УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЯ ШИН
DEVICE FOR INCREASING TIRE TRACTION

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для увеличения сцепления шин транспортного устройства. Настоящее устройство можно успешно использовать на почвах с недостаточным уровнем сцепления с дорогой, включая дорожные полотна, покрытые льдом, снегом, песком или гравием.
Настоящее устройство может быть использовано для установки на автомобилях, грузовиках, самосвалах, автобусах и т.д. Настоящее изобретение, в частности, позволяет избавить водителей автомобилей от необходимости иметь в своем распоряжении так называемые зимние и летние шины, цепи противоскольжения и другие аналогичные средства, установка которых требует особых навыков и отнимает время каждый раз при прохождении участков дорог, покрытых льдом или снегом, или в других условиях недостаточного сцепления.
Уровень техники
Известны устройства двух типов: семейство традиционных цепей противоскольжения с различными типами соединений и способами крепления и управляемые вручную устройства, прикрепленные к ободу колеса и выполненные с возможностью расширения в радиальном направлении до складывания назад на внешней поверхности шины.
Тем не менее, оба решения отличаются тем, что должны быть установлены при движении транспортного средства по скользкому дорожному полотну, и будут удалены, как только транспортное средство вернется на дорогу с хорошим сцеплением.
Создан ряд устройств, главным образом, радиальных типов, которые постоянно установлены на ведущие колеса транспортных средств, а также благодаря дистанционному управлению автоматического типа, могут переключаться из положения покоя в рабочее положение и наоборот; примеры автоматически управляемых устройств описаны в патенте США №5540267 и в патенте Германии №19813588.
Эти автоматические устройства вследствие своей радиальной структуры создают проблему, заключающуюся в том, что они не способны покрывать протектор непрерывно вдоль всей внешней окружности шины. Кроме того, эти устройства подвержены повреждениям и поломкам, вызываемым застреванием некоторых подвижных элементов в активированном и деактивированном состояниях.
Проблема обеспечения непрерывного контакта затронута в патенте Германии №19800748, в котором предлагается соединить рабочие концы радиальных элементов с помощью трапециевидных соединительных цепей; однако эти цепи представляют собой элементы, сильно прерывистые относительно соединяемых ими концов, так что различные элементы, включая участки цепи и концы радиальных рычагов, сменяют друг друга вдоль внешней окружности шины.
В этом решении движение представляет собой сложное сочетание радиальных и осевых поступательных движений.
Цель и сущность изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в создании противоскользящего устройства для шин с возможностью постоянной установки по меньшей мере на ведущие колеса, предназначенного для управления и сжатия по команде, возможно, с помощью автоматических механизмов, управляемых датчиками; при этом указанное устройство обеспечивает полностью непрерывный контакт протектора с дорожным полотном.
Этот результат достигнут благодаря реализации устройства, содержащего множество составных подвижных спиц, концы которых снабжены специально разработанными элементами захвата или шпорами; указанные составные подвижные спицы связаны друг с другом по касательной с помощью по меньшей мере частично упругого кольцевого пояса и функционально соединены с устройствами для размещения, обеспечивающими их перемещение в радиальном направлении.
Приведенные далее дополнительные особенности позволяют устройству в соответствии с настоящей патентной заявкой, устранить недостатки, описанные в настоящем уровне техники.
Настоящее изобретение относится к устройству для увеличения сцепления шин типа, применимого к ведущему колесу, содержащему обод с внутренней поверхностью, наружной поверхностью и каналом для размещения шины, имеющим внутреннюю и внешнюю стороны с промежуточным протектором.
В наиболее общем варианте осуществления устройство в соответствии с настоящей патентной заявкой содержит: основание (2), связанное с поверхностью обода колеса; множество составных подвижных спиц, чьи внешние и концевые сегменты (40) соединены друг с другом частично упругим кольцевым поясом (5); устройства для размещения указанных составных подвижных спиц, пригодные для переключения подвижных спиц по команде из конфигурации покоя, в которой указанные внешние сегменты, по сути, размещены внутри периметра, определенного указанным основанием, в рабочую конфигурацию, в которой указанные внешние сегменты выходят за пределы указанного периметра и располагаются на протекторе.
В предпочтительном варианте осуществления указанное средство размещения подвижных спиц содержит пластину с канавками по специальной спирали, соосно примыкающую к основанию, с которой она соединена с возможностью вращения относительно основания. Центростремительные концы подвижных спиц содержат ряд выступающих штифтов, сцепляющих специальную спираль таким образом, чтобы вращение пластины относительно основания вызывало радиальное поступательное движение подвижных спиц.
Спираль, механически обрабатываемая в основании, относится к специальному типу и поддерживает дугообразное начальное и конечное развитие; обе указанные дуги окружности охватывают все секторы окружности, определяемые подвижными спицами, а не один из них.
Подвижные спицы относятся к составному типу, т.е. состоят из множества сегментов, соединенных друг с другом с возможностью вращения в соответствии с осями, направленными по касательной, так, что спицы могут гнуться по мере поступательного движения наружу и охватывания шины.
В предпочтительном варианте осуществления спиц отдельные сегменты имеют возможность попарно поворачиваться только на ту величину, которая строго необходима для переключения из конфигурации покоя, в которой сегменты выровнены в соответствии с радиальным направлением, в рабочую конфигурацию, в которой концевые сегменты подвижных спиц постепенно поворачиваются, размещаясь на протекторе и тем самым образуя прямой угол относительно сегментов, расположенных в радиальном направлении, и наоборот.
Высокие результаты получены при использовании спиц, состоящих из трех сегментов и соединенных друг с другом с помощью двух петель.
В наиболее полном варианте осуществления с целью облегчения вращения сегментов на протекторе успешно используют торсионные упругие компоненты, сжимающиеся каждый раз, когда сегменты выравниваются в положении покоя, и, наоборот, расширяющиеся всякий раз, когда сегмент выходит из этого состояния: расширение упругих компонентов позволяет вызвать и облегчить вращение сегмента на протекторе.
Радиальное движение составных спиц может быть активизировано с помощью соответствующих радиальных выдвижных сидений, механически обрабатываемых в основании.
В предпочтительном варианте осуществления спицы могут быть установлены на основании так, что каждая из них образует угол, отличный от прямого, по отношению к дорожному полотну, и концы подвижных спиц входят в контакт с асфальтом. В результате генерируется противодействующая сила, которая не является вертикальной и содержит горизонтальный компонент, способствующий вращению сегментов спиц, тем самым снижая риск резких остановок при скольжении вплоть до втянутого рабочего положения и упрощая их складывание на протекторе (11).
В этой конфигурации спицы расположены в соответствии с директрисами конической поверхности и не лежат в одной плоскости.
Предпочтительно, чтобы пояс был по меньшей мере частично упругим, чтобы он мог менять собственное расширение при переключении между конфигурацией покоя и рабочей конфигурацией.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления кольцевой пояс состоит из множества жестких элементов, называемых шпорами, упруго соединенных друг с другом так, чтобы покрыть значительную часть поверхности протектора в вытянутом рабочем положении. Только некоторые из указанных шпор полностью соединены с концевыми сегментами подвижных спиц. Остальные шпоры упруго соединены друг с другом и со шпорами, полностью соединенными со спицами; поэтому шпоры, образующие частично упругий пояс, расположены поочередно, то есть некоторые из них полностью соединены с концами спиц, а остальные являются промежуточными и упруго соединены со шпорами, полностью соединенными со спицами.
Для увеличения сцепления шпоры могут иметь соответствующие рельефы; в предпочтительном варианте осуществления они включают в себя боковые гребни, расположенные в радиальном направлении в положении покоя; таким образом, в рабочей конфигурации эти гребни являются поперечными по отношению к направлению движения протектора на дорожном полотне.
Упругое соединение между отдельными шпорами может быть реализовано в соответствии с различными решениями, например, с помощью упругих тросов или отрезков упругого соединительного кабеля, проходящих через отверстия, специально сделанные на боковых гребнях шпор. При этом на концах таких тросов или отрезков должны располагаться наконечники с большим поперечным сечением, не вставляемые в указанные отверстия; в соответствии с концами указанных отрезков кабеля надевают витые пружины, сжатие которых происходит под воздействием указанных наконечников, что приводит к упругому удлинению пояса.
При переключении из втянутого положения покоя в вытянутое рабочее положение и наоборот, напряжение, вызванное дорожным полотном, может затруднять или препятствовать скольжению подвижных спиц.
Кроме того, по мере движения транспортного средства часть шины, входящая в контакт с дорожным полотном, обычно уменьшается в толщине и затем восстанавливается, когда оказывается в верхней части колеса. Удивительно, но настоящее изобретение может устранить описанные недостатки благодаря использованию специально разработанных упругих компонентов, полностью соединенных с подвижными спицами.
В наиболее эффективном решении используют специально разработанные инновационные упругие картриджи.
В альтернативном варианте осуществления основание может быть непосредственно интегрировано в обод колеса. Этот вариант осуществления не использует дополнительные соединительные устройства, уменьшает общую массу и упрощает балансировку колес.
В другом варианте осуществления между основанием и ободом колеса располагают демпфирующие устройства, пригодные для создания небольшого зазора между основанием устройства и ободом колеса.
Стоит также подчеркнуть, что устройство в соответствии с настоящей патентной заявкой может быть установлено на внешней поверхности и, после предварительной наладки транспортного средства, на внутренней поверхности обода.
Устройство работает от вращения специальной спирали относительно основания. Это вращение может быть вызвано различными способами, как правило, посредством моторов различных типов: электрического, пневматического и т.д.; в другом возможном варианте осуществления используют устройство, фиксирующее спираль относительно транспортного средства, когда водитель транспортного средства медленно едет вперед, в результате чего колесо и обод вращаются.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 представляет собой фотографию варианта осуществления настоящего изобретения в вытянутом положении. На этой фигуре показано основание (2), составные подвижные спицы (4), кольцевой пояс (5), а также специальная спираль (6); поддерживающая дугообразное начальное и конечное развитие; обе указанные дуги окружности покрывают все сегменты окружности, определенные подвижными спицами (4), а не один из них.
Фигуры 2 и 3 представляют собой детализированные представления Фигуры 1; На Фигуре 2 показана средняя часть устройства вместе с приводным устройством (61), специальной спиралеобразной направляющей (6), выступающими штифтами, а также составными подвижными спицами (4). Кроме того, на Фигуре 3, иллюстрирующей в радиальном направлении самую внешнюю часть устройства, показаны кольцевой пояс (5), витые пружины (52), шпоры (55), отрезок гибкого соединительного кабеля (56)и его соответствующие отверстия (58), боковые гребни (57), а также наконечники (59) отрезка кабеля. На верхней схеме приведено более наглядное описание упругих свойств кольцевого пояса, который за счет переключения в активное втянутое положение позволяет отодвинуть шпоры (55), как показано стрелками (F).
На Фигурах 4 и 5 показаны функциональные схемы устройства в соответствии с настоящей патентной заявкой с одного конца и на одной стороне транспортного средства соответственно. Конфигурация В иллюстрирует вытянутое рабочее положение, где конфигурации А и С иллюстрируют втянутое положение покоя до и после извлечения шпор соответственно.
На Фигурах показаны основание (2), колесо (10), протектор (11), внешний сегмент (40), а также внутренний сегмент (42) составных подвижных спиц (4), специальная спираль (б), приводное средство (61), а также выступающий штифт (7). Поступательное движение подвижных спиц указано стрелками (VI и V2), указывающими направление вращения (R1 и R2).
На Фигуре 6 показан вид в аксонометрии колеса (10), на котором установлено устройство в соответствии с наиболее полным вариантом осуществления настоящей патентной заявки. Указанное устройство представлено во втянутом положении покоя, где протектор (11) высвобожден. На этой фигуре показано основание (2), составные подвижные спицы (4), жесткие элементы (55) кольцевого пояса (5).
На Фигуре 7 показан тот же самый вариант осуществления, что и на Фигуре 6: устройство в промежуточном положении между состоянием покоя и рабочим состоянием, т.е. концевые сегменты (40) подвижных спиц изгибаются на протекторе и поворачиваются вокруг петли (41) до перпендикулярного положения относительно промежуточных сегментов (43). Также частично показаны внутренний сегмент (42) и упругие компоненты (8).
На Фигуре 8 показан тот же самый вариант осуществления, что и на Фигуре 6: устройство в вытянутом рабочем положении, а также концевые и промежуточные сегменты (40, 43) составных подвижных спиц, которые изгибаются и входят в контакт с протектором и шпорами (55) с боковыми гребнями (57), обращенными наружу для контакта с дорожным полотном. Можно отметить, что промежуточный сегмент (43) подвижных спиц соединен с возможностью вращения с внутренним сегментом (42) посредством петли (41).
На Фигуре 9 показан вариант осуществления внутреннего сегмента (42) подвижной спицы, в комплекте с пружинным картриджем (81), расположенным между выступающим штифтом (7), вставленным в канавку специальной спирали (6), и концом; при этом конец может быть соединен с помощью дополнительных сегментов с внешним сегментом (40).
На Фигуре 10 показан вариант осуществления устройства в соответствии с настоящей патентной заявкой, в котором подвижная спица, расположенная в соответствии с осью (X), образует угол, отличный от прямого, с плоскостью (Y) дорожного полотна и таким образом способствует вращению концевого сегмента на протекторе. Многие сегменты были удалены в этом представлении в целях упрощения.
Фигура 11 представляет вид в перспективе, позволяющий лучше рассмотреть вариант осуществления на Фигуре 6 и, в частности, кольцевой зазор, образованный кольцевым поясом (5) во втянутом положении покоя. На Фигуре 12 показана специальная спираль (6), поддерживающая дугообразное начальное и конечное развитие; обе указанные дуги окружности охватывают все секторы окружности, определяемые подвижными спицами, а не один из них.
Подробное описание варианта осуществления изобретения
Следующее подробное описание, приведенное в иллюстративных, но не ограничивающих целях, со ссылкой на прилагаемые чертежи, выдвигает на первый план дополнительные особенности и преимущества, вытекающие из этих особенностей, и является неотъемлемой частью настоящего изобретения.
Устройство в соответствии с настоящей патентной заявкой содержит основание (2) с соответствующими устройствами для полного соединения с одной из поверхностей обода колеса (10) транспортного средства типа, оборудованного шиной с представлением соответствующих сторон и протектора (11).
Из указанного основания (2) в радиальном направлении отклоняется множество составных спиц (4), что происходит за счет соответствующих компонентов размещения.
Указанное основание (2) обратимо полностью соединено с ободом колеса (10) с помощью соответствующих фиксирующих компонентов известного типа, например, с помощью болтов, крепящих обод к оси или оси вала транспортного средства, либо посредством специальных винтов.
В наиболее функциональном варианте осуществления указанное основание (2) может быть собрано на указанном ободе посредством соответствующих демпфирующих устройств, например, небольших резиновых блоков, пригодных для создания небольшого зазора между основанием и ободом так, чтобы смягчить напряжение, передаваемое к основанию (2) с помощью указанных составных спиц (4), концы которых воздействуют на дорожное полотно.
Следует напомнить, что в частном случае осуществления настоящего изобретения указанное основание (2) также может быть полностью интегрировано в обод транспортного средства.
Внешние сегменты составных спиц (4) соединены друг с другом с помощью частично упругого кольцевого пояса (5), возможности расширения которого позволяют расположить этот пояс вокруг шины, вплотную к протектору (11).
Указанный кольцевой пояс (5) состоит из множества шпор (55), упруго соединенных друг с другом для создания кольцевого зазора переменного диаметра.
Следует отметить, что использование жестких шпор(55) предполагает не отсутствие деформируемости, а жесткость, достаточную, чтобы отличить их от упругих отрезков кольцевого пояса (5). В этом варианте осуществления шпоры (55) выполнены из металлических плоских элементов трапецеидальной формы с двумя выступающими боковыми гребнями (57), имеющими сквозные отверстия (58), через которые могут проходить один или несколько отрезков соединительных кабелей (56). Как лучше видно в подробном представлении на Фигуре 3, упругие элементы, соединяющие шпоры (55), содержат отрезок гибкого металлического кабеля (56), на концах которого расположены противоскользящие наконечники (59).
Кабель (56)вставляется в пределах по меньшей мере одной витой пружины (52), внешний диаметр которой позволяет не допустить ее прохождения через отверстие (58), а внутренний диаметр позволяет не допустить прохождение наконечника (59). На практике отдельные шпоры (55), отклоняющиеся далеко друг от друга, как показано стрелками (F) в подробном представлении на Фигуре 3, вызывают упругое сокращение пружин (52), сжатых между боковой стороной гребня (55) и соответствующим наконечником (59).
Таким образом, указанный кольцевой пояс (5) поддерживает переменное расширение, в котором он может упруго отступать так, чтобы расширить и покрыть протектор, а затем сокращаться снова и восстанавливать конфигурацию покоя.
Указанные устройства для размещения составных спиц (4) пригодны для переключения по команде из конфигурации покоя, в которой они не соприкасаются с протектором (11), а шпоры (55), по существу, являются внутренним по отношению к периметру, определенному основанием (2), в рабочую конфигурацию, в которой шпоры (55) расположены за пределами указанного периметра и покрывают некоторые участки поверхности протектора, а боковые гребни (57) расположены в поперечном направлении.
Предпочтительно, чтобы боковые гребни (57) при расположении пояса (5) на протекторе (11), выступали по направлению к дорожному полотну на стороне, противоположной протектору, чтобы значительно увеличить сцепление аналогично зубцам, взаимодействующим с почвой.
В предпочтительном варианте осуществления указанные устройства для размещения спиц (4) содержат пластину, в которой вырезана специальная спираль (б), действующая в качестве направляющей для множества выступающих штифтов (7), каждый из которых соответственно выступает из внутреннего сегмента (42) спицы (4). Выступающие штифты (7) параллельны оси колеса и перпендикулярны по отношению к специальной спирали (6).
Специальная спираль (6) может вращаться вокруг основания благодаря приводному оборудованию (61), которое может представлять собой электродвигатель с автономным питанием или электродвигатель, получающий питание от электрооборудования транспортного средства (2).
В грузовых автомобилях приводное оборудование (61) может использовать пневматическую систему транспортного средства. Кроме того, можно использовать пульт дистанционного управления для удаленного включения указанного приводного оборудования (61), например, внутри транспортного средства, чтобы переключиться из втянутой конфигурацию покоя в вытянутую рабочую конфигурацию и наоборот.
В альтернативном варианте осуществления указанное приводное оборудование (61) содержит устройства, которые делают указанную специальную спираль (6) временно полностью соединенной с транспортным средством, обеспечивая короткое относительное вращение между ним и указанным основанием (2).
Для предотвращения повреждения, улучшения рабочего состояния устройства и обеспечения безопасности указанным приводным оборудованием (61) можно управлять с помощью соответствующих датчиков, обнаруживающих напряжение, передаваемое на указанные подвижные спицы (4) и способные запускаться каждый раз, когда напряжение, вызванное различными движениями, превышает заранее определенное пороговое значение.
В первом варианте осуществления спицы (4) содержат внутренний сегмент (42), поддерживающий выступающий штифт (7), вставленный в специальную спиральную направляющую (6), и наружный сегмент (40), соединенный с возможностью вращения с внутренним сегментом (42), и также связанный с кольцевым поясом (5) таким образом, чтобы располагать его на протекторе (11) каждый раз, когда подвижные спицы (4) переключаются из втянутого положения покоя в вытянутое рабочее положение.
В наиболее эффективном варианте осуществления складывание наружного сегмента (40) на протекторе (11) активизируется наличием торсионных упругих элементов, имеющих общую ось с указанными штифтами (41), действующими между внутренним сегментом (42) и наружным сегментом (40).
В предпочтительном варианте осуществления между наружным сегментом (40) и внутренним сегментом (42) существует дополнительный промежуточный сегмент (43), соединенный с возможностью вращения с указанными внутренним и внешним сегментами между петлями, которые могут также содержать торсионные упругие компоненты, пригодные для облегчения захвата шин.
Наличие указанного промежуточного сегмента (43) позволяет наружному сегменту (40) достичь положения, более выдвинутого по отношению к протектору.
Спицы (4) могут содержать соответствующие упругие компоненты и/или демпфирующие устройства (8) для поглощения нагрузок, которые могут быть вызваны резкими остановками (при наличии), предотвращая регулярное движение кинематического механизма.
В другом предпочтительном варианте осуществления указанные упругие компоненты (8) интегрированы во внутренний сегмент (42) посредством упругого картриджа, способного поглощать любые толчки из-за неровностей дорожного полотна или ненадлежащего накачивания шин. Этот картридж содержит демпфирующее устройство, состоящее из двух частей, соединенных с возможностью скольжения друг с другом в соответствии с радиальной осью, движению которых оказывает противодействие один или несколько упругих элементов, которые могут быть соединены с механическими гасителями энергии.
В наиболее полном варианте осуществления настоящего изобретения указанные подвижные спицы (4) могут быть установлены на основании (2) для образования угла, отличного от прямого, с дорожным полотном, т.е. с внутренним сегментом, расположенным в осевом направлении дальше от плоскости обода, чем наружный сегмент; в этом случае специальную спираль (6) подвергают механической обработке на конической, а не на плоской поверхности.
При необходимости можно активировать приводное оборудование (61), определяющее относительное вращение диска со спиралью (6) по отношению к основанию (2). Со ссылкой на Фигуру 5 вращение спирали (6), например, в направлении (R1), определяет наружное радиальное перемещение (VI) выступающего штифта (7), вставленного в спираль (6).
Поэтому выступающий штифт (7) выталкивает подвижные спицы в радиальном направлении наружу, вплоть до достижения вытянутого рабочего положения кинематического механизма.
Указанный кольцевой пояс (5) за счет переключения из конфигурации покоя в рабочую конфигурации, в которой он расположен на протекторе (11), временно увеличивает собственную длину благодаря сжатию указанных эластичных элементов (52), которые позволяют отодвинуть шпоры компонента (55), как показано стрелками (F) в детализированном представлении на Фигуре 3.
Со ссылкой на Фигуру 5 восстановление положения покоя определяется вращением в противоположном направлении (R2) диска со спиралью (6), приводящим к центростремительному перемещению (V2) выступающих штифтов (7), управляющих подвижными спицами (4) и кольцевым поясом (5), связанным с ними.
Настоящее устройство может быть снабжено облицовочным элементом или защитной оболочкой с возможностью по меньшей мере частичного огибания составных частей самого устройства. Кроме того, составные части указанного устройства, а также защитная оболочка (при наличии), могут быть выполнены из металла или других материалов, включая резину или пластмассу.