专利名称:铲入式步行拖拉机之三(登山战车)的制作方法
本发明涉及一种新的行走驱动装置。铲入式步行驱动装置，这种驱动装置使战车(坦克)能登坡度较大的山坡。
就申请人所知，现用的坦克、装甲车其推进力等于其驱动装置(履带或轮胎)压在地面的正压力和土壤附着系数之乘积。但此正压力随坡度加大而减小，因此这类战车不能登上坡度大的山坡。
铲入式步行驱动装置的驱动铲子靠冲击力铲入土中，在土中形成斜面，依靠此斜面对铲子的反作用力形成战车的推进力，此推进力仅与铲子宽度、入土深度以及土壤性质有关。而与战车压在坡面上的正压力无关，因此坡度大也能上去。土壤力学的兰金(RANKINE)理论对此力作了分析，可以根据此理论和实际测定求出推进力。
登山战车具有多对铲子，以步行方式运动。适用于坡度大土层厚或有少许石头露出的山坡，对完全是石头的山坡无法登上，但云南、广西边境的山地处于热带雨林地区，风化严重，植被茂盛，表土较厚大多数地方可以使用这种战车。
登山战车(可作拖拉机)的动力传动布置图，见图1，发动机动力传至变速箱后的小园锥齿轮1，它带动中央传动装置的大园锥齿轮2，装在其上之差速器3随之转动，差速器里的行星齿轮4将动力分配给左右两半轴齿轮5带动两半轴6转动，两半轴上各安装有一制动鼓7，制动制动鼓可使战车刹车，单边制动可使战车转向。两半轴另一端各安装一小减速齿轮8，它带动安在传动轴上的大减速齿轮9，在传动轴10的另一端安装双曲柄速度调匀机构的主动曲柄O′1A″1，它通过连杆A″1A″2带动被动曲柄O′2A″2，被动曲柄O′2A″2安装在最终传动小减速齿轮11上，小减速齿轮11安装在轴O′2上，它与最终大减速齿轮12的齿数比是1∶2(这样安排为的是将以360度为一变化周期的被动曲柄O′2A″2的动力传给以180度为一变化周期的步行机构曲柄O3A3)最终大减速齿轮12与曲柄轴O3H3制成一体，当它转动时曲柄O3H3随之转动，通过连杆M1M2M3带动前后两个与O3H3相同的曲柄O1H1、O2H2旋转起来。三个曲柄的两端分别安上步行机构的曲柄O1A1、O1A′1和O2A2、O2A′2及O3A3、O3A′3。O1A1、O2A2和O3A3它们的位置相同。O1A′1、O2A′2和O3A′3它们的位置相同。二者相差180度，曲柄O1H1、O2H2和O3H3三者位置相同，当它们处于止点位置时(即O1H1、O2H2、O3H3处在一条直线上时)曲柄O1A1、O2A2、O3A3正处在步行机构铁脚A1B1C1和A3B3C3着地一瞬间，此时步行机构负荷最小，曲柄O1H1、O2H2和O3H3最容易越过止点(越过止点的力量，靠整个转动系统的惯性力)当动力传到O1H1、O2H2和O3H3三曲柄时，战车左边前、中、后三个步行机构一齐以相同的速度运动，同样右边的前、中、后三个步行机构也以相同速度运动起来，整个战车也就开动了。
小减速齿轮8还与中间齿轮13接合，中间齿轮13安装在中间轴14上，它又与另一大减速齿轮15接合，带动驱动轴16，驱动轴16安装车轮毂17，车轮毂17上安装轮胎。当登山战车处于运输状态时，驱动轴可绕半轴6的中心向下转动到运输位置，使轮胎18着地(车身升起步行机构的铁脚铲子离开地面)登山战车变成一般战车，可以在公路上行驶作战。除后面两个驱动轮外，在前部还应有一个或两个导向轮，在登山作战时，导向轮收起来离开地面。在运输时，它与驱动轮同时着地共同把机身抬起，使步行机构铁脚铲子离开地面。(此时应将大减速齿轮9与小减速齿轮8分离，切断输往步行机构的动力)登山战车的行进有如牛步行一样，牛用4只脚在地上交换动作实现步行运动。登山战车则需要经常有4只脚在地上支持车身保持稳定为了保证交替动作的完成，另外还应有4只脚举起向前迈步，因此登山战车需要八只脚才能保证实现其步行运动。
战车左右两边的前后各有一步行机构，全机共有四个步行机构(此外在两边中部还有两个类似的机构，但它们不是用作步行运动的，而是用来安装铲子升降机构的)一个步行机构的内外两侧各有一只脚，它们的曲柄位置相差180度，这样才能保证动作的交替，实现步行运动。图1正视图表示战车左边前后两个步行机构。前面的曲柄O1A1、O1A′1，后面的曲柄O3A3、O3A′3曲柄O1A1和O3A3位置相同。它们驱动的铁脚A1B1C1和A3B3C3位置相同，速度也相同(此时它们正处于着地驱动阶段)曲柄O1A′1和O3A′3的位置相同，它们驱动的铁脚A′1B′1C′1和A′3B′3C′3位置相同，而且速度也相同(此时正处于举起向前迈步阶段)中央的曲柄O2A2和O2A′2，它们与前后两相应曲柄位置相同(O2A2与O1A1O2A′2与O1A′1相同)中央的曲柄不是用来驱动铁脚步行，而是用来驱动产子升降机构的。
左边前后两个步行机构各杆件尺寸完全一样，位于一侧的机构(内侧或外侧)不但杆件尺寸相同，而且位置也相同，因此前后两步行机构的同一侧铁脚运动完全一致，不会发生干涉。
左边前后的步行机构内外两侧的铁脚，由于它们的曲柄相差180度(O1A1与O1A′1O3A3与O3A′3)因此当外侧前后两铁脚A1B1C1和A3B3C3站在地上驱动时，内侧两铁脚A′1B′1C′1和A′3B′3C′3则举起向前迈步，反之也是一样，这样内外两侧的铁脚交替动作，保证实现了步行运动。同样右边前后两个步行机构的铁脚的运动也是一样的。
左右两边的动力由中央差速器分出，当左右两边的铁脚的速度不一致(由于采用了双曲柄速度调匀机构，两边速度不一致已很小)经过中央差速器的调节达到一致，从而战车直线行驶。
登山战车利用其驱动铲子深深地铲入土中，在驱动时依靠土壤的反力形成推进力，为了减少因铲子铲着石头铲不进而失去推进力的机会，登山战车应采用很多把铲子。这样除了山表面完全是石头(这种山是少数)不能登上去以外，其余的山都可登上去(多数的山有土也有石，有的铲子铲着土铲得进。有的铲子铲着石头铲不进。只要有一半的铲子铲入土中，就可以产生足够的推进力登上山去。站在地面上的四只铁脚压在地面上的正压力也可产生一部分推进力，这部分推进力等于正压力乘土壤的附着系数)登山战车的铲子排列前后两铁脚之间这段长度上，登山战车左右两边各有一内侧和一外侧，共有四排铲子，每排铲子需要一铲子升降机构进行升降动作。所以整个战车共需要四个铲子升降机构，每个铲子升降机构的构造尺寸和作用完全一样，这里只举左边外侧的一个铲子升降机构为代表，见图2，中间步行机构的曲柄O2A2的肖轴A2上安装一扇形齿轮1(这齿轮是一不完全带齿的齿轮，根据需要部分园周上没有齿)当铁脚A1B1C1、A3B3C3及它们所带的铲子驱动完了需要升起向前迈步时，扇形齿轮1的有齿部分的轮齿开始与中间齿轮2接合，带动中间齿轮2顺时针方向旋转，中间齿轮2带动齿条框3上行，齿条框上有一齿条杆插入活塞4的孔中，带动活塞4上行，活塞4上的拉杆5(也可用钢丝绳)下端有一半球D2当活塞拉杆5随活塞4上升时，半球D2拉动下桁架6随之上升(采用桁架结构的目的是避免因跨度大在受弹簧力或土壤阻力作用产生大的弯曲力矩使构件过度变形，而桁架结构把作用力变成沿杆向的拉力或压力，对构件不产生弯曲力矩，从而减小变形，至于采用何种桁架结构形式，实施发明者自行决定)下桁架6两端分别与前后铁脚在D1和D3处活动连接(与D1和D3肖轴可相对转动而不能相对移动)连接点D1和D3是短杆D1E1和D3E3上的点短杆D1E1和D3E3沿着铁脚上的滑槽D1G1和D3G3上下运动(为了减少摩擦，短杆两头可安装滚轮，沿滑槽上下滚动)两滑槽的中心线分别与C1F1和C3F3重合，中部的活塞4上下行程的中心线与D2F2重合。由于C1F1与C3F3及D2F2无论何时都平行，D1、D2和D3沿滑槽或D2F2线上升或下降时，D1与D2∶D2与D3∶D1与D3的距离始终保持不变，因此下桁架6可以在运动着的铁脚滑槽中上升或下降。
为了使下桁架能承受弹簧压力和铲子入土时土壤反冲力形成的扭矩，应使E1和F3也与下桁架连接，但下桁架上行时，滑槽要相对于下桁架转动，为了避免运动干涉使下桁架不能上行，应在正对着E1和E3点位置的下桁架钢板上开出两小段园弧，此园弧以D1或D3为园心，以D1E1或D3E3长为半径画出。园弧有多长？起止点何处？取决于滑槽相对于下桁架的转动。
上桁架以F1、F2、F3三点与前后两铁脚和中间连杆A2B2F2活动连接在上下桁架之间安装8套铲子组件，每套包括下套筒7上套筒8和推力弹簧9。上套筒与上桁架活动连接，接头标上数码。8套铲子组件都是一样的。因此在图上只用一组表示，铲子与下套筒是一体的，当放铲时铲子通过下桁架的孔道一直延伸到土中，当活塞杆上行时，在半球D2带动下，下桁架随之上升，同时下桁架又带动下套筒7上升，铲子也随之上升，在下套筒上升过程中推力弹簧9被压缩了，压缩弹簧所消耗的机械功变成弹簧的势能。
当下桁架沿着前后两铁脚的滑槽上升了一个S全行程之后，扇形齿轮的有齿部分走完，与中间齿轮分离。被压缩的8根推力弹簧失去了平衡力，在它们的压力推动下，8个下套筒推动下桁架和活塞及其拉杆、齿条框一齐加速下降，先走一个空行程S空(此时铲子没有接触地面)弹簧一部分势能被释放出来，转变成下行构件的功能。
弹簧释放出来的能量 W＝∫NdSN为弹簧的压力N＝N全-KS＝KS全-KSN全是弹簧压缩终了的压力K为弹簧的压力系数(相当于弹簧被压缩一米弹簧压力kg数)W＝∫NdS＝∫(KS全-KS)dS＝KS全S-KS2/2构件下降时重力作用的功和摩擦力消耗的功都很小，可以认为互相抵消了，因此省略不计，减少计算的复杂性，而结果误差很小。8根弹簧释放出来的能量为8W，它们转变成下行构件的动能，如果下行构件重G′下行速度为V，它们具有动能EE＝G′V2/2g＝8W＝8KS全S-4KS2V＝(16KgS全S-8KgS2)/G′]]>然后铲子开始铲入土中，由于土壤阻力作用使铲子减速，第1、2、3把铲子铲入未经铲过的生土，土壤阻力大，后面五把铲子安排得当将分别铲入前面三把铲子铲出的铲穴中，阻力很小(步行机构一步长度为L，跨一步长2L，在2L距离中安置四把铲子，铲间距离为2L/3，这是大致的安置，考虑土壤变形，可在第3和第4铲之间缩短一、二公分，在第6和第7铲之间缩短一、二公分，这样第4和第7把铲子将铲入第1把铲子铲出的铲穴中，第5和第8把铲子铲入第2把铲子的铲穴中，第6把铲子铲入第3把铲子的铲穴)此时下桁架以速度V下降(铲子接触地面，速度迅速下降为零，下桁架与带着铲子的下套筒分离)如不采取措施，下桁架具有的动能将打击在铁脚的滑槽底部损失了，而第1、2、3把铲子则因入土能量不够入土不深。为了利用下桁架的动能，在第1、2、3把铲子与下桁架接触处安装上活门，见图3。活门是单向开的，当下桁架上升时，下套筒压在活门上，活门开度最小，只容许铲杆较小部分通过，活门下方有阻钉阻止活门向下开放，活门受下套筒里的推力誓弹簧作用处于不动状态。当铲子入土速度降低，而下桁架仍以高速下降，铲子凸肩部分接触活门，活门给予铲子凸肩力量，帮助铲子入土，调节活门弹簧压力(先予压缩)可得需要的力，使下桁架的动能转变为铲子入土的功。当铲子铲着石头，阻力极大，活门受铲子凸肩很大的冲击力，这力克服了活门弹簧之力，使活门向上转动，开大活门入口口径，铲子凸肩越过活门，下桁架下去，铲子不下去。其余未铲着石头的铲子随下桁架下去，铲入土中。
活门的作用是在弹簧预紧力作用下，产生一个压在铲子凸肩上的压力，这压力使下桁架的动能变成帮助铲子入土作的功。在铲子铲着石头碰到极大的冲击力时，压缩活门弹簧使活门打开，使铲着石头的铲子跳起来，但不影响其它铲子入土。
除了第1、2、3把铲子处安装活门外，还应在第6、7、8把铲子处安装活门(倒档时用)第4、5两把铲子处就可以不安装活门了。
如果有一把铲子因铲着石头跳了起来，在驱动结束后下桁架升起的过程中，跳起来的铲子会还原的。因为它已将它的推力弹簧压缩了一个行程S土在下桁架升起过程中，如果由于活门弹簧夹住铲子不能回原位，推力弹簧将再被压缩一个全行程S全，这是不可能的，因为推力弹簧已被压缩到没有空隙了，在此之前弹簧压力猛升，早已大于活门弹簧压力压在铲杆上产生的摩擦力，迫使铲子回到原位，铲杆厚度从上至下慢慢加大，利于铲子回复原位，见图4。
由于第1、2、3、把铲子铲入生土，阻力大，土壤阻力分别用P1、P2、P3代表，另外五把铲子的阻力小(因为它们铲入前面铲子铲出的铲穴中)用P4、P5、P6、P7、P8表示。八把铲子阻力合成P，P力使下行构件(除去活塞组)迅速减速，在下行构件质心处产生惯性力PW，加上八根推力弹簧压力的合力P′，(PW+P′)与P力形成一个力偶(见图5)此力偶为前后两铁脚的滑槽内的滑杆肖D1E1和D3E3产生的两个作用力PD1E1和PD3E3]]>所形成的力偶所平衡。
下桁架因压迫铲子入土而减速了，但活塞组(包括齿条框、活塞及拉杆)仍以速度V在重力和弹簧压力作用下加速下降，直到活塞撞到止点为止(活塞组动能转变为撞击热能消失在空气中)为了避免活塞拉杆下端的半球D2被泥土和石头顶起，造成阻碍，A2B2F2构件应下延弯曲到半球D2下方形成一个保护底，保护半球D2不受石头和泥土的作用。
下桁架在活塞拉杆的下端半球D2带动下，上升到最高位置，这时八组推力弹簧被压缩到最短，具有很大压力(积蓄了很大的弹簧势能)当扇形齿轮最后一齿与中间齿轮分离，弹簧压力失去平衡力，推动下套筒铲子、下桁架以及活塞组加速下行。为了设计铲子升降机构，必须计算下行时间、下行时间包括两部分空行时间与入土时间。
空行时间的计算假定推力弹簧开始被压缩时压力为零(根据需要也可以不为零)压缩终了每根推力弹簧压力为N全，N全＝KS全当铲子和下桁架下行一个空行程S空，一根推力弹簧放出能量W1W1＝∫dW1＝∫oS空]]>N dSN＝KS全-KS＝K(S全-S)W1＝
K(S全-S)dS＝KS全S空-KS2空/2八根推力弹簧共放出能量W＝8W1＝8KS全S空-4KS2空这些能量转变成下行构件的动能(略去重力功和摩擦力消耗的功)下行构件总重量为G′(包括活塞组、下桁架及下套筒铲子重量)当其下行行程为S时，具有速度V，下行构件具有动能E＝G′V2/2gE＝W＝G′V2/2g＝8KS全S-4KS2……①
V2＝(16KgS全S-8KgS2)/G′V＝16KgS(S全－S)／2)／G′]]>根据牛顿第二定律求时间G′dV/gdt＝8N＝8K(S全-S)dt＝G′dV/8Kg(S全-S)……②由①式方程可解出SG′V2/2g＝8KS全S-4KS28KgS2-16KgS全S+G′V2＝0S＝S全±S2全－G′V2／8Kg]]>……③将③式代入②式得dt＝G′dV/8Kg[S全-(S全±
)]＝G′dV/8Kg
将V＝16Kgs(S全-S/2)/G′]]>代入大＝G′8Kganc sin2S全S-S2S2全]]>……④当S＝S空时大＝大空＝G′8Kganc sin2S全S空-S2空S2全]]>当S＝S全时大＝大全空＝G′8Kganc sin2S2全-S2全S2全＝]]>π2G＇8Kg]]>……⑤铲子入土时间的计算较困难，因为入土行程S土与土壤阻力之间的关系式R＝f(S)变化多端，不同土壤具有不同的关系式，相同的土壤条件不同(水份含量、植被、温度等)土壤阻力R与S的关系式也不同，入土时间也不同，这样我们如何计算入土时间呢？我们先看两个极端情况一是R＝0即铲子铲入空穴中，这时入土时间大土＝大全空-大空＝G′8Kg]]>( (π)/2 -ancsin2S全S空－S2空S2全]]>)另一种情况是铲子铲着石头，铲不进，阻力R相当于无限大，显然这时入土行程S土＝0入土时间也为0。
从此两极端推想出一个一般情况即土壤阻力R在铲子整个入土过程中是一个常量，并且下行构件的全部能量(活塞组除外)都转变为克服土壤阻力的功而消耗了，以此作为计算入土时间的标准。
压缩8根推力弹簧终了具有的全部能量W全＝8∫KSdS＝4KS2全活塞组重G活在行程中加速到V空，具有动能E活E活＝G活V2空/2g＝G活(16KgS全S空-8KgS2空)/2G′g＝G活(8KS全S空-4KS2空)/G′下行构件能量W′＝W全-E活＝4KS2全－G活G′(8KSS－4KS2空)S土]]>用牛顿第二定律计算入土时间(G′-G活)dV/gdt＝-R大土＝∫todt＝∫ov(G′-G活)dV/-Rg＝(G′-G活)V/Rg……⑥速度V可以这样求出来(G′-G活)V2/2g＝W′＝4KS2全- (G活)/(G′) (8KS全S空-4KS2空)V＝2g ［4KS2全－G活(8KS全S空－4KS2空)］／G′／(G′－G活)]]>如果已求出土壤平均阻力R，速度V就更好求了。
(G′-G活)V2/2g＝RS土V＝2gRS土/(G-G活)]]>将V代入⑥式就可得到大土＝2S土(G′-G活)/Rg]]>铲子下行入土时间大大＝大空+大土＝G′/8Kganc Sin(2S全S空－S2全)/S2全＋2S土(G′－G活)／Rg]]>
拖拉机(或战车)的理论速度V理＝2nL/60＝nL/30米/秒n为步行机构曲柄每分钟旋转次数，L为拖拉机走一步的长度，曲柄旋转一周，拖拉机前进两步。(见图6)一般情况下要求铁脚之底一着地，铲子也应随之铲入土中。但是铲子从放铲到入土需要一段时间，因此扇形齿轮与中间齿轮分离时(此时开始放铲)的曲柄位置应在铁脚之底着地时的曲柄位置的前面，放铲时的曲柄与铁脚底着地时的曲柄之间的夹角就是放铲提前角。此提前角是以低速档为根据决定的，在推力弹簧K值一定，土壤条件一定时，铲子下行入土时间也一定这样保证在低速档时铁脚一着地，铲子同时铲入土中进行驱动。但在高速档时曲柄转速加快，在放铲提前角一定，铲子下行入土时间也一定的情况下，当铁脚着地时，铲子还未入土，等到铲子完全入了土，曲柄已较着地时的曲柄位置落后了一个角度我们称这个角度为铲子入土延迟角。
设高速档曲柄每分钟转数为n，铲子下行入土时间为
秒，铲子放铲提前角为θ，根据已给的这三个数，就可求出铲子入土延迟角△φ△φ＝(360nt/60)-θ铲子入土延迟角不能过大，因为大了影响铲子的驱动，以多大合适由实验决定，决定了这个角度相应地也决定了拖拉机高速档的曲柄转速，从而决定了步行拖拉机的最高理论速度。(见图7)战车登山时如山坡坡度大应采用低速档上山，只有在坡度缓的山坡上可采用高速档前进。
战车倒行时曲柄O2A2顺时针旋转，扇形齿轮1随曲柄O2A2相对于A2B2F2顺时针旋转，当其与中间齿轮接合时，带动中间齿轮反时针方向旋转，在中间齿轮左边的齿条3将被中间齿轮推动向下压，使机构不起作用。为了使铲子升降机构仍起作用，应在中间齿轮右边也配置一根齿条，当战车倒行时，先使左边齿条与中间齿轮分开，再使右边齿条与中间齿轮接合，这样当中间齿轮反时针方向旋转时(倒行时)右边齿条向上升起。(见图8)
左边齿条与右边齿条合成为一齿条框3，它可以左右移动。当其向右移动时，左边齿条与中间齿轮接合，铲子升降机构处于前进档位置。当其向左移动时，右边齿条与中间齿轮接合，铲子升降机构处于倒档位置。铲子机构的换档通过换档机构实现。图8上的齿条框3的左边有一齿条杆插入活塞4的孔中(齿条杆10与齿条框是一体的)带动活塞上行，对着齿条杆的另一边有两个滚轮11，它们也安装在齿条框上。滚轮11可以在连杆12的滑槽中上下滚动。连杆12与三个杠杆13、14、15组成平行五杆机构。当油道20中的高压油进入油缸18之中，推动活塞17右行，将弹簧19压缩，经过推杆推动，使杠杆13、14、15顺时针方向旋转，连杆12向左移动，位于连杆12滑槽中的两个滚轮11也随之左移(不管滚轮在滑槽中任何位置，都可实现这一移动)齿条框3也向左移动，中间齿轮先与左边齿条分离，然后与右边齿条接合，铲子升降机构就处于倒档之中了。
如果要变倒档为前进档，只要将油道20中的高压油油压降为0，在弹簧19的作用下，活塞17带动推杆16左行，使杠杆13、14、15反时针方向旋转，连杆12右行，在其滑槽中的两个滚轮也向右行，齿条框也随之右行，中间齿轮先与右边齿条分开，然后与左边齿条接合，使铲子升降机构处于前进档位置。
高压油从车身O5处用高压油管21(耐压的橡胶管)沿摆杆O5B2输往A2B2F2上的油道20中去。产生和按需要输送高压油的装置已非本发明研究范围了。
拖拉机(战车)的理论速度V理，V理＝nL/30此速度是指平均速度，由于步行机构的特点，其瞬时速度是不相等的，这一点可从图9上来理解，曲柄O3A3转到1点时，铁脚A3B3C3着地，曲柄O3A3从此点开始转过180度，拖拉机(战车)前进L长一段距离。
将曲柄半园周等分12份，标出等分点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13各点。相邻两等分点连心线所夹园心角相等，都是15度由于曲柄旋转，A3点通过每一等分点的时间是相等的(等速旋转)但C3点在相同的时间里所走过的水平距离是不相等，从图上具体量一量，可证明在相同时间里它走过的水平距离不相等。即曲柄作等速旋转时，拖拉机(战车)作非匀速前进。
非匀速运动产生惯性负荷，尤其在机重大、速度高时严重。对拖拉机(战车)工作不利。因此需要调匀速度。
下面介绍一种双曲柄速度调匀机构图10上有两个曲柄主动曲柄O′1A″1和被动曲柄O′2A″2，它们通过连杆A″1A″2连接起来，与机架O′1O′2组成一个双曲柄四杆机构。主动曲柄O′1A″1由发动机传来的动力带动，作匀速转动。以O′1点为园心，O′1A″1长为半径画园，将此园等分12份(A″1点匀速地在此园周上运动，它经过每一等分点的时间相同)每份所夹园心角是30度，标出各等分点的数码1′、2′、3′、4′、5′、6′、7′、8′、9′、10′、11′、12′。再以O′2点为园心O′2A″2长为半径画园，然后以主动曲柄园周上的各等分点为园心，连杆A″1A″2长为半径依次画园弧，分别交被动曲柄园周于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12各点。从园心O′2点与各点相连，再量出各相邻连心线所夹园心角，标在图上，见图10。可以看出当主动曲柄O′1A″1匀速转动时，被动曲柄O′2A″2作非匀速转动。只要双曲柄机构尺寸选择合适，将此转动传给步行机构曲柄，就能使拖拉机(战车)速度接近均匀。
但是被动曲柄O′2A″2的非匀速转动是以360度为一周期的，而步行机构曲柄是以180度为一周期的，因此要将被动曲柄轴的转动传给步行机构曲柄轴，应将转速减半。为此只要将二曲柄轴上的传动齿轮的齿数比按1∶2安排(图1上的齿轮11和齿轮12的齿数比就是1∶2)还要注意一点，被动曲柄O′2A″2的A″2点处在位置1点时步行机构曲柄O3A3应正处在铁脚A3B3C3的脚底C3点恰好着地的位置(也就是O3A3的A3点正处在1点位置)这样安排之后，可以将曲柄O′2A″2的转角按减半的原则搬到步行机构的曲柄O3A3的半园周上见图11。步行机构曲柄O3A3从1点位置(C3点着地点)开始至13点为止，园心角共有180度。(曲柄半园周)再看图10，角1
2＝67度。将67度减半，67/2＝33.5度，将33.5度角画在11图上。角1
2＝33.5度，得到曲柄半园周上的第2点。照此办法依次将图10上的被动曲柄园上的各点连心线所夹园心角减半之后搬到图11上的曲柄O3A3的半园周上，得到其余各点3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13(1)各点，然后用作图法求出C3点的各相应点把它们投影到地平线上，得到各水平投影点1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″、8″、9″、10″、11″、12″、13″。量出各水平小段的长度。它们是在相等的时间里，C3点位移在地平线上的投影，相当于拖拉机(战车)沿前进方向移动的位移。由于每小段位移所费时间相等，它们也可代表该小段里的平均速度。量出的小段水平位移相差不大，证明调整得已较均匀。
多铲式步行拖拉机(战车)转向有点象履带式拖拉机，将一边履带制动住，另一边履带运动，就可达到转向的目的。
多铲式步行拖拉机(战车)左边前后两步行机构及其之间的铲子相当于左边履带，而右边前后两步行机构及其之间的铲子相当于右边的履带。左右两边的动力由中央差速器分出的左右两半轴传来，半轴上装有制动装置，制动一边半轴，就可达到转向的目的。
现在将右边半轴制动住，右边前后两步行机构曲柄停止转动。见图12。这时右边内侧两铁脚站在地上(也可能是外侧两铁脚站在地上，二者必居其一，结果一样)其前后着地点C1右和C3右两点，用实线连起来表示它们站在地上。此实线可以想象为机身无限扩大面上的一根直线(机身面平行于地面)随机身一齐移动或转动。C1右和C3右点是右边内侧前后两铁脚的着地点，它们相对于机身可作从前至后的运动(沿直线C1右C3右的延长线上运动)铁脚着地点C1右和C3右之间有八把铲子，铲子入土点与着地点保持一定距离，为了简化分析，这些点在图上就不画了。与C1右C3右线平行的虚线C′1右C′3右代表机身上的另一直线，它的两点C′1右和C′3右代表右边外侧前后两铁脚的脚底点，此时它们正在空中，故用虚线表示，两点间的八把铲子，为了简化也不画了。
由于右边前后两步行机构被制动住不动，拖拉机(或战车)的转动中心将在C1右C3右的中点O(理由与履带式拖拉机相同)这时左边前后两步行机构驱动，外侧两脚底C1左和C3左着地。它们之间的八把铲子铲入土中驱动，推动拖拉机(或战车)绕转动中心O向右转，为了简化分析，这里只研究前后两着地点C1左和C3左的运动。
这两点的运动是复杂运动，一方面它们在铲子推动机身前进时，相对于机身沿直线C1左C3左的延长线运动，另一方面又随同机身绕O点转动(牵连运动)两点在地面的绝对运动是上述两种运动的合成运动。
着地点C1左和C3左在铁脚的一步驱动时，相对于机身由C1左和C3左沿着直线C1左C3左运动，分别到达C″1左和C″3左，C1左C″1左和C3左C″3左是两点的相对位移。然后C″1左和C″3左点又绕O点顺时针方向旋转，分别到达C1左和C3左，C″1左C1左和C″3左C3左两段园弧分别代表两着地点的牵连位移，两点的绝对位移是C1左C1左和C3左C3左两段曲线。求绝对位移的止点是根据这样两个条件①C1左C3左＝C1左C3左②直线C1左C3左切于以O为园心，OE长为半径之园。
当C1左到达C1左时，C3左到达C3左时，左边外侧前后两铁脚完成了一步驱动的动作，按步行交替规律两脚将举起向前迈步，因此C1左C3左用虚线表示，表示它们已离开地面。
与C1左C3左成对的左边内侧前后两铁脚脚底点C′1左和C′3左此时着地进行驱动，故用实线连接。C′1左C′3左与C1左C3左始终保持平行(C′1左C′3左与C1左C3左也保持平行)其距离EF＝E′F′始终保持不变。
右边前后两步行机构被制动住，两铁脚着地点C1右和C3右与机身没有相对运动。它们只有随机身(用直线C1右C3右代表)转动的牵连运动。当左边外侧前后两铁脚走了一步，C1左C3左到达C1左C3左位置，转过了θ角。同样C1右C3右也应绕O点转过θ角，达到C1右C3右位置。C′1右和C′3右也绕O点转过θ角，达到C′1右和C′3右位置。
位于左边外侧前后两铁脚着地点C1左和C3左之间的八把铲子用1左、2左、3左、4左、5左、6左、7左、8左等八点代表，见图13，当拖拉机向右转跨进一步时，它们也同样沿机身作相对直线运动和绕O点作牵连运动，运动结果仍处在C1左C3左之间，而且在直线C1左C3左上的位置不变。这样就容易求出它们在转动后的新位置1左、2左、3左、4左、5左、6左、7左、8左各点。用曲线连接各点1左1左、2左2左、3左3左、4左4左、5左5左、6左6左、7左7左、8左8左就可得到各铲子代表点在地面上走过的轨迹。
同样道理可以求出右边内侧前后两铁脚着地点C1右C3右之间的八把铲子的代表点在左边铁脚跨进一步向右转后的运动轨迹。
上面讲的仅仅是向右转时，左边外侧前后两铁脚走一步时的运动情况，机身绕转动中心只转过很小的角度θ，如果转向运动继续进行(右边前后两步行机构仍被制动住)这时左边外侧前后两铁脚升起向前迈步，左边内侧前后两铁脚的脚底着地，它们所带的一组铲子铲入土中进行驱动。转向情况与外侧铁脚着地驱动相同，只是C′1左C′3左距转动中心O的距离OF比C1左C3左距O点的距离OE要短EF这样长一段，但推进每一步是一样长的，因此左边内侧两铁脚驱动时，推进一步使机身绕转动中心O转过的角度θ′要比θ角大。
机身的整个转向过程就是左边外侧前后两铁脚和其内侧前后两铁脚不断一步一步地交替推进的过程。左边外侧前后两铁脚走一步，使机身绕转动中心O转过一个θ角，左边内侧前后两铁脚走一步，使机身绕转动中心O转过一个θ′角。
图14表示机身向右转了180度的示意图。机身前后左右四个着地点C1左、C3左、C1右、C3右组成一个四边形，右边被制动住，C1右C3右的中点O成了转动中心。转向完毕时，机身前后左右四个着地点C1左、C3左、C1右、C3右也组成一个四边形。
左边外侧机身线C1左C3左与O点垂直距离为OE，左边内侧机身线C′1左C′3左与O点垂直距离为OF。
以O点为园心，分别以OE和OF为半径画两个半园周，然后从OE开始顺时针绕O点旋转，依次作园心角θ、θ′、θ、θ′、……直到超过180度，然后在作这些园心角时，交两个半园周上的交点，依次作两个半园周的切线，切线段长为C1左C3左和C′1左C′3左。当取通过大的半园周切线为实线时(表示铁脚着地)应取相邻的小的半园周切点的切线为虚线(表示铁脚举起向前迈步)反之亦然。这样大半园和小半园相邻的两切点上的两切线一实一虚，顺时针转过一θ角(或θ′角)后，二者调换为一虚一实。大半园切线从一实线开始，与其前方相邻的虚线头与头、尾与尾用曲线相连，得到它们头尾两着地点在地面上移动的轨迹。小半园的切线也用同样办法把相邻的实切线与虚切线按头与头尾与尾用曲线连接起来，也得到它们头尾两着地点在地面上移动的轨迹。至于代表铲子的点就太多了，画出它们的轨迹曲线，会使图形变得复杂难看，因此省略了。
上述的转向过程为了简化，仅取一些代表点进行分析，因此只是一个轮廓，实际过程更复杂，因为运动的不仅是点，还有线与面，土壤还要变形，这样复杂的运动只有通过实验才能确定。
为了使拖拉机也能进行运输作业(登山战车除了登山作战外，也能在公路上行驶作战)本发明采用了可由步行方式运动转变为轮式运动的方案。
图1的动力传动图上，当动力传到左右两半轴一端的小减速齿轮8之后，在其后部有一中间齿轮13与之接合，中间齿轮又与另一大减速齿轮15接合，齿轮15固定在轮轴16上，轮轴16另一端是车轮毂17，驱动轮胎18就固定在车轮毂上，当动力经一系列齿轮传到驱动轮胎18之后，如果轮胎着地抬起机身，就可以驱动，变成轮式拖拉机。因此要求轮胎可升可降当轮胎升起时，用步行机构铲子驱动，成为铲入式步行拖拉机。当轮胎下降着地抬起机身，使步行机构及铲子离开地面，这时用轮胎驱动，成为轮式拖拉机，可用作运输作业。
现在看一看驱动轮胎是怎样升降的？图15上的机壳19可以绕小减速齿轮8的中心O半轴旋转，中间齿轮13和大减速齿轮15分别用轴14和16安装在机壳19上面它们可以随机壳19一齐绕中心O半轴旋转。
图15上的驱动轮胎18处于悬空状态，拖拉机正在田间工作(或战车正处于登山作战)轮胎18、机壳19及其中间的齿轮13与15的重力是依靠液压油缸38中的高压油压在活塞37右面上的压力所平衡。
如果要拖拉机变成运输状态，应先将左右两个大减速齿轮9与小减速齿轮8分离，切断输往步行机构的动力。然后经过适当的操作(液压系及其操纵机构可专门设计，不属于本发明范围)使液压油缸38右边的油压下降为零，高压油从油缸38左边进入，推动活塞37右行(这时由于轮胎18、机壳19的重力作用，轮胎将很快地降落到地面)推动连杆36、曲柄35使机壳19和轮胎18绕半轴壳34顺时针方向旋转，轮轴16的轴心O16由悬空位置转到着地位置，轮胎18着地抬起机身，使步行机构及其铲子离开地面，然后液压系统中的自动定位装置起作用，高压油停止进入，油缸左边维持一定油压，保持轮胎18在一定位置。
如果要使拖拉机由运输状态依然转变成工作状态(登山战车由运输状态转变成登山状态)只需使液压油缸38左边的油压下降为0，高压油从油缸右边进入，推动活塞37左行，带动连杆36左行，拉动曲柄35反时针旋转，机身下降(机壳19和轮胎18也绕轮轴中心O半轴反时针方向旋转)当步行机构铁脚着地后，轮胎18慢慢离开地面，当其升到一定高度之后，液压操纵系统中的自动定位装置起作用，高压油停止进入，油缸右边维持一定油压，保持轮胎18悬在空中一定的位置。
液压油缸38应左右各配置一只，用来升降左右两个驱动轮。
前面一对导向轮在工作时应离开地面，见图16正视图的虚线位置。一旦需要转变成运输状态，只需操纵手柄，使高压油从油缸22右边进入油缸(油缸左边油压降为0，油被排出油缸)推动活塞23左行，再通过推杆24使杠杆25反时针旋转。(杠杆25与26及机架27是一组平行四杆机构。当杠杆25、26转动时，导向轮机架27始终平行于机身线O25O26，而O25O26始终平行于地面，因此导向轮机架27始终平行于地面。这样安置可使安装在机架27上的转向机构不因机架27的升起或降落而改变其对地面的方向，这是由于机架27平行于地面的结果。从而保证其在运输状态时转向运动的准确无误。转向机构包括方向盘33转向蜗杆蜗轮32转向摇臂31转向拉杆30转向臂29导向轮28及转向梯形34)杠杆26亦随之反时针旋转，通过机架27使导向轮着地，与后面的驱动轮胎13一齐着地，将机身抬起，直到一定高度，由于液压系统中的自动定位装置作用，使油缸22右边的高压油停止进入，油缸22右边维持一定油压，保持导向轮28位于稳定的运输位置。
如要运输位置转变成工作位置，只需动一下操纵手柄，使油缸22右边的油压降为0，高压油从油缸左边进入，推动活塞23左行，通过推杆24使杠杆25顺时针转动，平行四杆机构也顺时针转动，使机架27慢慢升起，步行机构铁脚着地后，导向轮28慢慢离开地面，一直上升到图16所示的虚线位置，并稳定地停留在那里。(液压系统自动定位装置作用的结果)前后轮升起和下降应该是一致的，它们由一个液压系统统一操纵。
这种拖拉机可以两用一方面当其变成轮式拖拉机时，可用来运输。另一方面当其变成铲入式步行拖拉机时，可在田间作业或用作推土机。南方边防自卫反击战大多在山地进行，山高坡陡，现用的坦克装甲战车不能登陡坡(只能登35度以下的坡)登山战车在土层较厚的山地则可登50～60度的坡，理论上讲，登70度的坡也不成问题，只要山坡表面土层厚，铲子铲得进。但对土层浅、石头多的山地则不能登太陡的山坡。
南方边境雨季时道路泥泞汽车陷入泥泞中难以前进，登山战车在运输时相当于汽车，遇到这种情况，可以升起轮胎，用铲入式步行方式运动，能够在泥泞中前进，并可拖拉陷入泥泞中的汽车大炮。
在山地作战中，炮兵十分重要，火炮在山中转移和进入炮位，全靠士兵拖、拉、推、挽，十分费力。如用战车牵引则是轻而易举的事。另外在远离公路交通线的山地战区，运输补给全靠人力，费力大功效低。如用战车附带运输，也是容易办到的。
在山地反攻作战，登山战车可掩护步兵冲锋，攻克敌占山头。也可在其前部装上扫雷器扫除地雷，排除障碍，摧毁敌之火力反抗，开辟进攻道路。当攻山得手，追击敌人进入平原地区或公路线，可立即转变成轮式装甲战车投入战斗。
权利要求
1.此种拖拉机采用铲入式步行驱动装置行走和驱动，该机前后左右共有四个步行机构八只脚进行交替步行运动，每边的一侧(内侧或外侧)的前后两铁脚之间安装一排铲子(铲子数目由设计制造者决定)全机左右两边、内外两侧共有四排铲子，其特征在于A.四排铲子随其前后之铁脚交替运动，推动拖拉机前进。B.压缩推力弹簧积蓄起来的势能，是铲子入土的能量。C.中央差速器协调左右两边的运动。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征是左右两边的速度，经双曲柄速度调匀机构调整之后，接近均匀。
3.根据权利要求
1所述的装置，其特征是制动一边半轴的制动装置，使拖拉机实现转向。
4.根据权利要求
1所述的装置，其特征是在运输时，导向轮和驱动轮着地，升起机身，使步行机构及其铲子离开地面，转变成轮式拖拉机在公路上行驶。
专利摘要
铲入式步行拖拉机之三属机械工业中的拖拉机底盘部分的行走驱动装置技术领域：
。需要解决铲入式步行驱动、速度调匀以及步行运动转变为轮式运动等技术问题。其主要技术特征是八只脚交替动作，实现步行运动；四排铲子交替铲入土中进行驱动；并能在公路上迅速转变成轮式车辆。主要用于田间作业和公路运输的两用拖拉机，也可用于潮湿地、沼泽地和山坡上的推土机。军事上可用作爬山战车。
文档编号B62D63/02GK86105448SQ86105448
公开日1988年3月2日 申请日期1986年8月20日
发明者谢经湟 申请人:谢经湟导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan