Колесо с регулируемым давлением в шине Советский патент 1982 года по МПК B60B15/26 B60B39/00 

(5А) КОЛЕСО С РЕГУЛИРУЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ В ШИНЕ

1

Изобретение относится к транспорту, а именно к колесным движителям, используемым преимущественно на местности со сложным рельефом и рыхло-сыпучим грунтом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является колесо, содержащее обод с .установленным на нем внутренним диском, выполненным с эластичным банда)ем, и шину с протекторной частью М 1.

Однако известное устройство предназначено для предотвращения аварийных ситуаций при повреждении верхней покрышки в процессе движения высокоскоростных транспортных средств на трассах с твердым покрытием и при использовании для повышения проходимости колесных машин в условиях рыхло-сыпучих грунтов не обеспечивает решения этой задачи.Это вызвано тем, что значительные деформации, возникающие междунаружной поверхностью каркаса и внутренней поверхностью шины

за счет разности длин беговой дорожки каркаса и внутренней поверхности шины не обеспечивает необходимое распределение давления на грунт.

Цель изобретения - повышение проходимости транспортного средства по грунтам с низкой несущей способностью.

Указанная цель достигается тем, что ширина радиальной поверхности диска составляет 0,2 - 0,3 от ширины протекторной части шины. Кроме того, диск установлен на ободе с возможностью вращения

При таком конструктивном решении предлагаемого колеса при-движении по дорогам с твердь м покрытием оно работает, как обычное. При переезде с твердого грунта на рыхло-сыпучий давление в полости шины снижают до величины, обеспечивающей контакт диска с внутренней поверхностью шины. При этом реализуется контактное взаимодействие .диска с внутренней поверх390ностью шины, в итоге на площади пятна контакта иины с рыхло-сыпумим грунтом происходит перераспределение нагрузки, основная часть которой передается на грунт через опорную поверхность диска, сосредотачиваясь в месте его взаимодействия с шиной, т.е„ в центре контактного пятна, б оптимальном варианте, обеспечивающем наибо- лее рациональное взаимодействие колеса с поверхностью движения (рыхлосыпучий грунту, как показали экспериментальные исследования ширина диска, контактирующего с внутренней поверхностью шины, составляет 0,2 - 0,3 от ширины протекторной части шины. На фиг. 1 показано колесо при сниженном давлении, поперечное сечение; на фиг. 2 - схема взаимодействия прямоугольного штампа с грунтом. Выбор данных пределов обосновывается следующим образом.

Значения угла внутреннего трения, приведенные в табл 1, охватывают все сыпучие среды, которые могут являться основой при движении по ним транспорт ного средства. Исходя из приведенных рассуждений, ширина диска, контактирующего с внутренней поверхностью шины, при снижении давления в ней равняется 2а, а ширина внутренней поверхности шины при спущенном давлении - 2а + 2t. Следовательно, отношение ширины внутренней поверхности шины к ширине диска, обозначенное X, равно

i

2а

1 +

X

2а а

Тогда для предельных значений угла внутреннего трения имеем из таблицы: при Ч 20, 1/2а 1 ,0.

Следовательно х 1 -«--- 1 +2 3

а

Т.е. ширина внутренней поверхности шины при спущенном давлении в три раза больше ширины диска или наоборот ширина диска, контактирующего с внутренней поверхностью шины равна о,33 от ширины протекторной части шины. Для другого предельного значения угла проводим аналогичный рас чет.

2Е +

2а

4 36, 1/2а 1,6

При

2 а I

,62 i4,2

Следовательно, ширина внутренней поверхности шины в 4,2 раза больше ширины диска, контактирующего с внутренней поверхностью шины, или ширина диска, контактирующего с внутренней поверхностью шины, равна 0,23 от ширины протекторной части шины. Следовательно, ширина диска, контак4Из механики грунтов известно, при внедрении в сыпучую среду плоского штампа с линейным размером 2а, можно определить линейный размер зоны выпора Е, который зависит от угла внутреннего трения. На схеме взаимодействия прямоугольного штампа с грун том показано; 2а - линейный размер штампа; i - размер зоны возможного выпора; Р давление в центральной части; P-j - давление в периферийной части; S - площадь зоны выпора; S 2. площадь штампа; Н - величина заглубления. В табл. 1 приведены отношения i/.a и S-1 , полученные из экспериментов для грунтов с различным коэффиц teнтoм внутреннего трения. Для прямоугольной формы контактной поверхности отношение площадей зон центральной и периферийной частей равно удвоенному значению Е/2а.

тирующего с внутренней поверхностью шины составляет 0,2 - 0,3 от ширины протекторной части шины, в зависимости от значения угла внутреннего трения, причем этот предел включает в себя все сыпучие грунты, которые могут являться основой при движении по ним транспортного средства.

Если для данного угла отношение ширины диска, контактирующего с внут ранней поверхностью шины к ширине протекторной масти меньше 0,2, то условия, препятствующие выпору, реализуются не полностью, если больше 0,3 то это не приводит к усилению эффекта противодействия выпору изпод центральной области контактной зоны. Подвижность диска относительно обода устраняет возникающие дополнительные деформации, вызванные разностью длин беговой дорожки диска и шины, которые имеет, место при условии жесткой посадки диска на обод.

Суммарное повышение нагрузки на движитель при наличии центральной зоны с повышенным давлением Р2.и площадью S2 и периферийной области с давлением Р и площадью S-f по срав: Следовательно, создание в централ ной части зоны повышенного давления по сравнению с периферийной областью приводит к увеличению КПД транспортного средства на 5 60. В полости шины 1 расположен внутренний диск 2, с эластичным бандажом 3, делящего пространство шины на полость регулируемого давления Ц и полость постоянного давления 5. Шина 1 и диск 2 смонтированы на обод 6, в который встроен автоматический вентиль 7, обеспечивающий регулировку давления в полости. Подвижность диска относительно обода осуществляется путем скользящей посадки диска на обод через металлический элемент 8.

нению с движителем с контактной поверхностью + БЗ, на которой имеется давление Р, определяются отношением

+ (S -н 82 Р

Или иначе можно представить

21Р + 2аРг Ш + aPg Т2а 21)Р. (а - llP

Если выбрать давление в диске равным 1 ,5 атм, а давление в шине после его снижения 0,5 атм, тогда Р ЗР следовательно

i/2a

+ 1/2а

Для различных углов внутреннего трения сыпучих сред, встречающихся в природе, повышения предельного давления представлены в табл 2.

Таблица 2 ycTpov.cTBo работает следующим образом. При движении транспортного средства по трассам с твердым покрытием колесо работает как обычное. При переходе с твердого грунта на рыхлосыпучий посредством вентиля 7 давление в полости снижают до величины, обеспечивающей контакт диска с внутренней поверхностью шины ( фиг. 2 ), например до 0,5 атм. При этом реализуется контактное взаимодействие диска 2 с внутренней поверхностью шины на площади пятна контакта, основная, часть которой передается на грунт через опорную поверхность диска, сосредотачиваясь в месте его взаимо790

действия с шиной, т.е. в центре контактного пятна.

Предлагаемая конструкция шины была опробована в лабораторных условиях путем моделирования. Эксперименты подтвердили отсутствие бокового выпора из-под колеса и увеличение несущей способности грунта за счет создания зоны повышенного давления в центре и снижения давления в периферийной части.

Использование движителей предлагаемой конструкции при перевозках урожая хлопка в условиях Узбекистана по сыпучим пескам, позволит получить экономию вследствие более эффективного использования транспортного средства.

Например, перевозка одной тонны груза на Т км в сельскохозяйственных условиях обходится 0,2 руб.

Сезонный урожай хлопка в Узбекистане ifOOOOOO т, и грузооборот при перевозке этого урожая 2 10 т/км

В денежном выражении затрата на перевозку урожая по дорогам в условиях песчаной местности составит

240 -0,2-0,1 ООООСО руб. Использование транспортных средств оборудованных движителями, КПД котоpi в среднем на 50 выше используемых в настоящее время, позволит сократить затраты по дороге с сухим пес ком ( «f 2Sf.

10798

Экономия за один сезон 4000000 0,5 2000000 руб. Такая экономия получается лишь при перевозке хлопка за один сезон в ус5 ловиях Узбекистана, где только лишь 10 транспортной сети сыпучие пески. Здесь не берется во внимание экономия горючего за счет увеличения проходи мости транспортных средств. Снижение 10 расхода горючего при реализации движителей предлагаемой конструкции порядка 30 - 0%.

Формула изобретения

эластичным бандажам, охваченным шиной с протекторной частью, отличаю щ е е с я тем, что, с целью повышения проходимости по грунтам с низкой несущей способностью, ширина радиальной поверхности диска составляет 0,2 - 0,3 от ширины протекторной части шины.

на ободе с возможностью вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(Put. г