CN106005094B - 一种多功能全地形特种车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能全地形特种越野车，包括车体、车轮组件、动力驱动装置、传动装置；车体两侧安装有车轮组件，由动力驱动装置提供动力，由传动装置将动力传递至车轮组件。车轮组件包括车轮轴与轮毂；车轮轴两端通过轴承安装于两个悬臂的顶端；两个悬臂的底端与车体内安装的悬臂驱动装置相连，通过悬臂驱动装置驱动悬臂上下摆动；轮毂为两个，外圈采用螺旋线结构，套在车轮轴上；且外圈外缘设计为刀刃型；轮毂内圈设计为内嵌叶片。本发明面向军事战争，抢险救灾，极地考察，民用驾驶等领域。具有改变底盘高度、改变车轮轴距、爬坡越障、水陆两栖等功能。可用于岩土、沙漠、冰面、雪地、沼泽和深水等复杂地形与极端环境探测和作业。

Description

一种多功能全地形特种车

技术领域

本发明属于多功能特种车领域，具体涉及一种具有独特车体及轮胎结构的多功能全地形特种车。

背景技术

螺旋推进车，最早于1868年美国发明家Jacob Morath提出设计概念，1907年美国人James和Ira Peavey制造出第一辆螺旋推进车，是一种利用螺旋切削原理，适宜在雪地、泥地等恶劣地形行驶的特种车辆。但由于这种车辆车轮质量大，导致耗油量大，且不能在平坦路面行驶，因此未能得到推广。螺旋推进车至今只在少数地区使用。

最初由英国发明家Richard Love提出了连续推进方式。1868年，美国发明家JacobMorath设计出了这个方案的雏形：使用螺旋推进的车辆。当然当时没有得到其他人的认可。1907年，美国人James和Ira Peavey制造出了这辆螺旋推进车，当时打算用它在缅因州帮助运送砍伐下的木材。1929年设计出来的螺旋雪地车----其实是一种用来拖运木材的拖拉机。这辆车当时被证明效果非常好，相当灵活，动力强劲，因为螺旋推进的车辆可以顺利通过任何混杂雪和软泥的恶劣条件。不必担心它像一辆履带车那样被困住，因为这种车运动部件很少，可靠性很高。二战时，苏联也曾研制螺旋推进车，不少都落入德国人手中。二战之后，苏联方面仍然继续研究螺旋推进车，并使之逐步实用化。苏联人设计了SHN-1型全地形车，它平时由专用卡车背负，执行任务时，由卡车上携带的吊装设备将其钓离车厢放置地面，然后它就自行展开行动。它是为了寻找掉落丛林的卫星以及飞船返回舱。苏联发明这种车辆是为了应对其多变的地形和恶劣的气候，它可以走崎岖的路面却走不了平坦的路面，然而，它太笨重了，行进过于缓慢，而且它还非常费油。螺旋推进车超过履带车的优点是可以轻松实现水陆两栖的性能，但当初螺旋筒是空心的，所以可以当做浮筒。在1960年，荷兰发明家Joseph Jean de Bakker’s制造的螺旋推进车Amphirol，能灵活的穿越沼泽、水潭和其他复杂的地形，还能横向移动，其他任何履带车辆或者轮式车辆都无法做到。

但目前的螺旋推进车主要有以下不足：

1、螺旋推进车的螺旋筒无法减轻重量，因而耗能费油。

2、水陆两栖螺旋推进车由于依赖空心浮筒的浮力在水中通过，无法实现上浮或下沉，且推进效率低。

3、螺旋推进车无法改变车轮间距及离地间隙，在狭窄空间中无法行驶，在平坦路面上风阻系数较高，且越障能力较轮式汽车无明显增强。

发明内容

针对现有螺旋推进车的不足，本发明提出一种多功能全地形特种车，在非流质地面(冰面、雪地等)利用车轮与地面间的非完整约束实现螺旋推进，在流质地面(沙土地、泥地等)及水中利用螺旋刀刃或螺旋内嵌叶片推进，取决于车轮陷入的深度。

本发明多功能全地形特种车，包括车体、车轮组件、动力驱动装置、传动装置；车体两侧安装有车轮组件，由动力驱动装置提供动力，由传动装置将动力传递至车轮组件。

所述车轮组件包括车轮轴与轮毂；其中，车轮轴轴线沿车体前后设置，两端通过轴承安装于两个悬臂的顶端；两个悬臂的底端与车体内安装的悬臂驱动装置相连，通过悬臂驱动装置驱动悬臂上下摆动；

轮毂为两个，整体的外圈均采用螺旋线结构，分别套在车轮轴前半段与后半段上；且外圈外缘均设计为刀刃型结构；轮毂内圈设计为内嵌叶片，叶片的叶根与轮毂的外圈固连，叶尖固定于车轮轴上。

本发明的优点在于：

1、本发明多功能全地形特种车，车轮的结构适应全地形环境，抓地力强；

2、本发明多功能全地形特种车，本发明多功能全地形特种车，螺旋外圈且内嵌叶片的轮毂结构，结合悬臂驱动装置，可提高在水中推进效率；车轮组件中3、本发明多功能全地形特种车，采用镂空内嵌螺旋叶片加固的轮毂，大幅减轻车体重量；

4、本发明多功能全地形特种车，通过悬臂驱动装置改变车体离地间隙及车轮间距，提高车体陆路通过能力。

5、本发明多功能全地形特种车，两侧车轮差速旋转可实现车体的偏航运动，调姿叶轮可以实现车体在水中的滚转与俯仰运动。

附图说明

图1为本发明多功能全地形特种车的整体结构示意图；

图2为本发明多功能全地形特种车的车体内部结构示意图；

图3为本发明多功能全地形特种车中车体结构示意图；

图4为本发明多功能全地形特种车中车体一侧结构示意图；

图5为本发明多功能全地形特种车中悬臂驱动装置结构示意图；

图6为本发明多功能全地形特种车中车体姿态调整方式示意图；

图7为本发明多功能全地形特种车中张紧装置结构示意图；

图中:

1-车体 2-动力驱动装置 3-悬臂驱动装置

4-悬臂 5-车轮组件 6-传动装置

7-张紧装置 101-发动机整流罩 102-叶轮排水通道

201-驱动台架 202-发动机 203-U型凹槽

301-保护外壳 302-悬挂作动器 303-悬挂支撑柱

304-驱动轴 305-上安装板 306-下安装板

307-减震弹簧 308-悬臂安装板 301a-保护侧板

301b-保护顶板 301c-底板 301d-凸耳

501-车轮轴 502-轮毂 503-叶片

601-驱动轮 602-传动带轮 603-第一传动链轮

604-第二传动链轮 701-张紧轮 702-张紧轮轴

703-拉簧

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明多功能全地形特种车，包括车体1、动力驱动装置2、悬臂驱动装置3、悬臂4、车轮组件5与传动装置6、如图1、图2所示。

所述车体1为仿船形多面体外壳，底部借鉴船体形状特征，具有水中稳定前进及陆路越野蔽障的能力，如图3所示，车体1后部位于上表面两侧设计有沿外壳轴向布置的梭形发动机整流罩101，以减小风阻系数，同时可提升车体1内部发动机的散热能力。同时在外壳内部后端设计有L型叶轮排水通道102。叶轮排水通道102两端分别与外壳上表面与后端面连通；且叶轮排水通道102与上表面连通处靠近两个发动机整流罩101后端。叶轮排水通道102内安装有调姿叶轮，调姿叶轮由叶轮驱动发动机驱动旋转，改变车体1在水中的姿态，实现本发明多功能全地形特种车在水中的全方向运动。

车体1沿前后方向的竖直中平分面两侧，相同的安装方式对称安装有一套动力驱动装置2、两套悬臂驱动装置3、两个悬臂4一组车轮组件5以及一套传动装置6。

下面对车体竖直中平分面一侧的动力驱动装置2、悬臂驱动装置3、悬臂4、车轮组件5以及传动装置6的结构及安装方式进行说明，如图4所示：

所述动力驱动装置2包括驱动台架201与发动机202。其中，驱动台架201为板状结构，水平设置，位于车体1内部，前后两端分别与车体1前后端固定。所述发动机202采用电机，位于车体1内部，且位于发动机整流罩101下方，通过发动机座安装于驱动台架201上，且使发动机输出轴轴线沿车体1前后方向设置。上述驱动台架201后端上表面上可用来安装叶轮驱动电机。

两套悬臂驱动装置3位于车体1内部，分别安装于驱动台架201前后两端处，包括保护外壳301、悬挂作动器302、悬挂支撑柱303、驱动轴304、上安装板305、下安装板306与减震弹簧，如图5所示。其中，保护外壳301具有周向三个面上的保护侧板301a，以及保护顶板301b与保护底板301c。保护外壳301内部安装悬挂作动器302，悬挂作动器302采用驱动舵机；同时在保护顶板301b与保护底板301c周向三边位置设计有对称的具有穿孔的凸耳301d。悬挂支撑柱303为三根，分别穿过保护顶板301b与保护底板301c上相对称的穿孔，两端分别固定于相互平行的上安装板305及下安装板306上。三根悬挂支撑柱303上，位于保护顶板301b与上安装板305间，以及保护底板301c与下安装板306间套有减震弹簧307。上述结构的两套悬臂驱动装置3，通过上安装板305固定于驱动台架201底面，通过下安装板305固定于车体1底部，并使悬挂作动器302的输出轴轴线沿车体1前后方向设置，且同轴。驱动轴304位于车体1内部，与悬挂作动器302的输出轴同轴设置，两端分别固定安装于两套悬臂驱动装置3中的悬挂作动器302的输出轴上；同时在驱动轴304两端设计有悬臂安装板308，用于安装悬臂5。

所述两个悬臂4位于车体1外部，采用三角形截面框架结构，底端穿过车体侧壁上设计的缺口，分别固定安装于两套悬臂驱动装置3中驱动轴304端部的旋臂安装板308上，顶端用于安装车轮组件5。

所述车轮组件5包括车轮轴501与轮毂502。其中，车轮轴501轴线沿车体1前后设置，两端通过轴承安装于两个悬臂4的顶端。轮毂502为两个，整体的外圈均采用螺旋线结构，分别套在车轮轴501前半段与后半段上；且外圈外缘均设计为刀刃型结构。轮毂502内圈设计为内嵌叶片503，叶片沿轮毂502的螺旋线等角度间隔排列；叶片503表面为依照轮毂502的螺旋线的特征设计的的直纹面，叶根与轮毂502的外圈固连，叶尖固定于车轮轴501上。令两个轮毂502分别为前部轮毂502a与后部轮毂502b；其中，前部轮毂502a外圈前端的螺旋线结构半径设计为由前至后逐渐增大，其余部分螺旋线半径相等，且与后部轮毂502b外圈螺旋线结构半径相等。

所述传动装置6包括一级传动装置与二级传动装置。其中，一级传动装置包括驱动轮601、传动带轮602与传动皮带。驱动轮601固定安装于动力驱动装置2中发动机202输出轴上；传动带轮602固定安装通过轴承安装于悬臂驱动装置3中驱动轴304中部；驱动轮601与传动带轮602间通过传动皮带套接。二级传动装置包括第一传动链轮603、第二传动链轮604与传动链条。其中。第一传动链轮603套在悬臂驱动装置3中驱动轴304中部，且固定于驱动轮601上；第二传动链轮604固定安装于车轮组件5中车轮轴501中部。第一传动链轮603与第二传动链轮604间通过传动链条套接。

上述结构的多功能全地形特种车，通过动力驱动装置2中发动机202提供推进动力，动力经一级传动装置传递至二级传动系统，最终由二级传动系统将动力传递至车轮轴501，进而带动两个轮毂502的转动。通过车轮组件2中轮毂502的螺旋线特征，使轮毂502可绕车轮轴501中心线转动，此时轮毂502外圈外缘的刀刃形结构设计，使轮毂502与地面作用产生具有非完整约束的滑滚运动，并产生沿刀刃型结构方向的绝对速度。本发明多功能全地形特种车的前进速度(牵连速度)方向与螺旋线结构轴线平行，大小取决于轮毂502外圈螺旋线结构的螺旋角；轮毂502的转动线速度(相对速度)与螺旋线结构轴线方向垂直。车轮组件5中前部轮毂502a外圈前端设计的小半径螺旋线结构，可实现多功能全地形特种车的越障能力。轮毂502中的内嵌叶片503设计实现对车轮组件5的推进作用，同时支撑轮毂502外圈。

本发明多功能全地形特种车以前所未有的方式进行全地形通过，不但可以拥有较大抓地力以便穿越地形，且车轮的结构同时适用于流质地形与非流质地形，可在冰面、雪地等地形在非完整约束的作用下实现前进(冰刀或轮滑原理)，在沙土、泥土等地形通过轮毂502外圈的螺旋线结构及刀刃型结构设计在螺旋切削的作用下实现前进，在沼泽等地形通过轮毂502上的内嵌叶片503在反推力的作用下实现前进；且通过控制两个车轮组件5的差速转动实现旋转或转弯。

本发明的多功能全地形能特种车，在行进过程中，通过悬臂驱动装置3可使车体1同侧悬臂4的同步上下摆动，进而改变车体1离地间隙、车体1两侧的车轮组件5的轴距，如图6所示，实现车体1姿态的调整，使多功能全地形特种车具备更强的越障、避障能力，以适应不平整的路面，防止发生侧翻。同时，悬臂驱动装置3中的减震弹簧307还可在多功能全地形特种车行进过程中，吸收来自路面的冲击以及水流波动对车体1造成的震荡，起到减震作用。

由于本发明中的悬臂驱动装置3的减震作用，会造成一级传动系统中驱动轮304与传动带轮602间的距离发生变化，造成两者间传动皮带的松脱；因此本发明中还设计有张紧装置7，如图7所示，包括张紧轮701、张紧轮轴702与拉簧703；同时将动力驱动装置2中驱动台架201中部设计一个U型凹槽203，且在U型凹槽203的两侧壁上对称开有水平的滑槽204。张紧装置7中，张紧轮701通过轴承安装在张紧轮轴702上，张紧轮轴702两端分别伸入U型凹槽203的两侧壁上的滑槽204内，轴向与滑槽204间定位，只可沿滑槽204移动；U型凹槽203两侧壁间还安装有固定板205，固定轴205与张紧轮轴702轴线平行，且位于同一水平面上；固定轴205用来安装拉簧703。所述拉簧703为两根，分别位于张紧轮701两侧，一端固定于张紧轮轴702上，另一端固定于U型凹槽203端部安装的固定板上上固定板205上。由此，将传动皮带同时套接张紧轮701、传动轮304与驱动轮601；进而通过拉簧703使张紧轮701始终具有朝向车体1竖直中心平面的运动趋势，使传动皮带始终处于拉紧状态。

Claims (7)

1.一种多功能全地形特种车，包括车体、车轮组件、动力驱动装置、传动装置；车体两侧安装有车轮组件，由动力驱动装置提供动力，由传动装置将动力传递至车轮组件；其特征在于：所述车轮组件包括车轮轴与轮毂；

车轮轴轴线沿车体前后设置，两端通过轴承安装于两个悬臂的顶端；两个悬臂的底端与车体内安装的悬臂驱动装置相连，通过悬臂驱动装置驱动悬臂上下摆动；车体同侧具有两个悬臂驱动装置，悬臂驱动装置安装车体内设置的驱动台架上，包括保护外壳、悬挂作动器与驱动轴；其中，悬挂作动器安装于保护外壳内，且输出轴沿车体前后方向设置；车体同侧的两个悬臂驱动装置中悬挂作动器的输出轴与一根驱动轴两端相连，驱动轴两端设计有悬臂安装板，分别与车体同侧两悬臂底端相连；

轮毂为两个，整体的外圈均采用螺旋线结构，分别套在车轮轴前半段与后半段上；且外圈外缘均设计为刀刃型结构；轮毂内圈设计为内嵌叶片，叶片的叶根与轮毂的外圈固连，叶尖固定于车轮轴上。

2.如权利要求1所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：叶片沿轮毂的螺旋线等角度间隔排列；叶片表面为依照轮毂的螺旋线的特征设计的直纹面。

3.如权利要求1所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：车轮轴前半段上的轮毂外圈前端的螺旋线结构半径设计为由前至后逐渐增大。

4.如权利要求1所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：悬臂驱动装置还包括悬挂支撑柱、驱动轴、上安装板、下安装板与减震弹簧；其中，悬挂支撑柱穿过保护顶板周向上设计的穿孔，顶端与底端分别安装于上安装板与下安装板上；悬挂支撑柱上，位于保护外壳顶面与上安装板间，以及保护外壳底面与下安装板间套有减震弹簧。

5.如权利要求1所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：传动装置包括一级传动装置与二级传动装置；其中，一级传动装置包括驱动轮、传动带轮与传动皮带；驱动轮固定安装于动力驱动装置中发动机输出轴上；传动带轮通过轴承固定安装于悬臂驱动装置中驱动轴中部；驱动轮与传动带轮间通过传动皮带套接；二级传动装置包括第一传动链轮、第二传动链轮与传动链条；其中，第一传动链轮套在悬臂驱动装置中驱动轴中部，且固定于驱动轴上；第二传动链轮固定安装于车轮组件中车轮轴中部；第一传动链轮与第二传动链轮间通过传动链条套接。

6.如权利要求5所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：传动装置还具有张紧装置；张紧装置包括张紧轮与拉簧；将传动皮带同时套接张紧轮、传动带轮与驱动轮；进而通过拉簧使张紧轮始终保持对传动皮带的拉力。

7.如权利要求1所述一种多功能全地形特种车，其特征在于：车体为仿船形多面体外壳，底部为船体形状，车体上表面设计发动机整流罩，外壳后部还设计有叶轮排水通道，叶轮排水通道内安装有调姿叶轮，调姿叶轮由叶轮驱动发动机驱动旋转。