КЛАПАН РЕГУЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области вспомогательного (пневматического) оборудования шин транспортных средств, а именно к устройствам для распределения давления в воздушных полостях шин (или - шинах), в частности, шин сдвоенных колес, и может быть использована для обеспечения возможности выравнивания давления в шинах, а также для перекрытия канала перетекания воздуха в шинах сдвоенного колеса при повреждении (проколе) одной из шин.
В ряде отраслей народно-хозяйственной деятельности, таких как добыча полезных ископаемых (например, на открытых карьерах), при строительстве масштабных гидротехнических или промышленных объектов, при создании дорожно-магистральных комплексов, на перерабатывающих предприятиях и т.п., широко используется грузовая автомобильная техника, предназначенная для транспортировки навалочных, сыпучих и других грузов в сложных условиях бездорожья, в частности, карьерные самосвалы. Подобная техника должна обладать высокой грузоподъемностью, увеличенной тяговой способностью, повышенной проходимостью и устойчивостью.
Для этих целей на больших карьерных самосвалах, тракторах и других подобных мощных машинах зачастую используют сдвоенные колеса (также называемые спаренными колесами или спарками).
Сдвоенное колесо имеет два обода, смонтированных на одной ступице и несущих две шины [адрес интернет-страницы: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/shiny-i-diski/kolesa-i-shiny/].
Важным фактором надежности работы карьерного самосвала и подобных машин со сдвоенными колесами является обеспечение в шинах сдвоенного колеса одинакового давления, так как в противном случае (при разном давлении в камерах) существенно повышается риск износа покрышек, механических повреждений колеса и даже иных узлов машины. Следует отметить, что при необходимости замены сдвоенного колеса транспортного средства (самосвала, грузовика) такая технологическая процедура требует длительного времени, а следовательно, приводит к простою машины и значительным экономическим потерям. Кроме того, и само колесо является чрезвычайно дорогостоящим узлом.
При разработке новых моделей транспортных средств высокой грузоподъемности и при модернизации уже действующих машин обеспечение одинакового давления в шинах сдвоенных колес может быть достигнуто с помощью различных мероприятий. Широко применяются, например, устройства для распределения давления, в том числе клапаны, выравнивающие давление, различных конструкций.
Кроме того, следует отметить, что условия работы транспортных средств высокой грузоподъемности (например, карьерных самосвалов) зачастую сопряжены с воздействием неблагоприятных факторов: грязи, воды, попадания мусора внутрь отдельных узлов и т.д., которые могут стать причиной механических повреждений частей машины. В связи с этим внедрение конструктивных мероприятий, направленных на защиту отдельных узлов от воздействия внешних неблагоприятных факторов, также имеет важное значение при разработке конструкции транспортного средства.
Известно устройство, предназначенное для доведения фактических давлений в шинах транспортного средства до задаваемых давлений [патент № RU2521176C1 «Устройство для управления давлением в шинах транспортного средства», МПК B60C23/00, дата публ. 27.06.2014], которое обеспечивает в осевых пневмоконтурах шин задаваемое давление через колесные клапанные устройства, соединенные с внутренними пространствами шин, и включает в себя колесные клапанные устройства, переключающее клапанное устройство, управляющее клапанное устройство, приводимое в действие оператором, при этом оператор посредством установочного органа выбирает тип грунта, по которому будет проезжать транспортное средство, и соответствующие управляющие давления для осевых пневмоконтуров шин. Однако следует отметить, что данное устройство характеризуется высокой конструктивной сложностью, к тому же необходимо участие оператора (ручная установка параметров) для выбора типа грунта и управляющих давлений в контуре.
Для согласования давления в шинах может быть использовано устройство по патенту № RU2581902C2 [«Устройство для согласования давления в шинах во время движения», МПК B60C23/00, дата публ. 20.04.2016], в состав которого входит обходящий распределительный клапан (который управляется пневматически противоточно), управляющий клапан (стоящий перед распределительным клапаном), который либо управляет выводом существующего в одном соединении давления или существующего в другом соединении фактического давления в шине в другое пневматическое соединение линии управления распределительного клапана, либо блокирует такое управление, а также перепускной трубопровод с обратным клапаном. Известное устройство включает множество клапанов, каждый из которых имеет самостоятельную функциональную нагрузку, что обуславливает высокую конструктивную сложность устройства в целом и снижает его эксплуатационную надежность.
Известно устройство управления давлением в шинах транспортного средства [патент № DE2929894C2 «Commercial vehicle tyre pressure control - has dynamic pressure actuated valve connected by switch valve to vent valve or pressure source», МПК B60C23/00, дата публ. 05.02.1981], содержащее переключающее клапанное устройство и управляющее клапанное устройство, которое пневматически управляет переключающим клапаном, при этом управление управляющего клапана осуществляется оператором вручную с помощью переключателя. Оператор должен оценивать показатели фактического давления в шинах, принимать решения по установке давления в шинах для конкретного грунта, что не исключает ошибок в результате влияния человеческого фактора, которые могут стать причиной сбоев в работе машины.
Известны системы контроля давления в шинах, например, по патенту № DE3105037C2 [«Tyre pressure control system», МПК B60C23/00, дата публ. 02.09.1982], с помощью которой можно автоматически изменять давление воздуха в шинах транспортного средства во время движения. Измерение давления осуществляется с помощью датчиков давления, расположенных на линии подачи. Система содержит группу регулирующих клапанов, ограничителей, релейный и запорный клапаны. Однако данное устройство содержит множество отдельных клапанов и датчиков, что обуславливает высокую конструктивную сложность и снижает надежность работы системы в целом.
Известен клапан [патент № RU2637146C1 «Устройство клапана колеса с предохранительным колпаком клапана», МПК B60C23/00, дата публ. 30.11.2017] для согласования фактического давления в шине с заданным давлением. На корпусе выполнено питающее присоединение, в котором производят настройку заданного давления либо деаэрацию (если фактическое давление в шине соответствует заданному). Клапан снабжен предохранительным колпаком для закрывания управляющей мембраны и стержня клапана. Колпак препятствует проникновению грубых загрязнений и влаги внутрь корпуса клапана и защищает управляющую мембрану и стержень клапана, в частности, при эксплуатации транспортного средства на бездорожье. Однако в известной конструкции клапана не предусмотрено выполнение двух магистралей (каналов), обеспечивающих возможность соединения клапана с двумя камерами, что не позволяет соединить известный клапан одновременно с двумя шинами сдвоенного колеса и использовать его для регулировки давления в шинах.
Известна конструкция регулирующего клапана [патент № DE8104435U1 «Vehicle tyre pressure regulation equipment - comprises control valve on wheel having valve plug comprising piston and rolling membrane spring-loaded shut», МПК B60C23/00, дата публ. 16.06.1982], устанавливаемого на шине и подключаемого к ее внутренней рабочей полости. Клапан содержит корпус, в котором установлены неподвижное седло, вращающаяся мембрана, удерживаемая пружиной при минимальном давлении. К клапану подключен дроссель для выпускаемого в атмосферу воздуха. Однако в известной конструкции клапана не предусмотрено выполнение двух каналов, обеспечивающих возможность соединения одновременно с двумя шинами, что усложняет конструкцию в целом, так как к каждой шине должен быть подключен свой клапан.
Известен клапан регулировки давления [патент № US4410000A «Pressure control apparatus for at least two pressure vessels», МПК B60C23/00, B60C23/02, B60C23/04, дата публ. 18.10.1983], предназначенный для использования в транспортном средстве, имеющем колеса со сдвоенными шинами, каждую из которых можно рассматривать в качестве сосуда под давлением. В клапане выполнено два соединительных канала, обеспечивающих возможность соединения каждого из двух сосудов под давлением с контрольной камерой. В обоих соединительных каналах предусмотрен запорный клапан. Положение запорных клапанов контролируется управляющим стержнем. В камере управления установлен пружинный сильфон. На управляющем стержне расположено кольцо. При снижении давления в одном из сосудов (в результате повреждения) управляющий стержень воздействует на запорные клапаны, переводя их в запорное положение, а при последующем повышении давления в одном из сосудов эти запорные вентили остаются закрытыми, в результате чего при последующем повышении давления в неповрежденном сосуде он останется отделенным от поврежденного. Однако следует отметить высокую конструктивную сложность данного технического решения (в состав устройства входят сильфон с пружиной растяжения, отдельные запорные клапаны, которыми снабжены соединительные каналы, и др.), что снижает надежность работы системы в целом.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков, предлагается клапан выравнивания давления [патент № GB814148A «Improvements in pressure equalizing valve», МПК B60C23/00, B60C29/00, дата публ. 27.05.1959]. Клапан, обеспечивающий регулирование давления для пары сдвоенных шин (для воздушных полостей шин сдвоенного колеса), содержит корпус, разделенный центральной стенкой на две равные камеры, мембранные регулирующие клапаны, каждый из которых расположен в своей камере и обеспечивает перекрытие соответствующего рабочего канала, выполненного в центральной стенке и соединяющего свою камеру с соответствующей шиной. В центральной стенке также выполнен канал, соединенный с одним из рабочих каналов и с атмосферой (внешней средой), при этом на внешнем конце канала установлен запорный клапан. В каждой рабочей камере установлена диафрагма (мембрана), соединенная с запорным элементом своего мембранного клапана, выполненным конической формы (конусной тарелки), соединенным со штоком и имеющего возможность закрывать или открывать выход соответствующего рабочего канала (седло клапана). Каждая диафрагма закреплена в стенке корпуса таким образом, что разделяет камеру, в которой установлена, на две полости. Положение диафрагмы и соответственно, запорного конуса (тарелки) задается усилием сжатия пружины, которая размещена на штоке и одним концом упирается в корпус камеры, а другим – в упор штока запорного элемента. При накачивании сдвоенных шин через канал, выходящий во внешнюю среду, воздух будет проходить непосредственно к первой шине через соответствующий рабочий канал. В то же время в этой камере управляемый диафрагмой клапан будет подниматься, позволяя воздуху проходить по другому каналу ко второй шине. Пружины установлены таким образом, что при штатных условиях работы (когда обе шины не повреждены) оба клапана удерживаются в открытом положении (тарелки находятся над седлами) под давлением воздуха, тем самым обеспечивая свободное движение воздуха в обоих направлениях между шинами. Если одна шина лопнет, клапан, связанный с другой шиной, закроется при давлении, определяемом нагрузочной пружиной для поддержания давления в неповрежденной шине, а клапан, связанный с лопнувшей шиной, закроется вследствие потери давления из-за разрыва.
Однако известное техническое решение характеризуется высокой конструктивной сложностью, поскольку содержит большое количество конструктивных элементов, а именно - две камеры, каждая из которых снабжена своим мембранным клапаном, включающим, в частности, диафрагму (мембрану), конический запорный элемент, шток, пружину, в результате чего повышается вероятность отказов функционирования составных частей устройства, что приводит к снижению надежности работы клапана, уменьшению его рабочего ресурса (срока службы), что в свою очередь может негативно отразиться на работе сдвоенного колеса транспортного средства. Кроме того, следует отдельно отметить, что при эксплуатации транспортного средства попадание мелких посторонних частиц между конусной частью запорного элемента и седлом может привести к неплотному прилеганию друг к другу контактирующих поверхностей в случае прокола одной из шин, в результате чего будет происходить травление воздуха через образовавшийся зазор, что приведет к падению давления в другой шине и крайне негативно отразится на работоспособности сдвоенного колеса транспортного средства.
Техническим результатом, достижение которого обеспечивается заявляемой полезной моделью, является упрощение конструкции устройства, что позволит обеспечить повышение надежности работы клапана.
Для достижения указанного выше технического результата предлагается клапан регулирования давления в воздушных полостях шин сдвоенного колеса, который содержит полый корпус, выполненный в виде стакана, включающего дно и стенку. Внутри корпуса установлена эластичная мембрана, перекрывающая внутреннее пространство корпуса. Дно корпуса, мембрана и стенка корпуса, примыкающая к дну, ограничивают пространство, представляющее собой рабочую полость клапана. Периферийная часть мембраны закреплена между опорной поверхностью, выполненной по периметру внутренней поверхности стенки корпуса в радиальной плоскости (т.е. в поперечном сечении), и прижимным элементом, который выполнен полым и установлен внутри корпуса. Внутри прижимного элемента со стороны мембраны установлен поршень, имеющий возможность свободного осевого перемещения внутри прижимного элемента. С противоположной стороны прижимной элемент снабжен ограничительным элементом. Между поршнем и ограничительным элементом установлена пружина сжатия, имеющая возможность взаимодействия с поршнем и ограничительным элементом и обеспечивающая возможность прижима поршня к мембране. В корпусе выполнены каналы, выходящие в рабочую полость, один из которых (первый канал) выполнен в дне корпуса и обеспечивает возможность соединения рабочей полости с воздушной полостью одной из шин сдвоенного колеса, при этом его выход выполнен на площадке дна корпуса, расположенной выше остальной поверхности дна корпуса, а другой (второй) канал, выполненный в корпусе, обеспечивает возможность соединения рабочей полости с воздушной полостью другой шины сдвоенного колеса.
Выполнение заявляемого технического решения, содержащего по сравнению с прототипом меньшее количество конструктивных элементов, а именно:
- одну рабочую полость, в которую выведены каналы, соединяющие при работе клапана рабочую полость с воздушными полостями шин сдвоенного колеса;
- эластичную мембрану, ограничивающую объем рабочей полости клапана и при этом являющуюся запорным элементом, который при срабатывании клапана перекрывает канал, связанный с одной из шин;
- один поршень, прижим которого к мембране обеспечивается пружиной сжатия,
обеспечивает по сравнению с прототипом (содержащим две камеры, каждая из которых снабжена мембранным клапаном с запорным конусным элементом и пружиной сжатия) упрощение  конструкции за счет меньшего количества конструктивных элементов, что, в свою очередь, способствует повышению надежности работы устройства и тем самым увеличивает ресурс работы (срок службы) клапана, а также сдвоенного колеса транспортного средства.
Кроме того, выполнение запорного элемента в виде эластичной мембраны (в то время как в прототипе запорный элемент представляет собой шток с рабочим конусом, предназначенным для перекрывания седла на входе воздушного канала при проколе шины) представляет собой более простое конструктивное решение по сравнению с прототипом. Также следует отметить, что при работе клапана использование эластичной мембраны обеспечивает плотное прилегание запорного элемента по периметру перекрываемого канала даже в случае попадания в рабочую полость клапана посторонних частиц, так как эластичный материал (резина, каучук) позволяет мембране деформироваться по форме частицы, «обогнуть» ее и обеспечить плотное прилегание по поверхности площадки, на которой выполнен выход канала.
С целью предотвращения попадания в полость корпуса (внутрь клапана) посторонних частиц, пыли и т.п. снаружи корпуса клапана может быть установлена крышка, при этом наиболее технологичным представляется соединение крышки с наружной поверхностью стенки корпуса по резьбе.
С целью обеспечения простоты конструктивного выполнения и технологичности изготовления и сборки прижимной элемент может быть выполнен в виде полого цилиндрического элемента и установлен по резьбе внутри корпуса.
С целью обеспечения простоты конструктивного выполнения и технологичности изготовления и сборки ограничительный элемент может быть выполнен в виде кольцевого элемента, установленного по резьбе во внутренней полости прижимного элемента.
С целью предотвращения возможного механического повреждения периферийной части мембраны в процессе сборки торцом прижимного элемента между мембраной и торцевой поверхностью прижимного элемента может быть установлено прокладочное кольцо.
Каналы, обеспечивающие возможность соединения рабочей полости с воздушными полостями шин сдвоенного колеса, могут быть выполнены в дне корпуса, так как дно корпуса не находится в контакте (или взаимодействии) с другими элементами конструкции, а именно, с прижимным элементом, кроме того, дно обычно имеет большую толщину, чем стенка, и выполнение в нем каналов существенным образом не снизит прочностные характеристики.
С целью исключения возможных перекосов мембраны при работе клапана выход канала, выполненный на площадке дна корпуса, может быть расположен по оси корпуса.
С целью обеспечения более плотного прилегания мембраны (при срабатывании клапана) к поверхности площадки дна корпуса, на которой выполнен выход одного из каналов, а также для обеспечения технологичности конструкции поверхность площадки дна корпуса и торцевая поверхность поршня, обращенная к мембране, могут быть выполнены плоскими.
С целью обеспечения возможности подкачки шин сдвоенного колеса без производства демонтажных работ (то есть без их снятия с обода) в дне корпуса может быть выполнен канал, выходящий в рабочую полость и обеспечивающий возможность соединения рабочей полости с внешней средой, при этом указанный канал снабжен запорным клапаном, например, ниппелем.
Графические материалы содержат пример выполнения заявляемого клапана.
На фигуре представлено изображение клапана, включающее его основные элементы (главный вид, разрез).
Клапан регулирования давления в воздушных полостях шин сдвоенного колеса, представленный на фигуре, содержит полый корпус 1, представляющий собой деталь «стакан», содержащий дно 2 и стенку 3.
Внутри полого корпуса 1 в радиальной плоскости, над дном 2, установлена мембрана 4, разделяющая (перекрывающая) внутреннее пространство корпуса 1 в поперечном направлении. При этом мембрана 4, дно 2 корпуса 1 и примыкающая ко дну 2 стенка 3 ограничивают часть внутреннего пространства корпуса, образуя рабочую полость 5 клапана. Мембрана 4 представляет собой диск, выполненный из эластичного материала, например, из резины, каучука. Своей периферийной областью диск опирается на поверхность 6 выступа 7, выполненного по периметру внутренней поверхности стенки 3 корпуса 1. Опорная поверхность 6 расположена в радиальной плоскости стакана, что обеспечивает давления на мембрану 4 при работе клапана. Мембрана 4 прижата к опорной поверхности 6 с помощью прижимного элемента – цилиндра 8, а именно, его торцевой поверхностью, обращенной в сторону дна 2 стакана. Таким образом, периферийная часть мембраны 4 зафиксирована между опорной поверхностью 6 стенки 3 корпуса 1 и торцевой поверхностью цилиндра 8.
Цилиндр 8 выполнен полым и установлен внутри корпуса 1 посредством резьбового соединения, образованного между наружной поверхностью цилиндра 8 и внутренней поверхностью стенки 3 корпуса 1. Цилиндр 8 может быть закреплен внутри корпуса с помощью различных средств, например, с помощью отдельных соединительных крепежных элементов, может быть зафиксирован с помощью клеевого состава и т.д., однако наиболее технологичным является установка цилиндра 8 внутри корпуса 1 посредством резьбового соединения, образованного между наружной поверхностью цилиндра 8 и внутренней поверхностью стенки 3 корпуса 1.
Внутри полого цилиндра 8 установлен поршень 10, рабочая поверхность 11 которого контактирует с поверхностью мембраны 4 со стороны, противоположной рабочей полости 5. Поршень 10 имеет возможность свободного перемещения по оси цилиндра 8 (например, поршень может быть установлен внутри цилиндра по ходовой посадке).
Над поршнем 10 внутри полого цилиндра 8 установлена пружина сжатия 12, обеспечивающая прижим поршня 10 к мембране 4. Рабочее состояние пружины 12, ее сжатие, обеспечивается за счет ограничительного элемента, в качестве которого в представленном примере выполнения клапана использовано резьбовое кольцо 14. Таким образом, пружина сжатия 12 установлена между поршнем 10 и ограничительным элементом (резьбовым кольцом 14). В поршне 10 и резьбовом кольце 14 выполнены проточки (соответственно 15 и 16) под установку пружины 12.
Кольцо 14 установлено внутри цилиндра 8 по резьбе, для чего по наружной поверхности кольца 14 выполнена резьба, а ответная ей резьба выполнена по внутренней поверхности цилиндра 8. Путем регулировки положения кольца 14 по высоте (вкручивание-выкручивание внутри цилиндра) обеспечивается необходимое, предварительно рассчитанное усилие сжатия пружины 12. Возможно конструктивное выполнение, при котором ограничительный элемент является частью прижимного элемента (цилиндра 8), но в этом случае пружина 12 рассчитана только на одну величину сжатия, и клапан отрегулирован только на одно значение рабочего (нормативного) давления.
Между торцевой поверхностью цилиндра 8 и мембраной 4 установлено прокладочное кольцо 17, предотвращающее механическое повреждение периферийной части мембраны 4 краями торца цилиндра 8 (которое может стать причиной травления воздуха при работе клапана).
В корпусе 1 выполнены каналы 18, 19 и 20, выходящие в рабочую полость 5. Канал 18 обеспечивает возможность соединения (при эксплуатации клапана) рабочей полости 5 клапана с воздушной полостью одной из шин сдвоенного колеса, канал 19 обеспечивает возможность соединения рабочей полости 5 клапана с воздушной полостью другой шины сдвоенного колеса.  Канал 20 обеспечивает возможность соединения рабочей полости 5 клапана с атмосферой (внешней средой). Через канал 20, в случае необходимости, может быть осуществлена подкачка (или накачка) шин сдвоенного колеса, при этом для предотвращения выхода воздуха из накачанных шин во внешнюю среду (атмосферу) в выход канала 20, связанный с атмосферой, установлен, например, ниппель (на фигуре не показан). Все каналы (18, 19, 20) выполнены в дне 2 корпуса 1, поскольку дно обычно имеет большую толщину, чем стенка, и выполнение в нем каналов не оказывает значительного влияния на уменьшение прочности. Выход канала 18 выполнен на площадке 22 дна 2 корпуса 1, которая возвышается над остальной поверхностью дна 2, что, как показали испытания опытных образцов, обеспечивает более плотное и надежное прилегание эластичной мембраны к поверхности вокруг канала 18 и тем самым повышает надежность перекрывания канала при срабатывании клапана в случае прокола одной из шин. Выход канала 18 выполнен по оси А-А корпуса 1, что исключает перекосы мембраны 4, а также поршня 10 при работе клапана, что в свою очередь позволяет предотвратить заклинивание поршня 10 при его перемещении, а также позволяет минимизировать вероятность неплотного прилегания мембраны 4 к поверхности площадки 22 и тем самым исключить "травление" воздуха. Поверхность площадки 22, также как и рабочая поверхность 11 поршня 10, выполнена плоской, что при работе клапана обеспечивает более плотное прилегание эластичной мембраны 4 к поверхности площадки 22, исключая тем самым утечки воздуха при перекрытии канала 18 мембраной 4 при срабатывании клапана в случае повреждения (разрыва, прокола) одной из шин сдвоенного колеса. Контактирующие друг с другом поверхности поршня 10 и площадки 22 могут быть выполнены любой формы, ответной друг другу, однако выполнение их плоскими является наиболее простым и технологичным.
Сверху на корпусе 1 клапана установлена крышка 23, препятствующая попаданию посторонних частиц (пыли, мелкого мусора) во внутреннее пространство корпуса. Крышка навинчена по резьбе, выполненной на внешней (наружной) поверхности стенки 3 корпуса 1.
Функционирование заявляемого технического решения – клапана регулирования давления, осуществляется при эксплуатации грузовых транспортных средств увеличенной грузоподъемности со сдвоенными колесами, в частности, карьерных самосвалов.
Клапан, предназначенный для регулирования давления в воздушных полостях шин сдвоенных колес (или, как часто говорят - в шинах сдвоенных колес), обычно устанавливают на ободе одного из колес спарки. Шины (воздушные полости шин) соединяют с первым и вторым каналами (соответственно 18 и 19) клапана с помощью воздушных шлангов (на фигуре не показаны): например, канал 18 соединен с внутренней шиной сдвоенного колеса (спарки), канал 19 – с внешней шиной. После установки клапана на ободе колеса и соединения каналов 18, 19 с соответствующими шинами выполняют накачку рабочих объемов (воздушных полостей) шин. При этом накачка осуществляется через третий канал – канал 20, связанный с внешней средой (атмосферой): атмосферный воздух с помощью компрессора под давлением подают в рабочую полость 5 клапана. Ниппель, установленный в канале 20, обеспечивает удержание давления в воздушных полостях шин после их накачивания до требуемого рабочего давления (т.е. предотвращает утечку воздуха из системы). При необходимости ниппель позволяет стравить излишнее давление в атмосферу (во внешнюю среду). В рабочем состоянии давление воздуха в системе шин сдвоенного колеса одинаково в обеих полостях (в рабочих объемах) и в рабочей полости 5 клапана, так как шины фактически являются сообщающимися сосудами, соединенными между собой через рабочую полость клапана. Давление в рабочей полости клапана уравновешивает давление, оказываемое поршнем 10 на мембрану 4, которое определяется усилием сжатия пружины 12 и может быть отрегулировано путем вкручивания-выкручивания ограничительного элемента (резьбового кольца 14) в прижимном элементе (цилиндре 8). Возможно выполнение прижимного элемента и ограничительного элемента в виде единой монолитной детали. Однако при таком выполнении усилие сжатия пружины является постоянным, т.е. не подлежит регулировке, и зависит от параметров самой пружины. Усилие сжатия пружины 12, определяющее величину давления поршня 10 на мембрану 4, должно обеспечивать положение мембраны 4, при котором она не перекрывает ни один из каналов при нормативном давлении в системе (т.е. при значении давления в шинах, соответствующем давлению, указанному в маркировке изделия или в технических документах).
При движении технического средства (карьерного самосвала) давление в шинах сдвоенного колеса может изменяться. Например, одна из шин сдвоенного колеса может наехать на локальную возвышенность (бугорок, камень и т.п.). В этом случае шина деформируется (продавливается), ее объем уменьшается, давление внутри шины увеличивается, при этом воздух через рабочую полость 5 клапана и каналы 18, 19 перераспределяется – перетекает в другую шину, с меньшим давлением, в результате давление в воздушных полостях шин выравнивается. Мембрана 4 и поршень 10 при этом остаются поднятыми над площадкой 22 дна корпуса, и мембрана 4 не перекрывает выход канала 18.
Возможен случай, при котором одна из шин сдвоенного колеса теряет контакт с грунтом («провисает»), например, в силу неровностей грунта оказывается над локальной ямой. Тогда объем этой шины увеличивается, давление в шине уменьшается (по сравнению с первоначальным и соответственно, с давлением в другой шине), и воздух начинает перетекать в объем с меньшим давлением (т.е. в «провисшую» шину) через каналы 18, 19 и рабочую полость 5 клапана. В результате давление в воздушных полостях шин выравнивается. При этом мембрана 4 и поршень 10 также остаются поднятыми над площадкой 22 дна корпуса, и мембрана 4 не перекрывает выход канала 18.
Таким образом, когда функционирование обеих шин сдвоенного колеса и клапана происходит в штатном режиме, то есть когда воздушные полости шин сохраняют герметичность, и давление воздуха в шинах сдвоенного колеса соответствует нормативному, то при изменении давления воздуха в одной из шин сдвоенного колеса происходит выравнивание давления воздуха в обеих шинах (динамическое выравнивание давления в шинах сдвоенного колеса при движении транспортного средства).
Обеспечение одинакового давления в шинах сдвоенных колес транспортных средств позволяет существенно снизить износ колес (износ покрышек), риски механического повреждения колес (вплоть до разрыва покрышек) и иных узлов транспортного средства, что, в свою очередь, позволяет минимизировать время простоя техники, а как было уже отмечено ранее, при эксплуатации тяжелых грузовых транспортных средств экономические потери от простоя техники, вызванного необходимостью ремонта или замены отдельных частей, зачастую превышают стоимость ремонтных работ или новых комплектующих.
Отдельно следует рассмотреть нештатную ситуацию, когда происходит нарушение герметичности рабочего объема одной из шин сдвоенного колеса (в результате прокола, разрыва и т.п.). В этом случае клапан работает следующим образом.
Из-за утечки воздуха из поврежденной шины давление в этой шине падает. При этом давление воздуха будет падать и в рабочей полости 5 клапана (т.к. шина соединена с рабочей полостью клапана через соответствующий канал). Таким образом, давление воздуха, действующее на мембрану 4 со стороны рабочей полости, будет снижаться, а давление со стороны поршня 10, создаваемое пружиной сжатия 12, остается неизменным и превышает давление воздуха со стороны рабочей полости 5. В результате эластичная мембрана 4 будет деформироваться и смещаться в сторону низкого давления – «вдавливаться» поршнем 10 внутрь рабочей полости 5, до тех пор, пока она не перекроет выход канала 18, который выведен на площадку 22 дна корпуса и расположен по оси А-А клапана. Когда эластичная мембрана 4 перекроет канал 18 за счет плотного прижима к выходу канала, воздушные полости шин станут изолированными друг от друга, и будет исключено перетекание воздуха из неповрежденной шину в поврежденную. При этом сохранится нормативное давление в неповрежденной шине и работоспособность колеса в целом, что даст возможность грузовому транспортному средству (карьерному самосвалу) самостоятельно прибыть к месту назначения, обеспечить доставку груза, а уже после будут произведены необходимые мероприятия по замене или ремонту поврежденной шины.
Также следует отметить, что при возможном попадании в рабочую полость клапана (при эксплуатации транспортного средства) посторонних частиц, пыли, мелкого мусора и т.п. они не будут препятствовать перекрытию мембраной 4 канала 18 (первого канала) в момент срабатывания клапана в случае прокола одной из шин сдвоенного колеса. Если, например, посторонняя частица попадет между мембраной и участком поверхности дна, с которым мембрана контактирует при срабатывании, в частности, с поверхностью площадки 22, то за счет эластичности материала мембрана «обхватит» эту частицу, локально промнется, но при этом все равно окажется плотно прижатой к поверхности контакта и перекроет выход канала 18.
Выполнение мембраны в виде диска из эластичного материала обеспечивает плотное прилегание мембраны по периметру выхода канала 18, перекрывая связь между воздушными полостями шин сдвоенного колеса и предотвращая травление воздуха в неповрежденной шине, что по сравнению с прототипом является более простым конструктивным выполнением, одновременно обеспечивающим повышение надежности работы клапана, в то время как в прототипе при попадании посторонних, даже мелких, частиц между «седлом» клапана и «тарелкой», поверхности которых точно подогнаны друг к другу, образуется зазор, через который будет происходить утечка воздуха и уменьшаться давление в неповрежденной шине.
Таким образом, предлагаемое выполнение клапана регулирования давления в воздушных полостях шин сдвоенного колеса (содержащего одну рабочую камеру, в которую выведены все каналы, один поршень и взаимодействующую с ним пружину сжатия, уравновешивающие давление воздуха в рабочей полости на мембрану) характеризуется более простым, по сравнению с прототипом, конструктивным выполнением, обеспечивающим при этом повышение надежности работы клапана.