Krasnodar, Krasnoyarsk, Russian Federation
Krasnodar, Krasnodar, Russian Federation
GRNTI 55.01 Общие вопросы машиностроения
GRNTI 55.13 Технология машиностроения
The paper reports the consideration of transport machines propeller creation for their motion on land, on water and under water at high speed, with greater load carrying capacity and low energy consumption. The increase of technological potentialities, speed and load carrying capacity of transport machines is achieved by means of manufacturing a propeller as a helical jacket with the possibility of drive shaft rotation. Such propellers are called helical by us, as around their perimeter along the entire length there are formed multistart helical curved surfaces like helical grooves of different forms and dimensions. As a result of the work carried out the designs of helical propellers are offered which novelty is confirmed by patents for invention and their classification in which is a general principle allowing the development of still unknown designs of helical propellers. The original design search of helical propellers was carried out by the methods of descriptive geometry and engineering graphics which allowed forming them around the perimeter with curvilinear or flat elements with overlaps or without them and also with the aid of “Compass-3D” program complex. The technologies and designs of helical propellers ensuring high speed of transport machine mo-tion on land, on water and under water are offered.
helical propeller, multistart helical curved surfaces, helical grooves, fabrication method
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. Danilov, R.G. Razvitie konstrukcii rotorno-vintovyh dvizhiteley dlya transportnyh i tehnologicheskih mashin / R.G. Danilov // Stroitel'nye i dorozhnye mashiny. - M.: SDM-Press, 2015. - № 1. - S. 53-58.
2. Pat. 2473447 Rossiyskaya Federaciya, MPK B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Dvizhitel' vintovoy / G.V. Serga, V.D. Taratuta; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2011107360/11; zayavl. 25.02.11; opubl. 27.01. 13, Byul. № 3. - 3 s.
3. Pat. 2550103 Rossiyskaya Federaciya, MPK MPK V60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036, B63G 8/00. Sredstvo transportnoe / G.V. Serga, M.G. Serga; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2014107118/11; zayavl. 25.02.14; opubl. 10.05.15, Byul. № 13. - 3 s.
4. Pat. 2470827 Rossiyskaya Federaciya, MPK V63N 11/00, V63N 1/12, V60F 3/00, V62D 57/036. Dvizhitel' pryamotochnyy / G.V. Serga, V.D. Taratuta; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2011112927/11; zayavl. 04.04.11; opubl. 27.12.12, Byul. № 36. - 3 s.
5. Pat. 2472663 Rossiyskaya Federaciya, MPK B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Prohodnoy dvizhitel' / G.V. Serga, V.D. Taratuta; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 201112269/11; zayavl. 30.03.11; opubl. 20.01.13, Byul. № 2. - 3 s.
6. Pat. 2472664 Rossiyskaya Federaciya, MPK B62D 57/036, B63H 1/38, B60F 3/00. Dvizhitel' konicheskiy / G. V. Serga, V. D. Taratuta ; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2011109175/11; zayavl. 11.03.2011; opubl. 20.01.2013, byul. № 2. - 3 s.
7. Pat. 2482000 Rossiyskaya Federaciya, MPK V63V 11/00, V63H 1/12, V60F 3/00, V62D 57/036. Vintovoy dvizhitel' / G.V. Serga, V.D. Taratuta; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2011112923/11; zayavl. 04.04.11; opubl. 20.05.13, Byul. № 14. - 3 s.
8. Pat. 2493019 Rossiyskaya Federaciya, MPK B60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036. Dvizhitel' / G.V. Serga, V.D. Taratuta; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2011113594/11; zayavl. 07.04.11; opubl. 20.09.13, Byul. № 26. - 3 s.
9. Pat. 2493019 Rossiyskaya Federaciya, MPK B60F 3/00, B63H 1/12, B62D 57/036, B63G 8/00. Transportnoe sredstvo / G.V. Serga, M.G. Serga; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy univer-sitet. - № 2014107119/11; zayavl. 25.02.14; opubl. 10.04.15, Byul. № 10. - 3 s.
