ВНУТРЕННЯЯ ОПОРА ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ БЕЗОПАСНОГО КОЛЕСА
SAFE WHEEL AIR TIRE INTERNAL SUPPORT

Изобретение относится к элементам автомобильных колес с пневматическими шинами, предназначенными для автотранспортных средств и позволяющими обеспечить относительную безопасность движения при внезапной потере избыточного давления в шинах автомобиля и сохранение его подвижности при отсутствии этого давления.
Известна упругая внутренняя опора фирмы Хатчинсон, установленная в колесо транспортного средства (патент США №5246050) с пневматической шиной 37×12,5R16,5 фирмы Гудьир.
Безопасная система "CRF" (Composite Run-flat) фирмы Хатчинсон, примененная в данной конструкции, представляет собой внутренний опорный элемент, состоящий из двух, изготовленных литьем под давлением, полусферических деталей из специальной смеси с применением эластичного эфира, выдерживающего температуру свыше 120°С. Обе части опоры соединяются стяжными болтами. Данная конструкция, установленная на автомобиле, снабженном шинами с опорой "CRF", при потере давления в одной и даже нескольких шинах позволяет ему пройти расстояние 50 км.
Недостатком данной опоры является низкая боковая жесткость ее выступа при отсутствии избыточного давления, обусловленная относительно узкой его конфигурацией по ширине опоры, способствующая боковым колебаниям автомобиля и снижающая его курсовую устойчивость и управляемость. Эта конструкция применяется на легковых автомобилях при движении по твердым дорогам и неприемлема для движения по деформируемым (мягким) грунтам из-за потери их подвижности.
Наиболее близким (прототип) из известных технических решений является опорный внутренний элемент фирмы Форверк (Германия) колеса транспортного средства (патент Франции №2695076) с пневматической шиной 13,00R20 фирмы Мишлен (Франция). Опорный элемент фирмы Форверк представляет собой массивное резиновое кольцо особой конфигурации, армированное по основанию, прилегающему к борту, металлокордом. В боковые выемки опорного элемента по окружности вложены рукава (шланги), заполненные антифрикционной смазкой. В случае аварии, когда шина "садится" на опорный элемент, рукава разрушаются и смазка попадает между шиной и кольцом. Смазка способствует снижению теплообразования от трения внутренних частей шины и тем самым повышает ее работоспособность. Опорный элемент фирмы Форверк для шины 13,00R20 позволяет применять регулирование внутреннего давления в шинах в условиях бездорожья и при кратковременном движении без избыточного давления воздуха в шинах, а также гарантирует безаварийную эксплуатацию автомобиля на высоких скоростях движения.
Недостатком данной опоры является вероятность "наката" выступа опоры на боковину шины с последующим ее разрывом корда по боковине. Этот недостаток обусловлен применением в данной конструкции антифрикционной смазки, способствующей не только снижению трения при контакте внутренней полости шины в зоне беговой дорожки и опоры из-за разности их радиусов при одинаковых угловых скоростях качения, но и перемещению опоры по ширине свободного пространства в полости шины и, как следствие, "накату" на боковину.
Такая конструкция не исключает также проскальзывание шины и опоры на ободе при отсутствии давления воздуха и предопределяет невозможность самостоятельного движения автомобиля в таких ситуациях. Кроме того, при движении по деформируемым грунтам с разрушенными шинами на гладких и достаточно жестких в радиальном направлении опорах данной конструкции образуется глубокая колея и существенно возрастает сопротивление качению, усугубляемое еще и недостаточным сцеплением опоры с грунтом. В результате теряется проходимость и подвижность автомобиля на этих грунтах. Наличие же в конструкции неразборной и достаточно жесткой опоры исключает и возможность сборки колеса в полевых условиях.
o
ш
o
ш
Предлагаемая внутренняя опора состоит из соединенных торцами оснований двух упругих колец с одногребневыми выступами и размещается между бортами шины (фиг.1). Наружный диаметр опоры не ограничивает радиальную деформацию шины при минимальном давлении воздуха в ней. Суммарная ширина основания опоры выполняется больше расстояния между бортами (в свету) на величину, исключающую взаимное проворачивание шины, опоры и обода стягиваемыми закраинами разъемного обода. В новой конструкции внутренней опоры для снижения упомянутого выше трения (скольжения) в контакте в продольном направлении, а следовательно, и износа контактирующих поверхностей опоры и полости шины, а также температуры разогрева шины вместо смазки на цилиндрической части выступов опоры имеются зубцы, образованные поперечными пилообразными выемками по высоте опоры (фиг.2). При этом отношение толщины зубцов "t" к их шагу "z" должно быть равным примерно отношению наружного диаметра опоры "d" к диаметру внутренней полости шины "d"(t/z≈d/d). Такое конструктивное решение исключает скольжение в контакте опоры (зубцов) с внутренней полостью шины и компенсируется изгибом зубцов. Число зубцов на опоре определяется экспериментально (в пределах 40-60 шт.). Исключение "наката" выступа опоры на боковину шины, кроме отсутствия смазки, компенсируется двумя гребнями опоры (фиг.1), разведенными по внешнему габариту в верхней их части примерно на ширину беговой дорожки шины. Сохранение проходимости автомобиля по деформируемым грунтам на опорах (при отрыве беговой дорожки шины) обеспечивается увеличением длины контакта опоры с грунтом за счет снижения радиальной жесткости и улучшения сцепления расчлененной зубцами опоры.
Предлагаемая упругая внутренняя опора (фиг.1, поз.2) устанавливается на разборный обод колеса (фиг.1, поз.1) в полость пневматической бескамерной шины (фиг.1, поз.3), которая ограничивает радиальную ее деформацию и обеспечивает необходимую ее работоспособность при полной потере внутреннего давления из-за сквозных повреждений (проколов, порезов, пулевых пробоев и др.).
Сборка и разборка безопасного колеса с заменой его составных частей в полевых условиях обеспечивается возможностью:
- значительного раздельного деформирования двух одногребневых, расчлененных зубцами, упругих колец опоры при монтаже и демонтаже ее в шине;
- стягивания и разъединения бортов разъемного обода с помощью входящих в ЗИП автомобиля инструментов.
Техническим результатом заявленной внутренней опоры пневматической шины является сохранение подвижности транспортного средства после разрушения шин, повышение надежности, курсовой устойчивости, управляемости и проходимости автомобиля, а также ресурса пневматической шины.
Указанный технический эффект по сохранению подвижности транспортного средства достигается следующими решениями в отличие от имеющихся конструкций:
- с целью обеспечения требуемой управляемости транспортного средства опора выполнена с шириной наружной части, равной или уменьшенной на величину до 10% ширины внутренней поверхности шины;
- с целью уменьшения веса она выполнена V-образной конструкции, а упрощения изготовления и сборки она выполнена составной из 2-х частей;
- с целью ликвидации проскальзывания в наружной части опоры относительно внутренней части шины в зоне беговой дорожки и боковин при сниженном давлении опора выполнена расчлененной на зубцы, упругость которых позволяет за счет их эластичности при прохождении через зону контакта шины с дорогой изгибаться на величину, равную разности длин частей окружности опоры и внутренней части шины (находящихся в зоне контакта);
- с целью обеспечения накачки шины в ней имеются сквозные отверстия, соединяющие систему подкачки с внутренней полостью шины;
- с целью исключения проворачивания шины на ободе она в основании вместе с бортовыми частями шины выполнена шире шины на величину, исключающую при зажатии между закраинами обода их взаимное проворачивание при отсутствии избыточного давления воздуха в шине;
- с целью обеспечения необходимой жесткости основание опоры армировано, причем армирование обеспечивается как в окружном, так и поперечном направлении;
- для обеспечения плотной посадки опоры и шины на ободе и необходимой несущей способности зубцов модуль упругости материала основания и зубцов опоры выбирается в пределах от 30 до 120 кг/см при удлинении 100%;
o
ш
- для обеспечения необходимой несущей способности высота зубцов внутренней опоры выбирается от 0,3 до 0,7 высоты профиля опоры, а толщина зубцов "t" выбирается больше, чем зазор "z" между ними, на величину исходя из соотношения t/z≈d/d.
Указанный технический результат достигается также тем, что наружная лепестковая часть внутренней опоры меньше нагревается за счет облегченной ее массы, имеется также лучшая возможность ее замены, в том числе в полевых условиях за счет большей деформации (сжатия) эластичных зубцов опоры.
Учитывая некоторые результаты испытаний [1, 2] предлагаемой внутренней опоры безопасного колеса транспортного средства и предъявляемые требования к шинам регулируемого давления для ВАТ [3], можно утверждать, что применение изобретения позволит повысить надежность, курсовую устойчивость, управляемость, проходимость и подвижность автомобиля, а также ресурс шины.
Источники информации
1. Исследование проблем создания и конструктивных решений боестойких шин и шин повышенной ходимости для перспективных образцов военной автомобильной техники. Отчет о НИР, ФГУ 21 НИИИ МО РФ, инв. №5019, 2008. - 157 с.
2. Разработка шин и ободьев для перспективной военной автомобильной техники. Отчет о НИР, НТЦ НИИШП, инв. №13297, 2008. - 203 с.
3. ГОСТ РВ 52395 - 2005. Шины пневматические с регулируемым давлением для военной автомобильной техники. Общие технические требования (инв. №4017). - М.: Стандартинформ, 2006. - 5 с.