КОЛЕСО С КОМПЕНСАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И РЕГУЛИРОВКОЙ ДАВЛЕНИЯ
WHEEL WITH TEMPERATURE COMPENSATION AND PRESSURE CONTROL

Настоящее изобретение относится к колесу со скомпенсированным и регулируемым давлением.
Колесо для двухколесных или четырехколесных транспортных средств, по существу, содержит обод, соединенный с шиной, которая накачена до заданного рабочего давления.
Такая шина, по существу, содержит каркасную конструкцию, имеющую, по меньшей мере, один каркасный слой и, по меньшей мере, одну кольцевую армирующую конструкцию, связанную с каркасным слоем, протекторный браслет из эластомерного материала во внешнем по радиусу положении относительно каркасной конструкции, брекерный пояс, расположенный между каркасной конструкцией и протекторным браслетом, и пару боковин в противоположных по оси положениях на каркасной конструкции.
В бескамерных шинах герметичность шины обеспечивается внутренним по радиусу слоем каркасной конструкции, обычно называемым "лайнер". При эксплуатации, из-за естественной потери воздуха через этот внутренний по радиусу слой (который в любом случае никогда не бывает полностью непроницаемым для воздуха), давление в шине падает, заставляя водителя периодически его восстанавливать.
В попытке заставить давление сохраняться постоянным в течение достаточно длительного периода времени предлагалось использовать ободы со встроенными резервуарами сжатого воздуха под более высоким давлением, чем рабочее давление шины. Посредством одного или более соответствующим образом работающих клапанов давление в шине восстанавливалось по мере необходимости.
В патенте США №6601625 В2 раскрыто колесо со встроенным в обод резервуаром сжатого воздуха. Более конкретно, в этом патенте раскрыт резервуар высокого давления для хранения сжатого воздуха, полученного из внешнего источника, первый механический клапан, позволяющий сжатому воздуху перетекать из источника, являющегося внешним относительно резервуара высокого давления, второй механический клапан, позволяющий воздуху проходить из резервуара высокого давления во внутреннюю полость шины, третий клапан, сбрасывающий воздух из внутренней полости шины, и четвертый клапан, сбрасывающий воздух из резервуара высокого давления. Колесо, описанное в этом патенте, механическим способом поддерживает давление в шине в заданных пределах, сокращая необходимость вручную подкачивать шину для достижения заданного давления. Когда давление в шине падает ниже заданной пороговой величины, воздух, хранящийся в резервуаре высокого давления, выпускается в шину, поддерживая ее накаченной до требуемого минимального давления; и наоборот, если давление в шине превысит заданную пороговую величину, воздух из шины будет выпущен в атмосферу.
В патенте США №4067376 описана система для автоматической подкачки шины при движении транспортного средства для минимизации эффекта разрыва. Колесо образовано с интегрированным кольцевым мешком, выполненным с возможностью вмещения некоторого количества сжатого воздуха под высоким давлением. Между этим мешком и шиной установлен предохранительный клапан, выполненный с возможностью выпуска воздух из мешка в шину каждый раз, когда давление в шине падает ниже заданного предела.
Следует отметить, что известные устройства не позволяют удобно компенсировать изменения давления в шине, когда они вызваны существенными изменениями температуры, например, порядка десяти градусов. Более конкретно, в случае широких диапазонов температур, например, из-за того, что транспортное средство оставляют на ночь в местах, где температура может упасть до минус десяти градусов, давление в каждой шине падает, поскольку, как известно, согласно законам, описывающим поведение газов, давление пропорционально абсолютной температуре. При этом восстановление давления при таких низких температурах путем нагнетания его в шину из резервуара со сжатым воздухом приведет к избыточному давлению при движении или, в любом случае, в момент, когда температура в шине должна вновь повыситься. Такое избыточное давление приведет к сбросу ранее впущенного воздуха для восстановления заданного давления. Таким образом, срок службы резервуара высокого давления существенно сократится, поскольку при каждом понижении температуры, вызванном условиями окружающей среды, будет происходить ненужная подкачка воздуха, который затем будет сбрасываться в атмосферу во избежание чрезмерного повышения давления. Кроме того, не существует возможности найти решение, согласно которому можно повысить рабочую емкость резервуара, например, накачивая его до давления около десяти бар, что обусловлено как соображениями безопасности, так и трудностями, связанными с его заполнением. С практической точки зрения фактически было бы удобно использовать компрессоры, уже имеющиеся на станциях обслуживания, поскольку такие компрессоры, по существу, поднимают давление сжатого воздуха до 8-10 бар.
Таким образом, для эффективного регулирования внутреннего давления шины в течение длительных периодов, например одного года или более, без необходимости в ручной закачке сжатого воздуха, необходимо восстанавливать рабочее давление в шине только тогда, когда давление упало в результате истинных потерь воздуха (через микротрещины, при отсутствии герметичности лайнера и т.п.), а не из-за понижения окружающей температуры.
Однако не следует выполнять систему "колеса" более сложной за счет добавления датчиков и электронных устройств для выполнения восстановления рабочего давления в шине описанным выше способом, пытаясь найти простое техническое решение, которое было бы надежным и недорогим в применении и относилось бы к области механики. Для этой цели, выполнение, по меньшей мере, одного канала или клапана, установленного между резервуаром со средой под давлением, связанным с ободом колеса, и шиной, смонтированной на этом ободе, способно компенсировать изменения давления, вызванные изменением окружающей температуры, и позволяет преодолевать описанные выше проблемы и восстанавливать давление в шине, когда оно падает по причинам, не относящимся к понижению температуры окружающей среды.
Более конкретно, согласно данному решению предусматривается установка, по меньшей мере, одного корпуса клапана в колесе между резервуаром с газом под давлением, связанным с ободом колеса, и шиной, смонтированной на нем, при этом тело клапана имеет упругий элемент с постоянной упругости (К), меняющейся в диапазоне температур от -50°С до +50°С таким образом, что клапан остается в закрытом положении после снижения внутреннего давления шины из-за снижения температуры в указанном диапазоне.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ регулирования внутреннего давления шины, смонтированной на ободе, при котором:
- накачивают внутренний объем шины до рабочего давления при эталонной температуре,
- подают среду, сжатую до первого давления, превышающего рабочее давление шины, при эталонной температуре в резервуар, соединенный с ободом,
- приводят внутренний объем шины в сообщение с резервуаром, когда давление во внутреннем объеме шины ниже рабочего давления, посредством, по меньшей мере, одного механического клапана, открывание которого регулируется упругим элементом, имеющим постоянную упругости (K), изменяющуюся в температурном диапазоне от -50°С до +50°С так, что клапан удерживается в закрытом положении после уменьшения внутреннего давления в шине из-за уменьшения температуры в указанном диапазоне, и
- прекращают сообщение между внутренним объемом шины и резервуаром, когда давление в шине, по существу, станет равным рабочему давлению.
Следовательно, давление шины сохраняется постоянным в течение длительных периодов времени, поскольку при прочих равных условиях срок службы резервуара со средой под давлением увеличивается. Фактически среда (например, воздух), по существу, не попадает из резервуара в шину, когда давление в шине падает из-за понижения внешней температуры. Таким образом устраняются последующие сбросы среды из-за повышения температуры.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения этот температурный диапазон составляет от -30°С до +50°С.
В другом варианте осуществления изобретения этот температурный диапазон составляет от -30°С до +20°С.
-50°C
+50°C
+50°С
В предпочтительном варианте изобретения осуществления упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -50°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), на, по меньшей мере, 10% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-50°C
+50°C
+50°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -50°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), не более чем на 40% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+50°C
+50°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (К), на, по меньшей мере, 10% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+50°C
+50°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), не более чем на 40% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+20°C
+20°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +20°С (K), на, по меньшей мере, 10% от величины постоянной упругости при +20°С (K).
-30°C
+20°C
+20°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +20°С (K), не более чем на 40% от величины постоянной упругости при +20°С (K).
-50°C
+50°С
+50°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -50°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), на, по меньшей мере, 20% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-50°C
+50°C
+50°С
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -50°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), не более чем на 30% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+50°C
+50°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), на, по меньшей мере, 20% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+50°С
+50°С
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +50°С (K), не более чем на 30% от величины постоянной упругости при +50°С (K).
-30°C
+20°C
+20°С
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +20°С (K), на, по меньшей мере, 20% от величины постоянной упругости при +20°С (K).
-30°C
+20°C
+20°C
В другом варианте осуществления изобретения упругий элемент, регулирующий открывание клапана, имеет величину постоянной упругости, измеренную при -30°С (K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной при +20°С (K), не более чем на 30% от величины постоянной упругости при +20°С (K)
Преимущественно, для получения больших временных интервалов между двумя последовательными операциями ручной перезарядки отношение между рабочим давлением шины и первым давлением в резервуаре составляет от 0,1 до 0,6.
За счет оптимизации имеющихся объемов в другом варианте осуществления изобретения отношение между рабочим давлением шины и первым давлением в резервуаре составляет от 0,2 до 0,4.
Преимущественно, указанный способ позволяет использовать широко распространенные перезаряжающие устройства, поскольку первое давление в резервуаре находится в диапазоне от приблизительно 8 до приблизительно 12 бар.
В различных предпочтительных вариантах осуществления изобретения первое давление в резервуаре составляет от приблизительно 8,5 до приблизительно 10 бар.
Для повышения уравновешенности системы колеса приведение внутреннего объема шины в сообщение с резервуаром осуществляют тогда, когда давление во внутреннем объеме шины ниже рабочего давления на, по меньшей мере, 5%.
Согласно другому объекту настоящего изобретения создано колесо с регулированием и компенсацией давления, содержащее:
- обод, соединенный с резервуаром, выполненным с возможностью заполнения средой до первого давления,
- шину, смонтированную на ободе и имеющую внутренний объем, накачанный до рабочего давления, при этом рабочее давление ниже первого давления,
- по меньшей мере, один клапан, выполненный с возможностью управления сообщением между резервуаром и внутренним объемом шины,
- при этом клапан содержит, по меньшей мере, один упругий элемент, функционально соединенный с, по меньшей мере, одним закрывающим элементом, предназначенным для открывания и закрывания, по меньшей мере, одного порта в клапане для приведения резервуара в сообщение с шиной, когда давление в шине ниже рабочего давления, при этом упругий элемент имеет постоянную упругости (K), меняющуюся в температурном диапазоне от -50°С до +50°С так, что клапан остается в закрытом положении после уменьшения давления из-за падения температуры в указанном диапазоне.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения температурный диапазон составляет от приблизительно -30°С до приблизительно +50°С.
В другом варианте осуществления изобретения температурный диапазон составляет от приблизительно -30°С до приблизительно +20°С.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения для оптимизации пространства резервуар выполнен за одно целое с ободом.
В другом варианте осуществления изобретения для оптимального разделения имеющихся объемов резервуар занимает такой объем, что отношение между объемом резервуара и внутренним объемом шины составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4.
В другом варианте осуществления изобретения указанное отношение составляет от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,25.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения упругим элементом является пружина.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения упругий элемент содержит вторую пружину, функционально соединенную с указанной пружиной.
В другом варианте осуществления изобретения вторая пружина имеет постоянную упругости (K), по существу постоянную в температурном диапазоне от -50°С до +50°С.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая пружина поддерживает основную часть нагрузки упругого элемента.
Предпочтительно, нагрузка, поддерживаемая второй пружиной, составляет от приблизительно 60% до приблизительно 95% от нагрузки, поддерживаемой упругим элементом.
Более предпочтительно, нагрузка, поддерживаемая второй пружиной, составляет от приблизительно 70% до приблизительно 80% от нагрузки, поддерживаемой упругим элементом.
В другом варианте осуществления изобретения вторая пружина концентрично соединена с указанной пружиной.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения вторая пружина является внешней относительно указанной пружины.
Для реализации варианта осуществления изобретения, в котором имеется толкающая пружина, постоянная упругости (K) уменьшается с уменьшением температуры в указанном температурном диапазоне.
Для реализации варианта осуществления изобретения, в котором имеется вытягивающая пружина, постоянная упругости (K) увеличивается с уменьшением температуры в указанном температурном диапазоне.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения колесо содержит клапан заполнения, функционально соединенный с резервуаром.
В другом варианте осуществления изобретения колесо содержит управляющий и восстанавливающий клапан, соединенный с шиной.
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из подробного описания некоторых предпочтительных, но не ограничивающих вариантов осуществления колеса с регулированием и компенсацией давления согласно настоящему изобретению.
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие не ограничивающий пример, на которых:
Фиг.1 - вертикальный вид колеса согласно настоящему изобретению;
Фиг.2 - вид сбоку с частичным сечением колеса с фиг.1;
Фиг.3 - увеличенный фрагмент вида с фиг.2;
Фиг.4 - увеличенное сечение детали колеса согласно настоящему изобретению;
Фиг.5 - частичный вертикальный вид второго варианта осуществления колеса согласно настоящему изобретению;
Фиг.6 - вид сбоку с частичным сечением колеса с фиг.5;
Фиг.7 - увеличенный фрагмент вида сбоку с фиг.6;
Фиг.8 - диаграмма изменений постоянной упругости элемента колеса при изменении температуры; и
Фиг.9 - схематический вид детали предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1, 2, 5 и 6, колесо 1 для двухколесных (фиг.1, 2) или четырехколесных (фиг.5, 6) транспортных средств согласно настоящему изобретению содержит обод 2, на котором смонтирована шина 3 с внутренним объемом 3'. В ободе 2 выполнен резервуар 4, соединенный с ободом и, предпочтительно, выполненный заодно с ним, при этом резервуар выполнен с возможностью хранения среды под давлением, при этом средой является воздух или, по существу, инертный газ, например азот.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, отношение между рабочим давлением шины 3 и первым давлением, существующим в резервуаре 4 при полном заполнении, изменяется от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,6, предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,4.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения отношение между объемом резервуара 4 и внутренним объемом 3' шины составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4, предпочтительно от приблизительно 0,12 до приблизительно 0,25.
В ободе 2 предпочтительно во внутреннем по радиусу положении недалеко от оси вращения колеса размещен механический клапан 5, который обеспечивает сообщение между резервуаром 4 и внутренним объемом 3' шины 3, который подлежит регулированию.
Предпочтительно, такое сообщение обеспечивается путем создания в ободе 2 канала 6, соединяющего клапан 5 с внутренним объемом шины 3, при этом клапан 5 дополнительно обеспечивает соединение с резервуаром 4 либо напрямую, либо через дополнительный канал 6'.
Клапан 5 предпочтительно содержит корпус 7, установленный в соответствующем гнезде 8, выполненном в ободе 2, причем корпус клапана имеет первый порт 9 для соединения с резервуаром 4 и второй порт 10 для соединения с шиной 3, и, следовательно, предпочтительно соединенный с каналом 6.
Как показано на фиг.2, 3, 6 и 7, корпус 7 клапана снабжен внутри внешнего по оси конца, т.е. предпочтительно у противоположного конца первого порта 9 основным диском 11, на который опирается упругий элемент, предпочтительно пружина 12.
Преимущественно, пружина 12 выполнена из материала, предпочтительно выбранного из материалов, относящихся к группе так называемых "сплавов с памятью формы" (СПФ), так, что ее постоянная упругости К в большой степени зависит от температуры.
Например, как показано на диаграмме с фиг.8, такая зависимость температуры (ось х)/величины постоянной упругости K (ось у) выражена, по существу, прямой линией, параллельной оси x (пунктирная линия) для пружин, выполненных из стандартной пружинной стали (т.е. постоянная упругости в этом случае, по существу, не зависит от температуры) в заданном температурном диапазоне, например от -50°С до +50°С, который, как будет более подробно описано ниже, может совпадать с предпочтительной температурой использования колеса 1. Наоборот, такая зависимость для пружин 12, согласно настоящему изобретению выполненных из вышеуказанных материалов, выражается возрастающей или убывающей функцией.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению предусматривается использование материалов, имеющих температурный диапазон, в котором постоянная упругости К пружин, выполненных с использованием таких материалов, существенно изменяется между приблизительно -50°С и приблизительно +50°С, при этом температурный диапазон предпочтительно составляет от приблизительно -30°С до приблизительно +50°С и, более предпочтительно, от приблизительно -30°С до приблизительно +20°С.
В частности, в последнем упомянутом температурном диапазоне (-30°С/+20°С) величина этой постоянной K для пружины, выполненной из никель-титановой стали (толщина проволоки 1,2 мм, 2 полезных витка), изменяется приблизительно на 26% относительно величины, относящейся к верхнему пределу диапазона (+20°С), и более конкретно, от приблизительно 5500 Н/м (при 20°С) до приблизительно 4060 Н/м (при -30°С).
Применяемые материалы в любом случае выбраны таким образом, что указанное изменение составляет от приблизительно 10% до приблизительно 40%, предпочтительно от приблизительно 20% до приблизительно 30% в заданном температурном диапазоне, составляющем, по меньшей мере, от -50°С до +50°С или уже.
-50°C
+50°C
-50°C
Более конкретно, пружина 12, управляющая открыванием клапана 5 имеет величину постоянной упругости, измеренную в нижнем конце температурного диапазона (например, при -50°С, K), отличающуюся от величины постоянной упругости, измеренной в верхнем конце температурного диапазона (например, при +50°С, K), на, по меньшей мере, 10% и предпочтительно не более чем на 40% от величины постоянной упругости, измеренной в верхнем конце температурного диапазона (например, при -50°С, K), то есть:
Предпочтительно, эти изменения составляют от 20% до 30%, то есть:
-30°C
+20°C
То же отношение справедливо и для более узких температурных диапазонов, например, упомянутых ранее -30°С/+50°С и -30°С/+20°С, и, следовательно, постоянные будут K и K.
Принимая во внимание ранее приведенный пример никель-титановой стали, получается следующее:
В соответствии с этим предпочтительным решением зависимость постоянной упругости от температуры представлена функцией, возрастающей в указанном температурном диапазоне (см. фиг.8).
Наконец, на той же фиг.8 показано, что пружина, выполненная из традиционной пружинной стали, например стали UNI класса С, имеет, по существу, постоянную величину постоянной упругости K в том же температурном диапазоне (-30°С/+20°С), и эта величина, со существу, равна 14000 Н/м при +20°С и 14200 Н/м при -30°С, что составляет изменение ÄK = приблизительно 1,43% (диаметр 1,2 мм, 3,5 полезных витка).
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.9, упругий элемент содержит вторую пружину 12', функционально соединенную с пружиной 12. В частности, вторая пружина 12' является пружиной, выполненной из обычной пружинной стали (например, стали UNI класса С), а пружина 12 выполнена из сплава с памятью формы (СПФ), как пояснялось выше. Следовательно, постоянная упругости K второй пружины 12', по существу, постоянна в температурном диапазоне от -50°С до +50°С.
Предпочтительно, пружины 12 и 12' соединены концентрически так, что вторая пружина 12' является внешней относительно пружины 12. Предпочтительно, нагрузка, поддерживаемая упругим элементом, делится между пружинами 12 и 12' таким образом, что вторая пружина поддерживает основную часть этой нагрузки. Следовательно, клапан 5 увеличивает чувствительность к изменениям температуры, поскольку пружина 12 поддерживает лишь малую часть нагрузки. В рамках этого предпочтительного варианта и учитывая диаграмму усилия/удлинения, нагрузка, поддерживаемая пружиной 12, лежит на том участке диаграммы, где кривая не является асимптотической, т.е. на том участке, где отношение между усилием и удлинением, по существу, является линейным. В предпочтительном варианте нагрузка, поддерживаемая этой второй пружиной 12', составляет от приблизительно 60% до приблизительно 95% от нагрузки, поддерживаемой упругим элементом, и более предпочтительно от приблизительно 70% до приблизительно 80%.
Как показано на фиг.2, 3, 4, 6 и 7, пружина 12 преимущественно связана с диафрагмой 13, ограничивающей своим осевым положением объем полости 21, сообщающейся с каналом 6 и с внутренним по оси концом корпуса 7 клапана, т.е. его части, расположенной рядом с первым портом 9.
Диафрагма 13 соединена с проходящей в осевом направлении тарелкой 14, другой конец которой выполнен с возможностью контакта с иглой, расположенной во втулке 16 и заканчивающейся закрывающим элементом 17, срабатывание которого открывает или закрывает проход среды через первый порт 9. Игла 15 дополнительно удерживается на месте другим упругим элементом, например пружиной 18.
Предпочтительно, на ободе 2 имеется нагнетательный клапан 19, находящийся в непосредственном сообщении с резервуаром 4, тогда как в другом предпочтительном варианте имеется управляющий и восстанавливающий клапан 20, который сообщается с внутренним объемом 3' шины 3.
Регулировка давления и компенсация в колесе 1 выполняются следующим образом.
Сначала, например, стандартным компрессором воздух нагнетают в резервуар 4, предпочтительно через нагнетательный клапан 19 при заданной температуре окружающей среды, например 15, 20, 25°С, или при другой температуре, и эта температура в дальнейшем называется эталонной температурой (ЭТ).
Изначально шина 3 не накачана, поэтому пружина 12, предварительно нагруженная для заданного эталонного значения относительно требуемого рабочего давления в шине (которое, по существу, может составлять от 1,7 до 5,5 бар в зависимости от типа шины), создает усилие, воздействующее на диафрагму 13, заставляя тарелку 14 воздействовать на иглу 15, срабатывание которой приводит к тому, что закрывающий элемент 17 открывает проход через порт 9, тем самым соединяя резервуар 4 с полостью 21 и далее с каналом 6 и шиной 3.
Когда давление в шине достигнет заданного рабочего давления, это давление также оказывает воздействие на диафрагму 13, которое преодолевает действие предварительной нагрузки пружины 12 и приводит к отсоединению тарелки от иглы 15. Пружина 18 возвращает иглу 15 назад в положение покоя, вытягивая за собой закрывающий элемент 17 в закрытое положение, тем самым перекрывая проход среды под давлением между резервуаром 4 и полостью 21. Затем резервуар 4 заполняют до его номинального давления, составляющего, по существу, 8-12 бар, более предпочтительно 8,5-10 бар.
При эксплуатации транспортного средства, на котором установлены колеса 1 согласно настоящему изобретению, происходят небольшие потери воздуха из-за неидеальной воздухонепроницаемости внутреннего по радиусу слоя каркасной конструкции шины или из-за неидеальной адгезии между бортами шины и фланцами обода, на которых посажены борта. При этом такие потери оцениваются приблизительно в 0,1 бар в месяц. При падении давления во внутреннем объеме 3' шины 3 такое падение передается в полость 21 по каналу 6. Следовательно, пружина 12 действует на диафрагму 1 и смещает закрывающий элемент 17, как описано выше, в открытое положение, пока давление в шине через полость 21 и, следовательно, диафрагму 13 не уравновесится с усилием, создаваемым калиброванной предварительной нагрузкой пружины 12.
Следует понимать, что разница в сечении между находящимися в контакте деталями тарелки 14 и иглы 15 (конец тарелки, контактирующий с иглой, имеет большую площадь сечения, чем контактное сечение иглы) позволяет пружине 12, предварительная нагрузка которой калибрована относительно рабочего давления в шине, преодолеть усилие, создаваемое средой под давлением в резервуаре 4, и удерживать закрывающий элемент 17 закрытым, при этом в начале давление предпочтительно превышает в 2,5-5 раз рабочее давление шины, как было показано выше.
Преимущественно, клапан 5 калиброван так, что он начинает работать только после того, как давление во внутреннем объеме 3' шины 3 упадет на, по меньшей мере, 5% от рабочего давления. Другими словами, принимая во внимание вышеизложенное, такое уменьшение давления должно предпочтительно составлять от приблизительно 0,085 до приблизительно 0,275 бар. Таким образом обеспечивается стабильность узла колеса, и при небольших потерях давления устраняется необходимость в небольших подкачках.
Когда транспортное средство не находится в движении, и температура окружающей среды падает, согласно хорошо известным законам, описывающим поведение газов, давление в шине также начинает падать в среднем на 0,1 бар на каждые 10°С понижения температуры относительно эталонной температуры ЭТ. Однако постоянная упругости K пружины 12 преимущественно зависит от температуры, как проиллюстрировано выше, (в примере на фиг.8, относящемся к Ni-Ti стали K снижается на приблизительно 5,25% на каждые -10°С), так что с понижением температуры эта постоянная также уменьшается, заодно уменьшая калиброванную предварительную нагрузку. Таким образом, уменьшение давления, которое передается на полость 21 из внутреннего объема шины 3, не активирует пружину 12, поскольку предварительная нагрузка пружины существенно снижается до такой величины, что она остается уравновешенной, несмотря на сниженное давление в шине.
Таким образом, колесо 1 не подвержено бесполезным циклам подкачки из-за возможных изменений температуры окружающей среды, которые могут привести к быстрому расходу среды, содержащейся в резервуаре 4, поскольку эта среда сбрасывается в атмосферу, например, через клапан 20, когда температура шины вновь достигает эталонной температуры ЭТ. Этот клапан 20 в предпочтительном варианте осуществления изобретения предназначен для устранения внезапных повышений давления, например, в случае отказа клапана 5 и при необходимости регулирования давления во внутреннем объеме 3' шины, одновременно позволяя накачивать шину.
Следует отметить, что указанный диапазон согласно настоящему изобретению, в котором эта постоянная упругости существенно изменяется, включает температуру среды нормальной эксплуатации шины. Это значит, что соответствующее колесо 1, которому приходится работать в таких условиях, обладает средством управления давлением с температурной компенсацией, поскольку клапан 5 не начинает работать, если падение давления вызвано только изменениями температуры окружающей среды.
Кроме того, при температуре выше верхнего предела указанного диапазона важное изменение постоянной упругости К не происходит, но этот факт не существенен для правильной работы колеса 1. Фактически, в условиях жаркого климата (при температуре выше ЭТ) шина уравновешивается самостоятельно, т.е. в этих условиях эксплуатации при повышении температуры используется более высокое давление.
Далее, следует отметить, что когда жарко, более высокое давление, существующее в шине 3, передается в полость 21, дополнительно сжимает пружину 12, которая предотвращает подкачку, все более удаляясь от тарелки 14.
Наконец, следует отметить, что внутреннее расположение элементов клапана 5 легко может быть изменено для получения закрывающего элемента, который открывается под воздействием вытягивающего действия пружины 12, а не толкающего усилия, как было показано выше. В этом случае постоянная упругости K упругого элемента должна расти с понижением температуры в заданном температурном диапазоне для достижения аналогичной работы клапана 5.