КОЛЕСО
WHEEL

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам ходовых систем с пневматическими шинами транспортных средств, способных передвигаться в том числе по пересеченной местности, на суше и в воде.
Для любого транспортного средства большое значение имеет конструкция амортизатора или заменяющих устройств, обеспечивающих демпфирование колебаний и поглощение толчков и ударов подвижных частей транспорта о препятствия или при изменении рельефа поверхности движения. В основу работы этого узла может быть положен фрикционный или механический, гидравлический, электромагнитный принцип действия. При выборе принципа действия и конструировании амортизирующего узла необходимо стремиться к повышению его надежности и сохранению работоспособности при движении транспортного средства с различной скоростью, особенно высокой, а также при перемещении по местности с резко изменяющимся рельефом.
Известен вездеход [Патент на изобретение №2564778. Российская Федерация. Вездеход и подвеска вездехода / Гарагашьян A.M.; патентообладатель: Самохвалов С.А. - Опубл. 10.10.2015. - Режим доступа: http://wwwl.fips.ru], ходовая часть которого включает систему бортовых передач, связанную с двумя парами валов с установленными на них колесами с шинами низкого давления, подвеску, связанную с шинами колес, систему подкачки шин. Выполнение подвески в виде воздушной магистрали, взаимодействующей одновременно с каждой шиной, обеспечивает плавность хода транспортного средства за счет изменения давления в шинах путем перераспределения воздуха одновременно между всеми шинами при пересечении рельефов местности различной сложности, снижение резонансных и упругих колебаний транспортного средства в целом. Связь воздушной магистрали через трубопровод с запорным элементом с выхлопной системой двигателя, снабженной заслонкой, позволяет автоматически регулировать давление в шинах. Например, при необходимости снизить давление в шинах (при преодолении вездеходом водной преграды) открывают запорный элемент, и воздух из магистрали через заслонку выхлопной системы выпускается в атмосферу. Недостатком указанной конструкции является отсутствие системы амортизации и демпфирующих устройств.
Известна амортизирующая многокамерная шина, конструкция которой обеспечивает циркуляцию потока воздуха между камерами [Shock absorbing tyre: UK Patent Application GB 2321886 / John Lawrence Fone. - 12.08.1998]. Для всех вариантов изобретения характерно наличие между камерами усиленной стенки (которая может быть частью внутренней камеры) с отверстиями, часть из которых снабжена односторонними клапанами. Указанное обеспечивает изменение характера циркуляции воздуха внутри при наезде колеса на препятствие. Наиболее близким решением заявленному изобретению является решение по п. x4 формулы указанного изобретения, согласно которому одна из внутренних камер шины является жесткой. Существенным недостатком указанного изобретения является трудоемкость изготовления и низкая ремонтопригодность колеса, обусловленная наличием нескольких деталей, составляющих жесткую камеру, которые необходимо скреплять в том числе резьбовыми соединениями и обязательно применять герметизацию, а также размещением этой конструкции внутри шины, что затрудняет доступ к ней в случае поломки. Указанное изобретение выбрано в качестве прототипа.
Технической задачей заявленного изобретения является упрощение конструкции колеса, повышение его ремонтопригодности и снижение материалоемкости.
Технический результат заявленного изобретения достигается за счет изменения конструкции диска колеса, поддержания постоянного количества рабочего агента в колесе и создания условий для его циркуляции внутри него при движении.
Заявленное изобретение поясняется фиг. 1, на которой представлена схема колеса транспортного средства в нагруженном состоянии, где 1 - диск с узлом крепления к корпусу транспортного средства, 2 - обод, 3 - шина, смонтированная на ободе, 4 - отверстие, 5 - перегородка, 6 - клапан, 7 -отверстие в перегородке, 8 - узел подвода/отвода рабочего агента, 9 -препятствие.
Суть заявленного изобретения заключается в следующем.
Колесо состоит из шины 3, закрепленной на ободе колесного диска 1, в котором размещен узел подвода/отвода рабочего агента 8. В качестве рабочего агента может использоваться атмосферный воздух, выхлопные газы, газовоздушная смесь и т.п.Внутри диска расположена перегородка 5, разделяющая полость диска на зоны I и II. Объем зоны I меньше объема зоны II. По линиям торцевых диаметров перегородка герметично прикрепляется к внутренней поверхности диска. В перегородке выполнены клапаны и сквозные отверстия. Клапаны расположены в центральной части диска, это нивелирует влияние центробежной силы на работу клапана, возникающей при движении колеса, особенно с большой скоростью, и гарантирует их мгновенное срабатывание при изменении давлений в зонах I и II. Перегородка изготавливается из жесткого, практически недеформируемого материала и обеспечивает постоянство площади живого сечения местных сопротивлений за счет сохранения формы сквозными отверстиями под действием перемещающегося воздушного потока. При нагружении колеса (например, при наезде на препятствие) шина деформируется и часть рабочего агента перемещается в зону I, создавая зону повышенной плотности. Клапаны мгновенно открываются и позволяют беспрепятственно рабочему агенту перемещаться из одной зоны в другую. Размер и количество отверстий в перегородке выбраны таким образом, чтобы суммарный расход воздуха через них был существенно ниже суммарного расхода воздуха через клапаны в открытом состоянии. Это позволяет достигнуть эффекта амортизатора при движении транспортного средства по местности любого рельефа с любой скоростью.
С целью снижения габаритных размеров колеса диск частично располагается во внутреннем объеме камеры, что обеспечивает требуемую емкость его (полезный объем).
Колесо работает следующим образом. Посредством узла подвода/отвода рабочего агента в шине создается необходимое давление (подается необходимое количество рабочего агента, остающееся в колесе постоянным в течение времени движения по заданной местности), величина его зависит от характеристик местности, по которой предстоит перемещаться транспортному средству. При наезде на препятствие шина деформируется в месте контакта с ним. Часть рабочего агента перемещается внутрь диска через отверстия 4, давление в зоне I повышается, клапаны перегородки открываются в зону II, рабочий агент мгновенно перемещается в зону II с большой скоростью. Давление в колесе выравнивается, клапаны закрываются (возвращаются в первоначальное положение). После снятия нагрузки (съезда с препятствия) давление в зоне I меньше, чем в зоне II. Происходит постепенное выравнивание давления в зонах I и II вследствие движения рабочего агента через отверстия перегородки. Поскольку расход воздуха через отверстия меньше расхода воздуха через клапаны, реакция колеса на снятие нагрузки демпфируется. Независимо от места контакта шины с препятствием (боковые или центральная часть) колесо сохраняет работоспособное состояние. Заявленная конструкция колеса предусматривает наличие постоянного контакта шины с поверхностью, по которой перемещается транспортное средство, вне зависимости от скорости его движения, типа и размеров препятствий и обеспечивает демпфирование возникающих колебаний и ударов, исключая эффект отскакивания колеса от препятствия.
Для достижения амортизирующего эффекта возможно применение негерметичных клапанов. В этом случае необходимость изготовления отверстий в перегородке диска отпадает. При наезде на препятствие и повышении давления в зоне I клапаны перегородки открываются в зону II и рабочий агент мгновенно перемещается в зону II. Давление в колесе выравнивается, клапаны возвращаются в первоначальное положение -положение с неплотным примыканием крышки клапана к его корпусу или положение «частично открыт». После съезда с препятствия (снятия нагрузки) давление в зоне II больше, чем в зоне I, рабочий агент через зазоры в клапанах перемещается из зоны II в зону I. Расход воздуха в этом случае меньше в сравнении с расходом воздуха через открытые клапаны, происходит медленное выравнивание давления внутри диска.
Размещение перегородки во внутреннем объеме диска обеспечивает постоянство условий эксплуатации, в том числе при существенном их изменении (резко изменение рельефа местности, наезд на большое препятствие, маневрирование при движении транспортного средства с высокой скоростью и пр.), доступность для проведения ремонтных и обслуживающих операций в сравнении с размещением перегородки во внутреннем объеме шины, а выполнение ее в виде одного элемента ведет к снижению материалоемкости.
Существенным преимуществом заявленного решения в сравнении с известными аналогами является быстродействие конструкции (мгновенное срабатывание клапанов внутри при изменении давлений в зонах I и II) при движении транспортного средства с различной скоростью, в том числе и с высокой, по местности с изменяющимся рельефом с сохранением устойчивости и безопасности пребывания пассажиров и грузов в нем.