КОЛЕСО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2000 года по МПК B60C17/00 

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенным автотранспортных средств, преимущественно безрессорных: колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других.

Известно колесо транспортного средства (а.с. 1452713 B 60 C 17/00, 1984 г. ), содержащее обод, пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка, разделяющая полость шины на две полости, образуя в шине кольцевую рабочую полость, эластичная оболочка включает в себя по крайней мере один впускной и один выпускной клапаны, установленные между внутренней полостью эластичной оболочки и соответственно внешней средой и кольцевой рабочей полостью шины. Данная конструкция позволяет повысить долговечность колеса при проколе шины за счет автоматической подкачки, так как в этом случае эластичная оболочка работает как насос, закачивающий воздух из атмосферы в кольцевую рабочую полость шины.

Недостатком данного колеса является, наличие большого кольцевого рабочего объема шины, заполненного сжимаемой средой - воздухом, что не позволяет обеспечить эффективное демпфирование колебаний колеса за счет дросселирования воздуха между внутренней полостью эластичной оболочки кольцевым рабочим объемом шины, так как при деформациях нижней части шины, вызванных вертикальными колебаниями колеса, изменения давления в кольцевой рабочей полости шины малы. Это ухудшает плавность хода, безопасность движения, снижает скорость, производительность и другие эксплуатационные качества транспортного средства.

Наиболее близким из известных технических решений является колесо транспортного средства (патент РФ по заявке N 9611356, кл 6 B 60 C 17/00, по которой получено решение о выдаче патента от 14.08.1997 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 центр тяжести эластичной оболочки расположен ниже оси вращения колеса, тор усечен в нижней части и опирается на обод с возможностью осевого вращения, а объем кольцевой рабочей полости меньше объема внутренней эластичной оболочки. Данная конструкция обеспечивает воздушное демпфирование колебаний.

Недостатком данного колеса является неустойчивое положение эластичной оболочки, которая опирается на вращающийся обод внутри вращающейся шины, но сама при этом не вращается только потому, что ее центр тяжести расположен ниже оси вращения колеса. Вследствие этого возможно вращение эластичной оболочки шиной, например, при переезде короткой неровности большой высоты особенно во время интенсивного разгона транспортного средства, приводящего к нежелательному повороту эластичной оболочки. Неустойчивое положение эластичной оболочки снижает надежность колеса, так как вращающаяся эластичная оболочка, центр тяжести которой не совпадает с осью вращения колеса, не только теряет свои демпфирующие свойства, но и создает периодическую силу, вызывающую колебания транспортного средства. Кроме того, воздушное демпфирование, имеет низкую эффективность при небольших амплитудах колебаний.

Данное колесо имеет низкий технический уровень, обусловленный его низкими надежностью и виброзащитными свойствами, что ухудшает плавность хода, безопасность движения, снижает скорость, производительность и другие эксплуатационные качества транспортного средства. Кроме того, воздух имеет низкую теплоемкость и при дросселировании быстро нагревается, что снижает ресурс шины, вследствие повышения ее рабочей температуры.

В этой связи важнейшей задачей является создание новой конструкции колеса с разделяющей эластичной оболочкой, образующей кольцевую рабочую полость, заполненную несжимаемой текучей средой, передающей давление из кольцевой рабочей полости в полость эластичной оболочки посредством изменяемого объема дополнительной эластичной камеры, тем самым создается гидравлическая демпфирующая система с эффективным гашением как малых, так и больших колебаний с использованием дросселирующей системы клапанов, равномерно распределенных по поверхности эластичной оболочки, что повышает плавность хода транспортного средства.

Техническим результатом заявленного колеса транспортного средства является повышение его надежности, виброзащитных свойств и ресурса шины за счет заполнения кольцевой рабочей полости шины жидкостью и обеспечения внутреннего жидкостного демпфирования колебаний, путем установки во внутренней полости эластичной оболочки, дополнительной эластичной камеры в виде тора, сообщающейся с кольцевой рабочей полостью шины через клапаны с дросселирующими отверстиями, образуя гидравлическую демпфирующую систему колеса, что повышает плавность хода и обеспечивает увеличение скорости и устойчивости движения транспортного средства. Это также открывает новые возможности упрощения конструкции различных транспортных средств путем исключения рессор.

Указанный технический результат достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем 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, последняя снабжена дополнительной эластичной камерой в виде тора, установленной во внутренней полости эластичной оболочки и сообщающейся с кольцевой рабочей полостью посредством клапанов с дросселирующими отверстиями, установленными на поверхности эластичной оболочки, причем кольцевая рабочая полость и дополнительная эластичная камера, заполненные жидкостью, образуют гидравлическую демпфирующую систему колеса, а эластичная оболочка и дополнительная эластичная камера армированы стальной проволокой.

Вследствие того, что в полости эластичной оболочки установлена дополнительная эластичная камера, заполненная жидкостью и сообщающаяся через клапаны с дросселирующими отверстиями с заполненной жидкостью кольцевой рабочей полостью шины, обеспечивается разделение жидкости и воздуха в полости эластичной оболочки, передача давления воздуха жидкости, находящейся в дополнительной эластичной камере, и эффективное гидравлическое демпфирование колебаний транспортного средства и элементов шины за счет перетекания жидкости через клапаны и дросселирующие отверстия, что повышает плавность хода транспортного средства.

Благодаря тому, что кольцевая рабочая полость шины заполнена жидкостью, обладающей большой теплоемкостью и хорошей теплопередачей, снижается неравномерность температурного поля и повышается ресурс шины.

Вследствие того, что при постоянной деформации шины катящегося по ровной дороге колеса объем кольцевой рабочей полости шины не изменяется, жидкость не перетекает через клапаны и дросселирующие отверстия, коэффициент сопротивления качения колеса увеличивается незначительно. На неровных дорогах вследствие уменьшения колебаний транспортного средства коэффициент сопротивления качению и интенсивность износа шины уменьшатся.

Благодаря тому, что эластичная оболочка и дополнительная эластичная камера армированы стальной проволокой, повышается их жесткость и надежность работы демпфирующей системы. Кроме того, подбором жесткости арматуры дополнительной эластичной камеры можно корректировать упругую характеристику шины.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено предлагаемое колесо транспортного средства: фиг. 1 - продольный разрез, фиг. 2 - поперечный разрез, фиг. 3 - поперечный разрез клапана по А - А на фиг. 1.

Колесо транспортного средства (фиг. 1, 2) содержит обод 1 и смонтированную на нем шину 2 с игольчатым клапаном 3, через который кольцевая рабочая полость А шины 2 заправляется жидкостью. В полости шины 2 установлена с кольцевым зазором охватывающая обод 1 эластичная оболочка 4 в виде полого тора с вентилем 5, через который полость Б эластичной оболочки заправляется сжатым воздухом. Величина кольцевого зазора больше статической деформации шины, что уменьшает вероятность взаимодействия эластичной оболочки 4 и шины 2. Эластичная оболочка 4 армирована стальной проволокой 6 для повышения и обеспечения стабильности ее жесткости. В полости Б эластичной оболочки 4 установлена дополнительная эластичная камера 7, полость В которой заполнена жидкостью и сообщается с кольцевой рабочей полостью А шины 2 через клапаны 8 с дросселирующими отверстиями 9, закрепленные на эластичной оболочке 4. Таким образом дополнительная эластичная камера 7 разделяет жидкость и воздух в полости Б эластичной оболочки 4 и передает давление от сжатого воздуха, заполняющего полость Б, жидкости, заполняющей полость В. Для исключения засорения дросселирующих отверстий 9 и клапанов 8, на последних установлены фильтры 10 в виде сеток. Арматура 11 дополнительной эластичной камеры 7 своей упругостью стремится придать последней форму тора, что повышает устойчивость эластичной оболочки 4, так как уменьшает давление в полости А по сравнению с давлением в полости Б. Колесо заправляется сперва сжатым воздухом, а затем жидкостью, чтобы начальный объем жидкости в полости В дополнительной эластичной камеры 7 был минимальным.

Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.

При нагружении колеса статической нагрузкой шина 2 деформируется, объем кольцевой рабочей полости А уменьшается на некоторую величину, объем В дополнительной эластичной камеры 7 увеличивается на ту же величину, а объем эластичной оболочки 4 - уменьшится на ту же величину вследствие перетекания жидкости через клапаны 8.

При качении колеса по ровной дороге деформация нижней части шины 2 постоянна, поэтому объемы кольцевой рабочей полости А шины 2 и дополнительной эластичной камеры 7, заполненные жидкостью через игольчатый клапан 33, не изменяются, и жидкость не перетекает через клапаны 8 и дросселирующие отверстия 9, вследствие чего эксплуатационные характеристики коэффициента сопротивления качению колеса остаются практически неизменными. Статическая деформация способствует перемешиванию жидкости, что уменьшает неравномерность температурного поля шины и повышает ее ресурс.

При качении колеса по неровной дороге нижняя часть шины 2 деформируется: сжимается и расжимается. При сжатии нижней части шины 2 с небольшой скоростью, соответствующей резонансным колебаниям транспортного средства, ее объем уменьшается. При этом эластичная оболочка 4, армированная стальной проволокой 11, не изменяет свою форму, так как перепад давлений между полостями А и Б мал. Поэтому объем кольцевой рабочей полости шины А уменьшается, а жидкость из нее перетекает через фильтры 10, дросселирующие отверстия 9 и клапаны 8 в полость В дополнительной эластичной камеры 7 с небольшим сопротивлением. При последующем разжатии шины 2 объем кольцевой рабочей полости А шины 2 увеличивается, давление жидкости в ней понижается, вследствие чего жидкость под действием давления воздуха в полости Б, передающегося жидкости в дополнительном объеме В через эластичную оболочку 6, перетекает из полости В в полость А через дросселирующие отверстия 9 с большим сопротивлением, что значительно уменьшает амплитуду резонансных колебаний транспортного средства. При этом энергия колебаний преобразуется в тепловую энергию, которая поглощается жидкостью, имеющей большую теплоемкость.

При сжатии нижней части шины 2 с большой скоростью, соответствующей зарезонансным частотам, сопротивление клапанов В увеличивается, вследствие чего возрастает перепад давлений между полостями А и Б и эластичная оболочка 4 начинает прогибаться, уменьшая объем Б. При этом объем жидкости, перетекающей через клапаны 8 и дросселирующие отверстия 9 из кольцевой рабочей полости А в дополнительный объем В, уменьшается в соответствии с увеличением скорости сжатия нижней части шины 2. При последующем разжатии нижней части шины 2 эластичная оболочка 4 под действием давления воздуха в полости А и за счет собственной упругости восстанавливает свою форму. Это обеспечивает саморегулирование величины демпфирования в зависимости от частоты нагружения шины 2, уменьшение тепловыделения, повышение виброзащитных свойств колеса и плавности хода транспортного средства.

Вследствие того, что при сжатии нижней части шины 2 жидкость из кольцевой рабочей полости А перетекает в полость дополнительной эластичной камеры В через клапаны 8 и дросселирующие отверстия 9 с небольшим сопротивлением, а при расжатии шины 2 жидкость перетекает обратно через дросселирующие отверстия 9 с большим сопротивлением, при периодических колебаниях статическая деформация нижней части шины несколько увеличивается. Это повышает стабильность контакта колеса с дорогой и устойчивость движения транспортного средства.

Вследствие уменьшения колебаний транспортного средства на неровных дорогах коэффициент сопротивления качения и интенсивность износа протектора шины 2 также уменьшаются.

При проколе шины 2 через него жидкость из кольцевой рабочей полости вытекает, статическая деформация шины увеличивается и нагрузка воспринимается эластичной оболочкой 4, заполненной сжатым воздухом, что позволяет продолжить движение.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- колесо транспортного средства, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других транспортных средств преимущественно с безрессорными подвесками и обеспечивает эффективное гашение колебаний транспортного средства с помощью жидкостного демпфирования, саморегулируемого в зависимости от скорости радиальной деформации шины, и снижение неравномерности температурного поля шины без увеличения коэффициента сопротивления качения, что повышает плавность хода транспортного средства и ресурс шины;
- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами;
- колесо транспортного средства, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенным для автотранспортных средств, преимущественно безрессорных: колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов. Колесо содержит 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. Кольцевая рабочая полость снабжена дополнительной эластичной камерой в виде тора, установленной во внутренней полости эластичной оболочки и сообщающейся с кольцевой рабочей полостью посредством клапанов с дросселирующими отверстиями, установленными на поверхности эластичной оболочки. Кольцевая рабочая полость и дополнительная эластичная камера, заполненные жидкостью, образуют гидравлическую демпфирующую систему колеса. В результате повышается надежность, виброзащитные свойства и ресурс шины. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. 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, отличающееся тем, что кольцевая рабочая полость снабжена дополнительной эластичной камерой в виде тора, установленной во внутренней полости эластичной оболочки и сообщающейся с кольцевой рабочей полостью посредством клапанов с дросселирующими отверстиями, установленными на поверхности эластичной оболочки, причем кольцевая рабочая полость и дополнительная эластичная камера, заполненные жидкостью, образуют гидравлическую демпфирующую систему колеса. 2. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что эластичная оболочка и дополнительная эластичная камера армированы стальной проволокой.