ШАРОВОЕ КОЛЕСО
BALL WHEEL

Изобретение относится к области транспортной техники и может быть использовано в автомобильном, железнодорожном транспорте, а также в транспортных средствах повышенной проходимости и маневренности.
Известны шаровые колеса, содержащие шар, заключенный в цапфу (а.с. 823211 - аналог), в которых весовая нагрузка от транспортного средства, в котором они используются, передается механическими средствами. Обычно это всевозможные ролики и колеса, крепящиеся к цапфе. Все это ведет к усложнению конструкции колеса, а также к снижению его нагрузочной способности.
Целью изобретения является упрощение конструкции шарового колеса, а также повышение его нагрузочной способности.
Технический результат достигается тем, что в шаровом колесе, содержащем шар и опирающуюся на него цапфу, согласно изобретению опорная поверхность цапфы выполнена в виде герметичной полусферы, обращенной отверстием вниз, с внутренним диаметром, равным или большим диаметра шара, а пространство между шаром и внутренней поверхностью полусферы заполнено жидкостью или газом под давлением выше атмосферного. На нижней кромке полусферы установлена кольцевая манжета, герметизирующая пространство между шаром и внутренней поверхностью полусферы. Для восполнения потерь жидкости или газа из пространства между шаром и внутренней поверхностью полусферы используется жидкостной или газовый нагнетатель.
На фиг. 1 изображено шаровое колесо в разрезе. На фиг. 2 показана схема восприятия весовой нагрузки шаровым колесом.
Шаровое колесо содержит шар 1, заключенный в цапфу, состоящую из полусферической герметичной оболочки 2 и опорной плиты 3 с ребрами жесткости 4. Рабочая жидкость (вар. вода) или газ (воздух) под давлением выше атмосферного подаются в пространство между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 по трубопроводу 5. Рабочая жидкость из емкости 6 направляется в трубопровод 5 насосом 7 (вар. шестеренчатым). При использовании воздуха последний забирается компрессором (не показан) из атмосферы. На трубопроводе 5 на входе в полусферу 2 установлен дозирующий жиклер 8 (вар. с автоматическим регулированием проходного сечения). Герметичность пространства между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 обеспечивается кольцевой манжетой 9, установленной на нижней кромке полусферы 2.
Шаровое колесо работает следующим образом. В пространство между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 насосом 7 подается рабочая жидкость по трубопроводу 5 из емкости 6 с давлением:
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>4</mn><mo>⋅</mo><mi>Q</mi></mrow><mrow><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msup><mi>D</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
,
где Q - весовая нагрузка, приходящаяся на единичное шаровое колесо, Н;
π - числовое значение 3,14;
D - диаметр шара 1 м.
При этом давление рабочей жидкости (газа) в пространстве между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 меньше давления, оказываемого шаром 1 на опорную поверхность в пятне контакта, и определяется соотношением:
<mrow><mfrac bevelled="true"><mi>P</mi><mi>q</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mi>D</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac></mrow>
,
где P - давление рабочей жидкости (газа) в пространстве между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 Па;
q - давление, оказываемое шаром 1 на опорную поверхность в пятне контакта, Па;
D - диаметр шара 1 м;
d - диаметр пятна контакта, м.
Давление, создаваемое насосом 7, превышает рабочее в пространстве между шаром 1 и внутренней поверхностью полусферы 2 (см. выше) и автоматически (за счет протечек через манжету 9) снижается до необходимого благодаря использованию жиклера 8.
Шаровое колесо, являющееся предметом данного изобретения, бесприводное и служит лишь динамической опорой транспортного средства и для приведения его в движение (разнонаправленное) требуется использование дополнительного движителя. Оптимально использование предлагаемого шарового колеса в комбинации с обычными колесными движителями. При этом многочисленные шаровые колеса воспринимают основную весовую нагрузку транспортного средства. Благодаря простоте конструкции и высокой нагрузочной способности предлагаемое шаровое колесо может устанавливаться в железнодорожных вагонных тележках, а возможность разнонаправленного движения позволит его использовать в высокоманевренном наземном транспорте (складские погрузчики, большегрузные трайлеры и пр.).