ШИП ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ С ВЫДВИЖНЫМ ШТЫРЕМ

Полезная модель относится к автомобильной промышленности, а именно к шипам противоскольжения, которыми оснащены протекторы шин транспортных средств, для повышения их сцепления с дорожным полотном. Кроме того, полезная модель относится к устройствам, предохраняющим обувь от скольжения на льду, расположенным на каблуках и подошвах.
Использование традиционных шипов противоскольжения, которыми оснащены протекторы шин транспортных средств, не позволяет одновременно решить две задачи: обеспечить максимум сцепления колеса транспортного средства с поверхностью дороги, минимизировать разрушающее действие шипов противоскольжения на дорожное покрытие. Непредсказуемость условий проскальзывания шин относительно дорожного полотна ставит задачу обеспечения адаптивности режима изменения коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием.
Использование традиционных шипов противоскольжения, которыми оснащены подошвы и каблуки обуви, в большинстве случаев не позволяет одновременно решить две задачи: обеспечить максимум сцепления обуви с поверхностью дороги, минимизировать разрушающее действие шипов противоскольжения на покрытие внутри помещения.
Известны шипы противоскольжения с выдвижными штырями [Патент на изобретение RU 2544907 от 27.10.2014 «Радиоуправляемые шипы противоскольжения с выдвижными штырями, система и способ управления шипами противоскольжения с выдвижными штырями» Пасечникова Ивана Ивановича (RU)]. Изобретение предусматривает использование радиоуправляемых шипов с выдвижными штырями, степень величины выступания которых определяется сигналами радиоуправления.
Недостатком данного устройства является необходимость наличия системы с автоматическим или ручным способом управления шипами и их режимами функционирования на основе применения радиоканалов управления, беспроводной технологии энергообеспечения управляемых шипов, энергопреобразующих устройств в радиоуправляемых шипах и использования объектовой телеметрической информации в целях устойчивого управления транспортным средством в сложных дорожных условиях.
Наиболее близкими к заявляемому устройству являются убирающиеся шипы [Патент на изобретение RU 2403151 С2 от 10.11.2010 «Шины с убирающимися шипами» КЮНИ Андре (BE), СЕВЕРЕН Франк Пьер (BE), КОЛЛЕТТ Жан Жозеф Виктор (BE)], которые включают в себя резервуар текучей среды во взаимодействии с пружиной, причем штырь шипа установлен на упомянутой пружине, при этом смена температуры окружающей среды выдвигает и опускает штырь шипа относительно внешней поверхности протектора пневматической шины.
Недостатком данного устройства является то, что убирающиеся шипы значительно усложняют конструкцию основания (шины или подошвы), на которых они установлены: предпочтительным является размещение конца резервуара текучей среды в пазу протектора, то есть вне основного материала основания, чтобы определять температуру окружающей среды. При этом во время эксплуатации резервуар может быть поврежден. Кроме того, конструкция устройства усложнена наличием в резервуаре массивного эластомерного элемента, толкающего шип вверх или убирающего его в паз в зависимости от изменения температуры. Применение эластомера необходимо для герметизации резервуара с текучей средой.
Технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является повышение надежности работы устройства, упрощение конструкции шипа в целом и основания, в которое он установлен.
Техническая задача решается за счет того, что шип противоскольжения, устанавливаемый в автомобильную шину или подошву обуви, содержит корпус и телескопически перемещаемый внутри корпуса штырь, причем штырь контактирует с расположенным внутри корпуса термочувствительным элементом, выполненным из материала, способного к расширению при отрицательных температурах, а материалом корпуса является материал с высокой теплопроводностью. При этом материал термочувствительного элемента обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения или памятью формы. Термочувствительный элемент может быть выполнен в виде призмы, а между ним и боковой стенкой корпуса имеется зазор. Альтернативой является то, что термочувствительный элемент выполнен в виде цилиндрической спирали, наружная поверхность которой контактирует с боковой стенкой корпуса. При этом на всей поверхности спирали может быть нанесена незамерзающая смазка, а в корпусе может иметься штифт, вокруг которого расположен термочувствительный элемент. Штырь может иметь площадку контакта с термочувствительным элементом больше, чем площадка контакта с дорожным покрытием. Термочувствительный элемент обеспечивает перемещение штыря при изменении температуры окружающей среды.
Материалом корпуса может являться сталь или алюминий. Материалом штыря может являться твердый сплав ВК8 или его аналог по твердости и износостойкости. При этом корпус может иметь один фланец или более, а профиль участка штыря, взаимодействующего с дорожным покрытием, может отличаться от круглого.
Использование указанного материала штыря обеспечит высокий коэффициент теплопроводности от окружающей среды и поверхности, по которой происходит перемещение, к термочувствительному элементу.
Материалом термочувствительного элемента могут являться вода, графен, оксид меди, вольфрамат циркония, вольфрамат гафния, молибдат циркония, молибдат гафния, трифторид скандия и прочие, обладающие отрицательным коэффициентом теплового расширения. Кроме того материалом термочувствительного элемента могут являться никелид титана, никелид железа, сплавы медь-цинк-алюминий, железо-марганец-кремний, медь-алюминий, медь-марганец, кобальт-никель, никель-алюминий и прочие, обладающие памятью формы при температуре ниже 0°С.
Техническая сущность предложенного устройства поясняется следующими фигурами. На фиг. 1 изображен шип противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень сжатия термочувствительного элемента.
На фиг. 2 изображен шип противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень расширения термочувствительного элемента.
На фиг. 3 изображен вид сверху на шип противоскольжения.
На фиг. 4 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень сжатия термочувствительного элемента.
На фиг. 5 изображен продольный размер шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень расширения термочувствительного элемента.
На фиг. 6 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень сжатия призматического термочувствительного элемента, установленного в корпусе с зазором.
На фиг. 7 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень сжатия спирального термочувствительного элемента.
На фиг. 8 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень расширения спирального термочувствительного элемента.
На фиг. 9 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень сжатия спирального термочувствительного элемента, расположенного вокруг штифта, являющегося частью корпуса.
На фиг. 10 изображен продольный разрез шипа противоскольжения при температуре окружающей среды, обеспечивающей максимальную степень расширения спирального термочувствительного элемента, расположенного вокруг штифта, выполненного из того же материала, что и термочувствительный элемент.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, содержащего термочувствительный элемент 2, контактирующий со штырем 3, имеющий возможность продольного перемещения в корпусе 1. Габаритные размеры и формы предлагаемого шипа противоскольжения принимаются соответственно существующим стандартам для подобных устройств. Нижняя часть корпуса 1 является фланцем. Корпус 1 может быть составным или сборным для размещения внутри него термочувствительного элемента 2.
В случае выполнения термочувствительного элемента 2 в виде жидкости или порошка, корпус 1 снабжается элементами для герметизации внутренней полости.
В случае выполнения термочувствительного элемента 2 в виде призмы, между ним и боковой стенкой корпуса 1 может иметься зазор. Это обеспечивает отсутствие давления на корпус 1 со стороны термочувствительного элемента 2 во время увеличения последнего.
В случае выполнения термочувствительного элемента 2 в виде спирали, ее верхний и нижний витки должны иметь плоские опорные поверхности для контакта с нижней стенкой корпуса 1 и штырем 3. Кроме того верхний виток может быть прикреплен к штырю 3, а нижний - к нижней стенке корпуса 1. На всей поверхности спирали может быть нанесена незамерзающая смазка, облегчающая перемещение отдельных сегментов спирали относительно друг друга и корпуса 1. При выполнении термочувствительного элемента 2 в виде спирали, в корпусе 1 может иметься штифт 4, являющийся направляющей для спирали. Такой штифт 4 может являться частью корпуса 1 или быть отдельным элементом.
Для повышения эффективности работы устройства штырь 3 имеет площадку контакта с термочувствительным элементом 2 больше, чем площадка контакта с дорожным покрытием.
Принцип действия предлагаемого устройства: при понижении температуры окружающей среды ниже 0°С, термочувствительный элемент 2 расширяется, обеспечивая выдвижение штыря 3 из корпуса 1 шипа противоскольжения. При повышении температуры окружающей среды выше 0°С, термочувствительный элемент 2 сжимается, обеспечивая перемещение штыря 3 в корпус 1 шипа противоскольжения. Соответственно в случае выполнения термочувствительного элемента 2 из материала, обладающего памятью формы, компоненты материала и их процентное соотношение подбираются таким образом, чтобы обеспечивать вышеописанный принцип работы устройства.
В случае эксплуатации предложенного шипа в обуви, при попадании в обогреваемое помещение штыри весьма быстро будут убираться внутрь подошвы. Аналогичный эффект будет наблюдаться в шинах автомобиля, при движении по дорожному покрытию, имеющим температуру выше 0°С.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение безопасности перемещения по обледенелой поверхности, снижение износа штыря, снижение износа покрытия дороги.