Колесный движитель транспортного средства (варианты)

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к пневматическим шинам низкого давления. Колесный движитель состоит из широкопрофильных шин низкого давления, образующих с протектором 3 и боковинами 2 и опорной осью 5 остова транспортного средства герметичную полость 4, в которой на опорной оси 5 установлены внутренние бортовые кольца 6. По первому варианту протектор шины соединен с ними гибкими, сходящимися во фронтальной плоскости и радиальной плоскостях растяжками 7. По второму варианту внутренняя полость шины разделена упругими эластичными перегородками на несколько смежных полостей. Одна из сторон упругих эластичных перегородок выполнена за одно с внутренней поверхностью протектора шины, а вторая посредством внутренних бортовых колец крепится к опорной оси остова транспортного средства. Между бортовыми кольцами боковин и внутренними бортовыми кольцами установлены распорные втулки. В третьем варианте внутри герметичной полости, на оси остова транспортного средства, с зазором к внутренней поверхности широкопрофильной шины установлен пустотелый барабан, а полость между барабаном и шиной частично заполнена жидкостью. Технический результат - упрощение конструкции движителя, а также улучшение его эксплуатационных характеристик. 3 н.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к устройствам ходовых систем с пневматическими шинами низкого давления автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и других мобильных средств.

Известны колесные движители транспортного средства, содержащие шины (заявки на изобретение RU №№2004131015, 93053864).

При повышении грузоподъемности транспортного средства и снижении удельного давления на дорожное покрытие, грунт, почву у обычных колесных машин применяют широкопрофильные шины низкого давления арочного типа, специальные шины сверхнизкого давления осуществляют сдваивание и даже страивание колес, применяют многоосные ходовые системы. Все это существенно усложняет конструкцию машины, увеличивает ее массу, расход дорогостоящего материала на изготовление шин (1. Бойков В.П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. - М.: ВО «Агропромиздат», 1988, с.240. 2. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. - М.: ВИМ, 1998, с.368.). У колесных машин внешние силы и моменты, действующие на остов и ходовую систему, в конечном итоге воспринимаются в пятне контакта шины с опорной поверхностью посредством ее протектора и боковин, что вызывает необходимость в применении шин с толстостенными оболочками. Это отрицательно сказывается на затрате энергии на перемещение машины и увеличивает деформацию опорной поверхности.

Наиболее близкую по своему техническому существу является колесный движитель, содержащий безопасную многокамерную шину, содержащую протектор и боковины (заявка на изобретение RU №2001103359). Недостатком данной шины является то, что ее протектор не имеет жесткой связи со ступицей колеса в радиальном направлении от оси к периферии посредством внутренней перегородки, что не позволяет применять тонкостенные широкопрофильные шины, а следовательно способствовать уменьшению деформации почвы и затрат энергии на их перемещение.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции движителя и улучшение его эксплуатационных характеристик.

Настоящая задача решается тем, что в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, в герметичной полости на опорной оси остова транспортного средства установлены внутренние бортовые кольца, при этом внутренняя поверхность протектора шины соединена с ними гибкими, сходящимися во фронтальной плоскости и радиальной плоскостях растяжками.

По второму варианту в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, герметичная полость широкопрофильной шины разделена упругими эластичными перегородками на несколько смежных полостей, одна из сторон упругих эластичных перегородок выполнена за одно с внутренней поверхностью протектора шины, а вторая посредством внутренних бортовых колец крепится к опорной оси остова транспортного средства, при этом между бортовыми кольцами боковин и внутренними бортовыми кольцами установлены распорные втулки.

По третьему варианту в колесном движителе транспортного средства, содержащем широкопрофильную шину низкого давления, образующую с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, внутри герметичной полости на оси остова транспортного средства с зазором к внутренней поверхности широкопрофильной шины установлен пустотелый барабан. Полость между барабаном и шиной может быть заполнена жидкостью или воздухом или одновременно тем и другим. Боковины широкопрофильных шин низкого давления закреплены на торцевой поверхности барабана.

Изобретательский шаг предложенных технических решений будет заключаться в том, что ось движителя будет частично опираться на боковины шины, а в основном подвешиваться с помощью растяжек. В качестве опоры будет использована верхняя часть протектора, опирающего на воздушную подушку, создаваемую сжатым воздухом во внутренней полости шины, по аналогии с транспортными средствами, движущимися на воздушной подушке. Но у них остов непосредственно опирается на воздушную подушку.

Величина грузоподъемности шины будет находиться в прямой зависимости от площади пятна контакта ее с опорной поверхностью и давления воздуха в шине.

Величину пятна контакта движителя с опорной поверхностью можно увеличивать как за счет увеличения диаметра и ширины шины, ее деформации, так и за счет применения многоосных транспортных средств.

Такое выполнение движителя со сверхширокопрофильной шиной низкого давления позволит существенно повысить грузоподъемность ходовых систем транспортных машин при работе на слабонесущих грунтах и снизить уплотняющее воздействие движителей на почву, что будет способствовать сохранению ее плодородия.

На фиг.1 показана схема продольного разреза колесного движителя с использованием внутренних растяжек.

На фиг.2 - схема поперечного разреза колесного движителя с использованием внутренних растяжек.

На фиг.3 - схема продольного разреза колесного движителя с использованием гибких внутренних перегородок внутри шины.

На фиг.4 - схема поперечного разреза колесного движителя с использованием гибких внутренних перегородок внутри шины.

На фиг.5 схема продольного разреза колесного движителя с расположением внутри шины пустотелого барабана.

На фиг.6 схема поперечного разреза колесного движителя с расположением внутри шины пустотелого барабана.

Движитель состоит из широкопрофильной шины низкого давления 1, образующей с боковинами 2 и протектором 3 герметичную внутреннюю полость 4. Протектор 3 соединен с опорной осью 5 остова транспортного средства посредством боковин 2, бортовых колец 6, растяжек 7, сходящихся на внутренних бортовых кольцах 8. На концах опорной оси 5 остова транспортного средства установлены подшипниковые опоры 9 (фиг.1 и 2).

По второму варианту протектор 3 закреплен на опорной оси 5 посредством боковин 2 и эластичных перегородок 10, бортовых колец 6 и внутренних бортовых колец 8, установленных между нажимными дисками 11 и распорными втулками 12 с помощью стяжных гаек 13. Между боковинами 2 и перегородками 10 в широкопрофильной шине низкого давления образуется несколько полостей 14.

По третьему варианту на опорной оси 5 (фиг.5 и 6) остова транспортного средства во внутренней полости широкопрофильной шины низкого давления 1 с зазором к ее поверхности установлен пустотелый барабан 15.

Движители работают следующим образом.

Внутри шины 1 по варианту I и II образуется герметически замкнутая полость, заполненная воздухом через золотниковое устройство (не показано), как у шин обычных колесных движителей. Сжатый воздух используется в качестве основного несущего рабочего элемента.

Конструкция шины 1 и применяемый материал для ее изготовления должны обеспечивать большую эластичность при изгибе и иметь высокую жесткость и прочность при растяжении.

Так как боковины 2 шины 1 не всегда (даже в течение года) обладают достаточно высокой жесткостью вдоль оси шины, то растяжки 7 следует устанавливать под углом α к вертикальной плоскости перпендикулярной оси (фиг.2 и угол β к вертикальной плоскости вдоль оси фиг 1). Величина этих углов будет зависеть от максимальной осевой нагрузки, диаметра шины 1, а также жесткости боковин 2 (фиг.2). При этом следует отметить, что растяжки 6 должны обладать высокой прочностью и жесткостью на растяжение и минимальной при сжатии шины 1.

Для этого они могут быть выполнены, например, из металлических цепных соединений, металлических тросов, резинокордовых, резинометаллических и других высокопрочных материалов на растяжение и эластичных при изгибе.

В качестве растяжек 7 могут быть использованы резинокордовые или резинометаллические сплошные перегородки 10, которые прочно соединены с внутренней поверхностью протектора 3 и с опорной осью 5 остова с помощью внутренних бортовых колец 8, нажимных дисков 11, распорных втулок 12 и стяжных гаек 13.

Так внутри шины 1 образуется несколько герметичных и изолированных друг от друга полостей 14.

Каждая из этих полостей заполняется сжатым воздухом через золотниковое устройство, как камеры шин обычных колесных машин (на фиг.4 не показано).

В случае повреждения протектора 3 в зоне одной из полостей 14 нагрузка перераспределяется на протектор 3 остальных полостей, а транспортное средство может продолжить движение.

Эластичные перегородки 10 должны обладать достаточно высокой прочностью на растяжение и иметь относительно небольшую жесткость при изгибе. Сжатый воздух в соседних полостях уравновешивает боковые силы давления на перегородки. При разделении шины фиг.4 на отдельные полости перегородки 10 могут устанавливаться отдельно или в совокупности с жесткими растяжками 7, как это показано на фиг.1 и 2.

Под действием внешних нагрузок широкопрофильная пневматическая шина 1 подвергается различным деформациям. Можно выделить три вида основных ее деформаций:

- радиальную (нормальную) под действием веса машины, распределенную по обоим концам оси 5 (фиг.1, 2) со стороны остова транспортного средства;

- окружную, возникающую при приложении к оси 5 остова транспортного средства толкающей силы и крутящего момента;

- поперечную (боковую) под действием боковой силы Р (фиг.2), действующей вдоль оси шины.

При вертикальной погрузке деформация шины выражается в изменении расстояния от оси до опорной поверхности на величину h по сравнению с ненагруженной шиной. При этом между шиной и опорной поверхностью создается опорная площадь контакта, нижние растяжки, которые соединены с опорной поверхностью протектора, освобождаются от растягивающего усилия в шине, возникающие в результате избыточного давления воздуха, а верхние дополнительно нагружаются под действием силы тяжести машины и удерживают опорную ось 5 во взвешенном состоянии. Так остов машины посредством опорной оси 5 остова транспортного средства, растяжек 7 и протектора 3 шины 1 опирается на воздушную подушку, создаваемую избыточным давлением воздуха в шине 1.

При действии ведущего момента на опорную ось 5 остова фиг.4 податливость шины в окружном направлении снижается за счет тангенциальной жесткости ее боковин 2 и растяжек 7 (фиг.1 и 2), жестко соединяющих опорную ось 5 остова с протектором 3.

Податливость шины в боковом направлении ограничивается жесткостью ее боковин 2 и растяжек 7, установленных под углом α к вертикальной плоскости.

Предлагаемое устройство ходовой системы транспортного средства может выполнять функцию как ведомой части машины, так и ведущей.

В первом случае пневмошина катится под действием толкающей силы F, приложенной к опорной оси 5 со стороны остова машины по направлению, указанному стрелкой V (фиг.1.) Растяжки 7, расположенные впереди оси, частично разгружаются в направлении движения, а задние дополнительно нагружаются. В связи с этим опорная ось 5 остова и элементы шины 1, которые не контактируют с опорной поверхностью, перемещаются вперед.

Лобовые участки протектора шины входят в контакт с опорной поверхностью, деформируют ее, создавая результирующую нормальную реакцию У, которая уравновешивается весом машины G. Эта пара сил создает момент сопротивления качению колеса. Ее величина находится в прямой зависимости от веса и плеча смещения а, результирующей реакции почвы У относительно проекции оси на опорную поверхность.

Кроме момента сопротивления качению, на шину действует еще ведущий момент, образуемый парой сил со стороны остова машины, толкающей ее через опорную ось 5 остова, боковин 2 и растяжек 7, и равной ей по величине, но противоположной по направлению горизонтальной результирующей реакции почвы X, возникающей в результате трения и зацепления протектора с опорной поверхностью. При равномерном движении эти моменты взаимно уравновешиваются.

Предложенный движитель может быть использован как ведущая часть транспортной машины. Для этого к оси шины необходимо приложить ведущий момент, который при вращении оси под действием тангенциальных усилий в боковинах шины 2 и растяжках 7 создаст необходимую касательную силу тяги в пятне контакта шины с опорной поверхностью Р_к, затрачиваемую на преодоление силы сопротивления перемещения остова машины F_к (фиг.3) и сил сопротивления перекатыванию ходовой системы Х (фиг 1).

1. Колесный движитель транспортного средства, содержащий широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, отличающийся тем, что в герметичной полости на опорной оси остова транспортного средства установлены внутренние бортовые кольца, при этом внутренняя поверхность протектора шины соединена с ними гибкими, сходящимися во фронтальной и радиальной плоскостях, растяжками.

2. Колесный движитель транспортного средства, содержащий широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, отличающийся тем, что герметичная полость широкопрофильной шины разделена упругими эластичными перегородками на несколько смежных полостей, одна из сторон упругих эластичных перегородок выполнена за одно с внутренней поверхностью протектора шины, а вторая посредством внутренних бортовых колец крепится к опорной оси остова транспортного средства, при этом между бортовыми кольцами боковин и внутренними бортовыми кольцами установлены распорные втулки.

3. Колесный движитель транспортного средства, содержащий широкопрофильные шины низкого давления, образующие с протектором и боковинами, закрепленными на опорной оси остова транспортного средства, герметичную полость, отличающийся тем, что внутри герметичной полости на оси остова транспортного средства с зазором к внутренней поверхности широкопрофильной шины установлен пустотелый барабан.