Колесо транспортного средства Российский патент 2021 года по МПК B60C5/22 B60B9/18 

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для бесподвесочных транспортных средств.

Известно колесо транспортного средства (патент РФ №2144862, кл. В60С 17/00 опубл. 1998 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. Во внутренней полости эластичной оболочки установлена дополнительная эластичная камера в виде тора, сообщающаяся 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.

Данное колесо имеет низкий технический уровень, обусловленный высокой его радиальной жесткостью вследствие того, что значительная внутренняя часть колеса заполнена жидкостью, которая размещена в кольцевой рабочей полости и дополнительной эластичной камере, что существенно уменьшает объем воздуха в пневматической шине. В результате увеличивается собственная частота колебаний транспортного средства на данных колесах, что ухудшает его плавность хода и ограничивает скорость движения по неровным дорогам. Кроме того, наличие жидкости в колесе увеличивает его массу, а при проколе шины и потере жидкости, демпфирующие свойства колеса резко снижаются.

Известно 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 и образующая в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапанно-дроссельный узел, содержащий клапан и дросселирующее отверстие, (патент РФ № 2590779, кл. В60С 5/20, В60С 7/00, опубл. 10.07.2016).

Недостатком данного колеса является относительно низкая эффективность воздушного демпфирования, обусловленная тем, что объем кольцевой рабочей полости больше объема полого тора эластичной оболочки. В результате при деформации пневматической шины под действием вертикальных колебаний остова машины происходит перекачка небольшой части относительного объема воздуха из кольцевой полости в полость эластичной оболочки и обратно через дроссель с обратным клапаном, что относительно мало меняет жесткость пневматической шины на ходах сжатия и отбоя, вследствие чего диаграмма (зависимость силы от вертикальной деформации) будет иметь малую площадь, что ограничивает демпфирующие способности данной конструкции. Кроме того, вследствие небольшого внутреннего объема шина имеет сравнительно высокую жесткость, что снижает плавность хода машины, а дросселирование воздуха при вертикальных колебаниях колеса приводит к ускорению процесса нагрева пневматической шины, поскольку воздух находится внутри шины и резинокордной оболочки и не соприкасается с металлическим ободом колеса, что повышает внутреннее давление и может привести к разрушению шины.

Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является колесо транспортного средства, содержащее обод, пневматическую шину, внутри которой радиально установлены толкатели, одни концы которых упруго соединены с внутренней поверхностью пневматической шины, а другие концы выполнены в виде цилиндрических поршней, установленных с возможностью осевого перемещения во втулках, закрепленных радиально и равномерно в ободе, и взаимодействуют с наружной поверхностью эластичной оболочки, установленной по оси колеса внутри обода, соединенного со ступицей, выполненной в виде цилиндра, снаружи которого установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства, а внутри цилиндра установлен плавающий поршень, образующий с цилиндром гидравлическую и пневматическую полости, причем гидравлическая полость цилиндра сообщается с внутренней полостью резинокордной оболочки через клапан с дросселирующим отверстием, который открыт на ходе сжатия пневматической шины (патент РФ № 191686, кл. В60В 9/18, опубл. 15.08.2019).

Недостатком данного колеса является сложность и низкая надежность его конструкции, а также поочередный характер работы нижних толкателей, создающих при деформации эластичной оболочки дополнительную переменную упругую силу, которая при совместном действии с упругостью шины не может создавать постоянную вертикальную силу в пятне контакта колеса с дорогой, вследствие чего плавность хода транспортного средства будет снижаться.

Технической задачей является создание конструкции колеса с пневматической шиной, обеспечивающей постоянство статической силы в пятне контакта шины с дорогой, гидравлическое демпфирование колебаний и увеличение жесткости шины в конце хода сжатия.

Техническим результатом предлагаемого колеса транспортного средства является повышение плавности хода и безопасности движения бесподвесочных колесных машин.

Указанный технический результат достигается тем, что в колесе, содержащем обод с внутренней полостью, пневматическую шину, эластичную резинокордную оболочку, ступицу, соединенную с ободом и выполненную в виде цилиндра, внутри которого установлен плавающий поршень, образующий с цилиндром гидравлическую и пневматическую полости, а снаружи установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства, при этом гидравлическая полость цилиндра и внутренняя полость обода заполнены жидкостью и сообщаются между собой через клапан с дросселирующим отверстием, который открыт на ходе сжатия пневматической шины, эластичная оболочка выполнена в виде тора и установлена вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, сообщенную с внутренней полостью обода, причем кольцевая рабочая полость заполнена жидкостью, резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а пневматическая полость цилиндра заправлена воздухом под стандартным давлением.

Благодаря тому, что эластичная резинокордная оболочка выполнена в виде тора и установлена вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, сообщенную с внутренней полостью обода, и при этом кольцевая рабочая полость, внутренняя полость обода и гидравлическая полость цилиндра заполнены жидкостью, обеспечивается гидравлическое демпфирование колебаний, что повышает плавность хода транспортного средства.

Вследствие того, что резинокордная оболочка в виде тора заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а пневматическая полость цилиндра заправлена воздухом под стандартным давлением для шины, обеспечивается сохранение формы и объема в виде тора резинокордной оболочки при малых ходах сжатия шины, что повышает надежность работы колеса, снижает вероятность его пробоя и тем самым повышает безопасность движения транспортного средства.

На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства при статической деформации, на фиг. 2 – предлагаемое колесо транспортного средства при деформации больше статической, а на фиг. 3 – упругие характеристики предлагаемого колеса на ходах сжатия и отбоя.

Колесо транспортного средства (фиг. 1 и 2) содержит обод 1 и пневматическую шину 2, в полости которой вплотную к внутренней поверхности шины 2 установлена эластичная резинокордная оболочка 3, выполненная в виде тора с полостью 4 и образующая с ободом 1 и шиной 2 кольцевую рабочую полость 5. Обод 1 соединен со ступицей, выполненной в виде цилиндра 6, и образует с ней внутреннюю полость 7, которая сообщается с кольцевой полостью 5 через радиальные отверстия 8, выполненные на цилиндрической части обода 1. Снаружи цилиндра 6 установлены подшипники 9 и 10, обеспечивающие вращение цилиндра 6 вместе с ободом 1 и пневматической шиной 2 относительно корпуса 11 транспортного средства. Внутри цилиндра 6 установлен плавающий поршень 12, образующий с цилиндром 6 гидравлическую 13 и пневматическую 14 полости. Гидравлическая полость 13 сообщается с внутренней полостью обода 7 через клапан 15 с дросселирующим отверстием 16, который открыт на ходе сжатия пневматической шины 2 колеса.

На резинокордной оболочке 3 закреплена металлическая трубка 17, установленная с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1 и соединенная шлангом 19 с золотниковым штуцером 20 для заправки полости 4 резинокордной оболочки 3 воздухом до давления, которое в 1,5 раза выше стандартного значения для шины (под стандартным значением давления для шины понимается давление, указанное в паспорте шины).

Кольцевая рабочая полость 5, внутренняя полость обода 7 и гидравлическая полость 13 цилиндра 6 заполнены жидкостью (например, масло АМГ-10, масло АУ) через штуцер 21, а пневматическая полость 14 цилиндра 6 заправлена воздухом под стандартным давлением для шины через золотниковый штуцер 22.

Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом.

Под действием статической нагрузки на колесо нижняя часть пневматической шины 2, установленная на ободе 1, деформируется на величину статической деформации. При этом поперечное сечение резинокордной оболочки 3 в нижней части шины 2 практически не деформируется, поскольку ее полость 4 заправлена воздухом под давлением, которое в 1,5 раза выше стандартного давления для шины (фиг.1).

При качении колеса по ровной дороге и отсутствии колебаний транспортного средства деформация нижней части шины 2 остается практически постоянной, поэтому остаются неизменными объем внутренней полости 4 эластичной резинокордной оболочки 3, рабочий объем кольцевой полости 5, сообщенный с внутренней полостью 7 обода 1, объем гидравлической полости 13 цилиндра 6 и объем пневматической полости 14. При этом жидкость практически не перетекает через клапан 15 с дросселирующим отверстием 16. Вследствие этого эксплуатационные характеристики коэффициента сопротивления качению колеса, вращающегося на подшипниках 9 и 10 относительно корпуса транспортного средства 11, остаются практически неизменными.

При качении колеса по неровной дороге и (или) возникновении колебаний транспортного средства деформация шины 2 увеличивается, что вызывает изменение рабочего объема кольцевой полости 5 на большую или меньшую величину по сравнению со статической деформацией. Это приводит к возникновению перепада давлений на клапане 15. При этом на ходе сжатия жидкость из кольцевой полости 5 свободно поступает во внутреннюю полость 7 через радиальные отверстия 8, а затем в гидравлическую полость 13 через открытый клапан 15 и дросселирующее отверстие 16. Плавающий поршень 12 перемещается вправо, повышая давление воздуха в пневматической полости 14, что приводит к увеличению упругой силы на ходе сжатия (кривая 23 на фиг. 3). На ходе отбоя клапан 15 закрывается и под действием перепада давлений жидкость из гидравлической полости 13 перетекает во внутреннюю полость 7 только через постоянно открытое осевое дросселирующее отверстие 16. При этом плавающий поршень 12 перемещается влево, а давление воздуха в пневматической полости 14 уменьшается. В результате обеспечивается резкое увеличение неупругого сопротивления колеса на ходе отбоя, что приводит к увеличению жесткости вертикальной силы на ходе отбоя (кривая 24 на фиг. 3) и эффективному гашению вертикальных колебаний колеса вместе с транспортным средством. Заштрихованная площадь внутри диаграммы зависит от амплитуды и частоты колебаний. В результате сила демпфирования пропорциональна квадрату скорости деформации шины 2, аналогично работе гидравлических телескопических амортизаторов в подвесках транспортных средств. Образующееся при дросселировании жидкости тепло идет на нагрев всего внутреннего объема жидкости и воздуха в колесе, который передается шине 2 и металлическим стенкам обода 1 и ступицы 6 и постепенно рассеивается в окружающую среду.

При увеличении радиальной деформации колеса в случае больших вертикальных и угловых колебаний транспортного средства или при наезде на большую выступающую неровность нижняя часть резинокордной оболочки 3 взаимодействует с ободом 1, вызывая сжатие оболочки 3 (фиг.2). Вследствие этого происходит увеличение давления в полости 4, что резко увеличивает упругую силу на ходе сжатия (кривая 25 на фиг. 3) и, тем самым, ограничивает ход сжатия шины 1 и вероятность пробоя колеса.

Заправка резинокордной оболочки 3 воздухом осуществляется через золотниковый штуцер 20, установленный на ободе 1, шланг 19 и металлическую трубку 17, установленную с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1. Заправка воздухом полости 14 до стандартного давления для шины осуществляется через золотниковый штуцер 22. Заправка жидкостью полостей 5, 7, 13 осуществляется через штуцер 21.

В результате предлагаемое колесо транспортного средства обеспечивает повышение плавности хода и безопасность движения бесподвесочных колесных машин.

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для бесподвесочных транспортных средств. В колесе транспортного средства, содержащем обод с внутренней полостью, пневматическую шину, эластичную резинокордную оболочку, ступицу, соединенную с ободом и выполненную в виде цилиндра, внутри которого установлен плавающий поршень, образующий с цилиндром гидравлическую и пневматическую полости, а снаружи установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства. Гидравлическая полость цилиндра и внутренняя полость обода заполнены жидкостью и сообщаются между собой через клапан с дросселирующим отверстием, который открыт на ходе сжатия пневматической шины. Эластичная оболочка выполнена в виде тора и установлена вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, сообщенную с внутренней полостью обода. Кольцевая рабочая полость заполнена жидкостью, резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а пневматическая полость цилиндра заправлена газом под стандартным давлением для шины. Технический результат - повышение плавности хода и безопасности движения бесподвесочных колесных машин. 3 ил.

Колесо транспортного средства, содержащее обод с внутренней полостью, пневматическую шину, эластичную резинокордную оболочку, ступицу, соединенную с ободом и выполненную в виде цилиндра, внутри которого установлен плавающий поршень, образующий с цилиндром гидравлическую и пневматическую полости, а снаружи установлены подшипники, обеспечивающие вращение ступицы вместе с ободом и пневматической шиной относительно корпуса транспортного средства, при этом гидравлическая полость цилиндра и внутренняя полость обода заполнены жидкостью и сообщаются между собой через клапан с дросселирующим отверстием, который открыт на ходе сжатия пневматической шины, отличающееся тем, что эластичная оболочка выполнена в виде тора и установлена вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, сообщенную с внутренней полостью обода, причем кольцевая рабочая полость заполнена жидкостью, резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а пневматическая полость цилиндра заправлена воздухом под стандартным давлением для шины.