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, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали, в кольце выполнены отверстия под грунтозацепы, кроме того, содержит автоматический регулятор, который содержит установленный на транспортном средстве датчик поперечного перемещения, 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 воздушной камерой, расположенной на периферии диска в виде кольцевой полости, ограниченной снаружи упругой эластичной диафрагмой с прикрепленными к ней упругими спицами, и системой регулирования давления воздуха, которая состоит из связанных воздушными каналами головки подвода воздуха, трехходового крана с рычагом управления и воздушного баллона с компрессором, манометром и предохранительным клапаном, при этом воздушная камера соединена с головкой подвода воздуха через воздухопровод, а рычаг управления трехходового крана снабжен автоматическим регулятором механизма его поворота. К диску прикреплены размещенные внутри безвоздушной шины грунтозацепы, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали, причем в эластичном кольце выполнены отверстия для прохода грунтозацепов при соприкосновении деформированного эластичного кольца с грунтом. Автоматический регулятор механизма поворота рычага управления трехходового крана, содержит соленоид с блоком питания кинематически связанного с рычагом управления трехходового крана, установленный на транспортном средстве датчик поперечного перемещения, связанный 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 выключенной системой регулирования давления воздуха в воздушной камере, на фиг. 2 - с включенной системой регулирования давления воздуха в воздушной камере; на фиг. 3 показан разрез по А-А на фиг. 2; на фиг. 4 дана принципиальная схема работы устройства.
Ведущее колесо транспортного средства состоит из приводного вала 1 с закрепленной на нем безвоздушной шиной 2, воздушной камеры 3, системы 4 регулирования давления воздуха, грунтозацепов 5 (фиг. 1) и автоматического регулятора 6 (фиг. 4). Безвоздушная шина 2 представляет собой диск 7 и эластичное кольцо 8, соединенных упругими спицами 9, выполненными, например, из полиуретана. На эластичном кольце 8 снаружи закреплен протектор 10 с неровностями, изготовленный из прочного упругого и износостойкого материала. Ведущее колесо имеет воздушную камеру 3, расположенную на периферии диска 7 в виде кольцевой полости 11, ограниченной снаружи упругой эластичной диафрагмой 12 с прикрепленными к ней упругими спицами 9. Также ведущее колесо транспортного средства имеет систему 4 регулирования давления воздуха, которая состоит из связанных воздушными каналами головки 13 подвода воздуха, трехходового крана 14 с рычагом 15 управления и воздушного баллона 16 с компрессором 17, манометром 18 и предохранительным клапаном 19. При этом воздушная камера 3 соединена с головкой 13 подвода воздуха через воздухопровод 20, а рычаг 15 управления трехходового крана 14 снабжен механизмом 21 поворота в виде кинематически связанного с ним соленоида 22 (фиг. 1), соединенного с блоком питания 23. К диску 7 прикреплены размещенные внутри безвоздушной шины 2 грунтозацепы 5, которые имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали. В эластичном кольце 8 выполнены отверстия 24 для прохода грунтозацепов 5 при соприкосновении деформированного эластичного кольца 8 с грунтом.
Приводной вал 1 с закрепленной на нем безвоздушной шиной 2 представляет собой объект управления 25 (фиг. 4).
Автоматический регулятор 6 механизма поворота 21 рычага 15 управления трехходового крана 14 включает первичный преобразователь 26 окружной скорости эластичного кольца 8 и первичный преобразователь 27 поступательной скорости движения транспортного средства, который выполнен в виде бесконтактного датчика. Каждый из первичных преобразователей 26 и 27 параллельно соединен с блоком 28 сравнения скоростей. К блоку 28 подключен задатчик 29 допустимой разницы значений окружной скорости эластичного кольца 8 и поступательной скорости движения транспортного средства. Блок 28 сравнения скоростей последовательно соединен с усилителем 30 постоянного тока, электромагнитным выключателем 31 и механизмом 21 поворота рычага 15 управления трехходового крана 14, то есть с соленоидом 22. Электромагнитный выключатель 31 с механизмом 21 поворота рычага 15 управления трехходового крана 14 и система 4 регулирования давления воздуха являются исполнительными органами.
Кроме того, автоматический регулятор 6 содержит датчик 32 поперечного перемещения транспортного средства, который соединен с усилителем 30 постоянного тока.
Ведущее колесо снабжено блоком питания 23, а также переключателем 33 режима работы. Переключатель 33 служит для выбора режима работы механизма 21 поворота рычага 15 управления: в положении А он установлен на автоматическую работу устройства, в положении Р - на ручное управление, В - механизм выключен.
Сигнальная лампа 34 необходима для информации о том, что механизм 21 поворота рычага 15 управления функционирует.
Датчик 32 поперечного перемещения и первичный преобразователь 27 поступательной скорости движения транспортного средства лучше выполнить бесконтактными, изготовленными, например, в виде лазерных или оптических.
На внешние концы грунтозацепов 5 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 33 на ручное управление. В режиме автоматической работы устройства в этом случае система 4 регулирования давления воздуха также будет отключена, так как поперечное перемещение транспортного средства практически отсутствует, а разница окружной скорости эластичного кольца 8 и поступательной скорости транспортного средства незначительна. Поэтому на выходах блока 28 сравнения скоростей возникает разница в напряжениях, не превышающая допустимую в соответствии с настройкой задатчика 29. При этом напряжение на выходе блока 28 сравнения скоростей отсутствует, а электромагнитный выключатель 31 размыкает электрическую цепь с соленоидом 22, сердечник которого под воздействием возвратной пружины устанавливает рычаг 15 управления трехходового крана 14 в положение, обеспечивающее сообщение воздушной камеры 3 с атмосферой. Тогда при отсутствии избыточного давления воздуха в кольцевой полости 11 упругая эластичная диафрагма 12 под воздействием остаточной силы упругости приобретает цилиндрическую форму и растягивает прикрепленные к ней упругие спицы 9. В результате система 4 регулирования давления воздуха отключена, а сигнальная лампа 34 не горит. Все грунтозацепы 5 размещены внутри безвоздушной шины 2. Ведущее колесо транспортного средства работает как обычная безвоздушная шина 2, то есть не оборудованная воздушной камерой 3, системой 4 регулирования давления воздуха и грунтозацепами 5. Однако в воздушном баллоне 16 постоянно поддерживается компрессором 17 избыточное давление воздуха, ограниченное предохранительным клапаном 19 и фиксируемое манометром 18.
При кратковременном движении транспортного средства по рыхлому или плотному скользкому грунту можно включить переключатель 33 в позицию Р - на ручное управление. Тем самым подается напряжение на соленоид 22 механизма 21 поворота рычага 15 управления, а сигнальная лампа 34 загорается. В результате сердечник соленоида 22 приходит в движение и смещает рычаг 15 управления трехходового крана 14 в положение, обеспечивающее сообщение воздушной камеры 3 с системой 4 регулирования давления воздуха. При этом воздух под давлением поступает из воздушного баллона 16 через трехходовой кран 14, головку 13 подвода воздуха и воздухопровод 20 в кольцевую полость 11 воздушной камеры 3, а упругая и эластичная диафрагма 12 становится бочкообразной (фиг. 2). Такая деформация диафрагмы 12 вызывает уменьшение предварительного натяжения прикрепленных к ней упругих спиц 9. Но под воздействием силы веса транспортного средства натяжение упругих спиц 9 в верхней части безвоздушной шины 2 остается практически неизменным, а в нижней части безвоздушной шины 2 - значительно ослабевает и эластичное кольцо 8 в месте соприкосновения с грунтом деформируется, а расстояние его от центра ведущего вала 1 уменьшается. В результате увеличивается площадь соприкосновения деформированного эластичного кольца 8 с грунтом, а, следовательно, и улучшаются сцепные свойства безвоздушной шины 2. К тому же из-за уменьшения расстояния эластичного кольца 8 от центра ведущего вала 1 в месте соприкосновения деформированного эластичного кольца 8 с грунтом внешние концы грунтозацепов 5 проходят через отверстия 24 в эластичном кольце 8 и взаимодействуют с грунтом. Это обеспечивает еще более надежное сцепление безвоздушной шины 2 с грунтом. Размещение внешних концов грунтозацепов 5 за пределами деформированного эластичного кольца 8 не приводит к увеличению жесткости работы безвоздушной шины 2 при движении по грунту из-за упругих свойств грунтозацепов 5, так как они имеют криволинейную форму и изготовлены из рессорно-пружинной стали.
Грунтозацепы 5 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 32 поперечного перемещения, от которого сигнал поступает в усилитель 30, который через электромагнитный выключатель 31 подает напряжение на соленоид 22 механизма 21 поворота рычага 15 управления трехходового крана 14. В результате сердечник соленоида 22 приходит в движение, включает в работу систему 4 регулирования давления воздуха и прекращает занос транспортного средства.
Если включить переключатель 33 в позицию А, то есть на автоматическое управление механизмом 21 поворота рычага 15 управления, 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 28 разницу в напряжениях. Если эта разница в напряжениях превысит допустимую, на которую настроен задатчик 29, то на выходе блока 28 возникает напряжение, которое усиливается усилителем 30 постоянного тока. Электромагнитный выключатель 31 замыкает электрическую цепь с соленоидом 22 механизма 21 поворота рычага 15 управления, сигнальная лампа 34 включается. В результате сердечник соленоида 22 приходит в движение и смещает рычаг 15 управления трехходового крана 14 в положение, обеспечивающее сообщение воздушной камеры 3 с системой 4 регулирования давления воздуха. Механизм 21 поворота рычага 15 управления автоматически включен в работу, а, следовательно, и улучшаются сцепные свойства безвоздушной шины 2. Как только разница окружной скорости эластичного кольца 8 безвоздушной шины 2 и поступательной скорости транспортного средства станет меньше допустимой, напряжения на выходах блока 28 сравнения скоростей не будет. Электромагнитный выключатель 31 размыкает электрическую цепь с соленоидом 22 механизма 21 поворота рычага 15 управления, сигнальная лампа 34 выключается. При этом механизм 21 поворота рычага 15 управления автоматически выключен из работы. Все грунтозацепы 5 размещены внутри безвоздушной шины 2. Ведущее колесо транспортного средства работает как обычная безвоздушная шина 2.
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.