СЕГМЕНТИРОВАННОЕ КОЛЕСО ДЛЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН С НЕЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ СИЛЫ УПРУГОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B60C7/08 

Изобретение относится к элементам, используемым в колесной строительной, погрузочной и другой технике, а точнее, к конструкции элементов сегментированных колес с нелинейными характеристиками силы упругого сопротивления, применяемых для работы в тяжелых условиях колес.

Известна конструкция элемента сегментированного колеса (US 5154490), содержащая несущий трубчатый элемент колеса с полостью, внутри которой имеются продольные выступы, при этом каждый выступ образован из множества отдельных секций и зазоров.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является конструкция элемента сегментированного колеса по патенту США №5078454. Элемент сегментированного колеса содержит трубчатый элемент с полостью, имеющей в поперечном сечении форму, близкую к шестиугольнику, и практически соответствующую внешней форме элемента.

Для данной конструкции характерно высокое значение упругого сопротивления, обусловленное высокой жесткостью сегментированного колеса по сравнению с пневматической шиной, из-за чего при статической нагрузке прогиб сегментированного колеса крайне мал по сравнению с пневматическими шинами.

Таким образом, недостатком известной по патенту США №5078454 конструкции элемента сегментированного колеса, как и конструкции, описанной в патенте США №5154490, является снижение плавности хода при применении, а также ограниченный срок их службы.

Необходимость применения сегментированных колес с высоким значением упругого сопротивления вызвано тем, что применение традиционной конструкции элемента сегментированного колеса с малым значением упругого сопротивления, изменяющимся по линейному закону, обеспечивающим гашение колебаний от мелких неровностей приводит к чрезмерной разрушающей деформации сегментированного колеса от крупных дорожных неровностей. Поэтому применяется конструкция сегментированного колеса с высокой жесткостью, изменяющейся по линейному закону, из-за чего колебания, вызванные дорожными неровностями, происходят исключительно на упругом элементе подвески, т.е. демпфирующее действие шин отсутствует, кроме того, из-за высокой жесткости и массы шин возрастает воздействие колебаний неподрессоренной массы на колебания подрессоренной массы. В связи с этим применение сегментированного колеса вызывает снижение плавности хода и увеличение вибронагруженности, т.е. ухудшение условий работы водителя, а также снижает срок службы техники из-за повышенной вибрации.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение рабочих характеристик сегментированного колеса за счет такой конструкции, которая обеспечивает нелинейную характеристику силы упругого сопротивления. Применение конструкции сегментированного колеса, обеспечивающей нелинейную характеристику упругого сопротивления уже на участке, соответствующем статическому прогибу, позволит снизить воздействие вибраций на водителя и конструкцию колесной техники, при этом за счет нелинейной характеристики удастся избежать чрезмерных деформаций сегментированного колеса, которые приводят к его разрушению.

Решение указанной задачи по снижению вибронагруженности техники и увеличению срока службы сегментированного колеса достигается применением предлагаемой конструкции сегментированного колеса с нелинейной характеристикой. При этом на начальном участке деформации упругое сопротивление колеса имеет значение, соответствующее обычной пневматической шине, что обеспечивает хорошее гашение шиной колебаний от мелких дорожных неровностей, а затем, по мере роста деформации, упругое сопротивление возрастает по нелинейному закону, например квадратичному, за счет чего не допускается возникновение чрезмерных разрушающих деформаций сегментированного колеса от крупных дорожных неровностей.

Предлагаемая конструкция отличается от ближайшего аналога конструктивным исполнением внутреннего сечения сегментированного колеса. Вследствие этого обеспечивается нелинейная характеристика упругого сопротивления и достигается значительное улучшение рабочих характеристик по сравнению с ближайшим аналогом, обладающим линейной характеристикой упругого сопротивления.

Сравнение предлагаемой конструкции с ближайшим аналогом показывает, что заявляемая конструкция имеет существенные признаки, отличительные от прототипа. Следовательно, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Анализ источников информации, использованных для определения уровня техники, показал отсутствие источников, в которых бы была описана совокупность отличительных признаков предлагаемого изобретения. При этом совокупность отличительных признаков явным образом не следует из уровня техники, так как неочевидна для специалиста. Следовательно, заявляемая конструкция соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень". Кроме того, предлагаемая конструкция осуществима в промышленных условиях и, следовательно, является промышленно применимой.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено сегментированное колесо в сборе.

На фиг.2 изображено сечение элемента сегментированного колеса с нелинейной характеристикой упругого сопротивления.

На фиг.3 изображено сечение элемента сегментированного колеса без внешнего нагружения (в свободном состоянии).

На фиг.4 изображено сечение элемента сегментированного колеса под статической нагрузкой (вес самоходной машины в снаряженном состоянии без груза).

На фиг.5 изображено сечение элемента сегментированного колеса под нагрузкой от веса самоходной машины с полной нагрузкой (в груженом состоянии).

На фиг.6 изображено сечение элемента сегментированного колеса под одновременным воздействием динамической нагрузки от неровностей дороги и от нагрузки от веса самоходной машины с грузом.

На фиг.7 изображены зависимости силы упругого сопротивления от деформации в зависимости от конструкции сегментированного колеса.

На фиг.8 изображена зависимость ускорения на рабочем месте водителя от времени при использовании конструкции сегментированного колеса согласно изобретению.

На фиг.9 изображена зависимость ускорения на рабочем месте водителя от времени при использовании традиционной конструкции сегментированного колеса.

Предлагаемая конструкция сегментированного колеса, образованного из элементов 1 с нелинейной характеристикой, приведена на фиг. 1. Элементы 1 смонтированы на ободе 2 колеса и закреплены болтами 3. Обод 2 и ступица колесной машины соединены крепежным элементом 4 с использованием болтов и гаек 5, установленных в отверстиях 6.

Каждый элемент 1 имеет трубчатый корпус с внутренней полостью, образованной плоским основанием 7 и четырьмя цилиндрическими поверхностями 8, 9, 10 и 11, обращенными выпуклостями внутрь полости. Цилиндрические поверхности 8, 9, 10 и 11 сочленены между собой цилиндрическими поверхностями, обращенными выпуклостями наружу полости - округлениями 12 малого радиуса.

На фиг 7 изображены графики зависимости силы упругого сопротивления от деформации для предлагаемой конструкции сегментированного колеса (кривая 1 - штрихпунктирная линия), для традиционной конструкции сегментированного колеса (кривая 2 - пунктирная линия), для пневматической шины (кривая 3 - линия, составленная из точек).

При деформации упругое сопротивление возрастает по заданному закону за счет отличного от прототипа конструктивного исполнения формы полости трубчатого элемента 1, а точнее за счет формы поверхностей 8, 9, 10 и 11, образующих полость трубчатого элемента 1. При таком конструктивном исполнении сечения элемента 1 сегментированного колеса обеспечивается нелинейная характеристика упругого сопротивления за счет определенной зависимости жесткости колеса от его прогиба, что поясняется фиг. 7. Благодаря такой конструкции колеса обеспечивается нелинейная характеристика упругого сопротивления и достигается значительное улучшение рабочих характеристик по сравнению с прототипом.

Графики зависимости силы упругого сопротивления от деформации в зависимости от конструкции и характеристики сегментированного колеса, полученные с помощью математического моделирования, приведены на фиг.7. Из них видно, что применение сегментированного колеса с нелинейной характеристикой позволяет значительно повысить энергоемкость колеса по сравнению с традиционной конструкцией сегментированного колеса, а также снизить его деформацию при сильных толчках до безопасных по прочности значений.

Зависимости ускорений на сиденье водителя при проезде неровности высотой 10 см приведены на фиг.8 и 9. Из них видно, что применение сегментированного колеса с нелинейной характеристикой позволяет снизить ускорения на сиденье водителя, а также улучшает гашение колебаний и плавность хода по сравнению с традиционной конструкцией сегментированного колеса.

Сегментированное колесо образовано из элементов, содержащих трубчатый корпус с внутренней полостью. Внутренняя полость в трубчатом корпусе элемента образована плоским основанием и четырьмя цилиндрическими поверхностями, обращенными выпуклостями внутрь полости. При этом цилиндрические поверхности сочленены между собой цилиндрическими поверхностями, обращенными выпуклостями наружу полости. В результате улучшаются рабочие характеристики колеса, уменьшается вибрация колесной техники. 9 ил.

Сегментированное колесо, образованное из элементов, содержащих трубчатый корпус с внутренней полостью, отличающееся тем, что внутренняя полость в трубчатом корпусе элемента образована плоским основанием и четырьмя цилиндрическими поверхностями, обращенными выпуклостями внутрь полости, при этом цилиндрические поверхности сочленены между собой цилиндрическими поверхностями, обращенными выпуклостями наружу полости.