Шина ведущего колеса транспортного средства

 

Изобретение относится к области транспортных средств и самоходных комбайнов, может быть использовано в шинной промышленности, на автомобилях, колесных тракторах и самоходных комбайнах. В верхней слой протектора шины колеса путем вулканизации вводятся два упругих широких металлических кольца, которые препятствуют уменьшению радиуса качения колеса транспортного средства. Глубина верхнего кольца от беговой дорожки шины определяется допустимым износом протектора, а толщина кольца - критерием отсутствия ухудшения радиальной деформации шины. 1 ил.

Изобретение относится к области транспортных средств и самоходных комбайнов.

Известна конструкция шины типа P с различным расположением нити корда, у которой расход топлива на 10% меньше, чем у обычной шины с диагональным расположением нитей корда (Вишняков Н.И. и др. Автомобили. М.: Машиностроение, с. 221). В нашей заявке речь идет о том, чтобы обеспечить значительно большее уменьшение расхода топлива, в том числе и на работу шин типа Р. Недостатком является то, что экономия топлива составляет всего 10%, что недостаточно.

Известно устройство по патенту США N 4121642. Между каркасом и протектором вводится стальная лента для повышения прочности и долговечности, т.е. для другой цели. Для поставленной в нашей заявке цели такая установка ленты неэффективна. Это - основной недостаток противопоставленного устройства, поскольку основная окружная деформация происходит в слое протектора, близком к поверхности, т.е. к поверхности беговой дорожки шины. Следовательно, это устройство не может устранить уменьшение радиуса качения колеса, происходящее под действием весовой нагрузки и крутящего момента, подведенного к оси ведущего колеса.

Наиболее близко к предлагаемому можно отнести устройство по АС1706131, которое состоит из отдельно надеваемого на протектор металлического решетчатого обода, причем этот обод входит в специально вырезанные в протекторе пазы. Недостатком этого устройства является следующее.

Рисунок  протектора теоретически и технически обоснован и соответствует оптимуму по многим показателям (расход топлива, плавность хода и т.д.). Для установки этого устройства на поверхности протектора его рисунок полностью искажается, так как требуется в протекторе делать углубления (пазы) и выступы, чтобы утопить в этих пазах режетчатый обод. Ясно, что такое мероприятие приведет к ухудшению всех показателей.

Сильно пострадает плавность хода, так как выступы в протекторе будут ударять по поверхности дороги периодически. Это терпимо лишь на тихоходных машинах как, например, бульдозер, а на автомобилях непригодно.

При наезде на неровности дороги выступы будут сжиматься и произойдет трение решетчатого обода о неровности дороги, что неизбежно вызывет поломку обода и его - повышенный насос.

По указанным причинам нельзя устанавливать такое устройство на машинах, имеющих транспортную скорость больше 10 км/ч.

В предлагаемом устройстве два металлических кольца вулканизируются в верхнем слое протектора, причем верхнее кольцо на глубине допустимого износа.

Толщина кольца зависит от весовой нагрузки и приложенного к ведущему колесу крутящего момента. У грузового автомобиля большой грузоподъемности во много раз больше весовая нагрузка и крутящий момент, чем у микролитражного легкового автомобиля. Поэтому главным требованиям является сохранение прежней способности шины к радиальной деформации, что может быть определено экспериментально на опытном образце покрышки. Экспериментально легко - определяется путем измерения статического радиуса колеса (расстояние от оси вращения до дороги при стоянке машины). Необходимо, чтобы при установке на машине шины с протектором без колец и с кольцами величина статического радиуса не имела существенного изменения. Если при наличии колец статический радиус заметно увеличивается, значит толщина кольца должна быть уменьшена.

Техническим решением задачи является уменьшение окружной деформации шины ведущего колеса транспортного средства для уменьшения сопротивления качения и расхода топлива. Задача достигается тем, что шина ведущего колеса транспортного средства, включающая протектор, каркас, полученный слой, камеру, отличающаяся тем, что имеет верхнее и нижнее упругие металлические кольца, вулканизированные в верхней части протектора, причем верхнее - кольцо установлено на глубине допустимого износа протектора.

Заявленное техническое решение отличается тем, что широкое металлическое кольцо расположено не между каркасом и протектором, как в устройстве по патенту США, и не одевается сверху в углубления протектора, а вулканизируется в поверхностном слое протектора, причем для достижения максимального эффекта устанавливаются два кольца, что приведет к уменьшению окружной деформации беговой дорожки шины и соответствующему снижению расхода топлива в связи с уменьшением сопротивления качению колеса. Окружная деформация шины происходит под действием весовой нагрузки колеса и крутящего момента.

Указанное отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна".

По данным научной патентной и технической литературы не выявлена заявленная совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерии "изобретательский уровень" вывод о соответствии решения критерии "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство может быть использовано в шинной промышленности, на автомобилях, колесных тракторах, самоходных комбайнах и дорожно-строительных машинах.

Относительно теоретического обоснования новизны отметим следующее. В заявке предлагается реализовать новизну, опубликованную автором (Известия вузов. М. : Машиностроение, 1970, N 7; Автомобильная промышленность, 1996, N 7). Суть в следующем. Сопротивление качению колеса и расход топлива на это возникает от момента, направленного против вращения колеса. Момент сопротивления качению определяется по формуле Кулона, но он провел опыты тогда, когда еще не было эластичных колес с шинами. Для жесткого колеса по твердой поверхности Кулон точно установил, что момент сопротивления качения M_f равен M_f=Y_k·a, (1), где Y_k - вертикальная реакция дороги на колесо; а - снос Y_к от оси вращения колеса в сторону его поступательного движения.

Мы доказали, что для эластичного колеса на момент сопротивления M_f влияет еще второй момент от горизонтальной реакции X, т.е.

M_f=Y_k·a - X/r_к-r_д/, (2) где r_кб r_д - радиус качения и динамический радиус колеса.

При росте крутящего момента M_к под влиянием окружной деформации шина радиус качения r_к уменьшается, величина /r_к-r_д/ становится отрицательной и тогда формула (2) принимает следующий вид: M_f=Y_к·а+X/r_д-r_к/ (3).

В результате сопротивление качению колеса увеличивается, что соответственно повышает расход топлива. Если конструктивно добиться уменьшения окружной эластичности шины ведущего колеса, то радиус качения не будет уменьшаться существенно и момент M_f будет определяться по формуле (3), а (2) при r_д меньше r_к, что уменьшит сопротивление качению и расход топлива. Опыты автора доказали (ж-л. : Автомобильная промышленность, 1996, N 7), что сопротивление качению шин типа Р потому меньше (соответственно и расход топлива), что окружная деформация меньше. Эксперименты, проведенные автором, подтвердили возможность уменьшения момента M_f. Ранее экспертиза была ознакомлена с этими материалами.

Сущность изобретения представлена на чертеже, где дана схема поперечного разреза пневматической шины с предлагаемым устройством.

Шина состоит из протектора 1, подушечного слоя 2, каркаса 3, камеры 4. В верхний слой протектора 1 вулканизированы два, изготовленных из металла или другого твердого практически не изменяемого заметно длину материала, плоских широких тонких кольца (может быть с вырезом для лучшего сцепления с протектором), толщина которых зависит от грузоподъемности машины, весовой нагрузки колеса. Верхнее кольцо отстоит от поверхности протектора на глубине допустимого износа, после которого по инструкции надлежит сдать шину на наварку. На чертеже изображено нижнее кольцо - 5, верхнее кольцо - 6.

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.

При погружении ведущего колеса весовой нагрузкой в площади контакта шины с дорогой происходит сжатие элементов протектора (его беговой дорожки) 1 и радиус r_к колеса уменьшается против возможного. Крутящий момент, приложенный к оси вращения колеса, дополнительно уменьшает радиус качения r_к и чем больше крутящий момент, тем больше уменьшение радиуса качения r_к в результате сжатия элементов шины в момент входа в контакт с дорогой, а сумма элементов за один оборот колеса определяет радиус качения r_к. В итоге вместо r_к больше r_д, получаем r_к меньше r_д, что увеличивает сопротивление качению колеса (ведущего). С целью устранения указанного недостатка в верхний слой протектора вводятся кольца 5 и 6, которые препятствуют сжатию элементов беговой дорожки шины и этим устраняют существенное уменьшение радиуса качения r_к и перерасход топлива на работу колес.

Одним из назначений нижнего кольца является то, что если в процессе эксплуатации верхнее кольцо в результате износа поверхностного слоя протектора стерлось, то его роль будет выполнять нижнее кольцо.

Формула изобретения

Шина ведущего колеса транспортного средства, включающая протектор, каркас, подушечный слой, камеру, отличающаяся тем, что имеет верхнее и нижнее упругие металлические кольца, вулканизированные в верхней части протектора, причем верхнее кольцо установлено на глубине допустимого износа протектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1