Колесо транспортного средства
Изобретение предназначено для использования в условиях бездорожья по мягким и твердым поверхностям. Колесо содержит диск и обод, объединенные в основание, пневматическую камеру с потайным вентилем, установленную на ободе, и протекторный бандаж, закрепленный на ободе. Обод выполнен в виде двух колец трубчатого сечения, соединенных между собой спицами. Пневматическая камера установлена на ободе с возможностью удержания при высоком давлении и полном объеме камеры и смещения при пониженном давлении, которое обусловлено разностью материалов обода, пневматической камеры и протекторного бандажа, а также зазорами между пневматической камерой и протекторным бандажом в нижней части колеса при низком давлении и при неполном объеме камеры. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности работы колеса транспортного средства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к транспортной технике, в частности к колесам транспортных средств, и может быть использовано для перемещения в условиях бездорожья: по грязи, снегу, песчаной или болотистой местности.
Известно колесо низкого давления (см. патент RU №2292268, опубл. 27.01.2007 г.), содержащее ступицу, спицы и ободья, ложементы, камеру, шину и грунтозацепы, выполненные в виде замкнутых колец, установленных по наружной поверхности шины, и камеры поверх ободьев, и концы их закреплены между собой.
Недостатком такого колеса является то, что замкнутые кольца грунтозацепов, не закрепленные на ободах, при боковых нагрузках вызывают вращение в поперечном контуре колеса и своим вращением смещают шины, расположенные по внешнему контуру камеры, что приводит к ее разрыву. Оригинальное решение крепления грунтозацепов ограничивает эксплуатацию колеса в труднодоступной, непроходимой местности, а при эксплуатации на твердых грунтах грунтозацепы подлежат быстрому износу, болты крепления ржавеют, затрудняя замену. Таким образом, колесо может эксплуатироваться только в определенных условиях и в определенном режиме, что снижает его эксплуатационные возможности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является колесо транспортного средства (см. патент RU №2093367, опубл. 20.10.97 г.), включающее диск и обод, объединенные в основание, пневматическую камеру с потайным вентилем и протекторный бандаж, закрепленный на основании, причем пневматическая камера установлена на ободе с возможностью проворота, обеспечиваемого посредством выполнения кольцевого зазора между посадочными поверхностями пневматической камеры и обода, при этом радиус окружности поперечного сечения обода выполнен меньшим половины диаметра окружности поперечного сечения пневматической камеры.
Как показали исследования, разработка и испытания вышеуказанного колеса его недостатком является низкая надежность контакта колеса с поверхностью грунта, обусловленная тем, что кольцевой зазор между посадочными поверхностями камеры и обода (точнее между поверхностью пневматической камеры и спицами обода) отсутствует, а провороту пневматической камеры относительно обода и протекторного бандажа способствуют в нижней части колеса боковые зазоры между пневматической камерой и протекторным бандажом. Это снижает надежность крепления камеры на ободе колеса транспортного средства во время движения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и повышение эксплуатационной надежности работы колеса транспортного средства.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем диск и обод, объединенные в основание, пневматическую камеру с потайным вентилем, установленную на ободе, и протекторный бандаж, закрепленный также на ободе, обод выполнен в виде двух колец трубчатого сечения, соединенных между собой спицами, пневматическая камера установлена на ободе с возможностью удержания при высоком давлении и полном объеме камеры и смещения, которое обусловлено при пониженном давлении и полном объеме камеры разностью материалов обода, пневматической камеры и протекторного бандажа, а также зазорами между пневматической камерой и протекторным бандажом в нижней части колеса при низком давлении и при неполном объеме камеры.
Величина удержания и смещения определяется следующим соотношением:
где Pz - нормальная нагрузка;
Мк - крутящий момент;
m1 - площадь контакта камеры и диска;
m2 - площадь контакта камеры и поверхностного бандажа;
m3 - площадь контакта камеры и опорной поверхности;
F1 - сила трения m1;
F2 - сила трения m2;
F3 - сила трения m3.
Между пневматической камерой и протекторным бандажом может быть установлен по меньшей мере один цельный кольцевой сменный промежуточный бандаж, края которого прижаты кольцами и частично спицами обода к пневматической камере.
Протекторный бандаж закреплен на ободе с помощью хомутов и зажимов, что облегчает его замену.
Выполнение обода в виде двух колец трубчатого сечения, соединенных между собой спицами, обеспечивает удержание пневматической камеры в продольном и в поперечном направлениях, чем достигается устойчивая работа пневматической камеры на ободе.
Для лучшего удержания пневматической камеры на ободе в поперечном и продольном направлениях к ободу крепится протекторный бандаж с продольными и поперечными ремнями (продольные ремни на чертежах условно не показаны). Концы поперечных ремней крепятся на ободе двумя хомутами, один из которых делается по профилю ремня и крепится на кольце обода, и удерживает ремень в одном положении, не зажимая и не давая двигаться ремню в продольном направлении. Другой хомут зажимает ремень на спице и не дает ему двигаться в поперечном направлении. Такое крепление не дает излома, не рвет ремень и облегчает его замену.
Поперечные ремни и спицы обода составляют одну окружность по поперечному сечению пневматической камеры.
Цельный кольцевой сменный промежуточный бандаж, края которого прижаты кольцами и частично спицами обода к пневматической камере, установлен между пневматической камерой и протекторным бандажом, что способствует защите пневматической камеры от контакта с протекторным бандажом и от контакта с опорной поверхностью и защищает ее от износа, а также от воздействия внешней среды (мороза, солнца, солей и вредных примесей). Это способствует удержанию повышенного давления и позволяет выдерживать большую нагрузку.
Возможность удержания пневматической камеры обеспечивается высоким давлением при полном объеме камеры, а смещение обусловлено при пониженном давлении и полном объеме камеры разностью материалов обода, пневматической камеры и протекторного бандажа, а также зазорами между пневматической камерой и протекторным бандажом в нижней части колеса при низком давлении и неполном объеме камеры при отношении
где Pz - нормальная нагрузка;
Мк - крутящий момент;
m1 - площадь контакта камеры и диска;
m2 - площадь контакта камеры и протекторного бандажа;
m3 - площадь контакта камеры и опорной поверхности;
F1 - сила трения m1;
F2 - сила трения m2;
F3 - сила трения m3.
При высоком давлении и полном объеме камеры пневматическая камера в нижней части колеса на площади m3 контакт с опорной поверхностью имеет самую малую продольную и поперечную радиальную деформацию, и при отношении сил трения
, где F1+F2>F3
камера удерживается на ободе протекторным бандажом.
При пониженном давлении и полном объеме камеры из-за разности материалов обода, протекторного бандажа и пневматической камеры пневматическая камера в нижней части колеса увеличивает площадь m3 контакта с опорной поверхностью и также увеличивает продольную и поперечную радиальную деформацию и при отношении сил трения
, где F1+F2=F3
пневматическая камера смещается относительно обода и протекторного бандажа против вращения колеса.
При низком давлении и неполном объеме камеры в нижней части колеса на большей площади m3 контакта с опорной поверхностью при разности структур материалов обода, протекторного бандажа и пневматической камеры при наличии зазоров между пневматической камерой и протекторным бандажом при сверхнизком давлении пневматическая камера имеет самую большую площадь m3, а также продольную и поперечную радиальную деформацию и при отношении сил трения
, где F1+F2<F3
пневматическая камера смещается относительно обода и протекторного бандажа против вращения колеса.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид колеса транспортного средства при высоком давлении и полном объеме камеры;
на фиг.2 изображена нижняя часть колеса в поперечном сечении при высоком давлении и полном объеме камеры со сменным кольцевым промежуточным бандажом;
на фиг.3 изображен вид колеса сбоку в разрезе при высоком давлении и полном объеме камеры;
на фиг.4 изображен общий вид колеса при низком давлении и неполном объеме камеры;
на фиг.5 изображена нижняя часть колеса в поперечном сечении при низком давлении и неполном объеме камеры со сменным кольцевым промежуточным бандажом;
на фиг.6 изображен вид колеса сбоку в разрезе при низком давлении и неполном объеме камеры.
Колесо транспортного средства содержит диск 1 и обод 2, соединенный в основание 5, пневматическую камеру 4, установленную на ободе 2 с потайным вентилем 12, протекторный бандаж 6. Пневматическая камера 4 установлена на ободе 2 с возможностью удержания и смещения, причем смещение усиливается зазорами 7 в нижней части колеса. Колесо может быть снабжено кольцевым сменным промежуточным бандажом 8, края которого прижаты кольцами 3 и частично спицами 9 обода 2 к пневматической камере 4. Для удержания пневматической камеры 4 на ободе 2 в поперечном и продольном направлениях к ободу 2 крепится протекторный бандаж 6 с продольными и поперечными ремнями (на чертежах продольные ремни не обозначены). Концы поперечных ремней протекторного бандажа 6 крепятся на ободе 2 двумя хомутами 10 и 11, один из которых 11 делается по профилю ремня и крепится на кольце 3 обода 2 и удерживает ремень в одном положении, не зажимая и не давая двигаться ремню в продольном направлении. Другой хомут 10 зажимает ремень на спице 9 обода 2 и не дает ему двигаться в поперечном направлении.
Преимущества колеса транспортного средства проиллюстрируем на следующем примере его эксплуатации.
При движении транспортного средства в условиях бездорожья: по грязи, снегу, песчаной и болотистой местности, а также по скальным и твердым грунтам его проходимость будет определяться площадью контакта колеса с поверхностью грунта. Снизив давление и объем в пневматической камере 4 можно добиться такой площади контакта, которая обеспечивает возможность перемещения по любой вышеуказанной поверхности. При движении по скальным и твердым грунтам надо уменьшить площадь контакта колеса с грунтом за счет повышения давления и объема в пневматической камере 4, что приводит к удержанию пневматической камеры 4 на ободе 2. Смещение пневматической камеры 4 происходит при разности материалов колеса при пониженном давлении, полном объеме пневматической камеры и благодаря зазорам 7 в нижней части колеса при сверхнизком давлении и неполном объеме камеры. Кольцевой сменный промежуточный бандаж 8 защищает от износа и проколов при высоком давлении и полном объеме пневматической камеры и при низком давлении и неполном объеме пневматической камеры на всех грунтах и поверхностях, а также от воздействия внешней среды (мороза, солнца, солей и вредных примесей), что способствует удержанию повышенного давления и позволяет выдерживать большую нагрузку.
Предлагаемое колесо учитывает условия эксплуатации: значительные относительные деформации пневматической камеры, промежуточного и протекторного бандажей, что увеличивает возможности его эксплуатации, а также не нарушает целостность грунтов и поверхностей, т.е. экологически безопасно.
1. Колесо транспортного средства, содержащее диск и обод, объединенные в основание, пневматическую камеру с потайным вентилем, установленную на ободе, и протекторный бандаж, закрепленный также на ободе, отличающееся тем, что обод выполнен в виде двух колец трубчатого сечения, соединенных между собой спицами, пневматическая камера установлена на ободе с возможностью удержания при высоком давлении и полном объеме камеры и смещения, которое обусловлено при пониженном давлении разностью материалов обода, пневматической камеры и протекторного бандажа, а также зазорами между пневматической камерой и протекторным бандажом в нижней части колеса при низком давлении и при неполном объеме камеры.
2. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что величина удержания и смещения определяется следующим соотношением:
где Pz - нормальная нагрузка;
Мк - крутящий момент;
m1 - площадь контакта камеры и диска;
m2 - площадь контакта камеры и протекторного бандажа;
m3 - площадь контакта камеры и опорной поверхности;
F1 - сила трения m1;
F2 - сила трения m2;
F3 - сила трения m3.
3. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что между пневматической камерой и протекторным бандажом может быть установлен по меньшей мере один цельный сменный промежуточный бандаж, края которого прижаты кольцами и частично спицами обода к пневматической камере.
4. Колесо транспортного средства по п.1, отличающееся тем, что протекторный бандаж закреплен на ободе с помощью хомутов и зажимов.
