КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Предлагаемое колесо транспортного средства относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других транспортных средств с безрессорными подвесками.
Известно колесо транспортного средства (патент РФ №2178742, кл. В60С 17/01, опубл. 2001 г.), содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость, причем кольцевая рабочая полость снабжена дополнительными эластичными камерами в виде пневмобаллонов, установленных на наружной поверхности эластичной оболочки, каждый из которых выполнен в виде герметичной камеры, внутренние и наружные торцевые поверхности которой выполнены в виде жестких пластин, соединенных гибкой связью, проходящей через центральное отверстие внутренней жесткой пластины и закрепленной на центральном цилиндрическом кулачке регулирующего звена, выполненного в виде валика с центральным и крайними цилиндрическими кулачками, установленного параллельно оси колеса, причем крайние цилиндрические кулачки связаны через гибкую связь и пружины растяжения с эластичной оболочкой, при этом совокупность пневмобаллонов образует компенсирующий объем сжатия, обеспечивающий снижение радиальной жесткости колеса, а регулирующие звенья каждого пневмобаллона соединены между собой кольцевой гибкой связью, обеспечивающей синхронную работу заполненной жидкостью кольцевой рабочей полости, при этом полости пневмобаллонов, сообщающиеся с полостью эластичной оболочки посредством клапанов и дросселирующих отверстий, образуют воздушную демпфирующую систему колеса.
Недостатком данного колеса является наличие большого объема жидкости в колесе, что увеличивает его массу и дисбаланс, вследствие чего плавность хода и скорость движения транспортного средства будут ограничены. Кроме того, конструкция данного колеса имеет высокую сложность и, вследствие этого, низкую надежность, что, например, при проколе шины и потере жидкости, приведет к резкому снижению плавности хода и скорости движения транспортного средства.
Наиболее близким к предлагаемому из известных технических решений является колесо транспортного средства (патент РФ №2144862, кл. В60С 17/00 опубл. 1998 г.), содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость. Во внутренней полости эластичной оболочки установлена дополнительная эластичная камера в виде тора, сообщающаяся с кольцевой рабочей полостью посредством клапанов с дросселирующими отверстиями, установленными на поверхности эластичной оболочки, причем кольцевая рабочая полость и дополнительная эластичная камера, заполненные жидкостью, образуют гидравлическую демпфирующую систему колеса, а эластичная оболочка и дополнительная эластичная камера армированы стальной проволокой.
Данное колесо имеет низкий технический уровень, обусловленный высокой его радиальной жесткостью вследствие того, что значительная внутренняя часть колеса заполнена жидкостью, которая размещена в кольцевой рабочей полости и дополнительной эластичной камере, что существенно уменьшает объем воздуха в пневматической шине. В результате увеличивается собственная частота колебаний транспортного средства на данных колесах, что ухудшает его плавность хода и ограничивает скорость движения по неровным дорогам. Кроме того, наличие жидкости в колесе увеличивает его массу, а при проколе шины и потере жидкости, демпфирующие свойства колеса резко снижаются.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции колеса транспортного средства, обеспечивающей повышение его демпфирующих свойств за счет введения воздушного демпфирования и снижения радиальной жесткости шины путем применения системы толкателей, взаимодействующих с резинокордной оболочкой, установленной внутри обода, соединенного со ступицей, выполненной в виде цилиндра, снаружи которого установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства, а внутри выполнена перегородка с осевым отверстием, разделяющая полость цилиндра на левую и правую пневматические камеры, в осевом отверстии установлен шток, который скреплен левым концом с полым поршнем, выполненным в средней части в форме седла и соединенным с правым торцом резинокордной оболочки, и имеет левый продольный канал, сообщающий левую пневматическую камеру с внутренней полостью полого поршня через нижнее радиальное отверстие, и правый продольный канал, сообщающий левую и правую пневматические камеры между собой через верхнее радиальное отверстие и клапан с дросселирующим отверстием, причем клапан установлен справа от дросселирующего отверстия на правом конце штока и соединяет левую и правую пневматические камеры через правый продольный канал и верхнее радиальное отверстие только на ходе сжатия шины.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение плавности хода и скорости движения безрессорного транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что колесо транспортного средства, содержащее обод, пневматическую шину, эластичную оболочку и клапан с дросселирующим отверстием, снабжено радиально установленными внутри пневматической шины толкателями, одни концы которых упруго соединены с внутренней поверхностью пневматической шины, а другие концы выполнены в виде цилиндрических поршней, которые установлены с возможностью осевого перемещения во втулках, закрепленных радиально и равномерно в ободе, и взаимодействуют с наружной поверхностью эластичной оболочки, выполненной в виде резинокордной оболочки рукавного типа, установленной по оси колеса внутри обода, соединенного со ступицей, выполненной в виде цилиндра, снаружи которого установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства, а внутри цилиндра выполнена перегородка с осевым отверстием, разделяющая полость цилиндра на левую и правую пневматические камеры, в осевом отверстии установлен шток, который скреплен левым концом с полым поршнем, выполненным в средней части в форме седла и соединенным с правым торцом резинокордной оболочки, и имеет левый осевой канал, сообщающий левую пневматическую камеру с внутренней полостью полого поршня через нижнее радиальное отверстие, и правый осевой канал, сообщающий левую и правую пневматические камеры между собой через верхнее радиальное отверстие и клапан с дросселирующим отверстием, причем клапан установлен справа от дросселирующего отверстия на правом конце штока и соединяет левую и правую пневматические камеры через правый осевой канал и верхнее радиальное отверстие только на ходе сжатия шины, при этом пневматическая шина заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза ниже стандартного значения, внутренняя полость резинокордной оболочки заполнена жидкостью, а пневматическая полость цилиндра и внутренняя полость полого поршня заправлены воздухом под давлением, необходимым для компенсации недостающего усилия со стороны пневматической шины.
Указанная полезная модель отличается тем, что колесо транспортного средства, содержащее обод, пневматическую шину, эластичную оболочку и клапан с дросселирующим отверстием, снабжено радиально установленными внутри пневматической шины толкателями, которые взаимодействуют с наружной поверхностью эластичной оболочки, выполненной в виде резинокордной оболочки рукавного типа, установленной по оси колеса внутри обода, соединенного со ступицей, выполненной в виде цилиндра, снаружи которого установлены подшипники, внутри цилиндра выполнена перегородка с осевым отверстием, разделяющая полость цилиндра на левую и правую пневматические камеры, в осевом отверстии установлен шток, который скреплен левым концом с полым поршнем, выполненным в средней части в форме седла и соединенным с правым торцом резинокордной оболочки, и имеет левый осевой канал, сообщающий левую пневматическую камеру с внутренней полостью полого поршня через нижнее радиальное отверстие, и правый осевой канал, сообщающий левую и правую пневматические камеры между собой через верхнее радиальное отверстие и клапан с дросселирующим отверстием, причем клапан установлен справа от дросселирующего отверстия на правом конце штока и соединяет левую и правую пневматические камеры через правый осевой канал и верхнее радиальное отверстие только на ходе сжатия шины. Это обеспечивает возможность вращения ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства и приводит к S-образности упругой характеристики и существенному повышению демпфирующих свойств колеса за счет воздушного демпфирования, увеличивающихся с ростом амплитуды и скорости его радиальной деформации вследствие чего плавность хода и скорость движения транспортного средства повышаются.
Вследствие того, что одни концы толкателей упруго соединены с внутренней поверхностью пневматической шины, а другие концы выполнены в виде цилиндрических поршней, которые установлены с возможностью осевого перемещения во втулках, закрепленных радиально и равномерно в ободе, и взаимодействуют с наружной поверхностью эластичной оболочки, выполненной в виде резинокордной оболочки рукавного типа, внутри цилиндра выполнена перегородка с осевым отверстием, разделяющая полость цилиндра на левую и правую пневматические камеры, в осевом отверстии установлен шток, который скреплен левым концом с полым поршнем, выполненным в средней части в форме седла и соединенным с правым торцом резинокордной оболочки, и имеет левый осевой канал, сообщающий левую пневматическую камеру с внутренней полостью полого поршня через нижнее радиальное отверстие, и правый осевой канал, сообщающий левую и правую пневматические камеры между собой через верхнее радиальное отверстие и клапан с дросселирующим отверстием, причем клапан установлен справа от дросселирующего отверстия на правом конце штока и соединяет левую и правую пневматические камеры через правый осевой канал и верхнее радиальное отверстие только на ходе сжатия шины, пневматическая шина заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза ниже стандартного значения, внутренняя полость резинокордной оболочки заполнена жидкостью, а пневматическая полость цилиндра и внутренняя полость полого поршня заправлены воздухом под давлением, необходимым для компенсации недостающего усилия со стороны пневматической шины, обеспечивается снижение радиальной жесткости колеса в зоне статического положения, что повышает плавность хода транспортного средства.
Таким образом, указанная совокупность признаков обеспечивает повышение плавности хода и скорости движения безрессорного транспортного средства.
На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства, продольный разрез; на фиг. 2 - то же; поперечный разрез.
Колесо транспортного средства (фиг. 1 и 2) содержит обод 1 и пневматическую шину 2 с внутренней полостью А, внутри которой радиально установлены толкатели 3, одни концы которых упруго соединены с внутренней поверхностью пневматической шины 2, а другие концы выполнены в виде цилиндрических поршней, установленных с возможностью осевого перемещения во втулках 4, которые закреплены радиально и равномерно в ободе 1. Толкатели 3 взаимодействуют с наружной поверхностью эластичной оболочки 5, выполненной в виде резинокордной оболочки рукавного типа, которая имеет внутреннюю полость Б и установлена по оси колеса внутри обода 1, соединенного со ступицей, выполненной в виде цилиндра 6. Снаружи цилиндра 6 установлены подшипники 7 и 8, обеспечивающие вращение цилиндра 6 вместе с ободом 1 и пневматической шиной 2 относительно корпуса 9 транспортного средства. Внутри цилиндра 6 выполнена перегородка 10 с осевым отверстием 11, разделяющая полость цилиндра 6 на левую и правую пневматические камеры В и Г. В осевом отверстии 11 установлен шток 12, который скреплен левым концом с полым поршнем 13, выполненным в средней части в форме седла и соединенным с правым торцом резинокордной оболочки 5. В штоке 12 выполнены левый осевой канал 14, сообщающий левую пневматическую камеру В с внутренней полостью Д полого поршня 13 через нижнее радиальное отверстие 15, и правый осевой канал 16, сообщающий левую и правую пневматические камеры В и Г между собой через верхнее радиальное отверстие 17 и клапан 18 с дросселирующим отверстием 19. Клапан 18 установлен справа от дросселирующего отверстия 19 на правом конце штока 12 и соединяет левую и правую пневматические камеры В и Г через правый осевой канал 16 и верхнее радиальное отверстие 17 только на ходе сжатия шины 2.
Внутренняя полость А пневматической шины 2 заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза ниже стандартного значения, внутренняя полость Б резинокордной оболочки 5 заполнена жидкостью, а левая и правая пневматические камеры В и Г полости цилиндра 6 и внутренняя полость Д полого поршня 13 заправлены воздухом под давлением, необходимым для компенсации недостающего усилия со стороны пневматической шины 2 при качении колеса.
Заправка сжатым воздухом внутренней полости А пневматической шины 2 осуществляется через вентиль 20, а левой и правой пневматических камер В и Г полости цилиндра 6 и внутренней полости Д полого поршня 13 -через вентиль 21. Заправка жидкостью внутренней полости Б резинокордной оболочки 5 осуществляется через вентиль 22.
Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.
При нагружении колеса статической нагрузкой пневматическая шина 2, заправленная сжатым воздухом через вентиль 20, деформируется, а объем ее внутренней полости А уменьшается, что приводит к увеличению давления в полости А, компенсирующего часть статической нагрузки на колесо. При этом толкатели 3, воспринимающие оставшуюся часть статической нагрузки, перемещаются по своей оси во втулках 4 обода 1 и деформируют эластичную оболочку 5, заполненную жидкостью через вентиль 22. Объем внутренней полости Б резинокордной оболочки 5 уменьшается, а давление в ней увеличивается. Жидкость во внутренней полости Б резинокордной оболочки 5 перемещает вправо полый поршень 13 со штоком 12, который располагается в среднем положении относительно осевого отверстия 11 перегородки 10. Это приводит к уменьшению общего объема и росту давления в полости цилиндра 6 и одновременно к росту давления во внутренней полости Д полого поршня 13. Давление в этих полостях компенсирует оставшуюся часть статической нагрузки на колесо. При этом левая и правая пневматические камеры В и Г полости цилиндра 6, разделенные перегородкой 10 с осевым отверстием 11, сообщаются между собой при среднем положении штока 12 в осевом отверстии 11 через верхнее радиальное отверстие 17, правый осевой канал 16 и дросселирующее отверстие 19. Клапан 18 закрыт.Кроме того, левая пневматическая камера В и внутренняя полость Д полого поршня 13 также сообщаются между собой через нижнее радиальное отверстие 15 и левый осевой канал 14.
При качении колеса по ровной дороге и отсутствии колебаний транспортного средства деформация нижней части шины 2 остается практически постоянной, поэтому остаются неизменными объем внутренней полости А шины 2, объем внутренней полости Б резинокордной оболочки 5, заполненный жидкостью, и общий объем левой и правой пневматических камер В и Г и внутренней полости Д полого поршня 13, заправленный через вентиль 21 воздухом под давлением, необходимым для компенсации недостающего усилия со стороны пневматической шины 2. При этом шток 12 вместе с полым поршнем 13 располагается в среднем положении относительно осевого отверстия 11 перегородки 10. Вследствие этого эксплуатационные характеристики коэффициента сопротивления качению колеса, вращающегося на подшипниках 7 и 8 относительно корпуса 9 транспортного средства, остаются практически неизменными.
При качении колеса по неровной дороге и(или) возникновении колебаний транспортного средства деформация шины 2 увеличивается, что вызывает изменение объема внутренней полости А на большую или меньшую величину по сравнению со статической деформацией. Это приводит к возникновению перемещений влево-вправо полого поршня 13 вместе со штоком 12 и перекатыванию резинокордной оболочки 5 по поверхности полого поршня 13 за счет давления жидкости во внутренней полости Б резинокордной оболочки 5. При этом на ходе сжатия жидкость во внутренней полости Б резинокордной оболочки 5 перемещает вправо полый поршень 13 со штоком 12, повышая давление воздуха в левой и правой пневматических камерах В и Г, поскольку они сообщаются через верхнее радиальное отверстие 17, правый осевой канал 16 и открытый клапан 18 с дросселирующим отверстием 19. Давление воздуха повышается также и во внутренней полости Д полого поршня 13, поскольку она сообщается с левой пневматической камерой В через нижнее радиальное отверстие 15 и левый осевой канал 14. Этим обеспечивается снижение радиальной жесткости и, соответственно, мягкий участок упругой характеристики колеса. При деформациях шины 2, приводящих на ходе сжатия к перемещению полого поршня 13 вместе со штоком 12 вправо относительно осевого отверстия 11 на величину, превышающую расстояние от радиальных отверстий 15 и 17 до перегородки 10, пневматические камеры В и Г и внутренняя полость Д полого поршня 13 разобщаются, в результате чего далее сжимается в основном объем левой пневматической камеры В, что приводит к резкому повышению радиальной жесткости колеса в конце хода сжатия. На ходе отбоя клапан 18 закрывается, давление жидкости во внутренней полости Б резинокордной оболочки 5 снижается. При этом полый поршень 13 со штоком 12 перемещаются влево, а давление воздуха уменьшается в левой и правой пневматических камерах В и Г, поскольку они сообщаются через дросселирующее отверстие 19, правый осевой канал 16 и верхнее радиальное отверстие 17. Давление воздуха уменьшается также и во внутренней полости Д полого поршня 13, поскольку она сообщается с левой пневматической камерой В через нижнее радиальное отверстие 15 и левый осевой канал 14. Так как клапан 18 на ходе отбоя закрыт, то воздух течет из правой пневматической камеры Г в левую пневматическую камеру В через дросселирующее отверстие 19, правый осевой канал 16 и верхнее радиальное отверстие 17 с большим сопротивлением. Этим обеспечивается повышение радиальной жесткости колеса на ходе отбоя и воздушное демпфирование колебаний. При деформациях шины 2, приводящих на ходе отбоя к перемещению полого поршня 13 вместе со штоком 12 влево относительно осевого отверстия 11 на величину, превышающую расстояние от дросселирующего отверстия 19 до перегородки 10, пневматические камеры В и Г разобщаются, в результате чего далее разжимается в основном объем левой пневматической камеры Г и внутренней полости Д полого поршня 13, что приводит к резкому повышению радиальной жесткости колеса в конце хода отбоя.
В результате обеспечивается «S-образная упругая характеристика и резкое увеличение неупругого сопротивления характеристики колеса на ходе отбоя, что приводит к эффективному гашению вертикальных колебаний колеса вместе с транспортным средством. Образующееся при дросселировании воздуха тепло идет на нагрев всего внутреннего объема жидкости и воздуха в колесе, который передается шине 2 и металлическим стенкам обода 1 и ступицы 6 и постепенно рассеивается в окружающую среду.
При проколе пневматической шины 2 воздух из внутренней полости А выходит в атмосферу, деформация нижней части шины 2 увеличивается и толкатели 3 начинают сильнее нагружать эластичную оболочку 5, что приводит к увеличению ее деформации и повышению давления жидкости в ее внутренней полости Б, а также к перемещению полого поршня 13 со штоком 12 вправо, увеличению давления воздуха в левой и правой пневматических камерах В и Г и во внутренней полости Д полого поршня 13 до момента полного перекрытия верхнего и нижнего радиальных отверстий 17 и 15 перегородкой 10. При дальнейшем сжатии пневматической шины 2 и перемещении полого поршня 13 со штоком 12 вправо, верхнее и нижнее радиальные отверстия 17 и 15 перекрываются перегородкой 10, правая пневматическая камера Г и внутренняя полость Д полого поршня 13 разобщаются и далее сжимается в основном только объем левой пневматической камеры В, что приводит к резкому повышению давления в ней в конце хода сжатия колеса. За счет этого повышенного внутреннего давления при качении колеса с проколотой шиной 2 толкатели 3 не позволяют транспортному средству полностью деформировать пневматическую шину 2 и опуститься на обод 1 под собственным весом, что дает возможность колесу некоторое время воспринимать нагрузку с сохранением его упругих и демпфирующих свойств.
Таким образом, достигается заявленный технический результат предлагаемой полезной модели, состоящий в повышении плавности хода и скорости движения безрессорного транспортного средства.