УПРУГОЕ КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и касается колес транспортных средств повышенной эластичности с упругими телескопическими спицами и может быть использована в качестве движителя для легковых и грузовых автомобилей.
Известны колеса транспортных средств повышенной эластичности.
В частности, известно колесо по патенту RU 2112662, включающее ступицу, обод колеса, обод покрышки и пружинные амортизаторы двух типов - в виде пластинчатых пружин, установленных между указанными ободами, и в виде пружинных спиц, каждая из которых состоит из связанного со ступицей цилиндра, из связанного с ободом колеса штока и пружин, установленных снаружи штока и между днищем цилиндра и поршнем штока. Полость цилиндра может быть заполнена жидкостью или газом. Такое известное колесо обладает повышенной нагрузочной способностью, но оно не обеспечивает должной проходимости.
Известно колесо по патенту US 2387930, включающее ступицу, обод из несвязанных меду собой секторов, цельную прямоугольного сечения резиновую шину и спицы, каждая из которых состоит из жестко связанного со ступицей поршня и штока-цилиндра, штоковая часть которого жестко соединена с секторами обода, а цилиндровая часть оснащена гофрированной камерой. Недостаток этого известного колеса является пониженная надежность из-за отсутствия защиты шины в зазорах между секторами обода.
Известно также колесо по патенту US 2323502, включающее обод, состоящий из секций, связанных между собой с помощью средства для изменения длины обода, ступицу, спицы в виде пневмоцилиндров, концевые части которых - штоки и цилиндры соответственно жестко закреплены на секциях обода и с помощью дископодобного элемента на ступице,
кольцеобразную из эластичного материала шину, размещенную на ободе, и средство для подвода сжатого воздуха, выполненное в виде впускных (надувных) клапанов. Средство для изменения длины обода выполнено в виде подвижного соединения секций обода за счет снабжения их приторцевыми выступами, смежные из которых соответственно и имеют прорези и входящие в последние пальцы. Это известное колесо по технической сути (функционально) является наиболее близким аналогом к патентуемому. Недостаток известного колеса состоит в том, что колесо потеряло гибкость в зоне сочленения секций обода между собой, в следствие чего из-за уменьшения площади контакта шины с грунтом понижается проходимость, а из-за появления дополнительных напряжений изгиба в приторцевых выступах секций шины понижается надежность.
Задача полезной модели состояла в создании такого упругого колеса транспортного средства, которое позволяло при исключении возникновения неблагоприятного силового воздействия в сочленении секций обода расширить его эксплуатационные возможности.
Для решения поставленной задачи с указанным техническим результатом патентуемое упругое колесо транспортного средства включает обод, состоящий из секций, связанных между собой с помощью средства для изменения длины обода, ступицу, спицы в виде пневмоцилиндров, концевые части которых жестко закреплены соответственно на секциях обода и ступице, размещенную на ободе кольцеобразную из эластичного материала шину и средство для подвода сжатого воздуха. При этом его отличительная особенность состоит в том, что обод колеса снабжен дополнительными секциями, каждая из которых связана со смежными несущие спицы секциями с помощью четырех шарниров, расположенных попарно соосно у осевых торцов своих секций, средство для изменения длины обода выполнено в виде четырех подпружиненных штоков, размещенных попарно у поперечных сторон дополнительных секций и жестко связанных с соответствующими втулками шарниров, а средство для подвода сжатого воздуха выполнено в
виде кольцевой камеры, размещенной в ступице и пневматически связанной соответственно с каналами, выполненными в штоках пневмоцилиндров, и с подводящим каналом, имеющим выход на торцевую поверхность ступицы с возможностью герметичного присоединения фланцевой с каналом для подвода сжатого воздуха части оси или полуоси транспортного средства.
Для обеспечения удобства монтажа и демонтажа колеса его ступица выполнена из двух с возможностью передачи вращающего момента и осевого монтажного перемещения частей - центральной, несущей подводящий пнемоканал, и периферийной, несущей штоки пнемоцилиндров.
Для повышения надежности шина колеса выполнена с открытым в сторону ступицы пазом с возможностью охвата секций обода, снабжена съемными эластичными с осевыми складками крышками и их фиксаторами в виде пластинчатых пружин, причем дно паза имеет конфигурацию многоугольника с числом сторон, равным числу секций обода.
Для обеспечения надежного дистанционно управляемого противоскольжения шина колеса снабжена находящимися при шахматном расположении в ее со смазочными канавками отверстиях подпружиненными подвижными заостренными штырями, проходящими через отверстия опорной пластины секций обода и своими головками взаимодействующими с нажимными пластинами прямоугольного или кругового контура, прилегающими к прижатым по контуру съемными имеющей буртики и частичное антифрикционное покрытие рамками мембранам пневмокамер, выполненных в каждой секции обода и попарно (каждая секция обода со спицей и дополнительная его секция) пнематически связанных между собой гибким съемным трубопроводом, расположенным в зоне шарнирной связи секций обода, причем каждая пневмокамера секции обода со спицей сообщена с полостью ее цилиндра двумя каналами через входной и выходной клапаны соответственно.
Для возможности настройки клапанов до их монтажа, упрощения конструкции и повышения надежности входные и выходные клапаны колеса
выполнены шарикоконическими регулируемыми с цилиндрическими двухступенчатыми корпусами.
Для повышения упругой способности колеса его спицы могут иметь различную форму (например, телескопическую с промежуточным поршнем-штоком Н-образного продольного сечения) с возможностью размещения упругих элементов различной конфигурации (амортизационных и компенсационных).
Для повышения удобства сборки и повышения надежности каждый шток средства для изменения длины обода колеса снабжен кольцеобразными резьбовыми элементами, образующее резьбовое соединение с осевыми торцами каждой дополнительной секции обода, причем внутренний резьбовой элемент оснащен уплотнительным элементом для штока, который образует резьбовое соединение с втулкой шарнира.
Для повышения нагрузочной способности колесо дополнительно снабжено спицами, расположенными в двух или нескольких параллельных рядах.
Сущность полезной модели проиллюстрирована чертежами, где изображено:
на фиг.1 - упругое колесо транспортного средства, часть общего вида с частичным разрезом;
на фиг.2 - то же, часть обода с частичным разрезом (неуправляемая по противоскольжению модификация с фрагментом крышки шины, имеющей фиксаторы в виде плоских пружин с радиальными концами);
на фиг.3 - то же, часть осевого разреза (модификация с многорядным расположением спиц);
на фиг.4 - то же, узел I по фиг.2 (регулируемая модификация средства для изменения длины обода);
на фиг.5 - то же, часть осевого и локального разреза, включающего спицу (телескопическая модификация последней с подпружиненным средним звеном);
на фиг.6 - то же, часть осевого разреза, включающего спицу (управляемая по противоскольжению модификация);
на фиг.7 - то же, часть обода с частичным разрезом (управляемая по противоскольжению модификация);
на фиг.8 - то же, увеличенное изображение части осевого разреза, включающего спицу (управляемая по противоскольжению, форме фиксаторов крышки шины и удержанию штырей модификация);
на фиг.9 - то же, часть вида А по фиг.8;
на фиг.10 - то же, часть разреза Б-Б по фиг.9.
Предлагаемая полезная модель представляет собой упругое колесо транспортного средства как движитель для легковых и грузовых автомобилей. Оно включает обод 1, спицы 2, ступицу 3 и шину 4 (фиг.1, 2, 3 и 4).
Обод 1 состоит из двух чередующихся типов секций - базовых 5, которые связаны со спицами 2, и дополнительных (промежуточных) 6. Каждая дополнительная секция 6 связана со смежными базовыми секциями 5 с помощью четырех шарниров 7, расположенных попарно соосно, т.е. с совпадающими геометрическими осями 8 (9) и 10 (11) сооответственно. Каждая дополнительная секция 6 обода 1 оснащена средством 12 для изменения его длины, которое выполнено в виде четырех подпружиненных (с помощью пружин сжатия 13) штоков 14, размещенных попарно (предпочтительно, но не обязательно соосно) у поперечных сторон 15 и 16 секции 6 и жестко связанных с соответствующими втулками 17 (18) и 19 (20) шарниров 7. Втулки 17, 18, 19 и 20 размещены на своих осях 21 шарниров 7 съемно, например с помощью резьбовых соединений 22. Каждый шток 14 средства 12 снабжен двумя кольцеобразными элементами - внешним 23 и внутренним 24, имеющими центральное отверстие 25 под шток 14 и наружную резьбу 26 с возможностью взаимодействия с внутренней резьбой 27, выполненной в соответствующим о севом торце 28 каждой дополнительной секции 6 обода 1. Внутренний кольцеобразный элемент 24
оснащен уплотнительным, например в виде эластичного кольца, элементом 29 для штока 14 (паз под уплотняющие кольца в этом случае и в дальнейшем на чертеже не показан). Шток 14 связан с одной из втулок 17, 18, 19 или 20 шарнира 7 с помощью резьбового соединения 30.
Каждая из спиц 2 выполнена в виде пнемоцилиндров, концевые части которых, т.е. цилиндры 31 и штоки 32 жестко, например с помощью сварки (или выполнены за одно целое при литье), закреплены соответственно на секциях 5 обода 1 и ступице 3. Штоки 32 имеют осевой канал 33 и оснащены уплотнительными кольцами 34 (т.е. выполняют функцию поршень-штоков). Спицы 2 могут быть расположены в одном ряду или в нескольких параллельных рядах (в поперечных плоскостях 35 и 36). Каждая из спиц 2 снабжена сильфоном 37, установленным с возможностью охвата ее штока 32 и герметичного (уплотняющие элементы на чертеже не показаны) закрепления своими концами 38 и 39 соответственно на цилиндре 31 и на ступице 3, например на ее цилиндрическом радиальном выступе 40. В каждом цилиндре 31 может быть расположен с возможностью взаимодействия со свободным торцом 41 штока 32 амортизационный элемент 42, выполненный в виде кольца из резины. Возможна также модификация спицы 2 (фиг.5), которая выполнена телескопической с включением промежуточного звена 43 в виде стакана, размещенного в цилиндре 31 и охватывающего поршень-шток 32, при этом амортизационный элемент 44, размещенный в цилиндре 31 с возможностью взаимодействия с промежуточным элементом 43, может быть выполнен в виде пружины сжатия.
Ступица 3 имеет кольцевую камеру 45 и может быть выполнена из двух частей - периферийной 46 и центральной 47. Периферийная часть 46 ступицы 3 имеет внутреннюю двухступенчатую поверхность, из которых большая по диаметру ступень 48 несет уплотняющие элементы 49, например в виде двух колец, и радиальные каналы 50, совпадающие с осевыми каналами 33 штоков 32 спиц 2, а меньшая по диаметру ступень 51 имеет
осевые сквозные отверстия 52 для прохода винтов 53. Центральная часть 47 ступицы 3 имеет открытый кольцевой паз 54 и подводящий канал 55, который своим радиальным участком 56 выходит в паз 54, а осевым участком 57 - на торцевую ее поверхность 58 для пневматической связи с каналом 59 оси (полуоси) 60, проходящей через цапфу 61 транспортного средства. Центральная часть 47 установлена в подшипниках 62 и 63 на цапфе 61, а для передачи вращающего момента она соединена с помощью винтов 64 с фланцем 65 оси (полуоси) 60 и с помощью резьбовых глухих отверстий 66 - винтами 53 с периферийной частью 46. Место стыка в зоне выхода из канала 59 и входа в осевой участок 57 канала 55 герметизировано уплотняющим кольцом 67. В собранном виде части 46 и 47 ступицы 3 благодаря их вышеуказанному выполнению образуют кольцевую камеру 45, которая совместно с каналами 33 в штоках 32 спиц 2 и каналами 50 и 55 соответственно в частях 46 и 47 ступицы 3 образуют средство для подвода сжатого воздуха.
Шина 4 выполнена с открытым в сторону ступицы 3 пазом 68 с возможностью охвата секций 5 и 6 обода 1 своим дном 68а и своими боковыми частям 69, снабженных направленными навстречу выступами 70 и 71. Дно паза 68а имеет конфигурацию многоугольника с числом сторон, равным числу секций обода 1. Шина 4 изготовлена из эластичного материала, армирована кордом 72, снабжена секционными эластичными крышками 73 с возможностью съемного присоединения к ее боковым частям 69 с помощью фиксаторов 74 из упругого материала, например выполненных в виде пружин (круглого или прямоугольного сечения), имеющих полукольцевую среднюю часть 75 с ответвлениями - продольными 76 и поперечными 77. Последние несут перпендикулярные плоскости средней части 75 рабочие элементы 78, входящие в соответствующие радиальные углубления 79, выполненные в крышках 73 и в боковых частях 69 шины 4. Каждая эластичная крышка 73 выполнена прямоугольного сечения с двумя поперечными складками 80 в зоне расположения парных
осей (геометрических) 8 (9) и 10 (11) шарниров 7 и двумя полукруглыми под цилиндры 31 спиц 2 вырезами 81, расположенными у ее осевых торцов 82.
Возможна модификация колеса (фиг.6, 7 и 8), в которой шина 4 оснащена заостренными имеющими головки 83 штырями 84, которые размещены в ее радиальных отверстиях 85 с возможностью выхода заостренной части 86 штырей 84 наружу. Для обеспечения такой возможности в каждой несущей спицы 2 секции 5 обода 1 выполнена камера 87, которая герметизирована выполненной из эластичного материала мембраной 88, прижатой к секции 5 съемной (закрепляемой с помощью винтов 89) рамкой 90, и оснащена нажимной пластиной 91, установленной внутри съемной рамки 90 между мембранной 88 и головками 83 штырей 84 с возможностью взаимодействия с ними. Съемная рамка 90 взаимодействует с опорной пластиной 92, имеющей отверстия 93 под штыри 84. Полость 94 цилиндра 31 спицы 2 пневматически соединена с камерой 87 двумя осевыми каналами 95 и 96, снабженных соответственно впускным клапаном 97 и выпускным клапаном 98.
Клапана 97 и 98 (фиг.8) размещены в полостях 94 цилиндров 31 спиц 2 и выполнены шарикоконическими регулируемыми с цилиндрическими двухступенчатыми корпусами 99 и 100 соответственно. Каждый из корпусов 99 и 100 на меньшей по диаметру своей ступени 101 имеет наружную присоединительную резьбу 102 и осевой канал 103 и несет уплотнительный кольцевой элемент 104, а с противоположного торца (в большей по диаметру ступени 105) имеет внутреннюю резьбу 106 с ввинченным нее с осевым каналом 107 резьбовой пробкой 108 (и 109 соответственно), несущей контргайку 110. Клапана 97 и 98 имеют запорные шаровые элементы 111, поджатых пружинами сжатия 112 и 113 к коническим седлам 114, причем последние выполнены соответственно во впускном клапане 97 - в меньшей по диаметру внутренней ступени 115 нажимной пробки 108, несущей уплотняющий элемент 116 с возможностью контакта с цилиндрической поверхностью 117 полости 118 корпуса 99, а в выпускном клапане 98 - в
примыкающей к меньшей по диаметру ступени 101 части ступени 105 корпуса 100.
Штыри 84 могут располагаться и в шине 4 и в зоне каждой дополнительной секции 6 обода 1. При этом может быть выполнена аналогичная или тождественная система управления положениями штырей 84 (на чертеже не показано), исключая лишь надобность в клапанах 97 и 98 благодаря тому, что камера 119 каждой дополнительной секции 6 и камера 87 секции 5 (со спицей 2) попарно пневматически связаны между собой и имеют гибкий трубопровод 120 в зоне между парой соосных шарниров 7 (фиг.7).
Гибкий трубопровод 120 пневматической связи камер 119 и 87 секций 6 и 5 обода 1 может быть выполнен армированным (на чертеже не показано) с концевыми фланцами 121 (фиг.10). Соединение фланцев 121 с каждым выполненным в соответствующей секции углублением 122, имеющим сквозное отверстие 123 в камеру 119 (или канал 124 в камеру 87), выполнено в виде эластичной втулки 125 и полого нажимного с контргайкой 126 винта 127, связанного с резьбой 128 углубления 122 и взаимодействующего с нажимным кольцом 129, причем внутренний диаметр D полости 130 винта 127 имеет размер, больший наружного диаметра d концевого фланца 121 гибкого трубопровода 120, а нажимное кольцо 129 и эластичная втулка 125 выполнены с продольным разъемом 131 и 132 соответственно. Полый винт 127 и проходит также через отверстие 133 эластичной крышки 73, с которой контактирует шайба 134, поджатая контргайкой 126.
Контуры мембран 89, съемных рамок 90 и камер 87 и 119 соответственно секций 5 и 6 обода 1 могут иметь прямоугольную 134 или круговую 135 форму, а съемные рамки 90 при этом могут быть снабжены указанного контура внутренним буртиком 136 с возможностью ограничения нерабочего перемещения нажимной пластины 91 (для удержания ее при монтаже) и внешним боковым буртиком 137 для исключения бокового смещения опорной пластины 92.
Отверстия 85 под штыри 84 в шине 4 и отверстия 93 в каждой опорной пластине 92 расположены предпочтительно в шахматном порядке (с проекциями 138 их центров) и имеют соответственно цилиндрическую круговую и некруговую форму поперечного сечения, а в стенках 139 отверстий 85 в шине выполнены поперечные кольцевые углубления 140 в несколько рядов для размещения уплотняющей смазки. Штыри 84 могут быть снабжены пластинчатыми пружинами 141, каждая из которых имеет центральное отверстие 142 и установлена с возможностью взаимодействия с опорной пластиной 92 и головкой 83 штыря 84.
Фиксаторы 143 секционных эластичных крышек 73 могут быть выполнены в виде пластинчатых пружин с крючкообразными концевыми элементами 144 с возможностью взаимодействия с соответствующими углублениями 145 на наружных поверхностях 146 боковых частей 69 шины 4, а их средних частей 147 - с наружными поверхностями 148 крышек 73. Предпочтительно, чтобы в крышках 73 под фиксаторы 143 выполнены пазы 149.
Спица 2 (фиг.6) может быть выполнена с одним промежуточным поршнем-штоком 150, который имеет Н-образное продольное сечение с осевым каналом 151 в перемычке 152, и снабжена пружиной сжатия 153, расположенной в осевом канале 154 концевого поршня-штока 155 между перемычкой 152 и ступицей 3 и выполняющей компенсационную функцию. Амортизационную функцию выполняет упругое кольцо 42 при контакте с ним торца 156 промежуточного поршня-штока 150, при этом конструктивно обеспечивается возможность свободного вхождения в его полость 157, выполненную под перемычкой 152, клапанов 97 и 98.
Каждая секция эластичной крышки 73 шины 4 (фиг.8) снабжена на боковых своих поверхностях 158 замковым элементом 159 неполного кругового сечения с возможностью его контакта с ответным пазом 160, выполненным в выступах 70 и 71 боковых частей 69 шины 4. Аналогичное
соединение возможно и между смежными осевыми торцами 82 секций крышки 73 шины 4.
Контактирующая с опорной пластиной 92 поверхность 161 съемной рамки 90 может быть покрыта слоем из антифрикционного материала (на чертеже не показано).
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом.
Оснащают транспортное средство (автомобиль) упругими колесами предлагаемой конструкции, т.е. установливают на каждой цапфе 61 центральную часть 47 ступицы 3 с присоединением ее к фланцу 65 оси (полуоси) 60 и закрепляют периферийную часть 46 ступицы 3, несущий на спицах 2 обод 1 с шиной 4. Затем с помощью пнемосистемы транспортного средства подают сжатый воздух 162 необходимого рабочего давления через каналы 59 и 55 в кольцевую камеру 45, из которой он через каналы 50 и 33 поступает в полости 94 цилиндров 31 спиц 2.
Для повышения проходимости при езде по бездорожью (или по грунтовой дороге в дождь, или при снежных заносах) понижают давление в пневмосистеме, и каждое упругое колесо под нагрузкой принимает овальный контур с увеличенной поверхностью контакта в нижней зоне. При этом средство 12 для изменения длины обода 1 за счет подпружиненной шарнирной связи его секций 5 и 6 между собой (штоков 14 и пружин сжатия 13 соосных пар шарниров 7), а также за счет компенсационных пружин 44 или 153 обеспечивает устойчивую работу упругих колес.
При езде по обледенелой дороге приводят в рабочее положение заостренные штыри 84 шин 4 упругих колес. Для этого повышают давление сжатого воздуха в пневмосистеме выше рабочего, в силу чего срабатывает впускной клапан 97, и сжатый воздух из полостей 94 цилиндров 31 спиц 2 через каналы 107, 103, 95 и 124 поступает в камеры 87 и 119 смежных секций 5 и 6 обода 1 и приводит в движение мембраны 88 с нажимными пластинами 91. Последние передают усилие на головки 83 штырей 84 и при рабочем ходе h выводят наружу из отверстий 85 шины 2 их заостренные части 86,
сжимая пластинчатые пружины 141. Затем сбрасывают давление сжатого воздуха до рабочего, впускной клапан 97 закрывается, но при этом положение штырей 84 не изменяется из-за незначительной потери сжатого воздуха при срабатывании клапана 97 на закрытие, т.е. на перемещение под действием пружины 112 его запорного шарового элемента 111 до контакта с коническим седлом 114. Чтобы возвратить штыри 84 в исходное (нерабочее положение), необходимо сбросить давление в пневмосистеме ниже рабочего. Тогда срабатывает выпускной клапан 98 (открывается его канал 103), давление воздуха в камерах 87 и 119 падает, и под действием пластинчатых пружин 141 штыри 84 занимают нерабочее положение совместно с нажимными пластинами 91 и диафрагмой 88. Последующее повышение давления до рабочего в пневмосистеме обеспечивает закрытие выпускного клапана 98 и нормальный эксплуатационный режим упругих колес.
Возможно движение транспортного средства при небольших скоростях и в аварийных ситуациях, обусловленных потерей герметичности пневмосистемы, за счет того, что штоки 32 или 150 спиц 2 могут опираться на амортизационные элементы 42, а компенсационные элементы (пружины 44 или 153) обеспечивают надлежащую форму шины 4.
Предлагаемая полезная модель расширяет арсенал средств по конструкциям упругих колес для грузовых и легковых автомобилей с обеспечением дополнительных возможностей при дистанционном управлении смены функций.