"упругие" ("клиновые") шины
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к шинам для транспортных средств. Шина включает резино-кордовое основание с рисунком наружной поверхности, контактирующей с полотном дороги, и содержащим на своей наружной поверхности сжимающиеся и распрямляющиеся при вращении колеса площадки. Рисунок наружной поверхности шины выполнен в виде клиньев. Достигается повышение эксплуатационных и скоростных характеристик за счет нагрузки на шину в месте контакта и направления транспорта в сторону прямолинейного движения. 15 ил., 1 табл.
1. Область техники, к которой относится изобретение
Нижеприведенную конструкцию предлагается использовать для экипировки резино-кордовых шин, применяющихся в автомототехнике, авиации и других отраслях транспорта.
2. Технические характеристики применяемых в настоящее время резино-кордовых шин
В применяемых в настоящее время резино-кордовых шинах, независимо от наружного рисунка протектора, контакт внешней поверхности шины с дорогой ведется в виде линии (если нет деформации колеса от нагрузки) или площадки незначительной длины, зависящей от величины давления в шинах и общей массы транспорта, давящей на шину (если есть деформации колеса от нагрузки).
При этом место контакта располагается на одинаковом расстоянии от оси вращения колеса (для контакта в виде линии оно равно наружному радиусу шины; при деформированности шины оно равно следующей величине: наружный радиус шины минус высота деформированного участка).
Для повышения силы сцепления (уменьшения проскальзывание шины на дороге) с полотном дороги применяются усовершенствования рисунков протекторов, позволяющие увеличить силу трения в месте контакта резины шины с покрытием дороги.
Упругие свойства резины (при многообразии рисунков протекторов) для повышения сцепления шин с дорогой и улучшения эксплуатационных и скоростных характеристик транспорта практически не используются.
3. Описание работы предлагаемого варианта наружной поверхности шины
Предлагаемый внешний вид наружной поверхности шины позволяет обеспечить более длительный контакт ее с дорогой, так как этот контакт осуществляется плоской площадкой, специально примененной на наружной поверхности шины («клин»).
Принципиальное изображение наружной поверхности шины с некоторыми математическими пояснениями приведено на фигурах №2-15.
В предлагаемом варианте рисунок наружной поверхности шины состоит из последовательно чередующихся элементов: криволинейных (с кривизной, равной внешнему радиусу колеса) и прямолинейных (определенной длины), которые расположены (в месте контакта с дорогой недеформированной шины) по касательной к радиусу в точке контакта.
Во время движения транспорта при вращении колеса (в месте контакта примененных плоских площадок с дорогой) происходит сжатие резины этих площадок («клиньев») с последующим выпрямлении их в начальное положение.
При этом достигается следующий технический эффект:
3.1 увеличивается «сцепление» шин с дорогой по сравнению с обычными шинами, так как площадь контакта шины с дорогой увеличивается на площадь «клина»;
3.2 обеспечивается более надежный контакт наружной поверхности шины с дорогой в дождливую погоду и при обледенении дороги, так как в процесс увеличения «сцепления» шины с дорогой включаются силы упругости, выпрямляющие резину шины в сторону дороги;
3.3 при выпрямлении сжатого участка шины («клина») вращающегося колеса создается «реактивная» сила, разгружающая нагрузку на шину в месте контакта и направленная в сторону прямолинейного движения транспорта, что повышает эксплуатационные (грузоподъемность) и скоростные характеристики его;
3.4 вследствие уменьшения давления на единицу площади контакта шины снижается нагрузка на шину, что увеличивает срок службы шины;
3.5 уменьшается тормозной путь ввиду увеличения площади участка шины, контактирующей с дорогой при торможении;
3.6 при стирании «клина» шины во время эксплуатации ее рисунок протектора становится идентичным аналогу, то есть технические характеристики шины получаются одинаковыми с аналогом.
4. Отличие предлагаемых шин от аналога
В качестве аналога взята грузовая шина модель 10.00/R20 И-281, У4, выпускаемая ОАО «Нижнекамскшина».
Краткие технические характеристики аналога приведены на фигуре №1.
Сравнение характеристик аналога и предлагаемого варианта приведено в сравнительной таблице.
5. Диапазон применения предлагаемых шин
Предлагаемый принцип изменения наружной контактирующей поверхности с радиально расположенного относительно оси вращения колеса участка контакта на дополнительный контакт плоскостного участка наружной поверхности шины, специально введенный в конструкцию шины («клин») с целью использования упругих сил резины для повышения эксплуатационных характеристик шин, может быть применен на резино-кордовых шинах с любым рисунком протектора.
При этом максимальный эффект достигается при наибольших размерах высоты «клина» и длины его (фигура №6).
Размеры клина ограничиваются лишь физическими свойствами резины (максимальная величина смятия клина без ухудшения параметров резины) и расстояния от поверхности (наивысшей точки «клина») рисунка шины до крыла кузовной части транспорта.
| Сравнительная таблица параметров аналога и предлагаемого варианта шины | |||
| № п/п | Наименование характеристики | Аналог | Предлагаемый вариант |
| 1 | Расстояние от оси вращения колеса до места контакта протектора с полотном дороги | ||
| 1.1 | Без учета деформации шины от нагрузки (контакт шины с дорогой в виде линии) | Радиус шины (лист 5; 8 графической части) | Радиус шины плюс высота «клина» в месте контакта шины с дорогой (лист 6 графической части) |
| 1.2 | С учетом деформации шины от нагрузки (контакт шины с дорогой осуществляется в виде площадки) | Радиус шины минус высота деформированного участка (лист 9; 10 графической части) | Радиус шины минус высота деформированного участка плюс высота клина» (лист 11 графической части) |
| 2 | Площадь контакта шины с дорогой | ||
| 2.1 | Без учета деформации шины от нагрузки | Линейный контакт по ширине шины (лист 5; 8 графической части) | Линейный контакт по ширине шины (в местах, где нет «клина») плюс площадь контактирующих участков «клиньев» (лист 6 графической части) |
| 2.2 | С учетом деформации шины от нагрузки | Площадь деформированного участка (лист 10 графической части) | Площадь деформированного участка плюс площадь контактирующих участков «клиньев» (лист 11 граф. части) |
| 3 | Давление на элемент шины, контактирующий с дорогой | ||
| 3.1 | Без учета деформации шины от нагрузки | Полная масса транспорта, приходящаяся на ось, деленная на количество шин и ширину их (лист 12; 13 графической части) | Полная масса транспорта, приходящаяся на ось, деленная на количество шин, ширину их и площадь контактирующих участков «клиньев» (лист 14; 15 графической части) |
| 3.2 | С учетом деформации шины от нагрузки | Полная масса транспорта приходящаяся на ось деленная на количество шин, ширину их и площадь деформированного участка | Полная масса транспорта, приходящаяся на ось, деленная на количество шин, ширину их и площадь деформированного участка плюс площадь контактирующих участков «клиньев» |
| 4 | Сила движущая транспорт | Сила тяги двигателя (лист 13 графической части) | Сила тяги двигателя плюс реактивная сила от распрямляющихся «клиньев» (лист 15 графической части) |
| 5 | Использование упругих свойств резины для повышения эксплуатационных характеристик шин | ||
| 5.1 | Износ шины | Практически нет | Износ уменьшается ввиду снижения нагрузки на элемент шины |
| 5.2 | Эксплуатационные характеристики транспорта (грузоподъемность и скорость движения транспорта) | Практически нет | Повышаются, так как в работу по обеспечению движения включаются реактивные силы сжатых участков «клиньев» (лист 15 графической части) |
Краткое описание чертежей
Фигура №1 - общий вид шины аналога. Обозначения на фигуре:
1 - резино-корд шины;
2 - диск колеса;
3 - рисунок наружной поверхности шины, контактирующей с дорогой;
4 - отдельный элемент наружной поверхности шины, контактирующей с дорогой;
Фигура №2 - общий вид шины с «клиновыми» площадками;
Фигура №3 - поверхность шины с «клиновыми» площадками и без них;
заштрихованный - участок с «клиновыми» площадками;
незаштрихованный - участок без «клиновых» площадок;
Фигура №4 - расположение «клиновых» площадок по окружности шины;
Фигура №5 - схема контакта шины с дорогой у аналога (деформация шины от нагрузки отсутствует);
Фигура №6 - схема контакта шины с дорогой при наличии «клиновых» участков на поверхности шины (деформация шины от нагрузки отсутствует);
Фигура №7 - конструктивные варианты острых углов «клиновых» участков;
Фигура №8 - вариант бездеформационного контакта шины с дорогой у аналога;
Фигура №9 - вариант контакта шины с дорогой при наличии деформации от действующей на шину нагрузки у аналога;
Фигура №10 - схема контакта шины с дорогой у аналога (при наличии деформации от действующей на шину нагрузки);
Фигура №11 - схема контакта шины с дорогой при наличии «клиновых» участков на поверхности шины (в случае деформации шины от действующей на нее нагрузки);
Фигура №12 - принципиальная схема основных сил, действующих на участок шины, контактирующий с дорогой у аналога (трением качения пренебрегаем) при отсутствии деформации шины от нагрузки;
Фигура №13 - принципиальная схема основных сил, действующих на участок шины, контактирующий с дорогой у аналога (трением качения пренебрегаем) в осях координат:
ось z - вертикальная;
ось x - горизонтальная;
Фигура №14 - принципиальная схема основных сил, действующих на участок шины, контактирующий с дорогой при наличии специальных участков «клиньев» на поверхности шины (трением качения пренебрегаем) при отсутствии деформации шины от нагрузки;
Фигура №15 - принципиальная схема основных сил, действующих на участок шины, контактирующий с дорогой при наличии специальных участков «клиньев» на поверхности шины (трением качения пренебрегаем) в осях координат:
ось z - вертикальная;
ось x - горизонтальная.
Шина, включающая резино-кордовое основание с рисунком наружной поверхности, контактирующей с полотном дороги, и содержащим на своей наружной поверхности сжимающиеся и распрямляющиеся при вращении колеса площадки, позволяющие вовлечь в механику прямолинейного движения транспорта силы упругости резины шины, при этом рисунок наружной поверхности выполнен в виде клиньев, образующих площадки, изменяющие наружную контактирующую поверхность относительно оси вращения колеса.
