Ведущее колесо транспортного средства
VEHICLE DRIVE WHEEL

Изобретение относится к области тракторного и транспортного машиностроения, в частности к средствам повышения проходимости транспортного средства.
Известно ведущее колесо транспортного средства, содержащее приводной вал колеса и грунтозацепы, соединенные с механизмом их выдвижения. Механизм выдвижения грунтозацепов снабжен автоматическим регулятором и выполнен в виде шарнирно насаженной ступицы с закрепленными на ней грунтозацепами, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали, в кольце выполнены отверстия под грунтозацепы, кроме того содержит установленный на транспортном средстве датчик поперечного перемещения, при этом автоматический регулятор содержит первичный преобразователь окружной скорости основного колеса и первичный преобразователь поступательной скорости транспортного средства, который выполнен в виде бесконтактного датчика, каждый из преобразователей соединен параллельно через блок сравнения с усилителем постоянного тока и электромагнитным выключателем, причем блок сравнения снабжен задатчиком (патент РФ №2618357). Использование устройства обеспечивает автоматическое улучшение курсовой устойчивости транспортного средства, а также сохранение высоких тягово-сцепных свойств ведущих колес мобильных энергетических средств при работе в тяжелых дорожных условиях путем применения как автоматического, так и ручного привода механизма выдвижения грунтозацепов.
Недостатками указанного ведущего колеса транспортного средства являются сложность конструкции и высокая материалоемкость, так как механизм выдвижения грунтозацепов способен работать только в паре с основным ведущим колесом.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ведущее колесо транспортного средства, содержащее приводной вал с закрепленной на нем безвоздушной шиной в виде диска и эластичного кольца, соединенных упругими спицами (Астапов А. Безвоздушные шины: концепция и преимущества. Автомобильный интернет-журнал MotorMania, 18.06.2015). Упругость колеса достигнута не за счет воздуха в шине, а за счет пружинящих полиуретановых спиц. Главным достоинством безвоздушных шин является отсутствие проколов и, следовательно, долгий срок эксплуатации. Безвоздушные шины более долговечны и надежны в работе, имеют меньшую массу и стоимость, чем воздушные, способны эксплуатироваться до тех пор, пока больше половины их элементов остаются в рабочем состоянии.
Основным недостатком указанного ведущего колеса транспортного средства является его неработоспособность при движении как по рыхлому, так и по плотному скользкому грунту. Недостаток указанного ведущего колеса заключается также в том, что у него отсутствует реакция на занос транспортного средства. Боковое скольжение может происходить, например, при движении транспортного средства на повороте, при движении по косогору, под воздействием бокового ветра и приводит к потере курсовой устойчивости движения транспортного средства и, как следствие, к возникновению аварийной ситуации на дороге.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, уменьшение массы и увеличение надежности работы устройства, обеспечение работоспособности при движении как по рыхлому, так и по плотному скользкому грунту, а также при возникновении заноса транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что ведущее колесо транспортного средства, содержащее приводной вал с закрепленной на нем безвоздушной шиной в виде диска и эластичного кольца, соединенных упругими спицами, согласно изобретению снабжено грунтозацепами с механизмом выдвижения в виде шарнирно насаженной на промежуточную втулку ступицы с закрепленными на ней грунтозацепами, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали, при этом в эластичном кольце и диске выполнены отверстия под грунтозацепы, причем промежуточная втулка снабжена механизмом продольного смещения в виде соленоида, соединенного с блоком питания, и связана с диском шпоночным соединением, а со ступицей - через штифт и винтовую канавку. Механизм продольного смещения промежуточной втулки снабжен автоматическим регулятором, для чего содержит установленный на транспортном средстве датчик поперечного перемещения, который связан с соленоидом, а так же включает первичный преобразователь окружной скорости ведущего колеса и первичный преобразователь поступательной скорости транспортного средства, который выполнен в виде бесконтактного датчика, каждый из преобразователей соединен параллельно через блок сравнения с усилителем постоянного тока и электромагнитным выключателем, который связан с соленоидом, причем блок сравнения снабжен задатчиком.
Новизну авторы и заявитель усматривают в том, что такое решение надежно обеспечивает автоматическое улучшение курсовой устойчивости транспортного средства, а также сохранение высоких тягово-сцепных свойств ведущих колес мобильных энергетических средств при работе в тяжелых дорожных условиях путем применения как автоматического, так и ручного привода механизма выдвижения грунтозацепов.
Заявленное решение не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию «изобретательский уровень».
Данное техническое решение может быть использовано в тракторном, автомобильном и сельскохозяйственном машиностроении при разработке ведущих колес транспортных средств, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию «промышленная применимость».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена функциональная схема работы устройства с выключенным механизмом выдвижения грунтозацепов, на фиг. 2 - с включенным механизмом выдвижения грунтозацепов; на фиг. 3 показан разрез по А-А на фиг. 2; на фиг. 4 дана принципиальная схема работы устройства.
Устройство состоит из приводного вала 1 с закрепленной на нем безвоздушной шиной 2, механизма 3 выдвижения грунтозацепов 4 и автоматического регулятора 5 (фиг. 4). Безвоздушная шина 2 представляет собой диск 6 и эластичное кольцо 7 (фиг. 3), соединенных упругими спицами 8, выполненными, например, из полиуретана. На эластичном кольце 7 снаружи закреплен протектор 9 с неровностями, изготовленный из прочного упругого и износостойкого материала. Механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 выполнен в виде шарнирно насаженной на промежуточную втулку 10 ступицы 11, причем промежуточная втулка 10 снабжена механизмом 12 продольного смещения и связана с диском 6 шпоночным соединением 13, а со ступицей 11 - через штифт 14 и винтовую канавку 15. Механизм 12 продольного смещения промежуточной втулки 10 может быть выполнен в виде кинематически связанного с ней соленоида, соединенного с блоком 16 питания. К ступице 11 прикреплены грунтозацепы 4, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали. В эластичном кольце 7 и диске 6 выполнены отверстия 17 под грунтозацепы 4. При необходимости на приводном валу 1 может быть закреплен балансир 18.
Приводной вал 1 с закрепленной на нем безвоздушной шиной 2 представляет собой объект управления 19 (фиг. 4).
Автоматический регулятор 5 включает первичный преобразователь 20 окружной скорости эластичного кольца 7 и первичный преобразователь 21 поступательной скорости движения транспортного средства, который выполнен в виде бесконтактного датчика. Каждый из первичных преобразователей 20 и 21 параллельно соединен с блоком 22 сравнения скоростей. К блоку 22 подключен задатчик 23 допустимой разницы значений окружной скорости эластичного кольца 7 и поступательной скорости движения транспортного средства. Блок 22 сравнения скоростей последовательно соединен с усилителем 24 постоянного тока, электромагнитным выключателем 25 и механизмом 12 продольного смещения промежуточной втулки 10, то есть с соленоидом. Электромагнитный выключатель 25 с механизмом 12 продольного смещения промежуточной втулки 10 и механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 являются исполнительными органами.
Кроме того, автоматический регулятор 5 содержит датчик 26 поперечного перемещения транспортного средства, который соединен с усилителем 24 постоянного тока.
Устройство снабжено блоком питания 16 (фиг. 4), а также переключателем 27 режима работы. Переключатель 27 служит для выбора режима работы механизма 3 выдвижения грунтозацепов 4: в положении А он установлен на автоматическую работу устройства, в положении Р - на ручное управление, В - механизм выключен.
Сигнальная лампа 28 необходима для информации о том, что механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 функционирует.
Датчик 26 поперечного перемещения и первичный преобразователь 21 поступательной скорости движения транспортного средства лучше выполнить бесконтактными, изготовленными, например, в виде лазерных или оптических.
На внешние концы грунтозацепов 4 могут быть установлены наконечники различных конструкций, например, в виде клина, набора заостренных стержней или поверхностей с закрепленными на них шипами.
Ведущее колесо транспортного средства работает следующим образом.
При движении транспортного средства по плотному грунту или дорогах с твердым покрытием безвоздушная шина 2 взаимодействует с опорной поверхностью практически без заноса и проскальзывания. При этом нет необходимости переводить переключатель 27 на ручное управление. В режиме автоматической работы устройства в этом случае механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 также будет выключен, так как поперечное перемещение транспортного средства практически отсутствует, а разница окружной скорости эластичного кольца 7 и поступательной скорости транспортного средства незначительна. Поэтому на выходах блока 22 сравнения скоростей возникает разница в напряжениях, не превышающая допустимую в соответствии с настройкой задатчика 23. При этом напряжение на выходе блока 22 сравнения скоростей отсутствует, а электромагнитный выключатель 25 размыкает электрическую цепь с соленоидом механизма 12 продольного смещения промежуточной втулки 10, сигнальная лампа 28 не горит. В результате механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 отключен. Грунтозацепы 4 вдвинуты вовнутрь эластичного кольца 7 под воздействием остаточной силы упругости, так как они выполнены из рессорно-пружинной стали. Ведущее колесо транспортного средства работает как обычное, то есть не оборудованное механизмом выдвижения грунтозацепов.
При кратковременном движении транспортного средства по рыхлому или плотному скользкому грунту можно включить переключатель 27 в позицию Р - на ручное управление. Тем самым подается напряжение на соленоид механизма 12 продольного смещения промежуточной втулки 10, а сигнальная лампа 28 загорается. В результате сердечник соленоида приходит в движение и смещает промежуточную втулку 10 в осевом направлении вдоль шпоночного соединения 13 с диском 6. При этом закрепленный на ступице 11 штифт 14, который подвижно соединен с винтовой канавкой 15, выполненной на наружной поверхности промежуточной втулки 10, провернет ступицу 11 относительно диска 6, так как ступица 11 ограничена диском 6 в осевом смещении. Закрепленные на ступице 11 грунтозацепы 4, смещаясь в отверстиях 17, также провернутся. Криволинейная форма грунтозацепов 4 обеспечивает их выдвижение из эластичного кольца 7. Грунтозацепы 4 взаимодействуют с грунтом и создают одновременно за счет реакции грунта продольную силу, которая реализуется в тягу. В результате улучшаются тягово-сцепные свойства ведущего колеса транспортного средства.
Занос транспортного средства фиксирует датчик 26 поперечного перемещения, от которого сигнал поступает в усилитель 24, который через электромагнитный выключатель 25 подает напряжение на соленоид механизма 12 продольного смещения промежуточной втулки 10. В результате сердечник соленоида приходит в движение и смещает промежуточную втулку 10 в осевом направлении, тем самым включает в работу механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 и прекращает занос транспортного средства.
Если включить переключатель 27 в позицию А, то есть на автоматическое управление механизмом 3 выдвижения грунтозацепов 4, то при движении транспортного средства по рыхлому и плотному скользкому грунту происходит пробуксовка безвоздушной шины 2, то есть ее окружная скорость значительно превышает поступательную скорость транспортного средства. Это вызывает на выходе блока 22 разницу в напряжениях. Если эта разница в напряжениях превысит допустимую, на которую настроен задатчик 23, то на выходе блока 22 возникает напряжение, которое усиливается усилителем 24 постоянного тока. Электромагнитный выключатель 25 замыкает электрическую цепь с соленоидом механизма 12 продольного смещения промежуточной втулки 10, сигнальная лампа 28 включается. В результате сердечник соленоида приходит в движение и смещает промежуточную втулку 10 в осевом направлении. Механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 автоматически включен в работу. Как только разница окружной скорости эластичного кольца 7 безвоздушной шины 2 и поступательной скорости транспортного средства станет меньше допустимой, напряжения на выходах блока 22 сравнения скоростей не будет. Электромагнитный выключатель 25 размыкает электрическую цепь с соленоидом механизма 12 продольного смещения промежуточной втулки 10, сигнальная лампа 28 выключается. При этом механизм 3 выдвижения грунтозацепов 4 автоматически выключен из работы, ступица 11 под воздействием остаточных сил упругости грунтозацепов 4 проворачивается относительно диска 6. Грунтозацепы 4 при этом вдвигаются вовнутрь эластичного кольца 7.
Использование предлагаемого устройства обеспечивает автоматическое улучшение курсовой устойчивости транспортного средства, а также сохранение высоких тягово-сцепных свойств ведущих колес мобильных энергетических средств при работе в тяжелых дорожных условиях путем применения как автоматического, так и ручного привода механизма выдвижения грунтозацепов.