КОЛЕСО С ИЗМЕНЯЕМЫМ ДИАМЕТРОМ
VARIABLE-DIAMETER WHEEL

Изобретение относится к колесам транспортных средств и может быть использовано в различных машинах для обеспечения им не только высокой проходимости, но и, в случае оснащения машины устройствами автоматики, для обеспечения лучшего прохождения машиной поворотов путем компенсации кренов машины изменением диаметров отдельных колес, для разгрузки дифференциалов ведущих мостов машины, для выравнивания положения кузова при движении по неровной дороге, для компенсации приседания машины при резких торможениях и стартах и другого.
Известно колесо (см. RU №439414, В60В 3/02, 1974) с раздвижным ободом, упругой шиной, размещенной между закраинами обода, содержащее элемент, изменяющий расстояние между закраинами обода посредством упорного подшипника, на который воздействует шток силового органа, выполненного в виде гидравлического, электрического или механического привода, управляемого из кабины водителя транспортного средства. У этого колеса изменение диаметра достигается за счет изменения ширины обода колеса, приводящего к изменению высоты профиля его шины. Недостатками такого колеса можно считать небольшой диапазон изменения его диаметров, связанный с неизменной величиной диаметра обода колеса, а также сложность конструкции, в частности цапфы колеса, внутри которой должен быть установлен выдвижной шток силового органа.
Известно также колесо повышенной проходимости, содержащее ось, на концах которой установлены, с возможностью их продольного перемещения (затяжкой гаек), две полу ступицы. К последним жестко присоединены продольные плоские полосы с разделяющими эластичными прокладками, образующие упругую шину. При затяжке гаек продольные плоские полосы выгибаются, увеличивая тем самым диаметр колеса (см. RU №473625, В60В 9/00, 1975). Недостатком такого колеса можно считать отсутствие возможности изменения диаметра колеса на ходу транспортного средства.
Колесо по авторскому свидетельству RU №929467, В60В 19/00, 1982, можно считать слишком сложным по конструкции и трудновыполнимым из-за необходимости подведения электроэнергии к двигателям, находящимся на вращающейся части колеса.
В качестве прототипа выбрано колесо транспортного средства (см. RU №977223, В60В 19/00, 1982), содержащее ступицу, секционный обод с опорными элементами, расположенными радиально по окружности, каждый из которых связан со ступицей гидроцилиндром управления, каждая секция обода снабжена системой рычагов, шарнирно связанных соответственно с секцией обода и ступицей, образуя при этом параллелограмм в осевом сечении колеса, шарнирно связанный с указанным гидроцилиндром управления.
Недостатками такого колеса можно считать следующее:
- технически трудновыполнимо обеспечить подачу рабочей жидкости в полости гидроцилиндров, вращающихся вместе со ступицей;
- колесо из-за размещения гидроцилиндров управления системами рычагов в каждой секции колеса окажется весьма тяжелым и сложным в изготовлении;
- для предложенного устройства колеса потребуется сложная система управления, обеспечивающая изменение диаметра колеса при движении в моменты выхода опорных элементов из зацепления с грунтом;
- секционный обод колеса с отдельными опорными элементами на секциях будет создавать существенные вибрации колеса и транспортного средства при его движении даже по ровному основанию;
- при наезде такого колеса на камни возможно попадание камней между опорными элементами, вследствие чего может происходить отклонение секций от их радиального положения, тряска транспортного средства, износ элементов колес, выскакивание застрявших между опорными элементами камней при движении колеса.
Задачей изобретения является разработка более простой технически выполнимой конструкции колеса, позволяющей перемещаться транспортному средству с большой скоростью без вибраций и тряски, без опасности для окружающих от вылетающих застрявших между опорными элементами камней и обеспечивающей значительный диапазон изменения диаметров колес во время движения транспортного средства, управляемой водителем или устройствами автоматики.
Для решения данной задачи предлагается колесо с изменяемым диаметром, содержащее корпус с цапфой, установленную на цапфе ступицу, секционный обод, системы рычагов, радиально расположенных по окружности ступицы и связывающих ступицу с секциями обода, привод управления рычагами, у которого по окружности ступицы вдоль оси колеса выполнены направляющие, с каждой из которых сопряжена пара ползунов, шарнирно связанных с концами пар рычагов ножничного типа, при этом другие концы этих пар рычагов соединены с частями секции обода, выполненного в каждой секции раздвижным, на секционном раздвижном ободе установлена эластичная пневматическая шина, выполненная с замкнутой оболочкой в поперечном сечении, а ползуны с торца колеса сопряжены с подвижно установленным на ступице упорным подшипником, который связан с толкателем привода управления рычагами, закрепленного на корпусе колеса.
Применение систем рычагов в виде пар рычагов ножничного типа позволит изменять диаметр колеса в больших пределах. При соединении верхних концов пар рычагов ножничного типа непосредственно с частями раздвижного обода без промежуточных деталей и шарниров обеспечит упрощение конструкции колеса. Выполнение по окружности ступицы вдоль оси колеса направляющих, с каждой из которых сопряжена пара ползунов, позволит обеспечить подвижное надежное соединение рычагов ножничного типа со ступицей, необходимое для изменения диаметра обода колеса.
Использование единой шины, наполняемой сжатым воздухом, обеспечит плавное качение такого колеса по ровному основанию и отсутствие вибраций. Выполнение шины с замкнутой оболочкой в поперечном сечении обеспечит возможность функционирования пневматической шины на секционном раздвижном ободе, в частности обеспечивать раздвижение частей обода при отводе толкателя привода управления рычагами в положение, соответствующее меньшему диаметру колеса. Использование шины из эластичного материала позволит ей упруго растягиваться с увеличением диаметра обода колеса и длины его окружности, затем сжиматься по длине, когда диаметр обода уменьшится. При увеличении длины окружности шины из-за растяжения материала шины будет уменьшаться площадь ее поперечного сечения, ширина колеса и соответственно посадочный размер шины на ободе колеса. В то же время применение рычагов ножничного типа обеспечит сжатие их верхних концов при увеличении диаметра, вследствие чего при разных диаметрах обода колеса может обеспечиваться соответствие ширины обода колеса ширине шины и постоянное опирание шины на полки обода. Применение упорного подшипника, подвижно установленного на ступице, обеспечит передачу движения ползунам, расположенным на вращающейся ступице, от не вращающегося привода управления рычагами. Это способствует решению задачи разработки технически простого устройства изменения диаметра колеса во время движения транспортного средства. Элементом привода, непосредственно передающим движение подвижно установленному на вращающейся ступице подшипнику, может являться толкатель с вилочным или тарельчатым окончанием, обеспечивающим симметричное нагружение подшипника относительно его оси. При этом привод управления рычагами может быть гидравлическим, электрическим или другим приводом, размещенным на корпусе транспортного средства.
Предлагаемое изобретение позволит создавать более простую технически выполнимую конструкцию колеса, позволяющую перемещаться транспортному средству с большой скоростью без вибраций и тряски, без опасности для окружающих от вылетающих застрявших между опорными элементами камней и обеспечивающую значительный диапазон изменения диаметров колес во время движения транспортного средства, управляемую водителем или устройствами автоматики.
Для пояснения предлагаемого изобретения предложен чертеж. На фигуре 1 изображено колесо в разрезе при его среднем диаметре, на фигуре 2 - колесо в разрезе при увеличенном диаметре, на фигуре 3 - общий вид колеса в разрезе при среднем диаметре, на фигуре 4 - общий вид при увеличенном диаметре.
Колесо состоит из ступицы 1, по окружности которой выполнены направляющие 2, как вариант в виде «ласточкин хвост», ползунов 3, сопряженных с этими направляющими, упорного подшипника 4, толкателя привода управления рычагами 5, рычагов ножничного типа 6, секции обода 7, эластичной пневматической шины 8. На фигурах не показаны: корпус колеса, цапфа и привод управления рычагами.
Устройство работает следующим образом. Эластичная шина 8 даже при наименьшем возможном диаметре колеса должна обеспечивать нагружение секционного раздвижного обода радиальной сжимающей нагрузкой и иметь при этом ширину посадочного размера, соответствующего ширине обода. Для лучшего удержания шины на ободе колеса во время движения транспортного средства ее целесообразно выполнять с боковыми выступами, а борта обода с некоторыми загибами, охватывающими эти выступы, как показано на фигурах 1 и 2. При воздействии радиальной сжимающей нагрузки от шины на секционный раздвижной обод нижние концы рычагов ножничного типа, шарнирно соединенные с ползунами 3, размещенными в направляющих 2, будут также раздвигаться друг от друга и поджиматься - один к упорному подшипнику 4, другой к уступу на ступице (фиг. 1 и 2). Подвижно установленный своим посадочным кольцом на ступице 1 подшипник 4, с другой стороны (другим, свободно вращающимся кольцом) подпирается толкателем привода управления рычагами 5. Для увеличения диаметра колеса водитель или устройство автоматики подает соответствующий сигнал на привод управления рычагами и он, своим толкателем 5, перемещает подшипник 4 и сопряженные с ним ползуны друг к другу. Для уменьшения диаметра колеса толкатель 5 отводится влево и эластичная шина, сжимаясь, раздвигает части обода и уменьшает диаметр колеса.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволит получить простую технически выполнимую конструкцию колеса, позволяющую перемещаться транспортному средству с большой скоростью без вибраций и тряски, без опасности для окружающих от вылетающих застрявших между опорными элементами камней и обеспечивающую значительный диапазон изменения диаметров колес во время движения транспортного средства, управляемую водителем или устройствами автоматики.