Вращающееся соединение и система регулирования давления для шин
Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности для адаптации давления в шинах к конкретным условиям движения. Вращающееся соединение (10, 10') содержит цилиндрический внутренний элемент (11), выполненный с возможностью крепления к вращающемуся объекту, и множество кольцевых внешних элементом (14, 15, 17, 18), выполненных с возможностью соединения и являющихся самоцентрирующимися, которые можно устанавливать модульно. Внешние элементы (14, 15, 17, 18) содержат по меньшей мере два головных элемента (14), по меньшей мере два корпусных элемента (15) для соответствующих прокладок (16), два подшипниковых элемента (17) и по меньшей мере один элемент (18) для впуска текучей среды. По меньшей мере один элемент (18) для впуска текучей среды расположен в промежуточном положении между двумя подшипниковыми элементами (17). Два корпусных элемента (15) для соответствующих прокладок (16) расположены снаружи от двух подшипниковых элементов (17), и по меньшей мере два головных элемента (14) расположены снаружи от по меньшей мере двух корпусных элементов (15) для соответствующих прокладок (16). Кроме того, раскрыты системы регулирования давления в шине (B), содержащие такое вращающееся соединение (10, 10'). Технический результат – повышение надежности и универсальность вращающегося соединения. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 12 ил.
Настоящее изобретение относится к вращающемуся соединению и системе регулирования давления для шин.
Изобретение относится конкретно к области шин для сельскохозяйственного, землеройного и лесного применения, но может применяться во всех областях, где требуется регулировать давление в шинах, в частности, адаптировать давление к конкретным условиям движения.
Известно, что сельскохозяйственные машины должны двигаться по почвам разных типов. В частности, такие машины могут использоваться и на дорогах, и в поле. В зависимости от типа применения давление в шинах должно меняться.
Фактически, когда трактор работает в условиях поля, пониженное давление в шинах позволяет снизить потребление топлива, увеличить силу сцепления и, кроме того, уменьшить уплотнение почвы. На дороге, наоборот, нужно увеличить давление в шинах, чтобы снизить потребление топлива и улучшить стабильность транспортного средства.
Традиционно проблема силы сцепления шины с почвой в поле может быть частично решена с помощью балласта, который за счет увеличения веса прижимает шину к земле, увеличивая и величину давления контакта, и площадь пятна контакта, в результате чего увеличивается площадь поверхности, участвующая в сцеплении. Увеличение площади пятна контакта, однако, может быть достигнуто за счет уменьшения внутреннего давления в шине.
Однако применение низкого давления в полевых условиях ограничено из-за трудностей, связанных с последующим повышения давления в шинах для движения по дорогам. Таким образом, чтобы ограничить описание, имеются трудности с последующим повышением давления в шинах до требуемой величины для движения по дорогам, поскольку такое повышение давления требует применения систем, находящихся за пределами самой шины, что требует остановки трактора во время работы.
Оптимальные рабочие условия на дороге (где давление должно быть выше) и в поле (где оптимальное давление ниже) можно комбинировать с помощью особой системы регулирования давления.
В предшествующем уровне техники имеются различные возможности активации такого повышения давления, которые, однако, обременительны как с точки зрения реализации, так и с точки зрения экономики. Более того, ни одно из известных решений не позволяет добиться необходимого снижения давления без изменения геометрии узла шина-обод.
Патенты US 2196814, US 2525752 и US 5109905 относятся к разным системам многокамерных шин. В US 2196814, в частности, описывается шина, в которой внутренняя камера разделена на отсеки множеством выступов, отходящих внутрь от стенки шины. В US 2525752 описана шина, разделенная на несколько наложенных одна на другую концентрических кольцевых камер, а в US 5109905 описана шина, разделенная на две перекрывающихся концентрических кольцевых камеры, разделенные складывающейся стенкой, при этом одна камера надута до более высокого давления так, чтобы компенсировать потерю давления в другой. Все решения по этим патентам имеют ограничения, усложняют конструкцию системы на фазе изготовления шины и, кроме того, ограничивают внутреннее пространство, что влечет ограничение количества воздуха внутри покрышки.
Некоторые известные решения предлагают устанавливать оборудование в пространстве между ободом и покрышкой и внутри самой покрышки. Поскольку узел, состоящий из шины и обода, собирается установкой двух бортов шины, которые прижимаются к ободу, вставить внешнее устройство внутрь шины очень трудно. Фактически систему монтировать после надевания первого борта, что ограничивает пространства маневра оператору сборки. Если же система монтируется просто, как например в случае дополнительной воздушной камеры (как описано в US 7219540), возникает проблема ограничения количества воздуха внутри шины.
Более того, занятое пространство внутри покрышки означает, что в случае существенного прогибания во время работы или в результате прокола система получит значительные повреждения.
В патенте US 2107405 описано вращающееся соединение, установленное в колесной ступице транспортного средства, через которое шину, установленную на колесо, можно поддерживать надутой даже во время движения транспортного средства. В частности, такое вращающееся соединение содержит два соосных узла, имеющих возможность свободно вращаться относительно друг друга и, соответственно, первый узел вращается вместе с ободом колеса, а второй узел остается неподвижным относительно обода, при этом второй узел содержит крышку, установленную в соответствии с внешней частью ступицы, при этом первый узел соединен с воздушной камерой шины, а второй узел соединен с источником сжатого воздуха, расположенным на шасси транспортного средства, соединительной трубкой, проходящей снаружи на колесе. Решение, описанное в патенте US 2107405, влечет наличие пневматической соединительной трубки, установленной на внешней части окружности, что является дополнительной обузой, расположенной на колесе, и которая, кроме того, обнажена для ударов и помех со стороны внешний препятствий.
В патенте Германии на полезную модель DE 8907153 и в патенте US 5253688 показаны системы управления давлением в одной шине, где трубка соединяет воздушную камеру и компрессионное средство, интегрированное в транспортное средство, на котором установлено колесо (в конкретном случае - трактор) а не находящееся внутри покрышки шины. В системах такого типа имеются большие трудности в проходе воздуха между транспортным средством и системой колеса, которая вращается относительно транспортного средства. Это влечен применение сложных систем прокладок и соединений, обеспечивающих уплотнение. Кроме того, интегрированная система такого типа по необходимости должна быть установлен априори и не может устанавливаться на транспортные средства, уже имеющиеся на рынке.
Наконец, но не менее важно, следует учитывать тот факт, что управление давлением следует рассматривать с экономической и экологической точки зрения и, следовательно, следует учитывать существенные начальные инвестиции, необходимые для некоторых известных систем, которые не дают значительных экономических выгод и не обеспечивают коротких сроков окупаемости.
В заключение, принимая во внимание эти требования, система, по меньшей мере в некоторых вариантах, должна устанавливаться на уже существующие обода без чрезмерных затрат и без необходимости в дополнительном пространстве в начальной шине и без того ограниченной существующими правилами, относящимися к дорожному движению.
В этом контексте, согласно настоящему изобретению, предлагается решение, направленное на обеспечение возможности регулирования давления в шинах, в частности в шинах для тракторов или сельскохозяйственных машин в целом, с помощью системы, которая вставлена или может быть вставлена во внутреннюю часть обода колес, и которая может быть адаптирована для установки на уже существующие колеса.
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание вращающегося соединения и системы регулирования давления в шинах, в частности в шинах для сельскохозяйственных, землеройных и лесных машин, которые позволят устранить ограничения известных систем регулирования давления и получить вышеописанные технические результаты.
Другой целью изобретения является вращающегося соединения и системы регулирования давления, которые можно реализовать без существенных затрат, производственных, так и эксплуатационных.
Не последней целью изобретения является создание вращающегося соединения и системы регулирования давления для шин, в частности для сельскохозяйственных, землеройных и лесных машин, которые являются простыми, безопасными и надежными.
Таким образом, первым конкретным объектом настоящего изобретения является вращающееся соединение, способное передавать текучую среду между двумя объектами, один из которых вращается относительно другого, и такое вращающееся соединение содержит цилиндрический внутренний элемент, выполненный с возможностью фиксации на вращающемся объекта, и множество внешних кольцевых элементов, которым могут соединятся и являются самоцентрирующимися, и которые могут устанавливать модульно, при этом такие внешние элементы содержат по меньшей мере два головных элемента, по меньшей мере два корпусных элемента для соответствующих прокладок, два подшипниковых элемента и по меньшей мере один элемент для впуска текучей среды; при этом такой один элемент для впуска текучей среды находится в промежуточном положении между двумя подшипниковыми элементами, два корпусных элемента для соответствующих прокладок расположены снаружи от двух подшипниковых элементов, а по меньшей мере два головных элемента расположены снаружи от по меньшей мере двух корпусных элементов для соответствующих прокладок, при этом прокладки определяют кольцевую уплотненную область в пространстве, ограниченном сбоку этими прокладками, изнутри внутренним элементом, а снаружи внешними элементами, расположенными между прокладками, при этом доступ к уплотненному пространству открыт на одной стороне через элемент для впуска текучей среды, а с другой стороны через по меньшей мере один канал для текучей среды, проходящий сквозь тело внутреннего элемента для одного из двух осевых концов.
В частности, согласно второму предпочтительному варианту настоящего изобретения, вращающееся соединение может содержать два элемента для впуска текучей среды, расположенных в промежуточном положении между двумя подшипниковыми элементами, и два корпусных элемента для соответствующих прокладок, разделенных головным элементом, при этом прокладки определяют две отдельных уплотненных области, по одной на каждом из двух элементов для впуска текучей среды, и внутренний элемент содержит два отдельных канала, по одному для каждой из двух уплотненных областей.
Альтернативно, согласно другому предпочтительному варианту настоящего изобретения, вращающееся соединение может дополнительно содержать корпусной элемент для прокладки, расположенный между каждым и элементов для впуска текучей среды и соответствующим подшипниковым элементом.
Вторым конкретным объектом настоящего изобретения является система регулирования давления шины, содержащая вышеописанное вращающееся соединение в комбинации с компрессором, установленным на не вращающемся объекте, и по меньшей мере один клапан-отсекатель для входного и выходного потока из шины, в которой первый канал вращающегося соединения создает сообщение по текучей среде компрессора с рабочим средством клапана-отсекателя через клапан, и второй канал вращающегося соединения, создает сообщение по текучей среде компрессора с шиной через клапан и клапан-отсекатель.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, клапан в первом канале является двухходовым клапаном, а клапан во втором канале является трехходовым клапаном.
Кроме того, дополнительным конкретным объектом настоящего изобретения является система регулирования давления в шине, содержащая вышеописанное вращающееся соединение, в комбинации с гидравлическим контуром не вращающегося объекта, камеру переменного объема и средство управления этой камерой, выполненное с возможностью изменять объем камеры, при этом камера расположена в ободе шины, заполнена воздухом под давлением и находится в сообщении по текучей среде с шиной через по меньшей мере один клапан-отсекатель, в которой первый канал вращающегося соединения создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром с оперативным средством клапана-отсекателя через клапан, а второй канал вращающегося соединения создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и управляющим средством камеры через клапан и клапан-отсекатель.
Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, управляющее средство содержит три или более гидравлических цилиндра, клапан в первом канале является двухходовым клапаном, а клапан во втором канале является трехходовым клапаном.
Дополнительным конкретным объектом настоящего изобретения является система регулирования давления в шине, содержащая вышеописанное вращающееся соединение в комбинации с гидравлическим контуром не вращающегося объекта, резервуар, компрессор, соединенный с гидравлическим двигателем, при этом резервуар, компрессор и гидравлический двигатель установлены в ободе шины; резервуар заполнен воздухом под давлением и находится в сообщении по текучей среде с шиной через компрессор и клапан-отсекатель; в которой первый канал вращающегося соединения создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и гидравлическим двигателем, в соответствии с оперативным средством гидравлического двигателя в первом направлении вращения, и с оперативным средством клапана-отсекателя, через клапан, а второй канал вращающегося соединения создает сообщение по текучей среде между гидравлическим двигателем в соответствии с оперативным средством гидравлического двигателя во втором направлении вращения, противоположном первому, и с оперативным средством клапана-отсекателя через тот же клапан или через другой клапан.
Эффективность вращающегося соединения и системы регулирования давления в шинах по настоящему изобретению очевидна, поскольку предлагается решение, которое потенциально может быть адаптировано к ободам уже существующих тракторов, без модификации структурной архитектуры осей и ступиц. С помощью вращающегося соединения и системы регулирования давления в шинах по настоящему изобретению пользователь может ехать на работу в поле с давлением в шинах, оптимизированном для движения по дорогам, а прибыв на место работ снизить давление в шинах для величины, при которой сцепление шин с грунтом становится максимальным, а по завершении работ вернуть давление обратно до величины, оптимальной для движения по дороге. Таким образом, шина вновь надувается до давления, оптимального для движения по дорогам, позволяя пользователю в обоих случаях создавать наилучшие условия для работы.
Другим и более важным признаком является та, что настоящее изобретение позволяет бесступенчато регулировать давление в соответствии с нагрузкой, сцеплением с грунтом, проскальзыванием, плаванием, запросами и скоростью.
Кроме того, система позволяет изменять давление высокой эффективностью и скоростью, лучше, чем любая известная технология.
Далее следует описание некоторых предпочтительных вариантов настоящего изобретения для иллюстративных, но не ограничивающих целей со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
Фиг. 1 - вид спереди в перспективе вращающегося соединения по первому варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид сзади в перспективе соединения с фиг. 1, установленного внутри обода колеса.
Фиг. 3 - сечение первой секции соединения с фиг. 1.
Фиг. 4 - сечение второй секции, противоположной первой секции, соединения с фиг. 1.
Фиг. 5A - сечение соединения в промежуточном положении между первой секцией и второй секцией.
Фиг. 5B - вид сбоку соединения с фиг. 1.
Фиг. 6 - схематическое сечение соединения с фиг. 1 и колеса, на котором оно установлено, и контура сжатого воздуха для накачивания шины.
Фиг. 7 - гидравлическая схема системы регулирования давления в шинах по настоящему изобретению в варианте, пригодном для использования с вращающимся соединением с фиг. 1.
Фиг. 8A - сечение вращающегося соединения по второму варианту настоящего изобретения.
Фиг. 8B - вид сбоку вращающегося соединения с фиг. 8A.
Фиг. 9 - схематическое сечение соединения с фиг. 8A и 8B и колеса, на котором такое соединение установлено и гибридного контура первого типа с гидравлической частью и пневматической частью для надувания шины.
Фиг. 10 - гидравлическая схема системы регулирования давления для шин с настоящему изобретению в варианте, подходящем для варианта по фиг. 9.
Фиг. 11 - схематическое сечение соединения с фиг. 8A и 8B, колеса, на котором такое соединение установлено и второго варианта гибридного контура с гидравлической частью и пневматической частью для надувания шины.
Фиг. 12 - гидравлическая схема системы регулирования давления для шин, по настоящему изобретению, в варианте, подходящем для варианта с фиг. 11.
Как показано на фиг. 1-7, вращающееся соединение по первому варианту настоящего изобретения, пригодного для использования с воздухом в качестве рабочей текучей среды, в целом обозначено позицией 10 и состоит из пяти разных элементов, описанных ниже, и которые можно собирать в соответствии с вариантом, показанным на фиг. 1 и, дополнительно, в соответствии с другими конфигурациями, показанными на последующих чертежах, в частности, для использования с газообразными (в частности, с воздухом) или жидкими текучими средами (в частности, с маслом), в соответствии с вариантами, которые будут показаны на последующих чертежах.
Согласно этому первому варианту, вращающееся соединение 10 содержит внутренний элемент 11, имеющий цилиндрическую форму с фланцем 12 на одном конце, имеющий отверстия 13 и предназначенных для соединения с ободом A колеса, и множество соединенных друг с другом внешних элементов, все из которых являются кольцевыми и самоцентрирующимися, при этом такие внешние элементы относятся к четырем разным типам, а именно: пять головных элементов 14, шесть корпусных элементов 15 для соответствующих прокладок 16 (показаны только на фиг. 3, но также присутствую на остальных фиг. 1-6), два подшипниковых элемента 17 и два элемент 18 для впуска текучей среды, согласно варианту, показанному, в частности, на фиг. 3, 4, 5A и 5B. Пространство между внутренним элементом 11 вращающегося соединения 10 и внешними элементами, разделено на уплотненные области, отделенные друг от друга прокладками 16. Подшипниковые элементы 17 допускают возможность вращения внешних элементом, расположенных снаружи от них, тогда как внешние элементы, расположенные между двумя подшипниковыми элементами 17 зафиксированы. В частности, внешне элементы, более удаленные от фланца 12 и расположенные снаружи от первого подшипникового элемента 17, поддерживаются поддерживающим кронштейном 29, выполненным интегрально с осью С колеса. Среди различных внешних элементов имеется множество колец 19 (показанных только на фиг. 3 и 4, но также присутствующих на остальных фиг. 1-7). Кроме того, между головным элементом 14, наиболее удаленным от фланца 12 внутреннего элемента 11, и прокладкой 16, расположенной в корпусном элементе 15, наиболее удаленном от фланца 12, установлено пылеуплотнительное кольцо 19'.
Внутренний элемент 11 пересекают три канала 20, 21, 22, соответственно первый канал 20 предназначен для пропускания рабочей текучей среды к клапану-отсекателю 23, характеристики и работа которого будут описаны ниже; второй канал 21 предназначен для пропускания сжатого воздуха, поступающего от воздушного компрессора (не показан), установленного на шасси транспортного средства и направленного в шину B; а третий канал 22 предназначен для смазки.
Первый канал 20 имеет два отверстия 20' и 20", соответственно. Первое отверстие 20' сформировано в области под первым элементом 18 для впуска текучей среды, который, в свою очередь, соединен со средством управления текучей средой, которое управляет работой клапана-отсекателя 23, а второе отверстие 20" пневматически сообщается с этим клапаном 23.
Второй канал 21 имеет два отверстие 21' и 21", соответственно. Первое отверстие 21' сформировано в области под вторым элементом 18 для впуска текучей среды, который, в свою очередь, пневматически соединен с воздушным компрессором (не показан), установленным на шасси транспортного средства, а второе отверстие 21" пневматически сообщается с шиной B посредством линии, в которой установлен клапан-отсекатель 23.
Подшипниковый элемент 17 позволяет установит от шести до двенадцати катящихся элементов 24 через соответствующие радиальные отверстия 25, просверленные в верхней части для сборки обоймы 26, содержащей катящиеся элементы 24. Такое решение гарантирует эффективность качения со значительно более низкими затратами по сравнению со сборкой коммерческого подшипника того же размера (порядка 500 мм для трактора).
Как было указано выше, вариант вращающегося соединения по настоящему изобретению, показанный на фиг. 1-7, функционирует для реализации системы регулирования давления для шин, в которой используется компрессор, установленный на тракторах для торможения прицепа, но система также может использоваться со специализированным компрессором, специально установленным на структуре транспортного средства. Как показано на фиг. 7, необходимо установить двухходовой электроклапан 27 и трехходовой электроклапан 28, предназначенные для пропускания воздуха для регулирования давления в шине на машине. Когда двухходовой клапан 27 открыт, он перемещает отсекающий клапан 23, установленный на ободе A, в открытое положение; в это время трехходовой электроклапан 28 позволяет сжатому воздуху от компрессора проходить через соединение 10, обеспечивая надувание (все выдвижные элементы в одном направлении на Р) или сдувание (выдвижной элемент в другом направлении на Т) шины B.
Вращающееся соединение 10 по варианту настоящего изобретения, описанному со ссылками на фиг. 1-7, собранной в двухканальной конфигурации для пропускания сжатого воздуха, в котором один канал используется для привода выдвижного элемента клапана-отсекателя 23, расположенного на ободе A, а другой - для впуска или выпуска сжатого воздуха в зависимости от положения выдвижного элемента трехходового клапана 8 на машине, обеспечивает максимальную безопасность даже в случае неисправности системы надувания, в отличие от известных соединений описанных выше, со ссылками на патент US2107405. Более того, вновь относительно этого известного решения, в варианте по настоящему изобретению, описанному со ссылками на фиг. 1-7, и подшипники, и прокладки смазываются внешним контуром, обеспечивая повышенную надежность.
Кроме того, в варианте настоящего изобретения, описанном со ссылками на фиг. 1-7, обод A и вращающееся соединение 10 выполнены интегрально поэтому, в собранном состоянии вращающееся соединение 10 следует за колесом при всех операциях сборки, обслуживания, регулировки, без необходимости в разборке поддерживающих кронштейнов. В частности, обод A со смонтированной на нем шиной B можно устанавливать на фланец ступицы D, которая проходит сквозь вращающееся соединение.
Благодаря относительной простоте, вариант настоящего изобретения, описанный со ссылками на фиг. 1-7, отвечает требованиям к экономичности и адаптируемости к каждой конфигурации трактора.
Согласно другому варианту настоящего изобретения, показанному на фиг. 8A, 8B и обозначенному позицией 10', это вращающееся соединение образовано теми же кольцевыми элементами, которые образуют вращающееся соединение 10 по варианту, описанному со ссылками на фиг. 1-7, которые скомбинированы иначе и предназначены для работы с маслом в качестве рабочей текучей среды. Кроме того, в дополнение к варианту по фиг. 8A, 8B, в котором вращающееся соединение 10' имеет два масляных канала, те же элементы можно скомбинировать для формирования вращающихся соединения с любым количеством каналов. На последующих чертежах для обозначения элементов вращающегося соединения и системы регулирования давления, идентичных уже описанным со ссылками на фиг. 1-7, используются те же ссылочные позиции. Кроме того, для их описания даются ссылки на те части описания, которые относятся к предыдущему варианту. Отсюда следует, что помимо другого расположения внешних элементов, имеющихся в меньшем количестве, чем в чем в варианте по фиг. 1-7, внутренний элемент 11' отличается меньшей длиной и первые отверстия 20', 21' каналов 20, 21 являются ближайшими друг к другу. Эти каналы 20, 21, а также соответствующие элементы 18 для впуска текучей среды, пропускают масло, которое помимо функции привода выполняет еще и функцию смазки, что обуславливает отсутствие необходимости в специальном канале для смазочного масла.
В частности, масло под давлением, необходимое в качестве рабочей текучей среды, согласно характеристикам, которые будут описаны ниже, может подаваться гидравлическим контуром трактора, который имеется на тракторах в качестве стандартного оборудования с 50-х годов.
Системы регулирования давления в шинах, которые можно реализовать в комбинации с соединением, работающим на масле, являются гибридными, т.е., они состоят из двух частей: первой гидравлической части для пропускания масла, и второй части для преобразования энергии масла (отбираемого от трактора) в пневматическую энергию, которая используется в системе подкачки.
Техническое обоснование выбора вращающегося соединения 10, использующего масло, состоит в необходимости передавать большую мощность на вращающуюся часть трактора, т.е., колесо, чтобы обеспечить возможность быстрого изменения пневматического давления. Причина большой полезной мощности заключается в том факте, что перепад давления для пневматических систем (т.е., работающих на воздухе) не превышает 7 бар, тогда как для гидравлических систем такой перепад равен приблизительно 190 бар, т.е., в 27 раз выше. Поскольку расход пропорционален давлению, и гидравлическая мощность равна произведению давления на расход, передача мощности на колесо гидравлической системой происходит гораздо быстрее.
Кроме того, в то время как типичные пневматические системы могут рассчитывать на гидродинамическую мощность порядка киловатт, гидравлическое вращающееся соединение 10' по варианту настоящего изобретения, показанному на фиг. 8A, 8B, способно передавать всю гидравлическую мощность, установленную на тракторе которая, например, на современных машинах составляет по меньшей мере 25% от установленной мощности, т.е., если мощность дизельного двигателя равна 200 кВт, гидравлическое вращающееся соединение 10' способно без учета потерь выдавать на колесе до 50 кВт. Отсюда следует, что для системы регулирования давления в шинах, где используется масляное вращающееся соединение 10', с камерой переменной конфигурации, как будет описано ниже со ссылками на фиг. 9 и 10, для изменения давления в шине с минимального давления в 1 бар до 1,6 бар достаточно 2-3 с на одно колесо, тогда как для систем известного типа, работающих на воздухе, такая регулировка потребует нескольких минут.
Масляное вращающееся соединение, показанное на фиг. 8A, 8B, можно использовать для разных типов систем регулирования давления в шинах, которые будут показаны со ссылками на последующие чертежи. Как было указано выше, все эти системы управления являются гибридными, т.е., содержат первую гидравлическую часть для подачи масла, и вторую часть для преобразования гидравлической энергии в пневматическую, которая непосредственно отвечает за накачивание шины.
Как показано на фиг. 9 и 10, первый вариант системы регулирования давления в шинах по настоящему изобретению, подходящей для использования вращающегося соединения по варианту настоящего изобретения, показанному на фиг. 8A, 8B, содержит камеру 30 переменного объема, приводимую в действие тремя или более гидравлическими цилиндрами 31, расположенными на ободе A.
Как показано на фиг. 9, камера 30 переменного объема содержит сжатый воздух и интегрирована с ободом A, занимая цилиндрический объем, расположенный между диском A' обода A, дисковидным поршнем 32 и сбоку частично каналом A" обода A для фиксированной части и частично втулкой 33 обрезиненного фартука для подвижной части так, чтобы обеспечить герметичность. Дисковидный поршень 32 приводится в действие гидравлическими цилиндрами 31, которые управляют его подходом к диску A' обода A или отходом от него. Камера 30 переменного объема напрямую соединена (линией E) с шиной B транспортного средства через отверстия, выполненные во внешней части канала A" обода A так, чтобы изменение объема камеры 30 приводило к изменению давления воздуха и в камере 30 и внутри шины B за счет соединения двух отсеков. Гидравлические цилиндры 31 гидравлически соединены через вращающееся соединение 10' с гидравлическим контуром трактора.
В частности, как показано на фиг. 10, система регулирования давления в шинах по варианту, показанному на фиг. 9, приводится в действие через два электроклапана 27, 28, установленные на стороне машины, соответственно, двухходовой электроклапан 27 и трехходовой электроклапан 28, а также клапан-отсекатель 23, установленный на ободе A. Когда двухходовой клапан 27 открыт, он сдвигает клапан-отсекатель 23, расположенный на ободе A, в открытое положение; в это время трехходовой клапан 28 подает масло через вращающееся соединение 10' в гидравлические цилиндры 31, установленные на ободе A, которые сжимают поршень 32 камеры 30 переменного объема, уменьшая ее объем и увеличивая, тем самым давление воздуха (все выдвижные элементы в одном направлении на P) Уменьшение давление осуществляется путем выпуска масла, содержащегося в гидравлических цилиндрах 31, которое течет под действием воздуха, давящего на поршень 32 камеры 30, объем которой увеличивается (выдвижной элемент в противоположном направлении на T).
Эксплуатационные преимущества системы регулирования давления по фиг. 9 и 10 относительно известных вращающихся соединений того же типа, раскрытых в патентах US 2107405, DE 8907153 и US 5253688, заключаются в чрезвычайно укороченном времени накачки и сдувания, порядка секунд с 1 до 1,6 бар по варианту настоящего изобретения, против нескольких минут, требующихся в известных решениях.
Изменение давления в шине за такое короткое время позволяет управлять давлением в реальном масштабе времени, в зависимости от событий, определяющих необходимость в коррекции, таких как внезапное изменение вертикальной нагрузки из-за подъема тяжелого груза, или внезапный перенос нагрузки, из-за опрокидывающего крутящего момента на задней оси, на которые регулирующая система по настоящему изобретению реагирует немедленно, увеличивая давление, или, наоборот, потеря сцепления с грунтом из-да ухудшения адгезии, на что система по настоящему изобретению немедленно реагирует, уменьшая давление, что приводит к увеличению пятна контакта с грунтом и восстановлению сцепления. следовательно, колесо, понимаемое как комплект, состоящий из шины B, камеры 30 переменного объема и обода A, динамически адаптируется к событиям, встречающимся при его работе.
Кроме того, отсутствует обмен воздухом между атмосферой, обычно загрязненной пылью и влажностью, и камерой 30 переменного объема и шиной B, для которых фильтры-осушители и работы по техническому обслуживанию компрессора и цилиндров по существу не требуются, в отличие от решений того же типа, например, описанных в патентах US 2107405, DE 8907153 и US 5253688.
Кроме того, система регулирования давления в шинах по фиг. 9 и 10 не требует установки специального компрессора, как в известных системах регулирования давления того же типа, например, описанных в патентах US 2107405, DE 8907153 и US 5253688.
Вращающееся соединение 10', описанное со ссылками на фиг. 8A, 8B, 9 и 10, собрано в двухканальной конфигурации для пропускания масла, и в ней один канал используется для привода выдвижного элемента клапана-отсекателя, расположенного в ободе A, другой - для пропускания масла, питающего три или более гидравлических цилиндра 31 для движения поршня 32 камеры 30 переменного объема под давлением или со сливом, в зависимости от положения трехходового клапана 28 на машине и такая конфигурация обеспечивает максимальную безопасность даже в случае неисправности системы подкачивания.
Другое преимущество обусловлено тем, что и подшипники 17, и прокладки 16 непрерывно смазываются тем же маслом, которое приводит в действие гидравлические цилиндры 31, что гарантирует высокую надежность.
Наконец, как и в варианте, описанном выше со ссылками на фиг. 1-7, и в этом случае обод A и вращающееся соединение 10' выполнены интегрально и, поэтому, после сборки вращающееся соединение 10' следует за колесом при всех операциях сборки, обслуживания и регулировки без необходимости демонтажа поддерживающих кронштейнов 29.
На фиг. 11 и 12 показан второй вариант системы регулирования давления в шинах по настоящему изобретению, пригодного для использования с вращающимся соединением 10' по варианту настоящего изобретения, показанному на фиг. 8A и 8B, где внешний отсек обода A используется как резервуар 34 для сжатого воздуха, и этот резервуар 34 ограничен диском A' обода A, каналом A" обода A, и круглой крышкой 35, которая навинчивается воздухонепроницаемо и образует второе цилиндрическое основание резервуара 34 во внешнем отсеке обоза A. Резервуар 34 с камерой фиксированного объема сообщается непосредственно с шиной B через компрессор 36 и при работе компрессора в одном или в другом направлении воздух движется из одного отсека в другой и, следовательно, давление в шине меняется. Внутри резервуара 34 расположен гидравлический двигатель 37, на который установлен компрессор 36 Два электроклапана 38 и 39 установлены на машине, соответственно, двухходовой электроклапан 38 и трехходовой электроклапан 39. Когда двухходовой электроклапан 38 открыт, он переводит клапан-отсекатель 23, расположенный на ободе A, в открытое положение; в это время трехходовой клапан 39 через вращающееся соединение 10', подает масло на гидравлический двигатель 37. На этой фазе компрессор 36 откачивает воздух из резервуара 34 и сжимает его, накачивая через линию E шину B, тем самым повышая в ней давление.
Снижение давление осуществляется двухходовым электроклапаном 38 и трехходовым электроклапаном 39 при вытяжном элементе в противоположном положении относительно накачивания, поэтому, гидравлический двигатель 37, вращаясь в противоположном направлении, откачивает воздух из шины B и сжимает его в резервуаре 33.
Гидравлическая энергия, необходимая для изменения объема камеры подается через вращающееся соединение 10' с двумя или более кольцевыми каналами, по которым поступает гидравлическое масло под давлением, приходящее из гидравлического контура трактора. Такая система является гибридной гидропневматической системой, в которой узел, состоящий из гидравлического двигателя 37 и компрессора 36, выполняет преобразование гидравлической энергии в пневматическую и наоборот.
Такая система гарантирует достаточно быстрое регулирование давления, позволяя давлению адаптироваться к происходящим событиям, таким как изменение нагрузки, пробуксовка, изменение скорости. В ответ на каждое из этих событий, согласно логике, заложенной в блок управления на борту машины, давление в шинах регулируется в реальном масштабе времени, чтобы гарантировать целостность шины, безопасность вождения и другие параметры, не являющиеся объектом настоящего изобретения.
Гидравлическое вращающееся соединение 10' имеет кольцевую форму для обеспечения прохождения сквозь него ступицы D колеса трактора, соосной с осью колеса и находящейся на внутренней части обода A.
Эксплуатационные преимущества системы регулирования давления в шинах по фиг. 9 и 10 относительно известных вращающихся соединений типа, описанного в патентах US 2107405, DE 8907153 и US 5253688, заключаются, во-первых, в чрезвычайно сокращенном времени накачивания и сдувания, благодаря специальному компрессору 36 для каждого колеса, благодаря доступной гидравлической мощности, и благодаря тому, что во время регулирования давления компрессор 36 осуществляет всасывание при давлении, превышающем атмосферное, поэтому он должен компенсировать меньший перепад давлений.
Более того, быстрота регулирования давления в шине позволяет управлять им в зависимости от возникновения событий, которые определяют необходимость в коррекции - внезапное увеличение вертикальной нагрузки из-за подъема тяжелого инструмента, внезапный перенос нагрузки из-за опрокидывающего крутящего момента на задней оси, на которые следует немедленная реакция увеличения давления в шинах, и наоборот, потеря сцепления с грунтом из-за ухудшений условий адгезии влечет немедленное уменьшение давления с последующим увеличением пятна контакта между шиной и грунтом и восстановление сцепления.
Кроме того, отсутствует обмен между атмосферным воздухом, обычно загрязненным пылью и влагой, и узлом резервуар 34/шина B, благодаря чему отсутствует необходимость в фильтрах-осушителях и в операциях по техническому обслуживанию компрессора 36 в целом.
Кроме того, в этом случае вращающееся соединение 10' имеет двухканальную конфигурацию для пропускания масла, как показано на фиг. 8A и 8B, в которой один канал используется для привода выдвижного элемента клапана-отсекателя 23, расположенного в ободе A, а другой - для пропускания масла, которое запитывает группу, образованную гидравлическим двигателем 37 и компрессором 36, выполняя накачивания или сдувание в соответствии с положением тарелки трехходового клапана 39 на машине. Такая конфигурация обеспечивает максимальную безопасность в случае неисправности системы подкачки.
Кроме того, и подшипники 17, и прокладки 16 вращающегося соединения 10' смазываются, обеспечивая высокую степень надежности, а обод A т вращающееся соединение 10' выполнены интегрально, поэтому после сборки вращающееся соединение 10' следует за колесом при всех операциях сборки, обслуживания и регулировки, без необходимости разбирать поддерживающие кронштейны 29.
Предпочтительные варианты настоящего изобретения были описаны в целях иллюстрации, но не в целях ограничений, однако следует понимать, что специалисты могут внести в него изменения и/или замены, не выходя за пределы объема защиты, определенного приложенной формулой.
1. Вращающееся соединение (10, 10'), выполненное с возможностью передачи текучей среды между двумя объектами, один из которых вращается относительно другого, отличающееся тем, что оно содержит цилиндрический внутренний элемент (11), выполненный с возможностью крепления к вращающемуся объекту, и множество кольцевых внешних элементов (14, 15, 17, 18), выполненных с возможностью соединения и являющихся самоцентрирующимися, которые можно устанавливать модульно; при этом внешние элементы (14, 15, 17, 18) содержат по меньшей мере два головных элемента (14), по меньшей мере два корпусных элемента (15) для соответствующих прокладок (16), два подшипниковых элемента (17) и по меньшей мере один элемент (18) для впуска текучей среды; причем указанный по меньшей мере один элемент (18) для впуска текучей среды расположен в промежуточном положении между двумя подшипниковыми элементами (17), указанные по меньшей мере два корпусных элемента (15) для соответствующих прокладок (16) расположены снаружи относительно двух подшипниковых элементов (17), и указанные по меньшей мере два головных элемента (14) расположены снаружи относительно указанных по меньшей мере двух корпусных элементов (15) для соответствующих прокладок (16); при этом прокладки (16) определяют кольцевую уплотненную область в пространстве, ограниченном сбоку этими прокладками (16), изнутри - внутренним элементом (11), а снаружи - внешними элементами (14, 15, 17, 18), расположенными между этими прокладками (16), причем доступ в уплотненную область открыт с одной стороны через элемент (18) для впуска текучей среды, а с другой стороны - через по меньшей мере один канал (20, 21) для пропускания текучей среды, проходящий сквозь тело внутреннего элемента (11) до одного из двух осевых концов.
2. Вращающееся соединение (10, 10') по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит два элемента (18) для впуска текучей среды, расположенные в промежуточном положении между двумя подшипниковыми элементами (17), и два корпусных элемента (15) для соответствующих прокладок (16), разделенные головным элементом (14), причем прокладки (16) определяют две отдельные уплотненные области, по одной у каждого из двух элементов (18) для впуска текучей среды, при этом внутренний элемент (11) содержит два отдельных канала (20, 21), соответственно по одному для каждой из двух уплотненных областей.
3. Вращающееся соединение (10) по п. 2, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит корпусной элемент (15) для прокладки (16), расположенный между каждым из элементов (18) для впуска текучей среды и соответствующим подшипниковым элементом (17).
4. Система регулирования давления в шине (B), отличающаяся тем, что она содержит вращающееся соединение (10, 10') по п. 2 или 3 в комбинации с компрессором, установленным на не вращающемся объекте, и по меньшей мере один клапан-отсекатель (23) для впускного и выпускного потока из шины (B), причем первый канал (20) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между компрессором и приводным средством клапана-отсекателя (23) через клапан (27), а второй канал (21) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между компрессором и шиной (B) через капан (28) и клапан-отсекатель (23).
5. Система регулирования давления в шине (B) по п. 4, отличающаяся тем, что клапан (27) в первом канале (20) является двухходовым клапаном, а клапан (28) во втором канале (21) является трехходовым клапаном.
6. Система регулирования давления в шине (B), отличающаяся тем, что она содержит вращающееся соединение (10, 10') по п. 2 или 3 в комбинации с гидравлическим контуром не вращающегося объекта, камеру (30) переменного объема и средство (31) управления камерой (30), выполненное с возможностью изменения объема камеры (30), причем камера (30) расположена в ободе (A) шины (B), заполнена сжатым воздухом и находится в сообщении по текучей среде с шиной (B) через по меньшей мере один клапан-отсекатель (23); при этом первый канал (20) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и приводным средством клапана-отсекателя (23) через клапан (27), а второй канал (21) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и управляющим средством (31) камеры (30) через клапан (28) и клапан-отсекатель (23).
7. Система регулирования давления в шине (B) по п. 6, отличающаяся тем, что управляющее средство (31) содержит три или более гидравлических цилиндра (31), при этом клапан (27) в первом канале (20) является двухходовым клапаном, а клапан (28) во втором канале (21) является трехходовым клапаном.
8. Система регулирования давления в шине (B), отличающаяся тем, что она содержит вращающееся соединение (10, 10') по п. 2 или 3 в комбинации с гидравлическим контуром не вращающегося объекта, резервуар (34), компрессор (36), соединенный с гидравлическим двигателем (37), при этом резервуар (34), компрессор (36) и гидравлический двигатель (37) размещены в ободе (A) шины (B), причем резервуар (34) заполнен сжатым воздухом и находится в сообщении по текучей среде с шиной (B) через компрессор (36) и клапан-отсекатель (23); при этом первый канал (20) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и гидравлическим двигателем (37) в соответствии с управляющим средством гидравлического двигателя в первом направлении вращения, и с приводным средством клапана-отсекателя (23), через клапан (39), а второй канал (21) вращающегося соединения (10, 10') создает сообщение по текучей среде между гидравлическим контуром и гидравлическим двигателем (37) в соответствии с управляющим средством гидравлического двигателя во втором направлении вращения, противоположным первому направлению вращения, и с приводным средством клапана-отсекателя (23) через тот же клапан (39) или через другой клапан (38).
