КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других транспортных средств без подвески.
Известно колесо транспортного средства (патент РФ №2108240, кл. В60С 17/00, опубл. 1998 г.), содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевыми зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапаны и дросселирующие отверстия, центр тяжести эластичной оболочки расположен ниже оси вращения колеса, причем тор усечен в нижней части и опирается на обод с возможностью осевого вращения, а объем кольцевой рабочей полости меньше объема внутренней эластичной оболочки.
Данное колесо имеет низкий технический уровень, обусловленный низкой эффективностью гашения вертикальных колебаний колеса, а также невозможностью установки эластичной оболочки в колесе, имеющем неразборный обод, более широко используемый на транспортных средствах, чем разборный обод.
Наиболее близким к предлагаемому из известных технических решений является колесо транспортного средства (патент РФ №2544065, кл. В60С 17/00, В60С 17/01, опубл. 2015 г.), содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапаны и дросселирующие отверстия, причем тор усечен в нижней части и опирается на обод с возможностью осевого вращения, объем кольцевой рабочей полости меньше объема эластичной оболочки, а центр тяжести эластичной оболочки расположен ниже оси вращения колеса, причем эластичная оболочка в нижней части выполнена разъемной с возможностью соединения с помощью замка, причем на эластичной оболочке установлен, по крайней мере, один металлический элемент, взаимодействующий с магнитом, установленным на транспортном средстве. Причем металлический элемент выполнен в виде ролика.
Данное колесо имеет низкий технический уровень, обусловленный низкими виброзащитными свойствами шины, из-за ее высокой радиальной жесткости и низкой эффективности пневматического демпфирования вертикальных колебаний колеса, что снижает скорость движения и производительность транспортного средства вследствие ухудшения плавности движения по неровным дорогам, полям и т.д.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции колеса транспортного средства, обеспечивающей более высокие виброзащитные свойства шины снижением ее радиальной жесткости и эффективным демпфированием вертикальных колебаний колеса на шине, за счет использования подпружиненного ромбического четырехзвенника с роликами и гидравлического амортизатора.
Техническим результатом предлагаемого колеса транспортного средства является повышение виброзащитных свойств колеса транспортного средства.
Указанный технический результат достигается тем, что колесо транспортного средства, содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапаны и дросселирующие отверстия, причем тор усечен в нижней части и опирается на обод с возможностью осевого вращения, объем кольцевой рабочей полости меньше объема эластичной оболочки, а центр тяжести эластичной оболочки расположен ниже оси вращения колеса, эластичная оболочка в нижней части выполнена разъемной с возможностью соединения с помощью замка, причем на усеченной части эластичной оболочки закреплен кронштейн с двумя рычагами, имеющими на концах ролики, оси которых находятся в вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса, а между рычагами шарнирно установлены гидравлический амортизатор, ось которого параллельна оси колеса, и тяги, образующие с рычагами ромбический четырехзвенник, поджимающий ролики к боковым поверхностям шины посредством пружины растяжения, связывающих шарнир между тягами с закрепленным на эластичной оболочке дополнительным кронштейном, рабочая поверхность роликов выполнена в виде части тора и имеет покрытие с низким коэффициентом трения.
Существенным отличием заявляемого колеса является то, что оно обеспечивает повышение виброзащитных свойств шины за счет снижения ее радиальной жесткости в области статической деформации под нагрузкой с помощью подпружиненного ромбического четырехзвенника с роликами и повышения эффективности демпфирования вертикальных колебаний колеса на шине с помощью гидравлического амортизатора.
Вследствие того, что на усеченной части эластичной оболочки закреплен кронштейн с двумя рычагами, имеющими на концах ролики, оси которых находятся в вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса, а между рычагами шарнирно установлены тяги, образующие с рычагами ромбический четырехзвенник, поджимающий ролики к боковым поверхностям шины посредством пружины растяжения, связывающей шарнир между тягами с закрепленным на эластичной оболочке дополнительным кронштейном, при увеличении радиальной деформации шины усилие на роликах возрастает пропорционально этой деформации за счет ромбического четырехзвенника, что снижает жесткость шины и повышает виброзащитные свойства колеса.
Благодаря тому, что между рычагами шарнирно установлен гидравлический амортизатор, ось которого параллельна оси колеса, и, обеспечивается кинематическая связь деформаций шины и гидравлического амортизатора, что повышает эффективность демпфирования вертикальных колебаний колеса на шине и улучшает виброзащитные свойства колеса.
Таким образом, указанная совокупность признаков обеспечивает повышение виброзащитных свойств колеса транспортного средства.
На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства, продольный разрез; на фиг. 2 - то же; поперечный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.
Колесо транспортного средства (фиг. 1 и 2) содержит обод 1 и пневматическую шину 2, в полости которой установлена с кольцевым зазором охватывающая обод 1 эластичная оболочка 3, выполненная в виде полого тора, усеченного в нижней части 4 для обеспечения возможности деформации нижней части шины. Эластичная оболочка 3 опирается на обод 1 посредством закрепленных на ней роликов 5, снижающих трение, что обеспечивает возможность не вращение эластичной оболочки 3 относительно транспортного средства. Эластичная оболочка 3 разделяет полость шины на две полости: А - полость оболочки 3 и Б - кольцевая рабочая полость шины 2. Центр тяжести эластичной оболочки 3 расположен несколько ниже оси вращения колеса, что обеспечивает ей после монтажа в шине 2 и установке на транспортное средство, самоустановку в положение нижней частью 4 вниз и не вращение при вращении колеса. Эластичная оболочка 3 в нижней части 4 выполнена разъемной и имеет замок 6, что облегчает ее установку шину 2 и обеспечивает возможность ее установки в колесо с неразъемным ободом. Эластичная оболочка 3 в нижней части 4 имеет клапаны с дросселирующими отверстиями 7 (фиг. 1, 3), через которые сообщаются полости А и Б. На усеченной нижней части 4 эластичной оболочки 3 закреплен кронштейн 8 с двумя рычагами 9, поворачивающимися в плоскости параллельной нижней усеченной части 4 эластичной оболочки 3 и имеющими на концах ролики 10, оси которых находятся в вертикальной плоскости, проходящей через ось колеса, а между рычагами шарнирно установлены гидравлический амортизатор 11, ось которого параллельна оси колеса, и тяги 12, образующие с рычагами ромбический четырехзвенник, поджимающий ролики 10 к боковым поверхностям шины 2 посредством пружины растяжения 13, связывающей шарнир между тягами 12 с закрепленным на эластичной оболочке дополнительным кронштейном 14. Для уменьшения напряжений в месте контакта роликов 10 и боковых стенок шины 2 рабочая поверхность роликов 10 выполнена в виде части тора и имеет покрытие с низким коэффициентом трения.
Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.
Шина 2 одним бортом монтируется на обод 1, в нее вставляется эластичная оболочка 3 с открытым замком 6, который после установки эластичной оболочки 3 на обод 1 закрывается, второй борт шины 2 заправляется в обод 1. В шину 2 закачивают воздух до нормативного давления и балансируют колесо на станке. При балансировке колесо вращается, а эластичная оболочка 3 не вращается, поскольку ее центр масс смещен относительно оси вращения колеса к усеченной нижней части 4.
Колесо устанавливается на транспортное средство, при этом эластичная оболочка 3 самоустанавливается в рабочее положение - нижней частью 4 вниз. При приложении к колесу силы веса транспортного средства, боковины шины 2 деформируются, рычаги 9 поворачиваются относительно кронштейна 8. При этом ролики 10 заходят в деформированные боковины шины 2 под действием тяг 12 на рычаги 9, шарнир между которыми связан пружиной растяжения 13 с закрепленным на усеченной части 4 эластичной оболочке 3 дополнительным кронштейном 14. Это обеспечивает устойчивое удержание эластичной оболочки 3 в положении усеченной частью 4 вниз при качении колеса, поскольку при отклонении от этого положения ролики 10 переходят в зону меньшей деформации боковин шины 2 и стремятся вернуться в зону максимальной деформации.
При прямолинейном качении колеса по ровной дороге коэффициент сопротивления качения шины 2 с эластичной оболочкой 3 незначительно увеличивается, за счет небольшого трения в роликах 5 и 10, а также трения воздуха в кольцевом зазоре между внутренней поверхностью шины и наружной поверхностью эластичной оболочки. При этом деформация нижней части шины 2 постоянна, объем кольцевой рабочей полости шины Б не изменяется и воздух не перетекает через клапаны и дросселирующие отверстия 7, а рычаги 9 не поворачиваются.
При разгоне и торможении транспортного средства на эластичную оболочку 3 действует момент, создаваемый силой инерции, относительно оси вращения колеса вследствие того, что ее центр масс несколько смещен вниз. При этом ролики 10 выходят из места максимальной деформации боковин шины 2, пружина растяжения 13 дополнительно растягивается и в месте контакта роликов 10 с шиной 2 возникают силы, создающие восстанавливающий момент, уравновешивающий момент от действия сил инерции. При прерывистом торможении могут возникнуть колебания эластичной оболочки 3, которые гасятся амортизатором 11, поскольку он при колебаниях сжимается и разжимается.
При движении транспортного средства по неровной дороге нижняя часть шины 2 деформируется. При сжатии нижней части шины 2 объем кольцевой рабочей полости шины Б уменьшается и воздух из нее перетекает через клапаны и дросселирующие отверстия 7 в полость А эластичной оболочки 3 с небольшим сопротивлением. При уменьшении деформации шины 2 объем ее кольцевой рабочей полости Б увеличивается, давление воздуха в ней понижается, вследствие чего воздух перетекает из полости А в полость Б через только дросселирующие отверстия 7 с большим сопротивлением, что демпфирует колебания колеса на шине. При этом энергия колебаний переходит в тепловую энергию, воздух в шине нагревается и передает тепловую энергию через обод 1 и шину 2 во внешнюю среду. Дополнительно энергия колебаний гасится гидравлическим амортизатором 11, который при сжатии шины 2, когда ее деформация увеличивается и ролики 10 раздвигаются, создает небольшое сопротивление для обеспечения пружиной растяжения 13 постоянного контакта роликов с шиной. При отбое шины 2 ее деформация увеличивается, когда ролики 10 сдвигаются, гидравлический амортизатор создает большое сопротивление, что повышает эффективность демпфирования вертикальных колебаний колеса на шине.
Тяги 12, образующие с рычагами 9 ромбический четырехзвенник, поджимающий ролики 10 к боковым поверхностям шины посредством пружины растяжения 13, связывающей шарнир между тягами с закрепленным на эластичной оболочке дополнительным кронштейном 14 при увеличении радиальной деформации шины 2 обеспечивают возрастание усилия на роликах 10 за счет изменения угла между тягами 12, что способствует увеличению деформации шины 2, снижает ее жесткость и повышает виброзащитные свойства колеса.
При проколе шины 2 воздух из нее выходит, деформация нижней части шины 2 увеличивается и она "захватывает", т.е. начинает вращать эластичную оболочку 3, из которой воздух выходит только через дросселирующие отверстия 7, что дает возможность колесу некоторое время воспринимать нагрузку.
Таким образом, достигнут технический результат предлагаемого колеса транспортного средства, состоящий в повышении эффективности демпфирования вертикальных колебаний колеса на шине, что позволяет повысить плавность и скорость движения транспортного средства на неровных опорных поверхностях.