阅读说明：本技术 履带式脱困装置 (Crawler type escaping apparatus ) 是由 万军 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种履带式脱困装置,包括：承载机架；接地支重装置；上连接部；气囊；压缩气供给系统；履带。基于本发明的履带式脱困装置结构简练,且具有相对较好缓冲性能和变换性能。(The invention discloses a kind of crawler type escaping apparatus, comprising: framework for support；Ground connection branch refitting is set；Upper interconnecting piece；Air bag；Compressed gas feed system；Crawler belt.It is terse based on crawler type escaping apparatus structure of the invention, and there is relatively preferable cushion performance and property.)

履带式脱困装置

技术领域

本发明涉及一种履带式脱困装置。

背景技术

随着人们生活条件的提升，越野车逐渐的进入到寻常百姓家，自驾游的目的地在很多时候都是可通过性比较差的区域，对越野车的越野性能有更高的要求。适应这种要求，当前出现了大量的能够安装到越野车上的以提高越野车越野性能的附件。

中国专利文献CN106828631A、CN106864430A、CN106828438A、 CN106828438A、CN106828442A、 CN106828439A，以及中国专利文献CN107458486A等公开了一系列的以提高车辆越野性能为目的的技术方案，并对其现有技术做出了相对详细的说明，在此不再赘述。

这些专利文献所要求保护的技术方案多具有变形控制功能，通过变换例如履带式脱困装置的形态，适应不同的越野场景。变形控制一方面要考虑例如履带式脱困装置非工作状态下的结构紧凑性，另一方面要考虑工作状态下的结构可靠性和承载能力。此外，受结构紧凑要求的影响，在非工作状态下，往往会使的驱动例如履带式脱困装置变形的部件施力时所产生的力臂偏小，影响变形的顺利进行。进而，为避免产生这种状况，即力臂偏小的状况，不得不附加其他较多的结构，造成整体结构偏复杂。

当前，履带式脱困装置的变形控制基本全部依靠机械机构，这些机械机构在相对狭小的空间布置不便，并且在配置了机械机构的条件下，履带式脱困装置自身的缓冲存在相对较大的障碍，在配置相关缓冲机构时，不可避免的会进一步增大履带式脱困装置的复杂度。

典型地，如中国专利文献CN107458486A所提出的一种履带式脱困装置，其变形部分采用四边形机构，基于两连架杆的转动实现机架与支重构架的距离远近的变化，从而具有张开和收起两个基本状态，张开状态时用于车辆的脱困或者特定路况下的辅助行驶，而在收起状态时减少对车辆的可通过性产生较大的影响。

基于前述的中国专利文献CN107458486A，履带脱困装置的变形取决于油缸分级驱动的变形控制机构，为了实现变形前后和变形过程中支撑履带的构架周边边长不变并使履带保持一定的张紧度以及在履带脱困装置收纳后保持底部履带部分与构架的贴合，该装置具有履带张紧、辅助回缩、回缩调整机构以及履带锁止机构。

变形控制机构需要占用相对较大的上下空间并需要配备增压装置，且变形部分的四边形机构增加了装置自身的重量，装置收起状态的厚度或高度以及装置本身重量相对较大。

此外，中国专利文献CN107458486A需要在尾部设置独立的缓冲装置，该缓冲装置从安装方式上看只能配置为水平结构，水平结构与履带式脱困装置需上下缓冲的方向不直接匹配，缓冲性能发挥不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简练，且具有相对较好缓冲性能和变换性能的履带式脱困装置。

本发明的实施例，提供一种履带式脱困装置，包括：

承载机架，具有两沿车辆的前后方向设置并相互平行的机架边框，且两机架边框间固定连接；

接地支重装置，通过杆件与所述承载机架连接而形成铰链四连杆机构或者铰链五连杆机构，而具有接地支重装置与承载机架间远离或者靠近的运动形式，并与承载机架间保持平行；

上连接部，与两机架边框间形成车辆前后方向的移动副；

气囊，该气囊的上侧与上连接部间固定连接，下侧与接地支重装置间固定连接；

压缩气供给系统，通过气管与所述气囊连接；

履带，以所述铰链四连杆机构或铰链五连杆机构为履带架。

上述履带式脱困装置，可选地，所述上连接部为一滑动支撑板；

相应地，于两机架边框间相对的侧面开有用于对滑动支撑板导向的滑槽；

安装在承载机架上的用于对滑动支撑板导向的导杆；或

安装在承载机架上的用于对滑动支撑板导向的直线导轨。

可选地，在承载机架上设有用于在接地支重装置运行到上止点时将其锁定在承载机架上的锁定机构。

可选地，所述锁定机构包括：

直线驱动部，用于提供直线方向的作动；

锁止杆，在履带式脱困装置的前后方向上为所述直线驱动部所作动，且该锁止杆上具有动力螺纹，该动力螺纹的螺旋升角大于当量摩擦角；

相应地，于承载机架边框的外侧面设有锁止块，该锁止块通过所述动力螺纹安装在锁止杆上，并在承载机架的前后方向上被限位，从而能够将锁止杆的直线运动转换成锁止块的转动，以在接地支重装置上行到位后，锁止块翻转而承托接地支重装置。

可选地，每一机架边框上设有三块锁止块。

可选地，直线驱动部包括：

滑座，该滑座导向于所述机架边框，该滑座上安装有丝母；

丝杠，布设在承载机架上并与机架边框平行，并与所述丝母配合而形成丝母丝杠机构；

电机，输出连接所述丝杠。

可选地，所述铰链五连杆机构构造为：

承载机架构成该铰链五连杆机构的机架；

接地支重装置构成第一连杆；

提供第一连架杆，该第一连架杆的一端铰接于机架的前端，另一端铰接于接地支重装置的前端；

提供第二连架杆，该第二连架杆的一端铰接于机架的后端；

第二连杆，该第二连杆的一端与第二连架杆的另一端铰接，该第二连杆的另一端与接地支重装置的后端铰接；

其中，机架与第二连接杆的长度和与其余三连杆的长度和相等。

可选地，气囊张开时为长方体形状的气囊；

气囊侧壁具有预折痕。

可选地，预折痕处为形成气囊囊壁的料面间的连接脊线。

可选地，气囊由依次层叠且依次连通的囊体组成；

相邻囊体间粘接；

其中一囊体连接有气管。

可选地，气管连接在位于最上面的囊体上。

可选地，囊体的数量为3~8只。

可选地，气囊与上连接部、接地支重装置间的连接为粘接。

在本发明的实施例中，使用气囊实现履带式脱困装置的状态变换，由于气囊的膨胀与压缩所依赖的是无方向性的气体，不存在初始压力角的问题，设置难度远小于机械机构。同时，相对于机械结构，气囊囊体收起状态下可具有更小的厚度，从而在履带式脱困装置收起状态下，可具有更小的厚度或者说高度，从而降低车辆在安装了履带式脱困装置所造成的离地间隙变小的影响。气体可压缩性比较好，气囊具有天然的缓冲性能，因此不必为履带式脱困装置设置独立的缓冲装置，复杂度大幅下降。

附图说明

图1为一实施例中履带式脱困装置与车辆配置状态示意图。

图2为一实施例中履带式脱困装置与车辆配置状态示意图的下视图。

图3为一实施例中履带式脱困装置完全收缩状态示意图。

图4为一实施例中履带式脱困装置完全张开状态示意图。

图5为一实施例中履带式脱困装置组成结构示意图。

图6为一实施例中履带式脱困装置变形控制机构和锁止机构示意图。

图7为一实施例中履带式脱困装置完全收起后锁止状态示意图。

图8为一实施例中履带式脱困装置履带内平面五连杆构架的结构示意图。

图9为一实施例中气囊完全张开结构示意图。

图10为一实施例中气囊不分张开结构示意图。

图11为一实施例中气囊收纳状态示意图。

图中： 100. 车辆；200. 履带式脱困装置。

1.驱动机构；2.承载机架；3. 变形控制机构；4. 接地支重机构；5.转臂；6.转臂；7.转臂；8.履带；9.锁止机构。

201.导滑槽；202.导滑槽。

301.气囊；302.滑动支撑板，303.囊体，304.连接缝，305.脊线，306. 连通孔，307.气管。

901.电机；902.电机支座；903.滑动座；904.丝杠；905.锁止杆；906.锁止块；907.导向支撑块。

具体实施方式

参照说明书附图1，例如车辆100，其具有确定的头和尾，从而具有确定的前、后和左、右，在本发明中，以例如车辆100前后所确定的方向为第一基准方向。而车辆100的宽度或左、右方向是在水平面内与第一基准方向相垂直的方向。

又例如车辆100的高度方向，是履带式脱困装置200所期望的变形方向，或者说是高度变化方向。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体结构；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介的间接连接。对于本领域的技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明中，术语“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系可以理解为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明描述中，除非另有明确的说明，术语“杆长”指一构件两连接点之间的直线距离，例如转臂5，其长度是指其两端铰接点的连心线长度。

图1~2是履带式脱困装置200在车辆上100的配置方式，左右两侧各一设置在车辆100的底盘上。

对于较大的车辆，例如客车，可在车辆100底盘的左右两侧设置2~4个履带式脱困装置200，例如在车辆200前后轮间设置两组共四个，并在前轮前侧或者后轮后侧各设置一组各两个。

关于履带式脱困装置200的基本机构，其履带8通常需要包绕带内构架，带内构架以图4中所示的承载机架2为基体，承载机架2则固定安装在例如车辆200的底盘上。

如图4所示的实施例中的履带式脱困装置200的履带8所包裹的带内构架的机械原理图等同于图8所示的平面五连杆机构，因此，以平面五连杆机构的基本概念来表述带内构架，接地支重机构4是履带式脱困装置200带内构架位于下面的架体部分，表示为主动杆，在机械领域不与机架直接连接的可动构件称为连杆，而与机架直接连接的可动构件称为连架杆。

承载机架2为履带式脱困装置200带内构架位于上面的架体部分，表示为机架杆，也是整个履带式脱困装置200的机架部分。转臂5、转臂6以及转臂7表示为平面五连杆机构的其余三个杆件，其中，转臂5和转臂7属于机械术语意义上的连架杆，不过为了方便描述，在本发明的实施例中，将转臂5、转臂6和转臂7统称为连杆。

所述机架杆为驱动机构1与转臂7和承载机架2铰接点之间的承载机架2的部分，杆长标识为a，转臂5、接地支重机构4、转臂6和转臂7的杆长分别标识为b、c、d和e，转臂6和转臂7之间的夹角标识为α。

另外，具体地，平面五连杆机构上面的架体，即图4中所示的承载机架2，用于履带式脱困装置200与例如车辆车架间的固定连接。连接方式主要采用螺栓连接。另外，图5中承载机架2有两条主要的边框，称为机架边框，这两个机架边框在车辆的前后方向设置，履带8介于两机架边框之间，机架边框的上表面可用于与车辆底盘接合并通过紧固件固定连接。

平面五连杆机构可以控制所述机架杆与主动杆，即承载机架2与接地支重机构4之间产生距离的变化，使得履带式脱困装置200具有高度或厚度的变形能力。

前述的平面五连杆机构基于图4~6可见，属于平面铰链五连杆机构，即各构件间的连接方式属于铰链连接。

在机械领域能够实现机架与连杆（即与机架平行的构件，属于连杆，而非连架杆）平行，并且能够控制两者之间距离变化的典型机构是平行四边形机构，属于平面铰链四连杆机构，在本发明的实施例中也可以采用铰链四连杆机构。

本实施例中，图5示出的一种履带式脱困装置200，其包括如下机构和部件：驱动机构1、承载机架2、履带变形控制机构3、接地支重机构4、转臂5、转臂6、转臂7、履带8和锁止机构9。

下面对各相关机构和部件及其连接关系进行具体的描述。

承载机架2，用于履带式脱困装置200与例如车辆车架间固定连接，所述承载机架2的前部以及中部的左右两侧架体上配置有导滑槽202和导滑槽201，具体可见于图6，导滑槽202和导滑槽201主要用来提供导向，且结构紧凑。

此外，在机械领域较为常用的导向结构为直线导轨或者导杆，在本发明的实施例中也可使用，相对于导滑槽202和导滑槽201，例如直线导轨需要提供独立的部件，占据空间稍大，不过例如直线导轨的可维护性相对较好。

对于接地支重机构4，接地支重机构4的作用类同于履带式底盘中的支重轮总成，用于接受并传递地面的压力。在本发明的实施例中接地支重机构4的具体结构可采用如中国专利文献CN107458486A所使用的接地支重装置，也可以采用其他的接地支重装置。

在本发明的实施例中，接地支重机构4可以具有刚性的架体，在架体上安装若干负重轮。

对于变形控制机构3，用于控制履带式脱困装置200所述承载机架2和接地支重机构4之间距离的变化且同时用以承担车辆与地面间传递的载荷。

进而，如图6所示，所述变形控制机构3包含：

气囊301，下端固定连接于接地支重机构4的上平面，所述气囊301为膜布材料制成的密闭的腔体并配置有连通外部的通气口，具有随内、外气压差仅能够产生上下伸缩的功能。

对于气囊301，诸如气垫船所用的气囊材料，自身即具有比较大的强度，而在本发明的实施例中，由于气囊301并不与底面直接接触，因此，其可以采用强度相对较低，足以撑起一定重量的气囊301材料制作。

关于气囊301的封接，通常会产生封接脊线，气囊301在封接脊线处易于折叠，因此，如图4所示，图中气囊301的侧面中部具有封接脊线，可控制气囊301的折叠状态。

图9~图11可更精确的反映出气囊301的形状以及变形过程，从图中可见，气囊301由6个囊体303依次层叠而成，相邻囊体303间通过图中所示的连通孔306进行连通。

相邻囊体303间优选接合面间的粘接方式进行连接。

一般而言，囊体303的数量越多，其稳定性就越好，在于气体的方向性比较差，作用于囊体303上的力的作用点不同，会使囊***置、形状产生变化。当囊体303数量较多时，这一降低气体方向性差的所带来的稳定性问题。

囊体303以6只为最佳，通常不宜少于3只，也不宜多于8只，当囊体303数量较多时，会不可避免的增加如图11所示气囊301收纳状态时的高度。

图中，囊体303由两片面料成型而出，具体是在边缘处可采用粘接的方式进行成型，粘接在例如橡胶技术领域应用比较普遍，粘接可以采用自体粘接，也可以采用粘胶粘接，自体粘接可以采用例如热封刀进行封接，对于粘胶粘接，可采用适于例如橡胶面料间粘接的胶进行粘接。

在于气管307，其可以与层叠的囊体303中居中的囊体303连通，也可以与位于最上面的囊体303连通。

气管307可以只有一个，也可以有两个，采用一个时，气管307需配装换向阀，例如两位三通阀，一通接气源，一通接气囊301，一通通大气。

可以理解的是，履带式脱困装置200所提供的附加支撑，主支撑仍然是车轮，因此，每一个履带式脱困装置200所需提供的总支撑力并不需要太大。在本发明的实施例中，如果一台车辆100配有两个履带式脱困装置200，单个履带式脱困装置200的承载能力在300~500公斤较为合适，实验用选材较为保守，承载能力达到800公斤，对于越野车，尤其是小型越野车，其自重往往低于1500公斤，对于大型越野车，自重也在2~3吨，过大的承载能力设置，会产生比较高的价格，并且在大多数的应用中并无实际价值。

对于如图6中所示的滑动支撑板302，约束在承载机架2的左右机架边框上所形成的导滑槽201，并在导滑槽201延伸的方向上具有移动自由度，从而能够前后滑动，且所述滑动支撑板302的下平面固定连接于气囊301的上端，为气囊301提供支撑，用于承担气囊301向上的作用力并传递于承载机架2。

气囊301与滑动支撑板302间的连接优选粘接。

关于驱动机构1，如图5所示，轴向呈左右方向配置于承载机架2的前端并与承载机架2构成可转动的连接关系，且所述驱动机构1配置有链轮结构，链轮结构适配于履带8，而提供履带8转动的动力。

转臂5，一端铰接于驱动机构1、另一端铰接于接地支重机构4的前端，如图5所示。

转臂6，一端铰接于接地支重机构4的后端，如图5所示。

转臂7，一端铰接于转臂6的另一端，所述转臂7的另一端铰接于承载机架2的后端，如图5所示。

应予理解的是，所述转臂5、转臂6以及转臂7作为所述平面五连杆机构的三个连杆，用于稳定并保持接地支重机构4和承载机架2之间的相互位置关系，如图5所示。

履带8，环绕包覆在如图8所示的五边形机构外，如图4、图5所示；

关于锁止机构9，附图5、附图6表示出了履带锁止机构的基本零部件及其连接关系：

电机支座902，固定连接于承载机架2的前端。

电机901，固定安装于所述电机支座902上。

滑动座903，配置有丝母，并与承载机架2所配置的导滑槽202构成能够前后滑动的配合连接关系。

可以理解的是，滑动座903在承载机架2上也是形成前后方向的导引结构，如前所述，在机械领域可用的导引结构包括直线导轨、导杆等，显然也都适应本发明的原理。

丝杠904，连接于所述电机901的输出轴，并与滑动座903上的丝母配合形成丝母丝杠机构。

锁止杆905，左右两侧成对配置，前端连接于所述滑动座903的左右两侧，后端沿所述承载机架2的前后方向水平向后方延伸，锁止杆905在支架边框上可使用导套进行导向。

在图6所示的结构中，提供导向支撑块907，连接于所述承载机架2左右两侧架体下部，并套置于所述锁止杆905上，与所述锁止杆构成转动配合连接关系。

锁止块906，套置于所述锁止杆905上，并与所述锁止杆905形成大导程螺旋连接配合关系，这里的大导程是指所形成的螺纹副的螺旋升角大于螺纹副的摩擦角，这种螺纹副可以直接将锁止杆905的直线运动转换成锁止块906的转动。

比较典型的就是当前家用的可以甩干的拖把，拖把杆是两段结构，两段之间采用的就是大导程螺纹副，向下按压拖把杆时，就可以将上下运动转换成拖把头的旋转运动。

所述锁止块906由所述导向支撑块907限制前后方向移动，以使锁止杆905的直线运动可以转化为锁止块906的旋转运动。

基于前述的结构，如图4、图5、图6和图7所示，履带式脱困装置200变形动作过程如下：

履带张开动作过程：

初始状态，履带式脱困装置200在收起非工作状态时，气囊301被合并压缩，接地支重机构4和承载机架2处于压并状态，而具有如图3所示设定的较小高度或厚度，此状态下，锁止块906处于对履带8底面的预压紧锁止状态，滑动支撑板302跟随气囊301处于承载机架2所配置的导滑槽201的后端。

操控电机901旋转，则与电机901输出轴连接的丝杠904随同旋转，带动与丝杠904具有螺纹副连接关系的滑动座903沿导滑槽202前移，进而滑动座903带动锁止杆905前移，锁止杆905的前移促使与其具有大导程螺旋连接关系的锁止块906向下方转动，逐步脱离对履带8底面的接触，直至所述锁止块906与履带8处于压紧锁止状态时的接触面转动至呈竖直方向，电机901停止转动，完成所述锁止机构9对履带8的锁止的解除动作。

进一步，通过气囊301所述通气口向气囊301内腔充填压缩空气，气囊301内腔气体压力逐步升高，呈现上下伸展状态，促使接地支重机构4和承载机架2之间距离的增大，而与所述接地支重机构4具有铰接关系的转臂5和转臂6以及与转臂6铰接的转臂7随同转动，此过程中接地支重机构4同时呈现逐步前移状态，进而，接地支重机构4的前移通过气囊301的牵拉作用带动滑动支撑板302沿导滑槽201前移，直至接地支重机构4和承载机架2之间达到设定的张开距离，而呈现如图4所示状态。

履带收缩动作过程：

操控气囊301所述通气口，释放气囊301内腔压缩空气，并通过气囊301所述通气口向气囊301内腔施加负压，在气囊301外部大气压力的作用下，气囊301呈现上下方向的收缩状态，促使接地支重机构4和承载机架2之间距离的减小，而与所述接地支重机构4具有铰接关系的转臂5和转臂6以及与转臂6铰接的转臂7随同转动，此过程中接地支重机构4同时呈现逐步后移状态，进而，接地支重机构4的后移通过气囊301的牵拉作用带动滑动支撑板302沿导滑槽201后移，直至接地支重机构4和承载机架2之间达到设定的收缩距离，而呈现如图3所示状态。

进一步，操控电机901反向旋转，则与电机901输出轴连接的丝杠904随同反向旋转，带动与丝杠904具有螺纹连接副连接关系的滑动座903沿导滑槽202后移，进而滑动座903带动锁止杆905后移，锁止杆905的后移促使与其具有大导程螺旋连接关系的锁止块906向图7所示履带式脱困装置的内侧转动，直至所述锁止块906与履带8底面接触并进一步将履带8压向接地支重机构4且呈现一定的预压紧状态，电机901停止转动，完成所述锁止机构9对履带8的压紧锁止，呈现如图7所示状态；

应予说明的是，本实施例中，前述履带式脱困装置200基础构件承载机架2、转臂5、接地支重机构4、转臂6和转臂7所构成的平面五连杆机构应满足如下关系：

五连杆机构各杆长约束关系：即a+e=b+c+d,以保证履带式脱困装置200在收起状态下具有如图3所示最小的高度或厚度，如图8所示；

处于完全张开状态下，转臂6和转臂7之间夹角约束关系：即α＜180°，以保证履带式脱困装置200在收起过程中转臂6和转臂7按照设定的转动轨迹回转，如图8所示；

还应予说明的是，对于履带式运转机构，履带的张紧装置为常设机构，本实施例中不再予以赘述；

关于履带式脱困装置200的运行，如图1、图2和图4所示，在所述履带式脱困装置200张开至如图4所示状态时，操控驱动机构1转动，则驱动机构1所述链轮机构带动履带8运行，实现车辆100的前行或后退，在此不再进一步赘述。