Упругая колесная шина, не являющаяся пневматической
Колесная шина содержит опорные элементы, соединенные между собой при помощи структуры межэлементного объединения с введением упругого шарнирного соединения таким образом, чтобы обеспечить удовлетворительное функционирование системы. В результате повышается стойкость шины. 25 з.п. ф-лы, 7 ил.
Предлагаемое изобретение касается шин, установленных на колеса транспортных средств и сконструированных таким образом, чтобы они были способны нести значительную нагрузку без внутреннего давления накачивания, называемых также шинами, не являющимися пневматическими.
В международной публикации WO 037269 предлагается такая упругая и не являющаяся пневматической колесная шина. В этом документе описана несущая конструкция, содержащая главным образом множество опорных элементов, располагающихся по существу в радиальном направлении в соответствии с циклической симметрией относительно окружности данной шины. В том случае, когда не являющаяся пневматической колесная шина, описанная в упомянутой международной публикации WO 00/37269, находится под нагрузкой, некоторое количество опорных элементов, оказывающихся в зоне контакта этой колесной шины с грунтом, подвергаются значительному изгибу, что позволяет этим элементам развивать усилие восприятия части приложенной нагрузки. При этом структура межэлементного объединения заставляет работать всю совокупность опорных элементов, передавая нагрузку на соседние опорные элементы. Способность этой колесной шины выдерживать определенную нагрузку возникает вследствие напряжения изгиба опорных элементов, находящихся в зоне контакта данной упругой и не являющейся пневматической колесной шины с грунтом, и вследствие напряжения изгиба опорных элементов, находящихся вне зоны контакта этой упругой и не являющейся пневматической шины с грунтом, передаваемого через структуру межэлементного объединения.
И наконец, можно напомнить, что в соответствии с указаниями этой международной публикации WO 00/37269 в зоне контакта с грунтом существует различие изгиба (в радиальном направлении) между смежными опорными элементами. Известно также, что каждый из этих опорных элементов способен выдерживать напряжение кручения и что перед вхождением в зону контакта с грунтом опорные элементы подвергаются определенной дерадиализации или отклонению от строго радиального положения. В процессе качения при нормальной эксплуатации такой не являющейся пневматической колесной шины вхождение опорных элементов в зону контакта с грунтом является немного задержанным, что вызывает постепенное отклонение этих опорных элементов от строго радиального положения. Затем, по мере того как опорные элементы преодолевают эту зону контакта с грунтом, они снова принимают строго радиальное положение, и на выходе из этой зоны контакта опорные элементы снова испытывают определенное отклонение от радиального положения, по существу симметричное их первому отклонению от этого положения по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения данной не являющейся пневматической колесной шины.
Что касается структуры межэлементного объединения, которая способна обеспечить передачу части нагрузки от одних опорных элементов к соседним с ними опорным элементам, известно, что эта структура является достаточно упругой для того, чтобы допустить определенные перемещения опорных элементов друг относительно друга не только в радиальном направлении, но также и в окружном направлении. Различие перемещения опорных элементов в радиальном направлении соответствует различию их напряжения на изгиб. Различие перемещения в окружном направлении соответствует окружному напряжению структуры межэлементного объединения, наглядно проявляющемуся в виде отклонения опорных элементов от строго радиального положения.
Хотя предложенная упругая колесная шина, не являющаяся пневматической, оказывается вполне способной выдерживать значительную нагрузку в нормальной эксплуатации, техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы усовершенствовать предложенную несущую конструкцию таким образом, чтобы придать ей значительно повышенную стойкость при сохранении ее весьма высокой способности к восприятию нагрузки.
В данном изобретении предлагается упругая колесная шина, имеющая в своем составе упругую несущую конструкцию, проходящую в окружном направлении вокруг оси вращения этой шины, и содержащая беговую дорожку качения, располагающуюся на радиальной наружной периферийной части несущей конструкции, и по меньшей мере одну зону крепления, располагающуюся в радиальном направлении со стороны оси вращения этой шины и предназначенную для неподвижной фиксации упомянутой несущей конструкции на диске колеса, причем эта несущая конструкция содержит:
- множество опорных элементов, проходящих по существу в поперечном направлении, первая часть которых располагается напротив по меньшей мере части беговой дорожки качения и другая часть которых располагается за пределами этой беговой дорожки качения, причем опорные элементы примыкают друг к другу в окружном направлении и все они распределены вдоль окружности,
- структуру межэлементного объединения, обеспечивающую объединение опорных элементов в окружном направлении,
причем колесная шина содержит множество упругих шарнирных соединений, каждое из которых расположено, по меньшей мере частично, между структурой межэлементного объединения и первой частью каждого опорного элемента.
Предпочтительно, чтобы структура межэлементного объединения была сформирована в радиальном направлении между опорными элементами и беговой дорожкой качения. Предпочтительно, чтобы эти опорные элементы являлись непрерывными от одной точки закрепления на ободе до другой точки закрепления, проходя при этом против беговой дорожки качения. Также предпочтительно, чтобы структура межэлементного объединения была выполнена непрерывной в окружном направлении, и благоприятно, чтобы эта структура была усилена, например, при помощи тросиков, или нитей, или лент, как об этом более подробно будет сказано в последующем изложении.
В данном изобретении предлагается реализовать упругие шарнирные соединения, независимые друг от друга и отделенные друг от друга в окружном направлении, причем каждое такое шарнирное соединение закреплено с одной стороны на опорном элементе, а с другой стороны на структуре межэлементного объединения, для того, чтобы обеспечить передачу усилий между опорными элементами и структурой межэлементного объединения. Благоприятное функционирование колесной шины в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет обеспечить удовлетворительное функционирование несущей конструкции в целом, разъединяя разумным образом ее конструктивные элементы, и обеспечивает превосходную стойкость в сочетании с весьма высокими эксплуатационными характеристиками.
Предлагаемое изобретение будет лучше понято из приведенного ниже подробного описания варианта его осуществления, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, где:
- фиг.1 представляет собой частичный схематический вид в изометрии не являющейся пневматической колесной шины с изображением внутреннего устройства, позволяющим видеть внутренние элементы этой колесной шины;
- фиг.2 представляет собой увеличенный схематический вид зоны, помеченной буквой А на фиг.1;
- фиг.3 представляет собой частичный схематический вид не являющейся пневматической колесной шины в разрезе по плоскости, перпендикулярной к оси вращения этой шины и проходящей через линию В, показанную на фиг.1;
- фиг.4-6 схематически иллюстрируют деформацию упругих шарнирных соединений в том случае, когда они проходят через зону контакта данной колесной шины с грунтом;
- фиг.7 схематически иллюстрирует вариант осуществления упругих шарнирных соединений.
На фиг.1 схематически проиллюстрирован вариант осуществления, в соответствии с которым профиль колесной шины, не являющейся пневматической, ограничивает тороидальную внутреннюю полость, имеющую поперечное сечение яйцевидной формы. Эта не являющаяся пневматической колесная шина 1 содержит две отделяемые друг от друга в осевом направлении зоны крепления 11, две боковины 12 и беговую дорожку качения 13. Эта беговая дорожка качения 13 содержит несколько параллельных элементов жесткости, однако этот аспект, разумеется, не носит никакого ограничительного характера. Боковины 12 выполнены закругленными и занимают преобладающую часть радиальной высоты данной колесной шины 1. Несущая конструкция этой колесной шины 1 содержит опорные элементы 2. Эти опорные элементы 2 примыкают друг к другу в окружном направлении и каждый из них проходит по существу в радиальном направлении от одной зоны крепления 11 до другой. Как это можно видеть на фиг.2, опорные элементы 2 содержат пакет уложенных друг на друга упругих пластин 21, изготовленных из композитного материала, с введением между этими пластинами 21 слоя эластомерного материала 22. Пакет склеенных таким образом между собой пластин образует силовой элемент типа фермы, способный воспринимать изгибающие напряжения. Однако этот аспект пластинчатой структуры также не является ограничительным.
Несущая конструкция также содержит структуру объединения 3 между опорными элементами 2, предпочтительно сформированную в радиальном направлении между беговой дорожкой качения и этими опорными элементами 2. Эта структура межэлементного объединения 3 способна распределять радиальную нагрузку в окружном направлении между несколькими опорными элементами, допуская при этом различия в перемещении между смежными опорными элементами. Для этого структура межэлементного объединения 3 предпочтительно содержит подкрепляющий элемент, ориентированный, по существу, в окружном направлении, например моноволоконный подкрепляющий элемент, залитый в изготовленную из эластомера матрицу 31 и намотанный в нескольких местах так, чтобы опоясать совокупность опорных элементов 2 напротив беговой дорожки качения, которая сама, в свою очередь, предпочтительно изготовлена из каучука. В этом случае витки моноволоконного подкрепляющего элемента 30 специфическим образом размещены в радиальном направлении поверх слоя 32, изготовленного из эластомерного материала. Этот моноволоконный подкрепляющий элемент 30 намотан, по существу, в окружном направлении, то есть под углом, близким к 0°, по отношению к плоскости, перпендикулярной оси вращения этой колесной шины. В данном случае речь может идти о намотке моноволоконного подкрепляющего элемента 30 с выполнением требуемого числа оборотов или, что является эквивалентным, речь может идти о требуемом количестве моноволоконных колец. Здесь следует отметить, что в качестве варианта моноволоконного подкрепляющего элемента 30 можно использовать многочисленные типы кордных нитей из тех, которые обычно используются в качестве подкрепляющих элементов нулевого градуса, располагающихся внутри беговой дорожки протектора обычных пневматических колесных шин. Можно также использовать подкрепляющий элемент, имеющий вид пластины или ленты, изготовленной, например, из усиленного композитного материала, что является даже более предпочтительным, чем использование моноволоконного подкрепляющего элемента. И еще, такая пластина или лента может быть намотана с требуемым количеством витков или может быть применена в форме колец, используемых в требуемом количестве.
В том, что касается других подробностей, относящихся к конструкции таких опорных элементов и такой структуры межэлементного объединения, дополнительную информацию можно получить из уже упомянутой публикации WO 00/37269, описание которой приведено здесь для справки.
Просто следует напомнить, что композитный материал, используемый для изготовления пластин 21 и моноволоконного подкрепляющего элемента 30, имеет в своем составе подкрепляющие волокна, залитые в изготовленную из смолы матрицу. Предпочтительно используют матрицу, изготовленную из термоотверждаемой смолы, однако в некоторых случаях применения, отличающихся уменьшенными эксплуатационными нагрузками, может оказаться пригодной для использования и термопластическая смола. Волокна в большинстве своем предпочтительно располагают в продольном направлении в каждой пластине и в каждом моноволоконном подкрепляющем элементе. В данном случае используют, например, стекловолокно. Разумеется, однако, что можно использовать и многие другие волокна, такие, например, как углеродные волокна. Можно также использовать гибридные волокна, представляющие собой сочетание волокон различной природы.
В частности, можно использовать моноволоконные подкрепляющие элементы типа тех, которые описаны в ЕР 1167080. В этом патенте предлагается длинномерный композитный элемент, имеющий очень большую длину по сравнению с его поперечным сечением и содержащий по существу симметричные технические волокна, причем эти волокна имеют большую длину и они пропитаны термоотвержденной смолой, имеющей исходный модуль расширения, достигающий по меньшей мере 2,3 ГПа, в которой по существу все волокна располагаются параллельно друг другу, и содержание этих волокон имеет величину в диапазоне от 30% до 80% от общей массы данного длинномерного композитного элемента, и плотность этого длинномерного композитного элемента составляет менее 2,2, причем длинномерный композитный элемент имеет при деформации изгиба напряжение разрушения при сжатии, превышающее напряжение разрушения при растяжении, и этот длинномерный композитный элемент имеет упругую деформацию при сжатии, составляющую по меньшей мере 2%. Упомянутые выше и по существу симметричные технические волокна представляют собой, например, стекловолокно.
На приведенных в приложении фигурах можно видеть, что опорные элементы 2 и структура межэлементного объединения 3 связаны между собой при помощи упругих шарнирных соединений 4. Поверх каждого опорного элемента 2 в радиальном направлении располагается такое упругое шарнирное соединение 4, которое обеспечивает механическую связь между этими опорными элементами 2 и структурой межэлементного объединения 3, причем усилия, передаваемые от одних опорных элементов к другим, проходят через упругие шарнирные соединения 4. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления предлагаемого изобретения упомянутые опорные элементы 2 являются сплошными в осевом направлении как напротив беговой дорожки качения, так и за ее пределами, вплоть до зон крепления 11. На приведенных в приложении фигурах можно видеть, что каждый опорный элемент 2 содержит среднюю часть 25, по существу соответствующую ширине структуры межэлементного объединения 3. Именно таким образом в рассматриваемом здесь примере, который не является ограничительным и иллюстрирует предлагаемое изобретение, реализована упомянутая первая часть (то есть первая часть каждого опорного элемента), располагающаяся по меньшей мере напротив части беговой дорожки качения. Структура межэлементного объединения 3 занимает по существу всю ширину беговой дорожки качения 13. Каждое упругое шарнирное соединение 4 позволяет связать среднюю часть 25 опорных элементов 2 со структурой межэлементного объединения 3. Здесь также можно видеть, что каждый опорный элемент 2 содержит, с каждой стороны этой колесной шины, боковую часть 26, проходящую в боковине 12 и доходящую до зоны крепления 11. Именно таким образом в рассматриваемом здесь варианте осуществления изобретения, который не является ограничительным и иллюстрирует предлагаемое изобретение, реализована упомянутая другая часть (то есть другая часть каждого опорного элемента), располагающаяся за пределами беговой дорожки качения, то есть там, где опорные элементы изгибаются в том случае, когда данная колесная шина находится под нагрузкой.
Эластичное шарнирное соединение 4, предложенное в данном изобретении, может найти достойное применение и в других вариантах осуществления колесных шин, не являющихся пневматическими, несущая конструкция которых содержит опорные элементы, изгиб которых под нагрузкой обеспечивает в основном, или же вообще целиком, способность этой колесной шины выдерживать нагрузку, а также структуру взаимного объединения между опорными элементами.
Теперь будет рассмотрена та часть не являющейся пневматической колесной шины, которая схематически проиллюстрирована на фиг.2. На этой фиг.2 в увеличенном масштабе можно видеть три упругих шарнирных соединения 4, располагающихся между опорными элементами 2 и структурой межэлементного объединения 3. Каждое такое упругое шарнирное соединение 4 представляет подошву 42, связанную с опорным элементом 2, и головную часть 43, связанную со структурой межэлементного объединения 3. Между подошвой 42 и головной частью 43 каждое упругое шарнирное соединение 4 представляет свободные поперечные поверхности 41, то есть поверхности, не находящиеся в непосредственном контакте с каким-либо другим элементом шины 1. Таким образом, деформация этих поперечных поверхностей (об этом более подробно будет сказано в приведенном ниже описании функционирования данной колесной шины) не будет встречать противодействия со стороны других элементов, которые будут располагаться напротив них.
Каждое упругое шарнирное соединение 4 предпочтительно изготовлено из эластомерного материала. При этом предпочтение отдают использованию эластомерного материала с небольшим гистерезисом. В качестве примера следует отметить использование поддающихся вулканизации в присутствии серы каучуковых смесей типа тех, которые при использовании для изготовления боковин обычных пневматических колесных шин дают хорошие результаты. Такие каучуковые смеси имеют достаточно малый гистерезис и обладают вполне удовлетворительной устойчивостью к разрывам, что позволяет упругим шарнирным соединениям нормально функционировать в том случае, когда они выполняют свою функцию передачи усилий между опорными элементами 2 и структурой межэлементного объединения, воспринимая значительные и повторяющиеся деформации. Другим материалом, обеспечивающим в данном случае превосходные результаты, является полиуретан.
На фиг.3 можно видеть, что каждый из опорных элементов 2 имеет ширину L в окружном направлении и высоту Н в радиальном направлении. Здесь также можно видеть, что расстояние в окружном направлении между двумя смежными дугами имеет длину ℓ. Что касается упругих шарнирных соединений 4, то они представляют радиальную высоту h и окружную ширину s. В рассматриваемом здесь варианте осуществления предлагаемого изобретения уже было показано, что каждое упругое шарнирное соединение 4 является сплошным по существу на всей ширине w беговой дорожки качения 13 (см. фиг.1). Здесь также можно видеть, что каждое упругое шарнирное соединение 4 представляет поперечные поверхности 41 по существу вогнутой формы таким образом, что ширина этого упругого шарнирного соединения 4 в центре его радиальной толщины, называемая шириной 1с, является несколько меньшей, чем ширина L подошвы 42. Таким образом, на протяжении радиальной толщины каждого упругого шарнирного соединения существует некоторое промежуточное положение в пространстве между подошвой и головной частью, в котором ширина данного упругого шарнирного соединения имеет меньшую величину, чем величина максимальной ширины этого упругого шарнирного соединения в непосредственной близости от каждой подошвы или головной части каждого упругого шарнирного соединения, и предпочтительно эта уменьшенная ширина составляет менее 90% от упомянутой максимальной ширины L, взятой в рассматриваемом здесь варианте осуществления в зоне соединения подошвы 42 упругого шарнирного соединения 4 с опорным элементом 2.
В качестве иллюстрации можно отметить, что приведенные ниже величины размерных параметров дают несколько опорных точек, которые оказываются способными обеспечить вполне удовлетворительное функционирование предложенной конструкции упругой колесной шины, не являющейся пневматической:
- максимальная ширина упругого шарнирного соединения 4 по существу равна ширине L опорного элемента 2;
- осевая длина упругого шарнирного соединения 4 по существу равна ширине w беговой дорожки качения 13;
- высота h упругого шарнирного соединения 4 имеет величину, меньшую, чем высота Н опорного элемента 2;
- высота h упругого шарнирного соединения 4 имеет величину, превышающую половину высоты Н опорного элемента 2;
- ширина 1с в центре упругого шарнирного соединения 4 составляет примерно 80% от ширины L этого упругого шарнирного соединения 4.
На фиг.7 можно видеть несколько участков 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v, располагающихся рядом друг с другом в поперечном направлении, причем между этими участками имеется небольшое свободное пространство. Вследствие этого суммарная длина этих участков 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v оказывается меньше ширины w структуры межэлементного объединения 3. В совокупности эти участки 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v образуют один из вариантов осуществлений упругого шарнирного соединения, связывающего опорный элемент 2 со структурой межэлементного объединения 3. Другой возможный вариант осуществления изобретения, пригодный как для того случая, когда упругое шарнирное соединение является сплошным в поперечном направлении, так и для случая, когда это упругое шарнирное соединение образовано множеством отдельных участков 4i, 4ii, 4iii, 4iv, 4v, состоит в том, что поперечное сечение этого упругого шарнирного соединения по плоскости, перпендикулярной к оси вращения данной колесной шины, будет переменным при перемещении этой плоскости поперечного сечения в осевом направлении.
Разумеется, ширина L опорных элементов 2 находится в определенной зависимости, в частности, от соображений однородности (чем большей будет эта однородность, тем большей будет однородность данной не являющейся пневматической колесной шины) и от удобства изготовления (чем большей будет эта однородность, тем меньшей будет жесткость при кручении относительно оси вращения данной колесной шины). В качестве иллюстрации могут быть даны несколько приведенных ниже опорных точек:
- высота Н опорного элемента 2 имеет тот же порядок величины, что и его ширина L;
- ширина L опорных элементов 2 обычно может изменяться в диапазоне от 5 мм до 15 мм для упругой и не являющейся пневматической колесной шины, имеющей размерные параметры, рассчитанные для номинальной нагрузки, составляющей примерно 500 кг, или, говоря другими словами, для каждой доли этой нагрузки, имеющей величину 500 кг;
- расстояние s между двумя смежными опорными элементами, измеренное в части, представленной на фиг.3, обычно изменяется коррелятивным образом в диапазоне от 4 мм до 8 мм.
Теперь следует вернуться к рассмотрению зон крепления 11, которые можно видеть на фиг.1. В данном случае выражение "зона крепления" используется для обозначения в целом той части данной не являющейся пневматической колесной шины, которая предназначена для взаимодействия с жесткой механической деталью, соединенной со ступицей колеса. Предпочтительно эта зона крепления жестко закреплена на упомянутой выше механической детали. В том, что касается других подробностей, относящихся к зоне крепления, к связи этой не являющейся пневматической колесной шины со ступицей колеса, касающейся, например, возможности использовать одну единственную моноблочную зону крепления, к выгоде модификации ширины зоны опоры внутренней в радиальном направлении поверхности колесной шины на жесткую механическую деталь, то можно обратиться к упомянутой выше международной публикации WO 00/37269. Среди прочего следует подчеркнуть, что, как об этом подробно сказано в упомянутом патентном документе, зона крепления к тому же может быть единой и моноблочной, причем радиальное сечение колесной шины является замкнутым, и выбор того или иного расположения в любом случае не является специфическим для предлагаемого изобретения. В том, что касается, например, монтажа отделяемых друг от друга в осевом направлении зон крепления 11, на фиг.8 и 9 патентного документа WO 00/37269 можно видеть тип очень узкого обода, образованного двумя внутренними обечайками 380 и 381 и вставкой 321, часть которой образует наружную обечайку, что позволяет защемить каждую из зон крепления для обеспечения закрепления внутренней в радиальном направлении части несущей конструкции.
Теперь более подробно будет рассмотрено функционирование данной упругой и не являющейся пневматической колесной шины в процессе ее качения под нагрузкой.
Прежде всего, следует напомнить, что упругая и не являющаяся пневматической колесная шина, иллюстрирующая предлагаемое изобретение, содержит пластинчатые элементы, располагающиеся по существу в радиальном направлении. По образу того, что известно о функционировании обычной радиальной пневматической колесной шины, следует отметить, что упомянутые пластинчатые элементы подвергаются несколько меньшей "дерадиализации" или отклонению от строго радиального положения в процессе прохождения через зону контакта этой шины с грунтом, что, кроме изгиба, заставляет их также подвергаться кручению. Здесь термин "дерадиализация" означает то обстоятельство, что подкрепляющие элементы, которые в нормальном состоянии ориентированы в радиальном направлении в боковинах (таковыми являются нити каркаса для обычной радиальной пневматической колесной шины и опорные элементы для вариантов осуществления не являющейся пневматической колесной шины, описанных здесь), немного отклоняются от этой радиальной ориентации, причем максимум этого отклонения наблюдается для подкрепляющих элементов, располагающихся напротив входа в зону контакта данной колесной шины с грунтом и напротив выхода из этой зоны контакта. Следует отметить, что эта дерадиализация возможна в результате свойственной для опорных элементов способности приспосабливаться к другим деформациям, отличным от простого изгиба этих опорных элементов в радиальной плоскости.
Несущая конструкция в результате своей деформации допускает определенное сплющивание зоны беговой дорожки качения в результате контакта с грунтом таким образом, что отпечаток нагруженной колесной шины на грунте представляет определенную площадь, так же, как это имеет место в процессе хорошо известного функционирования обычных накачанных пневматических колесных шин.
Здесь следует напомнить, что внутренняя в радиальном направлении часть несущей конструкции, ближайшая к оси вращения данной колесной шины, вносит значительный вклад в изгиб под нагрузкой, то есть в уровень комфорта, обеспечиваемый данной колесной шиной. Отсюда следует, что упомянутая зона или зоны крепления предпочтительно будут локализованы на участке, соответствующем не более 50% от расстояния, разделяющего в осевом направлении боковые границы данной колесной шины. Упомянутая внутренняя в радиальном направлении часть упругой несущей конструкции оказывается, таким образом, достаточно выраженной консольной частью за пределами упомянутой зоны или зон крепления. Благоприятное техническое решение состоит в том, чтобы опорные элементы были сразу за зоной крепления ориентированы вдоль направления, по существу параллельного оси вращения данной колесной шины. Именно это продемонстрировано в описанном здесь варианте осуществления изобретения. И наконец, следует отметить, что поскольку описанная в данном случае колесная шина является симметричной, упомянутая выше зона крепления оказывается по существу центрированной между осевыми границами этой колесной шины, что, однако, не является ограничительной характеристикой. Можно, разумеется, принять и асимметричную конструкцию, в частности, в том, что касается локализации зоны крепления.
На фиг.4-6 схематически представлены виды части упругой и не являющейся пневматической колесной шины, соответствующей зоне контакта с грунтом, в процессе функционирования этой колесной шины под номинальной нагрузкой, демонстрирующие деформации упругих шарнирных соединений 4, возникающие вследствие деформации опорных элементов 2 и структуры межэлементного объединения 3. В направлении вращения этой колесной шины можно видеть деформацию упругих шарнирных соединений на входе в зону контакта этой колесной шины с грунтом (см. фиг.4), наблюдая упругое шарнирное соединение 4А. Также можно видеть деформацию упругих шарнирных соединений в центре зоны контакта (см. фиг.5) там, где радиальный изгиб опорных элементов 2 является максимальным, наблюдая упругое шарнирное соединение 4В. И наконец, можно видеть на выходе из зоны контакта (см. фиг.6) деформацию упругого шарнирного соединения 4С, симметричную деформации упругого шарнирного соединения 4А.
На приведенных в приложении фигурах можно видеть, что опорные элементы 2 не только подвергаются изгибу, но также и качаются по отношению к средней ориентации структуры межэлементного объединения 3. Наличие упругих шарнирных соединений 4 позволяет реализовать связь опорных элементов 2 со структурой межэлементного объединения 3, что обеспечивает передачу эксплуатационных механических напряжений, допуская при этом достаточные перемещения, в частности кручение опорных элементов, для того, чтобы придать несущей конструкции в целом очень высокую стойкость. Опорные элементы 2 оказываются, таким образом, связанными со структурой межэлементного объединения 3 при помощи своего рода упругого шарнирного соединения, по типу того, как рычаги подвески связаны с кузовом автомобиля чаще всего при помощи упругих каучуковых шарнирных соединений.
Существование толкающего момента или тормозящего момента, а также наличие угла развала или угла схождения колес накладывает, разумеется, и другие деформации на те деформации, которые были описаны выше.
Здесь следует подчеркнуть, что если говорить об описанной выше несущей конструкции, не исключается, что данная упругая колесная шина содержит наружную оболочку 120, которая придает этой колесной шине однородный внешний вид, как это можно видеть в правой части фиг.1. Эта оболочка 120 покрывает снаружи совокупность опорных элементов 2. Можно также иметь в составе этой колесной шины материал, располагающийся между опорными элементами 2 и заполняющий, частично или полностью, пространство между двумя смежными опорными элементами. Другое преимущество этой оболочки состоит в создании герметичности, которую она обеспечивает для внутренней полости, ограниченной несущей конструкцией, исключая таким образом засорение этой внутренней полости в результате проникновения в нее камешков, воды и грязи, что может нарушить нормальное функционирование данной колесной шины и даже вызвать ее повреждение. Однако такая оболочка не предназначена для выполнения функций передачи усилий ни между самими опорными элементами, ни между этими опорными элементами и структурой межэлементного объединения.
Здесь также следует подчеркнуть, что может оказаться предпочтительным, по соображениям экономии используемого материала, чтобы данная колесная шина не содержала оболочки, облицовывающей опорные элементы 2 в области боковин этой колесной шины, то есть чтобы опорные элементы 2 оставались без покрытия по меньшей мере в боковинах, причем в этом случае боковина окончательно изготовленной колесной шины имеет вид, показанный в левой части фиг.1. Таким образом, эта часть фиг.1 может быть репрезентативной и для реального внешнего вида боковины, а не только вида данной колесной шины в разборе. Аналогичным образом беговая дорожка качения может оставлять видимыми области сообщения с внутренней полостью данной колесной шины, то есть может не быть герметичной.
В другом конструктивном варианте осуществления изобретения (не показанном на приведенных в приложении фигурах) можно установить структуру межэлементного объединения изнутри в радиальном направлении от опорных элементов, по меньшей мере частично, с введением упругих шарнирных соединений и размещать подвергающуюся износу часть колесной шины (то есть беговую дорожку качения), непрерывно или с разрывами в окружном направлении, снаружи от опорных элементов 2 в радиальном направлении.
Предложенная структура упругой колесной шины позволяет создавать колесные шины, предназначенные для функционирования без давления накачивания (то есть колесные шины, не являющиеся пневматическими). Здесь следует отметить, и это весьма важное замечание, что нет никаких препятствий для того, чтобы создать в колесной шине предложенной конструкции определенное давление воздуха. Для этого, разумеется, достаточно сделать так, чтобы данная колесная шина была герметичной по отношению к воздуху (наличие оболочки 120 и беговой дорожки качения без отверстий) или чтобы эта колесная шина была снабжена воздушной камерой. При этом можно откорректировать эксплуатационные характеристики данной колесной шины, в частности ее упругость, создавая некоторое давление р в ее внутренней полости. Проводя аналогию с обычной накачиваемой пневматической колесной шиной, создание упомянутого выше давления р для колесной шины в соответствии с предлагаемым изобретением сопоставимо с измерением давления Δр относительно номинального давления Р, на которое рассчитана упомянутая выше пневматическая колесная шина, которую накачивают воздухом. Таким образом и для ясности, в том случае, когда в соответствии с ее назначением используют обычную пневматическую колесную шину при уровнях давления, которые изменяются от значения Р до значения Р + Δр, можно использовать колесную шину в соответствии с предлагаемым изобретением в соответствии с ее назначением при "уровнях" давления в диапазоне от 0 (то есть при отсутствии давления) до Δр.
Подводя итог, главным образом можно отметить, что опорные элементы 2 несут нагрузку и эти опорные элементы не работают полностью изолированным друг от друга образом, но связаны между собой при помощи структуры межэлементного объединения 3 с использованием упругих шарнирных соединений 4 таким образом, чтобы обеспечить удовлетворительное функционирование системы, исключая слишком интенсивные сдвиги, и таким образом, чтобы обеспечить удовлетворительную однородность, то есть относительное постоянство свойств при любом окружном положении данной колесной шины по отношению к грунту.
1. Упругая колесная шина, имеющая упругую несущую конструкцию, проходящую в окружном направлении вокруг оси вращения этой шины, беговую дорожку качения, располагающуюся на наружной в радиальном направлении периферийной части несущей конструкции, и по меньшей мере одну зону крепления, расположенную в радиальном направлении со стороны оси вращения колесной шины и предназначенную для неподвижной фиксации несущей конструкции на диске колеса, причем несущая конструкция содержит множество опорных элементов, проходящих по существу в поперечном направлении, первая часть которых расположена напротив по меньшей мере части беговой дорожки качения, и другая часть которых расположена за пределами беговой дорожки качения, причем опорные элементы примыкают друг к другу в окружном направлении и распределены вдоль окружности, структуру межэлементного объединения, обеспечивающую объединение опорных элементов в окружном направлении, отличающаяся тем, что шина содержит множество упругих шарнирных соединений, каждое из которых расположено, по меньшей мере частично, между структурой межэлементного объединения и первой частью каждого опорного элемента.
2. Шина по п.1, отличающаяся тем, что структура межэлементного объединения сформирована в радиальном направлении между опорными элементами и беговой дорожкой качения.
3. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение изготовлено из эластомерного материала.
4. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение изготовлено из каучуковой смеси, поддающейся вулканизации в присутствии серы.
5. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение изготовлено из полиуретана.
6. Шина по п.1, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение содержит несколько участков, примыкающих друг к другу в поперечном направлении.
7. Шина по п.1, отличающаяся тем, что она является не пневматической, причем ширина L опорных элементов имеет величину в диапазоне от 5 мм до 15 мм, при этом размерные параметры шины рассчитаны для номинальной нагрузки, составляющей примерно 500 кг.
8. Шина по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что опорные элементы являются сплошными в осевом направлении против беговой дорожки качения.
9. Шина по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что опорные элементы представляют собой пакет пластин, изготовленных из композитного материала, с введением между этими пластинами слоя эластомерного материала.
10. Шина по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что она содержит две зоны крепления, отделенные друг от друга в осевом направлении.
11. Шина по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что каждый опорный элемент является сплошным на протяжении от одной зоны крепления до другой.
12. Шина по п.9, отличающаяся тем, что пластины образованы матрицей, изготовленной из термоотверждаемой смолы или термопластической смолы и усиленной волокнами, располагающимися в своей преобладающей части в продольном направлении в каждой пластине.
13. Шина по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что опорные элементы не содержат покрытия в боковинах.
14. Шина по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что опорные элементы расположены по существу в радиальном направлении.
15. Шина по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что структура межэлементного объединения является сплошной в окружном направлении.
16. Шина по любому из пп.1-15, отличающаяся тем, что структура межэлементного объединения является усиленной.
17. Шина по п.16, отличающаяся тем, что структура межэлементного объединения содержит подкрепляющий элемент, ориентированный по существу в окружном направлении.
18. Шина по любому из пп.1-17, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение является сплошным по существу на всей ширине "w" беговой дорожки качения.
19. Шина по любому из пп.1-18, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение представляет собой подошву, связанную с одним опорным элементом, и головную часть, связанную со структурой межэлементного объединения, причем между подошвой и головной частью каждое упругое шарнирное соединение представляет собой свободные боковые поверхности.
20. Шина по п.19, отличающаяся тем, что на протяжении радиальной толщины каждого упругого шарнирного соединения, расположенных между подошвой и головной частью, существует промежуточное положение, в котором ширина упругого шарнирного соединения является меньшей, чем максимальная ширина упругого шарнирного соединения в непосредственной близости от каждой подошвы или каждой головной части каждого упругого шарнирного соединения.
21. Шина по п.20, отличающаяся тем, что каждое упругое шарнирное соединение представляет собой поперечные поверхности по существу вогнутой формы таким образом, что ширина упругого шарнирного соединения в центре его радиальной толщины, называемая шириной 1 с, имеет величину меньше ширины L подошвы.
22. Шина по п.20, отличающаяся тем, что ширина в промежуточном положении составляет менее 90% от максимальной ширины L упругого шарнирного соединения.
23. Шина по п.21, отличающаяся тем, что ширина 1 с в центре упругого шарнирного соединения составляет по существу 80% от ширины L упругого шарнирного соединения.
24. Шина по любому из пп.1-23, отличающаяся тем, что максимальная ширина упругого шарнирного соединения по существу равна ширине L опорного элемента.
25. Шина по любому из пп.1-24, отличающаяся тем, что высота h упругого шарнирного соединения имеет величину, меньшую, чем высота Н опорного элемента.
26. Шина по любому из пп.1-25, отличающаяся тем, что высота h упругого шарнирного соединения имеет величину, превышающую половину высоты Н опорного элемента.
