ШИНА ПОЛНОПРИВОДНОГО ВЕЗДЕХОДА
TIRE FOR ALL-WHEEL DRIVE OFF-ROADER

Изобретение относится к шинам транспортных средств, прежде всего к надувным пневматическим шинам, и, в частности, к шинам сверхнизкого давления, предназначенным для использования на вездеходных транспортных средствах, передвигающихся по бездорожью и грунтам с малой несущей способностью.
2
Известны конструкции пневматических шин (см., например, Шины и колеса В.И.Кнороз, Е.В.Кленников. - М.: Машиностроение, 1975. - 184 с, а также статью В.А. Петрушева и др. Многоосные полноприводные автомобили на арочных шинах или пневматических с низким давлением в шинах, стр.9-10). Им присущи недостаточные сцепные свойства и проходимость по грунтам с низкой несущей способностью, т.к. эти шины имеют неоптимальные размеры, форму и эластичность, а также высокое, более 0,5 кгс/см, внутреннее давление. К тому же из-за чрезмерного внедрения они оказывают разрушающее воздействие на грунт.
Пневматическая шина, ширина которой превышает высоту ее профиля, содержащая борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на каркасные кольца (Бочаров Н.Ф. и др. Транспортные средства на высокоэластичных движителях, М.: Машиностроение, 1974, стр.9), обладает значительной разрушающей способностью и завышенным сопротивлением качению, поскольку удельное давление в зоне ее контакта с грунтом распределяется неравномерно из-за значительной жесткости каркаса.
Монолитная бескамерная шина сверхнизкого давления по RU 115198 предназначена для достижения высокой проходимости и тяговых свойств на мягких и увлажненных поверхностях, выполнена в форме арки, однако из-за относительно жесткого каркаса и высокого протектора имеет большую массу, а низко расположенные борта (сверхнизкий профиль) не позволяют выполнить регулирование давления в шине.
Пневмокатки по US 2802541, 2966223, 2990026, 3023826, 3024830, 4007801, 4206797, 4359122, 4360073, 4589460, 5078192 и 5946831 обладают высокой несущей способностью на мягких грунтах, но из-за большой ширины беговой части сложно выполнить подвеску и осуществить поворот управляемых колес, также они требуют специального привода (см. например привод катков тележки по US 3744585), все это излишне усложняет конструкцию.
Шина по US 4538657 с изменяемым пятном контакта, способна двигаться по различным поверхностям, подстраиваясь под конкретные условия, однако ее установка на специальном диске ограничивает область ее применения и снижает функциональность.
Широко известны движители, изготовленные из камер-оболочек, без протектора (см. US 1394328 и 4146992), а также шины колесных вездеходов «Чукотка» и «Торос» (см., например, http://www.ec-arctic.ru). Они обладают малым весом и простотой изготовления, однако область применения этих движителей ограничена из-за низких сцепных свойств, недостаточной курсовой устойчивости на твердых покрытиях и малой скорости передвижения, а тонкостенная камера склонна к проколам.
Шина сверхнизкого давления для вездеходов по RU 2095256 представляет собой тор, с трехслойными стенками, обвитый в меридиональном направлении эластичной плоской лентой. Она проста в изготовлении, но отсутствие протектора резко снижает ее функциональность.
Движитель по US 2821949 имеет поперечные лопатки на всю ширину беговой части, это способствует перемещению по водонасыщенным поверхностям (например, болоту), однако исключает движение по твердым поверхностям.
Выполнение шин по US 6401774, 6533007, 6929044 с четко выраженными продольными канавками, также как и разделение протектора продольной канавкой посередине в шинах по US Des.345950 и 308038, улучшает тяговые характеристики и самоочищение, однако плохо сопротивляется поперечным смещениям.
Во вседорожной шине по US Des.384013 центральные грунтозацепы отделены от периферийных и зацепов боковин продольными канавками, что улучшает курсовую устойчивость, но по существу равномерное распределение протектора по беговой части уменьшает проходимость.
Протектор по US Des. 305630 и 504103 разделен пятью продольными канавками, отделяющими грунтозацепы, расположенные в шахматном порядке, причем размер шашек уменьшается к одной стороне. Это упрощает технологию изготовления, однако такое выполнение уменьшает устойчивость в поперечном направлении при движении на косогоре.
Расположение канавок граней грунтозацепов шины по RU 39348 и 40529, а также центральной канавки по US 6189586, 6250353, Des.261257 и шины с защитой от проколов по US 7048022 зигзагообразно улучшает тягово-сцепные свойства, но малая эластичность этих шин приводит к разрушающему воздействие на грунт, а следовательно снижает проходимость.
Рисунок протектора по RU 47529, характеризующийся чередованием коротких и длинных ребер через ряд в окружном направлении и расположением ребер по дуге с углом уменьшения от 50 до 25° от центра к краю беговой дорожки относительно меридиана, способствует самоочищению, но эта шина плохо ведет себя на грунтах с низкой несущей способностью.
Согласование направления вращения шины и расположения (направления) протектора (см. RU 41560, 1372778, а также US Des. 512957) способствует увеличению тяговых свойств, в отличие от равномерного распределения протектора по беговой части в US 4253512, 2005139303 и Des. 275383, но не приводит к увеличению функциональности.
Рисунок протектора для низкопрофильной шины по RU 35492 имеет сильно разреженную центральную беговую часть и увеличивающуюся к периферии насыщенность протектора. Такая компоновка приводит к неравномерному распределению давления в пятне контакта при движении по слабонесущим грунтам, а также препятствует самоочищению и создает повышенный шум при движении по твердой опорной поверхности.
Известна пневматическая шина для снегоболотохода по RU 50470, ширина профиля которой равна или меньше высоты, состоящая из протектора с грунтозацепами и каркаса. В данном случае шина выполнена из обрезиненного корда с количеством слоев от одного до четырех, при этом слои завернуты на бортовые кольца, а по внутренней поверхности каркаса имеются углубления, повторяющие конфигурацию и расположение элементов рисунка протектора. Такое выполнение внутренней поверхности каркаса шины усложняют технологию ее изготовления, а переменная высота грунтозацепов увеличивает сопротивление качению.
Также не расширяет функциональные возможности протектор шины сверхнизкого давления по RU 52774, с грунтозацепами типа «елочка», направленными под углом к экваториальной плоскости и разделенные канавками с ребрами U-образной формы, в котором канавки протектора ориентированы в меридиональном направлении под углом 45° к экваториальной плоскости, а канавки боковых грунтозацепов ориентированы в меридиональном направлении под углом 90° к экваториальной плоскости. Выполнение рисунка протектора с разнесенными относительно друг друга грунтозацепами, сформированными в поперечные ребра по типу «косой елочки», по расположению грунтозацепов в экваториальной зоне в каждом ребре под углом в 45° к экваториальной плоскости и расположению грунтозацепов в шахматном порядке перекрытия впадин между грунтозацепами одного ряда способствует самоочищению, однако недостаточно увеличивает проходимость на грунтах с низкой несущей способностью.
Низкопрофильная сверхнизкого давления диагональная пневматическая шина по RU 74857, отношение ширины профиля которой к его высоте равно 0,596 при номинальном внутреннем давлении 0,5-0,6 МПа, состоящая из протектора с грунтозацепами и каркаса, выполненного из обрезиненного корда, боковин, слои корда в которых завернуты на бортовые кольца. В корде каркаса и боковин использован капроновый корд, между слоями каркаса размещена резиновая прослойка. Это способствует сохранению формоудержания шины при падении давления ниже заданного и сохранению несущей способности шины, однако приводит к значительному внедрению движителя в грунт, что снижает проходимость и ухудшает его экологичность. Выполнение рисунка протектора с шашечными элементами, образующими центральное, два боковых и три плечевых ребра, отделенных друг от друга продольными канавками и расположенных симметрично относительно центра беговой дорожки, способствует равномерному распределению нагрузки в пятне контакта, однако такое распределение элементов протектора по ширине беговой части нерационально при движении по грунтам с различной несущей способностью и преодолении водных преград. Кроме того, составление боковых ребер из ромбовидных шашек, расположенных в шахматном порядке относительно центрального ребра, верхние и нижние грани шашек повернуты относительно оси вращения на угол 45°, а плечевые ребра образованы шашками соответственно Г-образной, квадратной и прямоугольной формы, боковые грани которых параллельны, снижает сопротивления качению и повышает сцепление с грунтом, но значительно усложняет изготовление и снижает курсовую устойчивость.
Хотя приведены многочисленные варианты выполнения каркаса и рисунка протектора шин сверхнизкого давления, нет простой и надежной конструкции пневматической шины с расширенными функциональными возможностями, способной без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение ТС по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум.
Известна бескамерная пневматическая шина по RU 2005083, ширина которой превышает высоту ее профиля, содержащая борта с каркасными кольцами, боковые стенки и беговую часть с каркасом из корда, завернутого на упомянутые каркасные кольца, при этом толщина боковых стенок и беговой части шины выполнена постоянной и составляет 0,010-0,015 высоты профиля шины. Корд выполнен капроновым и уложен двумя перекрещивающимися под углом 45-60° слоями.
Она относится к колесным движителям транспортного средства, а именно к бескамерным пневматическим шинам низкого давления, и может использоваться на снегоболотоходах.
Так как толщина боковых стенок и беговой части шины выполнена постоянной и составляет 0,010-0,015 высоты профиля шины, то данная пневматическая шина не оказывает разрушающего воздействия на поверхность перемещения, но при этом имеет недостаточные тяговые возможности на слабонесущих грунтах. А из-за того, что корд выполнен капроновым и уложен двумя перекрещивающимися под углом 45-60° слоями, шина имеет недостаточную курсовую устойчивость на твердых поверхностях.
Задача - расширение функциональных возможностей движителя.
Создание простой и надежной конструкции шины полноприводного вездехода с расширенными функциональными возможностями обеспечено рациональным выполнением оболочки и расположением элементов протектора.
Для этого шина полноприводного вездехода, содержащая оснащенную каркасом оболочку, толщина которой выполнена по существу постоянной и составляющей 0,010-0,015 высоты профиля шины, снабжена центральной беговой частью, при этом толщина оболочки расширена до 0,007-0,030 высоты профиля шины.
Снабжение центральной беговой частью шины полноприводного вездехода, содержащей оснащенную каркасом оболочку, толщина которой выполнена по существу постоянной и составляющей 0,007-0,030 высоты профиля шины, позволило создать простую и надежную конструкцию пневматической шины с расширенными функциональными возможностями, поскольку выполнение оболочки по существу постоянной существенно уменьшает сопротивление качения движителя на различных поверхностях перемещения, при этом позволяя расширить ее функциональные возможности.
Этому же способствует то, что центральная беговая часть разделена продольной канавкой, параллельно которой выполнены канавки, отделяющие грунтозацепы протектора срединных его частей.
Тому же способствует то, что площадь наружной поверхности грунтозацепов, расположенных непосредственно у отделяющей канавки, по существу равна площади срединных и периферийных частей протектора.
Расположение канавок граней грунтозацепов срединных частей протектора зигзагообразно и совмещение их с канавками граней грунтозацепов периферийных частей, а также разделение их канавкой в продольном направлении и расположение граней грунтозацепов по радиусу относительно экваториальной плоскости, совместно с отделением грунтозацепов периферийной части продольной канавкой от зацепов боковины улучшает самоочищение и расширяет функциональные возможности шины.
Разделение центральной беговой части диагональными канавками, совпадающими с канавками граней грунтозацепов срединных частей, и отделение канавкой от периферийных грунтозацепов, грунтозацепов срединной части и разделение каждого дополнительными канавками, вместе с выходом на оболочку между грунтозацепами срединной, периферийной и боковой частями протектора канавки, разделяющей грунтозацепы центральной беговой части, также расширяет функциональные возможности шины, увеличивая тягу и улучшая самоочищение.
Согласование направления вращения шины с направлением канавок, выполненных по упомянутым радиусам, повышает тягу на слабонесущих грунтах и способствует перемещаемости по водным поверхностям.
Изображено на:
фиг.1 - шина (разрез);
фиг.2 - борт шины;
фиг.3 - рисунок протектора;
фиг.4 - сечение канавки;
фиг.5 - рисунок протектора (вариант);
фиг.6 - рисунок протектора (вариант);
фиг.7 - рисунок протектора (вариант);
фиг.8 - шина вид сбоку;
фиг.9 - трехмерная модель шины.
Шина 1 (фиг.1) полноприводного вездехода имеет оснащенную каркасом 2 (фиг.2) оболочку 3, толщина которой выполнена по существу постоянной и составляющей 0,007-0,030 высоты профиля шины. Шина снабжена центральной 4 беговой частью.
Разделение центральной беговой части 4 продольной 5 (фиг.3) канавкой, параллельно которой выполнены канавки 6, 7, отделяющие грунтозацепы 8, 9 протектора срединных его частей, позволило создать простую и надежную конструкцию шины 1 с расширенными функциональными возможностями, способную без разрушения поверхностного слоя обеспечить передвижение по грунтам с очень низкой несущей способностью, а также на дорогах с твердым покрытием увеличить скорость движения и снизить шум, поскольку грунтозацепы 8, 9 протектора срединных его частей расположены плотнее, чем отделенные от них канавкой грунтозацепы 10, 11 периферийных частей, что существенно увеличивает сцепление движителя на различных поверхностях перемещения, при этом позволяя расширить функциональные возможности. В частности, при движении транспортного средства по каменистой местности и болотам с валежником из-за расширения толщины оболочки до 0,030 от высоты профиля шины уменьшена вероятность прокола.
Управляемость на твердых поверхностях обеспечивается тем, что площадь наружной поверхности грунтозацепов, расположенных непосредственно у отделяющей канавки 6, 7, по существу равна площади срединных 8, 9 и периферийных 10, 11 частей протектора.
Расположение канавок 12, 13 граней 14 (фиг.4, 5) грунтозацепов срединных частей протектора зигзагообразно и совмещение их с канавками 15 граней 14 грунтозацепов периферийных частей, а также разделение канавкой 16 в продольном направлении грунтозацепов периферийных частей протектора улучшает самоочищение и расширяет функциональные возможности шины. В тоже время грани 14 грунтозацепов расположены по радиусу 17, 18 относительно экваториальной плоскости. При этом грунтозацепы 11 периферийной части отделены продольной канавкой 19 от зацепов 20 боковины.
Центральная беговая часть разделена диагональными канавками 21 (фиг.6), совпадающими с канавками 13 граней 14 грунтозацепов срединных частей. При этом срединная часть имеет грунтозацепы, отделенные канавкой от периферийных грунтозацепов 10, 11.
Каждый грунтозацеп разделен дополнительными канавками 22, 23 (фиг.7), ориентированными в радиусном направлении 17, 18 и/или направлении перпендикулярном ему.
Разделяющая грунтозацеп центральной беговой части канавка 23 (фиг.8) выходит на оболочку между грунтозацепами срединной, периферийной и боковой частей протектора.
Согласование направления вращения шины с направлением канавок, выполненных по упомянутым радиусам, повышает тягу на слабонесущих грунтах и способствует перемещаемости по водным поверхностям, для этого на боковине нанесен знак 24 (фиг.9) направления вращения.
Шина на поверхностях с различной несущей способностью функционирует следующим образом.
При движении по твердой опорной поверхности давление в шине 1 максимальное, а деформация грунта мала, следовательно, с поверхностью соприкасается центральная часть беговой дорожки, коэффициент насыщенности протектора которой больше, чем периферийной. Это снижает сопротивление качения, а центральная 5 и параллельные ей продольные канавки 6, 7 выполняют стабилизирующую функцию, одновременно с этим через канавки 13, 15 отводится вода из пятна контакта, что способствует лучшему сцеплению с поверхностью и препятствует возникновению аквапланирования.
По мере снижения несущей способности грунта внедрение движителя увеличивается, при этом рекомендуется снизить давление в шине для увеличения пятна контакта с поверхностью. Следовательно, задействованы периферийные 12, 13 части протектора. Дополнительно разреженный канавками 22, 23 их рисунок способствует увеличению тяги и самоочищению. Для выхода из колеи и улучшения управляемости служат П-образные зацепы 20 боковин.
Согласование направления вращения 24 с направленностью рисунка протектора способствует перемещаемости по водонасыщенным поверхностям.