Универсальное колесо транспортного средства на камерах-шинах и способ регулирования силы сцепления (трения) его колёс
UNIVERSAL VEHICLE WHEEL ON TUBES-TIRES AND METHOD OF ADJUSTING ADHESION (FRICTION) POWER OF ITS WHEELS

Изобретение относится к автотранспортному машиностроению, а более конкретно к производству спецтехники повышенной проходимости.
Известно колесо вездехода низкого давления (см. патент RU №2192968, МПК В60В 15/00; В60С 11/02), содержащее ступицу, спицы и ободья, ложементы, камеру, ремни, грунтозацепы и шину. Шина охватывает камеру частично, не доходя до ободьев, и прикреплена к последним ремнями и грунтозацепами. В результате повышается износостойкость колеса.
Недостатком колеса является то, что его конструкция не универсальна, и оно не может двигаться по различным поверхностям из-за слабого сцепления колеса, не исключающего пробуксовку.
Известен также легкий колесный вездеход (см.патент на ПМ №91937, В60 В 9/00), содержащий двигатель, трансмиссию, ведущие колеса и кузов. Колесо состоит из обода сварной конструкции, выполненного в виде двух колец, соединенных между собой ложементами и спицами со ступицей, и шины, включающей камеру с давлением воздуха в ней до 0,02 МПа, покрышки и грунтозацепов, закрепленных на ложементах и удерживающих покрышку на камере.
Конструкция колеса также не универсальна и при постоянном давлении в камере до 0,02 МПа не обеспечивает достаточного сцепления для движения транспортного средства по различным и слабонесущим поверхностям без пробуксовки.
Наиболее близким техническим решением является универсальное колесо транспортного средства на камерах-шинах (см. патент RU №2405681, МПК В60В 15/00), включающее диск и обод, выполненный из колец, соединенных перемычками, протекторный бандаж, края которого закреплены на ободе, пневматическую камеру с вентилем, установленную и закрепленную без смещения или со смещением в обхвате обода и протекторного бандажа, промежуточный бандаж, края которого прижаты кольцами обода к пневматической камере. Пневматическая камера держит давление воздуха в обхвате обода и протекторного бандажа от высокого до сверхнизкого и служит основанием для контакта колеса с опорной поверхностью, то есть шиной. Протекторный бандаж выполнен из поперечных и продольных ремней или сплошным, а упомянутые перемычки прикреплены к пневматической камере с помощью накладок, удерживающих пневматическую камеру на ободе.
Недостатком является то, что конструкция колеса не обеспечивает надежного сцепления с различными поверхностями без пробуксовки.
Технической задачей изобретения является повышение надежности сцепления колеса транспортного средства и возможность регулирования силы сцепления при движении на различных поверхностях без пробуксовки.
Указанная техническая задача обеспечивается тем, что в универсальном колесе транспортного средства на камерах-шинах, включающем обод и протекторные ремни, закрепленные на ободе поперечными протекторными ремнями, камеру-шину, установленную в обхвате ободом и протекторными ремнями и закрепленную без смещения или со смещением, протекторные ремни снабжены подвижными грунтозацепами, расположенными по беговой дорожке колеса, в начале и в процессе движения без пробуксовки или при торможении, изменяющими углы вертикального направления горизонтального положения грунтозацепов под действием неровной поверхности, независимо один от другого, с изменением направления и величины или только величины относительно центра продольного сечения колеса, в направлении и против нормальной силы реакции поверхности с грунтозацепами к площади опорного контакта грунтозацепов с поверхностью, а в площади опорного контакта колеса с поверхностью камера-шина служит воздушно-резиновой подушкой между ободом, протекторными ремнями, грунтозацепами и поверхностью.
Благодаря тому, что протекторные ремни снабжены подвижными, расположенными по беговой дорожке колеса грунтозацепами, повышается сила сцепления колеса с поверхностью и увеличиваются смещения протекторных ремней, камеры-шины и по меньшей мере одного промежуточного бандажа относительно обода и протекторных ремней с изменением направления и величины или только величины против продольных сил реакций обода и протекторных ремней к площади контактов камеры-шины или промежуточного бандажа с ободом и протекторными ремнями, что увеличивает ускорение вращения обода или увеличивает ускорение центра тяжести транспортного средства. Изменяющиеся углы вертикального положения грунтозацепов в начале и в процессе движения без пробуксовки или торможения, под действием неровной поверхности, независимо один от другого, обеспечивают необходимое положение грунтозацепов, соответствующее неровностям поверхности.
В площади опорного контакта колеса с поверхностью камера-шина служит воздушно-резиновой подушкой для обода, протекторных ремней и грунтозацепов, обеспечивая надежную силу сцепления.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид колеса спереди; на фиг. 2 - вид колеса сбоку при вращении крутящим моментом; на фиг. 3 - вид колеса сбоку при вращении продольной силой. Кроме того, на чертеже представлены следующие обозначения:
М - крутящий момент;
Рх - продольная сила;
Pz - нормальная нагрузка;
Rx - направление продольной силы реакции поверхности;
1
Rx - направление продольной силы реакции обода;
Rz - направление нормальной силы реакции поверхности;
S - площадь опорного контакта.
Универсальное колесо транспортного средства включает камеру-шину 1, закрепленную без смещения или со смещением в обхвате ободом 2 и протекторными ремнями, закрепленными на ободе поперечными протекторными ремнями 3, с изменяемыми углами натяжения 4 и 5 относительно обода 2 и с углами 6 и 7 относительно поверхности, протекторные ремни снабжены подвижными грунтозацепами 8, расположенными по беговой дорожке колеса с изменяющимися углами их вертикального положения 9 и 10 под действием неровной поверхности, независимо один от другого.
Работа колеса происходит следующим образом. Крутящий момент М приводит во вращение колесо транспортного средства. При контакте колеса с поверхностью S под действием нормальной силы нагрузки Rz и неровностей поверхности происходит изменение направления и величины углов 9 и 10 вертикального направления подвижных грунтозацепов 8 относительно центра продольного сечения колеса, независимо один от другого с изменением направления и величины или только величины, в направлении и против нормальной силы реакции Rz поверхности с грунтозацепами к площади опорного контакта грунтозацепов с поверхностью. Камера-шина 1 в площади S опорного контакта с поверхностью служит подушкой для обода 2, протекторных ремней 3 и грунтозацепов 8. Подвижные грунтозацепы 8, расположенные по беговой дорожке колеса, увеличивают силы натяжения протекторных ремней 3. Тем самым увеличивается давление обода 2 на камеру-шину 1 с увеличением прижимных усилий и сил сцепления камеры-шины 1, грунтозацепов 8 и протекторных ремней 3 с площадью S опорной поверхности. Для прохождения колеса по слабонесущим поверхностям механизмами управления понижают давление в камере-шине 1, увеличивая тем самым силу сцепления грунтозацепов 8 и площадь S контакта колеса с поверхностью, или промежуточного бандажа с ободом и протекторными ремнями.
Известен способ регулирования силы сцепления (трения) колес транспортного средства (см. работу ПМ №91937, МПК В60В 9/00) с помощью грунтозацепов, вдавливающихся в почву и образующих замкнутую силовую линию, передающую крутящий момент на камеру и шину за счет сил трения при постоянном давлении в камере 0,02 МПа.
Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает надежного сцепления колеса с различными поверхностями при постоянном давлении в камере, что ведет к пробуксовке колес, особенно по слабонесущим поверхностям.
Наиболее близким техническим решением является способ регулирования силы сцепления (трения) колес транспортного средства на камерах-шинах (см. патент RU №2548995, МПК В60В 39/00; В60В 15/00) механизмами управления в площади опорного контакта колеса с поверхностью, в неразрывном обхвате камеры-шины ободом и протекторными ремнями по всем радиальным сечениям с изменяемыми углами натяжения поперечных протекторных ремней и с изменением давления в камере-шине от высокого до сверхнизкого, спущенного состояния, за счет смещения камеры-шины и по меньшей мере одного промежуточного бандажа и создания равных или неравных ускорений вращения обода относительно центра колеса и центра его контакта с поверхностью, против продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, или равных или неравных ускорений центра тяжести транспортного средства относительно центра колеса и центра его контакта с поверхностью, против нормальной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью.
Недостатком способа является то, что не обеспечивается надежное регулирование силы сцепления (трения) колес транспортного средства с различными поверхностями при движении без пробуксовки.
В предлагаемом способе регулирования силы сцепления (трения) колес транспортного средства, на камерах-шинах механизмами управления в площади опорного контакта колеса с поверхностью, в неразрывном обхвате камеры-шины ободом и протекторными ремнями по всем радиальным сечениям с изменяемыми углами натяжения поперечных протекторных ремней и с изменением давления в камере-шине от высокого до сверхнизкого, спущенного состояния, за счет смещений камеры-шины и по меньшей мере одного промежуточного бандажа и создания равных или неравных ускорений вращения обода относительно центра колеса и центра его контакта с поверхностью, против продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, или равных или неравных ускорений центра тяжести транспортного средства относительно центра колеса и центра его контакта с поверхностью, против нормальной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, в начале и в процессе движения без пробуксовки или при торможении, при контакте грунтозацепов с поверхностью смещают протекторные ремни и регулируют эти смещения с изменением их направления и/или величины относительно камеры-шины, в направлении продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, с изменением направления и/или величины углов натяжения поперечных протекторных ремней относительно обода и поверхности, против продольных сил реакции обода и поверхности с углами натяжения поперечных протекторных ремней к величине углов натяжения поперечных протекторных ремней с ободом и поверхностью.
Кроме того, в начале и в процессе движения с увеличением скорости, без допуска ее снижения, изменением давления воздуха в камере-шине от высокого до сверхнизкого, спущенного состояния, создают равные или различные смещения протекторных ремней относительно камеры-шины, в направлении продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, а также создают равные или различные углы натяжения поперечных протекторных ремней относительно обода и поверхности, против продольных сил реакции обода и поверхности с углами натяжения поперечных протекторных ремней к величине углов натяжения поперечных протекторных ремней с ободом и поверхностью.
Благодаря смещениям протекторных ремней и их регулировке с изменением углов поперечных протекторных ремней относительно обода и поверхности, а также смещениям камеры-шины и промежуточных бандажей относительно обода и протекторных ремней с изменением направления и величины или только величины против продольных сил реакций обода и протекторных ремней к площади контактов камеры-шины или промежуточного бандажа с ободом и протекторными ремнями обеспечивается повышение проходимости и силы сцепления колеса транспортного средства при движении на различных поверхностях без пробуксовки.
Способ регулирования силы сцепления (трения) колес транспортного средства на камерах-шинах осуществляется механизмами управления в начале и в процессе движения без пробуксовки или при торможении. При контакте грунтозацепов с поверхностью изменяется их вертикальное положение и происходит смещение протекторных ремней относительно камеры-шины, в направлении продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью. Увеличивая силы натяжения поперечных протекторных ремней против продольных сил реакции обода и поверхности с углами натяжения поперечных протекторных ремней к величине углов натяжения поперечных протекторных ремней с ободом и поверхностью, достигаем увеличение давления обода на камеру-шину, протекторные ремни и грунтозацепы, что повышает силу сцепления колеса с поверхностью.
В начале и в процессе движения с увеличением скорости, без допуска ее снижения, при изменении давления воздуха в камере-шине от высокого до сверхнизкого, спущенного состояния, увеличивают или уменьшают равные или различные смещения протекторных ремней относительно камеры-шины, в направлении продольной силы реакции поверхности с колесом к площади опорного контакта колеса с поверхностью, а также увеличивают или уменьшают равные или различные углы натяжения поперечных протекторных ремней относительно обода и поверхности, против продольных сил реакции обода и поверхности с углами натяжения поперечных протекторных ремней к величине углов натяжения поперечных протекторных ремней с ободом и поверхностью. Таким образом, достигают равную или различную деформацию камеры-шины и изменяют площадь опорного контакта колеса с различными поверхностями при движении транспортного средства без пробуксовки.
Предлагаемое изобретение за счет грунтозацепов повышает сцепление и проходимость колес транспортного средства и одновременно позволяет регулировать силу сцепления при движении на различных поверхностях без пробуксовки.