КОЛЕСНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (ВАРИАНТЫ)
WHEEL PROPELLER OF VEHICLE (VERSIONS)

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам ходовых систем с пневматическими шинами низкого давления автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и других мобильных средств.
Известны колесные движители транспортного средства, содержащие шины (заявки на изобретение RU №№2004131015, 93053864).
При повышении грузоподъемности транспортного средства и снижении удельного давления на дорожное покрытие, грунт, почву у обычных колесных машин применяют широкопрофильные шины низкого давления арочного типа, специальные шины сверхнизкого давления осуществляют сдваивание и даже страивание колес, применяют многоосные ходовые системы. Все это существенно усложняет конструкцию машины, увеличивает ее массу, расход дорогостоящего материала на изготовление шин (1. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. - М.: ВО «Агропромиздат», 1988, с.240. 2. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. - М.: ВИМ, 1998, с.368.). У колесных машин внешние силы и моменты, действующие на остов и ходовую систему, в конечном итоге воспринимаются в пятне контакта шины с опорной поверхностью посредством ее протектора и боковин, что вызывает необходимость в применении шин с толстостенными оболочками. Это отрицательно сказывается на затрате энергии на перемещение машины и увеличивает деформацию опорной поверхности.
Наиболее близкую по своему техническому существу является колесный движитель, содержащий безопасную многокамерную шину, содержащую протектор и боковины (заявка на изобретение RU №2001103359). Недостатком данной шины является то, что ее протектор не имеет жесткой связи со ступицей колеса в радиальном направлении от оси к периферии посредством внутренней перегородки, что не позволяет применять тонкостенные широкопрофильные шины, а следовательно способствовать уменьшению деформации почвы и затрат энергии на их перемещение.
Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции движителя и улучшение его эксплуатационных характеристик.
Настоящая задача решается тем, что в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, в герметичной полости на опорной оси остова транспортного средства установлены внутренние бортовые кольца, при этом внутренняя поверхность протектора шины соединена с ними гибкими, сходящимися во фронтальной плоскости и радиальной плоскостях растяжками.
По второму варианту в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, герметичная полость широкопрофильной шины разделена упругими эластичными перегородками на несколько смежных полостей, одна из сторон упругих эластичных перегородок выполнена за одно с внутренней поверхностью протектора шины, а вторая посредством внутренних бортовых колец крепится к опорной оси остова транспортного средства, при этом между бортовыми кольцами боковин и внутренними бортовыми кольцами установлены распорные втулки.
По третьему варианту в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильную шину низкого давления, образующую с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, внутри герметичной полости на оси остова транспортного средства с зазором к внутренней поверхности широкопрофильной шины установлен пустотелый барабан. Полость между барабаном и шиной может быть заполнена жидкостью или воздухом или одновременно тем и другим. Боковины широкопрофильных шин низкого давления закреплены на торцевой поверхности барабана.
Изобретательский шаг предложенных технических решений будет заключаться в том, что ось движителя будет частично опираться на боковины шины, а в основном подвешиваться с помощью растяжек. В качестве опоры будет использована верхняя часть протектора, опирающего на воздушную подушку, создаваемую сжатым воздухом во внутренней полости шины, по аналогии с транспортными средствами, движущимися на воздушной подушке. Но у них остов непосредственно опирается на воздушную подушку.
Величина грузоподъемности шины будет находиться в прямой зависимости от площади пятна контакта ее с опорной поверхностью и давления воздуха в шине.
Величину пятна контакта движителя с опорной поверхностью можно увеличивать как за счет увеличения диаметра и ширины шины, ее деформации, так и за счет применения многоосных транспортных средств.
Такое выполнение движителя со сверхширокопрофильной шиной низкого давления позволит существенно повысить грузоподъемность ходовых систем транспортных машин при работе на слабонесущих грунтах и снизить уплотняющее воздействие движителей на почву, что будет способствовать сохранению ее плодородия.
На фиг.1 показана схема продольного разреза колесного движителя с использованием внутренних растяжек.
На фиг.2 - схема поперечного разреза колесного движителя с использованием внутренних растяжек.
На фиг.3 - схема продольного разреза колесного движителя с использованием гибких внутренних перегородок внутри шины.
На фиг.4 - схема поперечного разреза колесного движителя с использованием гибких внутренних перегородок внутри шины.
На фиг.5 схема продольного разреза колесного движителя с расположением внутри шины пустотелого барабана.
На фиг.6 схема поперечного разреза колесного движителя с расположением внутри шины пустотелого барабана.
Движитель состоит из широкопрофильной шины низкого давления 1, образующей с боковинами 2 и протектором 3 герметичную внутреннюю полость 4. Протектор 3 соединен с опорной осью 5 остова транспортного средства посредством боковин 2, бортовых колец 6, растяжек 7, сходящихся на внутренних бортовых кольцах 8. На концах опорной оси 5 остова транспортного средства установлены подшипниковые опоры 9 (фиг.1 и 2).
По второму варианту протектор 3 закреплен на опорной оси 5 посредством боковин 2 и эластичных перегородок 10, бортовых колец 6 и внутренних бортовых колец 8, установленных между нажимными дисками 11 и распорными втулками 12 с помощью стяжных гаек 13. Между боковинами 2 и перегородками 10 в широкопрофильной шине низкого давления образуется несколько полостей 14.
По третьему варианту на опорной оси 5 (фиг.5 и 6) остова транспортного средства во внутренней полости широкопрофильной шины низкого давления 1 с зазором к ее поверхности установлен пустотелый барабан 15.
Движители работают следующим образом.
Внутри шины 1 по варианту I и II образуется герметически замкнутая полость, заполненная воздухом через золотниковое устройство (не показано), как у шин обычных колесных движителей. Сжатый воздух используется в качестве основного несущего рабочего элемента.
Конструкция шины 1 и применяемый материал для ее изготовления должны обеспечивать большую эластичность при изгибе и иметь высокую жесткость и прочность при растяжении.
Так как боковины 2 шины 1 не всегда (даже в течение года) обладают достаточно высокой жесткостью вдоль оси шины, то растяжки 7 следует устанавливать под углом α к вертикальной плоскости перпендикулярной оси (фиг.2 и угол β к вертикальной плоскости вдоль оси фиг 1). Величина этих углов будет зависеть от максимальной осевой нагрузки, диаметра шины 1, а также жесткости боковин 2 (фиг.2). При этом следует отметить, что растяжки 6 должны обладать высокой прочностью и жесткостью на растяжение и минимальной при сжатии шины 1.
Для этого они могут быть выполнены, например, из металлических цепных соединений, металлических тросов, резинокордовых, резинометаллических и других высокопрочных материалов на растяжение и эластичных при изгибе.
В качестве растяжек 7 могут быть использованы резинокордовые или резинометаллические сплошные перегородки 10, которые прочно соединены с внутренней поверхностью протектора 3 и с опорной осью 5 остова с помощью внутренних бортовых колец 8, нажимных дисков 11, распорных втулок 12 и стяжных гаек 13.
Так внутри шины 1 образуется несколько герметичных и изолированных друг от друга полостей 14.
Каждая из этих полостей заполняется сжатым воздухом через золотниковое устройство, как камеры шин обычных колесных машин (на фиг.4 не показано).
В случае повреждения протектора 3 в зоне одной из полостей 14 нагрузка перераспределяется на протектор 3 остальных полостей, а транспортное средство может продолжить движение.
Эластичные перегородки 10 должны обладать достаточно высокой прочностью на растяжение и иметь относительно небольшую жесткость при изгибе. Сжатый воздух в соседних полостях уравновешивает боковые силы давления на перегородки. При разделении шины фиг.4 на отдельные полости перегородки 10 могут устанавливаться отдельно или в совокупности с жесткими растяжками 7, как это показано на фиг.1 и 2.
Под действием внешних нагрузок широкопрофильная пневматическая шина 1 подвергается различным деформациям. Можно выделить три вида основных ее деформаций:
- радиальную (нормальную) под действием веса машины, распределенную по обоим концам оси 5 (фиг.1, 2) со стороны остова транспортного средства;
- окружную, возникающую при приложении к оси 5 остова транспортного средства толкающей силы и крутящего момента;
- поперечную (боковую) под действием боковой силы Р (фиг.2), действующей вдоль оси шины.
При вертикальной погрузке деформация шины выражается в изменении расстояния от оси до опорной поверхности на величину h по сравнению с ненагруженной шиной. При этом между шиной и опорной поверхностью создается опорная площадь контакта, нижние растяжки, которые соединены с опорной поверхностью протектора, освобождаются от растягивающего усилия в шине, возникающие в результате избыточного давления воздуха, а верхние дополнительно нагружаются под действием силы тяжести машины и удерживают опорную ось 5 во взвешенном состоянии. Так остов машины посредством опорной оси 5 остова транспортного средства, растяжек 7 и протектора 3 шины 1 опирается на воздушную подушку, создаваемую избыточным давлением воздуха в шине 1.
При действии ведущего момента на опорную ось 5 остова фиг.4 податливость шины в окружном направлении снижается за счет тангенциальной жесткости ее боковин 2 и растяжек 7 (фиг.1 и 2), жестко соединяющих опорную ось 5 остова с протектором 3.
Податливость шины в боковом направлении ограничивается жесткостью ее боковин 2 и растяжек 7, установленных под углом α к вертикальной плоскости.
Предлагаемое устройство ходовой системы транспортного средства может выполнять функцию как ведомой части машины, так и ведущей.
В первом случае пневмошина катится под действием толкающей силы F, приложенной к опорной оси 5 со стороны остова машины по направлению, указанному стрелкой V (фиг.1.) Растяжки 7, расположенные впереди оси, частично разгружаются в направлении движения, а задние дополнительно нагружаются. В связи с этим опорная ось 5 остова и элементы шины 1, которые не контактируют с опорной поверхностью, перемещаются вперед.
Лобовые участки протектора шины входят в контакт с опорной поверхностью, деформируют ее, создавая результирующую нормальную реакцию У, которая уравновешивается весом машины G. Эта пара сил создает момент сопротивления качению колеса. Ее величина находится в прямой зависимости от веса и плеча смещения а, результирующей реакции почвы У относительно проекции оси на опорную поверхность.
Кроме момента сопротивления качению, на шину действует еще ведущий момент, образуемый парой сил со стороны остова машины, толкающей ее через опорную ось 5 остова, боковин 2 и растяжек 7, и равной ей по величине, но противоположной по направлению горизонтальной результирующей реакции почвы X, возникающей в результате трения и зацепления протектора с опорной поверхностью. При равномерном движении эти моменты взаимно уравновешиваются.
к
к
Предложенный движитель может быть использован как ведущая часть транспортной машины. Для этого к оси шины необходимо приложить ведущий момент, который при вращении оси под действием тангенциальных усилий в боковинах шины 2 и растяжках 7 создаст необходимую касательную силу тяги в пятне контакта шины с опорной поверхностью Р, затрачиваемую на преодоление силы сопротивления перемещения остова машины F (фиг.3) и сил сопротивления перекатыванию ходовой системы Х (фиг 1).