Колесо транспортного средства
VEHICLE WHEEL

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других бесподвесочных транспортных средств.
Известна пневмошина, содержащая резинокордную оболочку и дополнительную емкость, наполненные сжатым воздухом и связанные между собой воздушными каналами с обратным клапаном и демпфером вязкого трения, установленными параллельно (патент №2085404, кл. В60С 9/18, опубл. 27.07.1997).
Недостатком данной пневмошины является низкая эффективность воздушного демпфирования, обусловленная тем, что объем резинокордной оболочки, значительно больше объема дополнительной емкости. В результате при деформации пневмошины под действием вертикальных колебаний остова машины происходит перекачка небольшой части относительного объема воздуха из резинокордной оболочки в дополнительную емкость и обратно через дроссель с обратным клапаном, что мало меняет жесткость пневмошины на ходах сжатия и отбоя. Вследствие этого диаграмма (зависимость силы от вертикальной деформации) пневмошины будет иметь малую площадь, что ограничивает демпфирующие способности данной конструкции. Кроме того, наличие дополнительной емкости увеличивает суммарный объем пневмошины, что   снижает ее жесткость и увеличивает вероятность пробоя колеса.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колесо транспортного средства, содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости и образующая в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапанно-дроссельный узел, содержащий клапан и дросселирующее отверстие (патент РФ № 2590779, кл. В60С 5/20, В60С 7/00, опубл. 10.07.2016).
Недостатком данного колеса является относительно низкая эффективность воздушного демпфирования, обусловленная тем, что объем кольцевой рабочей полости больше объема полого тора эластичной оболочки. В результате при деформации пневматической шины под действием вертикальных колебаний остова машины происходит перекачка небольшой части относительного объема воздуха из кольцевой полости в полость эластичной оболочки и обратно через дроссель с обратным клапаном, что относительно мало меняет жесткость пневматической шины на ходах сжатия и отбоя. Вследствие этого диаграмма (зависимость силы от вертикальной деформации) будет иметь малую площадь, что ограничивает демпфирующие способности данной конструкции. Кроме того, вследствие небольшого внутреннего объема шина имеет сравнительно высокую жесткость, что снижает плавность хода машины, а дросселирование воздуха при вертикальных колебаниях колеса приводит к ускорению процесса нагрева пневматической шины, поскольку воздух находится внутри шины и резинокордной оболочки и не соприкасается с металлическим ободом колеса, что повышает внутреннее давление и может привести к разрушению шины.
Задачей является обеспечение снижения жесткости шины в зоне стати-ческой деформации, увеличение жесткости шины в конце хода сжатия, увеличение эффективности воздушного демпфирования и снижение температуры нагрева шины за счет лучшего теплоотвода в окружающую среду.
Техническим результатом предлагаемого колеса транспортного средства является повышение плавности хода и безопасности движения бесповесочных колесных машин.
Указанный технический результат достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем обод, пневматическую шину, внутри которой установлена эластичная оболочка, и клапанно-дроссельный узел, эластичная оболочка выполнена из резинокорда в виде тора, которая по наружному диаметру установлена вплотную к внутренней поверхности шины и образует с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, а обод снабжен двумя дисками, которые установлены с двух сторон обода и образуют с ободом внутреннюю полость, сообщенную с кольцевой рабочей полостью через клапанно-дроссельный узел, установленный на ободе, причем внутренняя полость и кольцевая рабочая полость заправлены воздухом под стандартным давлением для шины, а торовая резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины.
Благодаря тому, что эластичная оболочка выполнена из резинокорда в виде тора и установлена по наружному диаметру вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, а обод снабжен двумя дисками, которые установлены с двух сторон обода и образуют с ободом внутреннюю полость, сообщенную с кольцевой рабочей полостью через клапанно-дроссельный узел, установленный на ободе, обеспечивается увеличение отношения постоянного объема во внутренней полости к переменному объему в кольцевой рабочей полости, что повышает эффективность воздушного демпфирования, увеличивая тем самым плавность хода,  и лучший теплоотвод через поверхность дисков в окружающую среду, повышая безопасность движения бесподвесочных колесных машин.
Вследствие того, что торовая резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а внутренняя полость и кольцевая рабочая полость заправлены воздухом под стандартным давлением для шины, при малых ходах сжатия шины обеспечивается сохранение формы и объема торовой резинокордной оболочки, что повышает эффективность воздушного демпфирования и улучшает контакт колеса с дорожным полотном, а при больших ходах сжатия обеспечивается увеличение радиальной жесткости шины, что снижает вероятность пробоя колеса и смятие его обода, тем самым повышая надежность работы колеса и безопасность движения транспортного средства.
На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства  вид сбоку, на фиг. 2 изображено предлагаемое колесо транспортного средства при статической деформации, на фиг. 3 – предлагаемое колесо транспортного средства при деформации больше статической, а на фиг. 4 – упругие характеристики предлагаемого колеса на ходах сжатия и отбоя.
Колесо транспортного средства (фиг. 1, 2 и 3) содержит обод 1 и пневматическую шину 2, в полости которой вплотную к внутренней поверхности шины 2 установлена эластичная оболочка 3, выполненная из резинокорда в виде тора с полостью 4 и образующая с ободом 1 и боковыми стенками шины 2 кольцевую рабочую полость 5. Обод 1 снабжен двумя дисками 6 и 7, которые образуют с ободом 1 внутреннюю полость 8, сообщенную с кольцевой рабочей полостью 5 через клапанно-дроссельный узел, включающий дроссель 9 и обратный клапан 10, установленные в углублении на цилиндрической части обода 1. Объем кольцевой рабочей полости 5 значительно меньше объема внутренней полости обода 8, что обеспечивает повышенную эффективность воздушного демпфирования.
С двух сторон обод 1 имеет посадочные буртики 11 и 12, буртик 11 выполнен в виде съемного кольца, что облегчает монтаж и демонтаж шины 2. Между двух дисков 6 и 7 коаксиально расположены герметично приваренные к ним трубки 13, которые имеют посадочные отверстия 14 для крепления колеса к ступице машины. На диске 6 герметично установлена крышка 15, в которой закреплен золотниковый штуцер 16 для заправки воздухом полостей 8 и 5 давлением, равным стандартному значению для шины 2 (под стандартным давления для шины понимается давление, указанное в паспорте шины).
На торовой оболочке 3 закреплена металлическая трубка 17, вмонтированная с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1 и соединенная шлангом 19 с золотниковым штуцером 20, который закреплен на крышке 15 и служит для заправки полости 4 эластичной оболочки 3 воздухом до давления, которое в 1,5 раза выше стандартного значения для шины 2.
Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.
Под действием статической нагрузки нижняя часть пневматической шины 2, установленная на ободе 1 между посадочными буртиками 11 и 12, деформируется на величину статической деформации (фиг. 1). При этом поперечное сечение торовой резинокордной оболочки 3 в нижней части шины 2 практически не деформируется, поскольку ее полость 4 заправлена воздухом под давлением, которое в 1,5 раза выше давления в кольцевой рабочей полости 5 (фиг.2), равного мтандартному значению давления для шины 2).
При качении колеса по ровной дороге и отсутствии вертикальных колебаний статическая деформация пневматической шины 2 практически не меняется, что не увеличивает сопротивления качению (фиг. 1).
При качении колеса по неровной дороге или возникновении небольших вертикальных и угловых колебаний транспортного средства происходит дополнительная радиальная деформация нижней части пневматической шины 2, что вызывает изменение объема кольцевой рабочей полости 5 и возникновение перепада давлений на клапанно-дроссельном узле, включающем дроссель 9 и обратный клапан 10, установленные в углублении на цилиндрической части обода 1 (фиг. 2). При этом на ходе сжатия шины 2 происходит увеличение давления в кольцевой рабочей полости 5, под действием которого воздух из нее перетекает во внутреннюю  полость 8 через дроссель 9 и обратный клапан 10 практически без сопротивления, что обеспечивает одинаковый рост давлений в полостях 5 и 8 и мягкую упругую характеристику (кривая 21 на фиг. 4). На ходе отбоя обратный клапан 10 закрывается и воздуз из полости 8 перетекает в полость 5 только через дроссель 9 с большим сопротивлением, что обеспечивает резкое увеличение жесткости упругой характеристики (кривая 22 на фиг. 4). При последующем ходе сжатия давление воздуха в полости 5 быстро увеличивается и при достижении давления в полости 8 обратный клапан 10 открывается и далее происходит практически одновременный рост давлений в полостях 5 и 8. В результате за цикл колебаний реализуется рабочая диаграмма, заштрихованная площадь внутри которой равняется потерям энергии колеса, которые идут на гашение колебаний корпуса транспортного средства.
При увеличении радиальной деформации колеса в случае больших вертикальных и угловых колебаний транспортного средства или при наезде на большую выступающую неровность нижняя часть шины 2 деформируется на большую величину и внутренняя поверхность нижней части торовой резинокордной оболочкой 3 взаимодействует с нижней частью цилиндрического обода 1, вызывая ее сжатие (фиг. 3). Вследствие этого происходит увеличение давления в полостях 4, 5 и 8 и жесткости упругой характеристики (кривая 23 на фиг. 4), что ограничивает ход сжатия шины 2 и вероятность пробоя колеса. При последующем ходе отбоя нижняя часть торовой резинокордной оболочки 3 постепенно восстанавливает свою форму и при совместном действии с внутренним воздушным сопротивлением обеспечивает более жесткую упругую характеристику (кривая 24 на фиг. 4), которая при больших ходах сжатия и отбоя формирует большую площадь внутри рабочей диаграммы, что увеличивает общие потери энергии внутри колеса и эффективное гашение колебаний транспортного средства. При этом выделяемое при дросселировании воздуха тепло отводится в окружающую среду через диски 6 и 7.
Заправка торовой оболочки 3 воздухом до давления, которое в 1,5 раза выше стандартного значения для шины 2, осуществляется через золотниковый штуцер 20, установленный на крышке 15, шланг 19 и металлическую трубку 17, установленную с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1. Заправка воздухом полостей 8 и 5 давлением, равным стандартному значению для шины 2, осуществляется через золотниковый штуцер 16.
Крепление колеса к ступице машины осуществляется через посадочные отверстия 14 на конце трубок 13, герметично приваренных к дискам 6 и 7.
В результате предлагаемое колесо транспортного средства обеспечивает повышение плавности хода и безопасности движения бесподвесочных колесных машин.