КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
WHEEL FOR TRANSPORT APPLICATIONS

Изобретение относится к движителям наземных безрельсовых транспортных средств, а именно к колесам транспортных средств повышенной проходимости, преимущественно самоходных инвалидных кресел.
Известны разнообразные колеса транспортных средств, содержащие диск со множеством роликов, равномерно расположенных по его окружности. Они обеспечивают высокую маневренность транспортного средства на ровной местности, но не предназначены для движения по лестницам. Это требование проходимости по лестничным маршам предъявляется к инвалидным самоходным креслам и креслам-коляскам, а также к детским коляскам и к тележкам для перемещения грузов.
Большинство технических решений, направленных на повышение проходимости по лестницам, предусматривает наличие дополнительных движителей и пассивных (ведомых) колес, применяемых специально для этой цели и устанавливаемых в нерабочее положение при эксплуатации транспортного средства на ровной поверхности. Дополнительные элементы шасси существенно увеличивают габариты, массу и стоимость транспортного средства, снижают надежность и проходимость вне лестничных маршей.
Известно колесо транспортного средства, содержащее диск, по периферии которого выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы с плоскими параллельными, расположенными симметрично относительно оси диска передней и задней стенками, в которых установлены подшипниковые узлы для поддерживания роликов, оси которых расположены перпендикулярно к стенкам радиальных пазов, причем максимальный радиус передней стенки меньше расстояния до оси наиболее удаленной точки ролика с учетом максимальной статической радиальной деформации ролика.
Однако такие колеса плохо приспособлены для использования на инвалидных самоходных креслах-колясках, тележках и других транспортных средствах, предназначенных, в частности, для движения по лестничным маршам и местности с отдельными препятствиями. Недостатки их конструкции состоят, во-первых, в невозможности дополнительного усиления подшипниковых узлов подвески роликов с целью высокой допустимой нагрузки на них, так как это сопряжено с уменьшением высоты консольной части, необходимой для сцепления со ступенями лестницы (или бордюрным камнем), и соответственно с ухудшением проходимости. Во-вторых, конструкция способствует значительным деформациям (изгибу) консольной части ролика, взаимодействующего с краем (ребром) ступени в момент подъема колеса на очередную ступень, что ограничивает возможности уменьшения ширины и увеличения высоты его консольной части, что ухудшает проходимость. В-третьих, возможность вращения роликов при подъеме на ступень отрицательно сказывается на устойчивости прямолинейного движения по лестничному маршу и повышает вероятность соскальзывания колеса со ступени.
Так же известно колесо, содержащее диск, по периферии которого выполнены равномерно распределенные по окружности радиальные пазы с плоскими параллельными стенками, расположенными симметрично относительно оси диска передней и задней стенок, в которых установлены подшипниковые узлы для поддержания роликов, оси которых расположены перпендикулярно к стенкам радиальных пазов, причем максимальный радиус передней стенки меньше расстояния до оси наиболее удаленной точки ролика с учетом максимальной статической радиальной деформации ролика, радиус кромки задней стенки больше радиуса кромки передней стенки паза. Ролики выполнены упругими, установлены в гнездах диска на тангенциально ориентированных осях и снабжены шайбой, установленной на оси каждого ролика между задним торцом и ступицей и выполненной меньшего диаметра ролика (патент РФ №2032546 по кл. B60B 19/00)
Недостаток этого вида колес для транспортных средств - небольшой срок службы из-за поломок в процессе эксплуатации, при движении по лестничным маршам. Еще одним недостатком данного вида колес является то, что движение по ровной поверхности происходит скачкообразно, так как поверхность роликов не образует ровную окружность и соприкосновение с поверхностью всегда колеблется по высоте и, как следствие, само изделие постоянно смещается вверх - вниз и, чем больше скорость, тем больше тряска.
Наиболее близким по своей технической сущности и заявленному эффекту с предлагаемым является колесо транспортного средства, содержащее ступицу, на которой установлены параллельно друг другу два водила, выполненные в виде звездообразных пластин, а обод каждого водила составлен из эллипсных роликов, размещенных между лучами и закрепленных скобами в периферии лучей (см. свидетельство на ПМ РФ №21374 по кл. B60B 19/00 за 2002 г.).
Недостатком этого вида колес является то, что они не могут перемещаться по лестничным маршам и по поверхностям с препятствиями из-за невозможности их преобразования из прерывистого состояния в круглое и обратно в зависимости от поверхности, по которой они перемещаются. Кроме того, их конструкция не позволяет перемещаться по ровной поверхности с большей скоростью, так как резко возрастает ударная нагрузка на ролики, увеличивается шум и тряска и приводит к их поломке.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является устранение указанных выше недостатков, упрощение конструкции и повышение надежности в процессе эксплуатации. Кроме того, появляется возможность изменения конструкции обода колеса в зависимости от поверхности как при движении по ровной поверхности, так и при движении по лестничным маршам, а так же по поверхности с препятствиями без дополнительного оборудования.
Для решения поставленной задачи в колесе транспортного средства, содержащего ступицу, на которой установлены параллельно друг другу два водила, выполненные в виде звездообразных пластин, периферия которых является ободом, при этом по крайней мере одно из водил установлено с возможностью поворота относительно другого водила, периферийная поверхность каждого луча ступиц пластин по длине выполнена в форме кривой линии с закругленными торцами по концам, а боковая поверхность лучей звездообразных пластин выполнена конусной или в виде вогнутой кривой линии и соединена в основании с боковой поверхностью смежных лучей плавным переходом, наружная поверхность конца лучей пластин ступиц выполнена по окружности, звездообразных пластин на одной ступице может быть несколько на наружной поверхности конца лучей пластин закреплены эластичные элементы, с закруглениями по линии перехода поверхностей, а смежные пластины на ступице снабжены ограничителями, жестко соединенными с одной пластиной и скользящими по боковой поверхности другой пластины при повороте.
На чертежах изображено следующее:
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого колеса, вид сбоку, в совмещении со схемой взаимодействия колеса со ступенями лестницы.
На фиг 2 - вид сбоку при движении по ровной поверхности.
На фиг. 3 - сечение по А-А, фиг. 2
На фиг. 4 - вид А, фиг. 2, согласно п. 5 формулы.
Как показано на чертежах, предлагаемое колесо содержит основную ступицу 1, в виде вала. На ступице 1 закреплено водило 2. На эту же ступицу 1 через втулку 3 установлено поворотное водило 4. Периферийная поверхность 5 лучей 6 и 7 водил 1 и 4 выполняет роль обода колеса и выполнена в форме кривой линии 8, например окружности, а торцы 9 и 10 - закругленными. Передняя 11 и задняя 12 поверхности лучей 6 и 7 водил 2 и 4 выполнены в виде вогнутой линии 13 и в основании соединены плавной поверхностью 14. На периферийной поверхности 5 водил 2 и 4 закреплены эластичные элементы 15, на наружной поверхности 16 которых может быть выполнен протектор (не показан). На боковых поверхностях 17 и 18 водил 2 и 4 установлены ограничители 19, закрепленные на поверхности 17 водила 2 жестко, а на водиле 4 с возможностью поворота на некоторый угол.
Как показано на чертежах, предлагаемое колесо собирается следующим образом. Вначале на ступицу 1 через втулку 3 устанавливается водило 4. Затем устанавливается водило 2 и закрепляется от бокового смещения (например, гайкой). В такой же последовательности устанавливаются колеса на другие оси транспортного средства, и на этом сборка заканчивается.
Работа колеса осуществляется следующим образом. При движении транспортного средства по ровной поверхности водило 4 вместе со втулкой 2 поворачивается на ступице 1 на некоторый угол и фиксируется таким образом, что его лучи 7 располагаются между лучами 6 водила 2. Наружная поверхность 5 лучей 6 и 7 образует окружность без разрывов, и получается обод колеса, которое может передвигаться по ровной поверхности как обычное круглое колесо. Вся нагрузка от периферии колеса передается на ступицу 1 через лучи тела водил 6 и 7, а вращение от привода к колесу передается через ступицу 1 принудительно, колесо вращается и осуществляется перемещение транспортного средства с определенной скоростью.
Движение транспортного средства на предлагаемых колесах по лестничным маршам осуществляется следующим образом. Подъехав к лестнице, осуществляется принудительный поворот водила 4 ступице 1 относительно водила 2 на определенный угол. После поворота водила 4 его лучи 7 фиксируются непосредственно за лучами 6 водила 2. Угол поворота водила 4 устанавливается за счет ограничителей 19. При дальнейшем перемещении колеса торец ступени лестницы заходит в пространство между лучами 6 и 7 водил 2 и 4, которые постоянно вращаются от привода через ступицу 1. При осевом перемещении передний торец 9 водила 2 входит в зацепление с поверхностью ступени лестницы и осуществляется подъем колеса вместе с транспортным средством на высоту ступени. Как только произошел подъем, происходит осевое перемещение колеса по горизонтальной поверхности ступени до тех пор, пока передний торец 9 следующего луча 6 войдет в зацепление с горизонтальной поверхностью следующей ступени, и процесс подъема и передвижения транспортного средства повторяется. Перемещение колеса по лестничным маршам может осуществляться и задним ходом. В этом случае в контакт с горизонтальной поверхностью ступени лестницы входит задний торец 10, с помощью которого и осуществляется подъем колеса и его перемещение по ступеням лестничного марша. Для снижения шума и улучшения плавности хода периферия лучей 6 и 7 водил 2 и 4 снабжена эластичным элементом 15, например, в виде надувных камер или мешков из эластичного материала.
Перемещение колеса по ступеням или по поверхности с препятствиями осуществляется за счет того, что поверхность обода при смещении водил получается не сплошной, а выполнение передней 11 и задней 12 поверхности лучей 6 и 7 водил 2 и 4 позволяет наиболее глубже заходить переднему торцу ступени внутрь колеса, тем самым снизить нагрузку на лучи водил 2 и 4 при подъеме транспортного колеса. Спуск по лестничным маршам транспортного колеса на предлагаемых колесах осуществляется аналогичным образом, как и при подъеме. Разница лишь только в том, что торец 10 не упирается на горизонтальную поверхность, а зацепление и контакт с лестницей осуществляются за счет наружной поверхности 16.
Выполнение торцов 9 и 10 лучей 6 и 7 закругленными позволяет плавное движение колеса, как по ровной поверхности, так и по лестницам и по поверхностям с препятствиями. Выполнение поверхностей торцов 9 и 10 скругленными позволяет полностью исключить возникновение дополнительных нагрузок, а перемещение транспортного средства сразу начать по плавной поверхности с переходом в линию окружности.
При движении колеса по ровной твердой поверхности каждый луч 6 и 7 водил 2 и 4 в нижнем своем положении испытывает в основном радиальные нагрузки и взаимодействует с поверхностью как опора колеса.
Подъем-спуск колеса на ступень лестницы или на отдельное аналогичное препятствие (например, бордюрный камень) может производиться без разворота транспортного средства как передним, так и задним ходом. Обеспечив при этом плавное перемещение по торцевой поверхности, не упираясь в вертикальную плоскость ступени. При предлагаемой конструкции колеса имеет место оптимальная его геометрия, обеспечивая не взаимодействие с торцом ступени по всей поверхности переднего торца водил, а обеспечивая наиболее близкое размещение ступени лестницы внутри колеса.
При использовании предлагаемого колеса достигается технический результат в соответствии с поставленной задачей. При равных с прототипом условиях улучшается перемещение колеса как по ровным твердым поверхностям, так и ступеням без использования дополнительных колес. Повышение устойчивости движения по лестницам колеса осуществляется путем обкатки лучей без проскальзывания и за счет закругленной поверхности торцов лучей производится выравнивание транспортного средства относительно края ступени путем проскальзывания одного луча до входа в контакт другого колеса с этой же поверхностью. Это достигнуто тем, что разработана ассиметричная конструкция колеса с возможностью интегрированно перекатываться как по лестничным маршам, так и по ровной поверхности.