виде индуктивной катушки, расположенной на статоре двигателя, и постоянных магнитов, закрепленных на ступице колеса.

Терморегулирование играет существенную роль при проектировании мотор-колес и может быть активным или пассивным. Причем система терморегулирования мотор-колес планетохода предназначена как для подогрева привода при работе в условиях низких температур, так и для эффективного отвода тепла при работе в условиях высоких температур. «Луноход-1» и «Луноход-2» были предназначены только для эксплуатации в течение лунных дней, т. е. при положительных температурах. Это позволило применить в этих аппаратах пассивные системы терморегулирования. Главным элементом терморегулирования мотор-колес «Лунохода-1» и «Лунохода-2» являлись специальные покрытия наружных и внутренних поверхностей ступицы и статора двигателя. Покрытия деталей, расположенных во внутренней полости, улучшают теплопередачу к внешним поверхностям. В свою очередь эти поверхности (ступица колеса, головка качающегося рычага подвески) имеют покрытия, обладающие высокой излучательной способностью по отношению к собственной тепловой энергии и высокой отражающей способностью по отношению к собственному излучению.

Существуют схемы мотор-колес с планетарным редуктором типа 3К, который позволяет реализовать в одной ступени большие передаточные числа. Волновая передача была использована в конструкции мотор-колеса LRV. Передаточное число передачи — 80, максимальная частота вращения вала двигателя составляла около 900об/с. Генератор волновой передачи представляет собой три ролика, два из которых установлены эксцентрично относительно третьего. Применение в качестве гибкого колеса цельного металлического колокола позволило обеспечить герметизацию внутренней полости мотор-колеса.

Более компактную конструкцию волновой передачи можно получить при использовании в качестве гибкого колеса двухвенцовой муфты, один из венцов которой зацепляется с жестким колесом волновой передачи, другой соединяет муфту с корпусом редуктора, т. е. образует обычное шлицевое соединение.

Применение волновых передач целесообразно только для вполне определенного диапазона передаточных отношений. Для одноступенчатых передач этот диапазон составляет примерно 40(100. Поэтому волновую передачу бывает полезно комбинировать с планетарной или рядовой зубчатыми передачами. Причем минимальный осевой габарит мотор-колеса может быть достигнут, если первая ступень тягового редуктора встроена во внутренней полости генератора волн.

Реализация большого передаточного отношения при многопарности зацепления может быть осуществлена и в случае применения передач с цилиндрическими или коническими зубчатыми колесами [99]. Применение конических зубчатых колес позволяет достаточно свободно варьировать величину передаточного числа передачи.

Применение коробок передач в мотор-колесах планетоходов, как и в мотор-колесах наземных машин, несмотря на некоторое усложнение конструкции, дает ряд преимуществ, а именно: возможность уменьшения установочной мощности ТЭД, повышение КПД трансмиссии в целом, расширение скоростного и силового диапазонов регулирования.

Применительно к планетоходам следует рассматривать только наиболее простые двухступенчатые коробки передач, причем в случае использования регулируемых ТЭД может рассматриваться их совместная работа.

Кинематические схемы таких КП получают на основе планетарного ряда с управляемыми звеньями. Управление заключается в поочередном затормаживании этих звеньев или их блокировке.

Отличие конструкции КП планетоходов и наземных машин заключается в выборе механизмов управления и приводов этих механизмов. Сравнительно малые тормозные моменты, необхлодимые для фиксации звеньев планетарного ряда КП тягового привода планетохода, позволяют применять исключительно фрикционные механизмы управления, включение и выключение которых может производиться при произвольном относительном положении этих звеньев.

В планетоходе, как правило, исключается возможность применения таких приводов механизмов управления, как гидравлический, пневматический и механический (от водителя). Здесь необходимо рассматривать в основном электромагнитный и электромеханический приводы, согласующиеся с общей концепцией энергопитания планетохода и упрощающие автоматизацию процесса управления. На стоянке планетохода, когда энергопотребление должно быть минимальным, оба электромагнита выключены. С началом движения питание подается одновременно на тяговый двигатель и электромагнит тормоза мотор-колеса. Ля переключения на высшую передачу подается питание на электромагнит КП, так что его замыкатель перемещается влево.

Для уменьшения осевого габарита привода он может быть спроектирован с концентричным расположением электромагнитов КП и тормоза. Это целесообразно в первую очередь в том случае, если такую конструкцию удается вписать в диаметральный габарит двигателя.

Индивидуальный механический привод, благодаря гибким кабельным связям, позволяет достаточно просто решать задачу поворота колес даже при большом ходе подвесок.

В конструкции ДКМ каждый из двух приводов поворота обеспечивает одновременный поворот двух мотор-колес одной оси. Существенно большие возможности для маневрирования можно получить при исключении механических связей между мотор-колесами и установке приводов поворота непосредственно на элементах подвески, сопрягающих ее с колесом.

Здесь, видимо, нужно отметить, что в отличие от наземных машин для планетоходов поворот колес может использоваться не только для изменения направления движения, но и для изменения габаритных размеров шасси при установке на КА для «конвертирования», а также для подготовки наиболее благоприятных условий бортового поворота. Речь идет о развороте крайних колес, который производится при стоянке планетоходов.

Используя тяговые усилия мотор-колес, можно осуществить разворот колес без применения специальных приводов разворота. Разворот крайних колес, установленных на шкворнях, связанных с подвеской, осуществляется путем включения мотор-колес крайних осей в противоположные стороны. После того как крайние колеса впишутся в радиус поворота вокруг геометрического центра машины, может выполняться бортовой поворот путем разнонаправленного вращения мотор-колес противоположных бортов. При этом качественно улучшается поворотливость транспортного средства в сравнении с обычным бортовым поворотом и существенно снижаются энергозатраты на поворот. В крайних и среднем положениях шкворень может фиксироваться относительно подвески с помощью специальных управляемых устройств.

Важной составляющей процесса создания привода планетохода являются испытания его отдельных узлов. К типовым характеристикам мотор-колеса, которые необходимо получать экспериментальным путем при подобного рода испытаниях относятся токо-моментные и токо-скоростные, тягово-скоростные на первой и второй передачах, КПД мотор-колеса и тягового редуктора, зависимость температуры тягового двигателя от времени непрерывной работы при различных состояниях окружающей среды, характеристика крутильной жесткости силовой цепи мотор-колеса, разгонная, тормозная характеристики мотор-колеса, изменение крутящего момента при отключении мотор-колеса от питания и нагрузки, изменения тока двигателя при пуске, переключении передачи и торможении.

При проектировании улов группового привода необходимо учитывать специфические условия эксплуатации планетоходов и их управления. Так, конструкция дифференциалов должна обеспечивать не только блокировку осей, желательно также обеспечить возможность автоматического или ручного регулирования величины блокирующего момента в процессе движения. Наиболее простые по конструкции самоблокирующие дифференциалы повышенного трения не удовлетворяют этим требованиям. Кроме того, коэффициент блокировки таких дифференциалов, связанный со значением коэффициента трения, может оказаться нестабильным при изменении температуры и давления окружающей среды.

Одной из возможных схем, представляющих интерес, может служить дифференциал с электромагнитной блокировкой. Устройство для блокировки дифференциала выполнено в виде генератора, индуктор (статор) которого соединен с одной из полуосей, а ротор — с другой полуосью через планетарный редуктор, встроенный в первой полуоси. Обмотка ротора замкнута через сопротивление, величину которого можно регулировать.

Если частоты вращения полуосей равны, что характерно для движения по ровной поверхности с хорошим сцеплением, то относительная частота вращения ротора и индуктора равна нулю и ЭДС в его обмотках не индуцируется. При увеличении частоты вращения одной из полуосей, например, вследствие буксования колеса, в обмотках генератора индуцируется ЭДС, пропорциональная разница оборотов ротора и индуктора. При этом на забегающий вал действует блокирующий момент, пропорциональный величине ЭДС и сопротивлению цепи. Автоматическое регулирование осуществляется с помощью схем, установленных на срабатывание от напряжения различной величины. Для упрощения конструкции целесообразно использовать бесщеточный генератор с возбуждением от постоянных магнитов, установленных на роторе.

3.

2. Особенности конструкции индивидуального привода колесно-шагающего движителя.

Все узлы и механизма колесно-шагающего движителя с индивидуально встроенным приводом размещены во внутренней полости шарнирно сочлененных рычагов, первый из которых шарнирно установлен на стакане двигателя, а второй несет на себе ступицу колеса. Что касается конструкции отдельно взятых узлов и механизмов, то методы их проектирования в принципе не отличаются от проектирования аналогичных узлов мотор-колес.

Так блокирующий механизм, составленный на основе планетарного ряда 2К-Н и снабженный двумя электромагнитными приводами, близок по конструкции к КП, рассмотренным выше. Различие по существу, заключается в установке двух ведомых звеньев, кинематически связанных: одно — через редуктор шагания с первым рычагом, другое — через колесный редуктор с колесом.

Редуктор шагания составлен из последовательно соединенных передач 2К-Н и 3К. передаточное отношение редуктора привода шагания назначается из условия обеспечения необходимого толкающего усилия механизма шагания при заданных параметрах тягового двигателя. Выбор этих параметров производится на основании тягово-динамического расчета движения планетохода в колесном режиме.

Колесный редуктор включает в себе передачу ЗК и две последовательно соединенные рядовые передачи, одна из которых размещена в первом, а вторая во втором рычагах. Передача, встроенная во второй рычаг, должна иметь в относительном движении передаточное отношение от ведущей шестерни к зубчатому колесу, соединенному со ступицей, равное двум. Поэтому зацепление указанных зубчатых колес осуществляется через паразитные шестерни, также встроенные во второй рычаг.

Одним из наиболее сложных является узел сочленения рычагов, включающий опоры, как вала самого сочленения, так и зубчатых передач колесного и суммирующего редукторов. Причем опоры сочленения, так же как и опоры ступицы первого рычага и балансира, нагружаются от внешних сил, действующих на колесо при взаимодействии с грунтом, и, кроме того, от сил, возникающих в зацеплениях суммирующего редуктора. Передаточное отношение в относительном движении от малого к большому колесу суммирующего редуктора должно быть равно двум.

При определенном выборе схемы и конструкции механизма шагания и привода колесно-шагающего движителя можно получить новое качество планетохода — регулирование относительного положения колес и корпуса по вертикали. Результаты синтеза подобных схем, описание динамической модели планетохода с колесно-шагающим движителем, а также результаты испытаний ходовых макетов приводятся в работах Заключение В заключении надо отметить, что основным разработчиком шасси для планетоходов (колеса, двигатели, привод, подвеска, система управления ими) в СССР был (и остается до настоящего времени в России) ленинградский ВНИИтрансмаш (ВНИИТМ). В этом учреждении был накоплен обширный опыт в области создания транспорта повышенной проходимости. Здесь было создано и испытано множество самых различных устройств — Луноход 1 и 2 (1970), шагающий планетоход отправленный в 1971 году на Марс, прыгающий для Фобоса (1988), робот для очистки крыши разрушенного энергоблока Чернобыльской АЭС (1986), планетоход для неудавшейся экспедиции Марс-96, несколько планетоходов в рамках сотрудничества с зарубежными организациями (в последние годы) и т. д. Работа по созданию новых приводов для планетоходов и усовершенствованию уже созданных в этом институте успешно продолжается и в настоящее время.

Список литературы

Кучеренко В. И. Богачев А.Н., «Развитие концепции самоходного шасси марсохода европейского проекта «EXOMARS"докл.

на семинаре «Планетоходы-2003», материалы семинаров, СПб 2004г

«Планетоходы», Кемурджиан А. Л., Громов В. В., Кажукало И. Ф., Маленков М. И., Мишкинюк В. К., Петрига В. Н., Розенцвейг И. И. изд 2-е, переработанное и дополненное, М.:Машиностроение, 1993 г Абрамов Л. С., Матвеев П. Н. Вопросы построения тягового электропривода постоянного тока//Тез.докл на Всесоюзном совещ. По роботехническим системам Владиммр:

1978.

с. 67

Колчин Н. И. Механика машин М.П.М-Л.:Машиностроение, 1972.

567с.

Динамика планетохода.Е. В. Авотин, И. С. Болохвитинов, А. Л, Кемурджиан и др.М.:Наука, 1979,438с.

Глазенко Т. А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М.-Л.:Энергия, 1973.

187с А.с.№ 52 7733(СССР) Шагющее транспортное средство/ Г. Н. Корепанов, М. И. Маленков, Г. И. Рыков, А. Л. Кемурджиан.

Опубл. В БИ, 1976, № 33 М. Кл. В 62 57/02

А.с№ 42 8971(СССР) Дифференциал транспортной машины/Г.И.Корепанов, М. И. Маленков, А. Ф. Соловьев.

Опубл.

в БИ, 1975, № 2, М.Кл.В 60к 17/20.

Современное состояние и перспективы развития электромобилей / А. И. Яковлев, А. Б. Козловский, С. И. Кунцов, И. Е. Пучиньян. М.:НИИНАтопром, 1976, 32с Воробьев В. В. Респонсионный привод. М.:Машиностроение, 1978.

108с А.С.№ 56 2457(СССР) Способ поворота многоопорного транспортного средства на месте /И.Ф.Кажукало, В. И. Комиссаров, В. К. Мишкинюк, П. С. Сологуб.

Опублик в 1977,№ 23,М.Кл. В 6215/00

Розно Ю.Н. О некоторых возможностях управления БДПТ //Электронная техника и автоматика. М.:Сов.радио, 1978

Вып 10. С185−191.

По материалам доклада Л. С. Абрамова, А. Н. Богачева, М. И. Маленкова и А. С. Цыганова «О создании приводов транспортных роботов на базе электродвигателей типа ДБМ» на научно-техническом семинаре в МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1988 г.

А.с.№ 133 1717(СССР) Способ поворота транспортного средства со всеми ведущими и поворотными колесами и устройство для его осуществления /Н.Е.Бечвай, С. А. Владыкин, М. И. Маленков и др.- Опубл.

в БИ, 1987, № 31,В62Д7/14

Владыкин

С.А., Маленков

М.И. Особенности схем механизмовшагания колесно-шагающего движителя//Тез.доклада на I Всесоюз.

конф.по механике управлению движением шагающих машин. Волгоград:

1988.С19.

Передвижение по грунтам Луны и планет/ В. В. Громов, Н. А. Забавников, А. Л. Кемурджиан и др.М.:Машиностроение, 1986.

265с

Кучеренко В. И. Богачев А.Н., «Развитие концепции самоходного шасси марсохода европейского проекта «EXOMARS"докл.

на семинаре «Планетоходы-2003», материалы семинаров, СПб 2004г

«Планетоходы», Кемурджиан А. Л., Громов В. В., Кажукало И. Ф., Маленков М. И., Мишкинюк В. К., Петрига В. Н., Розенцвейг И. И. изд 2-е, переработанное и дополненное, М.:Машиностроение, 1993г

Абрамов Л.С., Матвеев П. Н. Вопросы построения тягового электропривода постоянного тока//Тез.докл на Всесоюзном совещ. По роботехническим системам Владиммр:

1978.

с. 67

Колчин Н. И. Механика машин М.П.М-Л.:Машиностроение, 1972.

567с.

Динамика планетохода.Е. В. Авотин, И. С. Болохвитинов, А. Л, Кемурджиан и др.М.:Наука, 1979,438с.

Глазенко Т. А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М.-Л.:Энергия, 1973.

187с

А.с.№ 52 7733(СССР)Шагющее транспортное средство/Г.Н.Корепанов, М. И. Маленков, Г. И. Рыков, А. Л. Кемурджиан.

Опубл. В БИ, 1976,№ 33 М.Кл.В 62 57/02

А.с№ 42 8971(СССР) Дифференциал транспортной машины/Г.И.Корепанов, М. И. Маленков, А. Ф. Соловьев.

Опубл.

в БИ, 1975,№ 2, М.Кл.В 60к 17/20.

Современное состояние и перспективы развития электромобилей/А.И.Яковлев, А. Б. Козловский, С. И. Кунцов, И. Е. Пучиньян.М.:НИИНАтопром, 1976,32с

Воробьев В. В. Респонсионный привод. М.:Машиностроение, 1978.

108с

А.С.№ 56 2457(СССР) Способ поворота многоопорного транспортного средства на месте /И.Ф.Кажукало, В. И. Комиссаров, В. К. Мишкинюк, П. С. Сологуб.

Опублик в 1977,№ 23,М.Кл. В 6215/00

— Динамика планетохода.Е.В.авотин, И. С. Болохвитинов, А. Л, Кемурджиан и др.М.:Наука, 1979,438с.

Глазенко Т. А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М.-Л.:Энергия, 1973.

187с Загородников Е. И., Медведко

А.С. Усиоитель мощности с широтно-импульсной модуляцией//ПТЭ1978.№ 6С.18−24

Розно Ю.Н. О некоторых возможностях управления БДПТ //Электронная техника и автоматика. М.:Сов.радио, 1978

Вып 10. С185−191.

По материалам доклада Л. С. Абрамова, А. Н. Богачева, М. И. Маленкова и А. С. Цыганова «О создании приводов транспортных роботов на базе электродвигателей типа ДБМ» на научно-техническом семинаре в МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1988 г.

А.с.№ 133 1717(СССР) Способ поворота транспортного средства со всеми ведущими и поворотными колесами и устройство для его осуществления /Н.Е.Бечвай, С. А. Владыкин, М. И. Маленков и др.- Опубл.

в БИ, 1987, № 31,В62Д7/14

Владыкин

С.А., Маленков

М.И. Особенности схем механизмовшагания колесно-шагающего движителя//Тез.доклада на I Всесоюз.

конф.по механике управлению движением шагающих машин. Волгоград:

1988.С19.

Передвижение по грунтам Луны и планет/В.В.Громов, Н. А. Забавников, А. Л. Кемурджиан и др.М.:Машиностроение, 1986.

265с