АВТОМОБИЛЬНАЯ БЕЗВОЗДУШНАЯ ПОЛИУРЕТАНОВАЯ ШИНА С ИЗМЕНЯЕМОЙ ПЛОЩАДЬЮ ПЯТНА КОНТАКТА

Полезная модель относится к устройствам транспортного машиностроения, а именно к конструкциям безвоздушных шин, выполненных из полиуретана с применением электроактивных полимеров (эластомеров).
В настоящее время известны конструкции безвоздушных шин из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами [1, 2, 3].
Шина [1] выполнена из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами, которые соединяют между собой наружное кольцо с протектором и внутреннее кольцо, закрепленное на металлическом ободе колеса. Протектор изготовлен из эластичного полиуретана с добавлением порошка материала, повышающего сцепление с дорожной поверхностью.
Недостатком, конструкции [1] является отсутствие возможности регулировки жесткостных характеристик шины в процессе эксплуатации, а, следовательно, изменять площадь пятна контакта с опорной поверхностью, что приводит к снижению эффективности транспортного средства при движении по деформируемому грунту (условия бездорожья, пахота, заболоченная местность и т.п.)
Безвоздушная шина с механической регулировкой жесткости [2] крепится к металлическому ободу колеса за счет высоких адгезионных свойств эластомера и представляет собой наружное с протектором и внутреннее кольца, которые связаны между собой упругими деформируемыми спицами. Спицы выполнены в три ряда, один ряд является неподвижными относительно колеса, в отличие, от спиц двух других рядов, которые соединены с муфтой регулировки жесткости, установленной с возможностью вращения относительно металлического обода.
Недостатком данной конструкции является относительно небольшое изменение площади пятна контакта шины из-за ограниченных возможностей муфты регулирования жесткости спиц.
Наиболее близким из указанных аналогов является патент RU 167034 U1 [3]. Безвоздушная шина крепится к металлическому ободу колеса за счет высоких адгезионных свойств эластомера монтажного кольца и представляет собой, соединенное спицами из электроактивных полимеров, наружное кольцо с протектором. Внутри наружного кольца находятся армирующие элементы.
Существенным недостатком конструкции [3] является то, что изменение площади пятна контакта шины с грунтом ограничивается только зоной в пятне контакта протектора и отсутствием возможности увеличения ее площади за счет боковин шины.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение площади пятна контакта безвоздушных шин за счет вовлечения в пятнообразование ее боковых поверхностей, что позволит увеличить площадь пятна контакта и уменьшить давление на опорную поверхность, что обеспечит повышение опорной проходимости автомобиля.
Технический результат - увеличение площади пятна контакта и снижение значения коэффициента сопротивления качению, увеличение коэффициента сцепления и улучшение контакта шины с дорожной поверхностью.
Технический результат достигается тем, что автомобильная безвоздушная полиуретановая шина с изменяемой площадью пятна контакта, имеет упругие деформируемые спицы неизменной жесткости, соединяющие армированную диэлектрическую оболочку, имеющую протектор и дополнительные грунтозацепы, расположенные на ее боковине, с ободом, соединенным с диском. Армированная диэлектрическая оболочка заполнена электроактивным полимером, способным изменять линейные размеры под действием электрического тока, за счет чего изменяется жесткость армированной диэлектрической оболочки до значений, позволяющих использовать при образовании площади пятна контакта шины с опорной поверхностью ее боковых поверхностей. Это приводит к увеличению площади пятна контакта и уменьшению давления на опорную поверхность, что положительно отражается на опорной проходимости автомобиля.
Также к принципиальному отличию предлагаемого технического решения можно отнести то, что жесткость упругих деформируемых спиц остается неизменной, что положительно скажется на управляемости и устойчивости автомобиля.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 и фиг. 2, на которых изображены:
На фиг. 1 - представлена автомобильная безвоздушная полиуретановая шина с изменяемым пятном контакта, где: 1 - диск; 2 - обод; 3 - эластичные спицы; 4 - армированная диэлектрическая оболочка; 5 - дополнительные грунтозацепы; 6 - протектор.
На фиг. 2 - представлен профиль поперечного сечение автомобильной безвоздушной полиуретановой шины с изменяемым пятном контакта: а) состояние до подачи электрического напряжения, соответствующее движению по твердой поверхности; б) состояние после подачи электрического напряжения, соответствующее движению по поверхности с низкой несущей способностью (максимальное пятно контакта) где: 1 - диск; 2 - обод; 3 - эластичные спицы; 4 - армированная диэлектрическая оболочка; 5 - дополнительные грунтозацепы; 6 - протектор; 7 - электроактивный полимер.
Автомобильная безвоздушная полиуретановая шина крепится к автомобилю за счет диска (1), соединенного с ободом (2). Эластичные спицы (3), соединяющие армированную диэлектрическую оболочку (4), заполненную электроактивным полимером (7), и имеющую на своей поверхности протектор (6) и дополнительные грунтозацепы (5), соединяются с ободом (2) по средством адгезивных свойств эластомера, из которого выполнена шина.
Предлагаемое устройство работает следующим образом: в отсутствии подачи электрического напряжения, за счет армированной диэлектрической оболочки (4), и электроактивного полимера (7), шина имеет форму соответствующую минимальной площади пятна контакта, которое обеспечивает наиболее оптимальные условия при движении шины по твердой опорной поверхности. При подачи электрического напряжения на электроактивный полимер (7) он изменяет свои линейные размеры (высота уменьшается, длина и ширина увеличивается), что в совокупности с данными изменениями и вертикальной нагрузки на шину приводит к увеличению площади пятна контакта за счет протекторной части, при максимальных значениях подаваемого электрического напряжения происходит вовлечение боковых сторон армированной диэлектрической оболочки, с имеющимися на них дополнительными грунтозацепами (5), в общую площадь пятна контакта, тем самым увеличивая ее.
Преимущество данной конструкции заключается в том, что кроме колеса, устойчивого к механическим повреждениям и последующему возможному разрушению шины в процессе движения, с неизменной жесткостью эластичных спиц, что обеспечивает лучшую устойчивость и управляемость автомобиля, способно значительно увеличить площадь в пятне контакта шины с опорной поверхностью за счет вовлечения в образование площади пятна контакта большей поверхности шины и соответственно улучшить опорную проходимость при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью, и сохранить топливную экономичность при движении по твердым поверхностям.
Данная полезная модель существенно отличается от прототипов, обеспечивая повышение площади пятна контакта безвоздушных шин за счет вовлечения в пятнообразование ее боковых поверхностей, что позволит увеличить площадь пятна контакта и уменьшить давление на опорную поверхность, что обеспечит повышение опорной проходимости автомобиля.
Может быть использована для оснащения техники, работающей в условиях бездорожья (лесозаготовка, карьеры и т.д.), колесной военной техники, сельскохозяйственной техники.
Источники информации:
1. Патент №2397877 РФ Автомобильная шина из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами, от 24.08.2001 г.
2. Патент №167208 РФ Безвоздушная шина с механической регулировкой жесткости, от 27.12.2016 г.
3. Патент №167034 РФ Автомобильная шина с упругими деформируемыми спицами, от 20.12.2016 г.