CN107554633A - 一种轴流风冷式履带车负重轮 - Google Patents

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陈科
刘忠祥
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Abstract

本发明公开了一种轴流风冷式履带车负重轮，包括轮毂、轮辋和轮辐，轮辐连接轮毂与轮辋，轮辋的数量为两个，轮辐的数量为两组，两个轮辋均与轮毂同轴设置，两个轮辋之间具有间隙，轮辐为曲面结构，轮辋的外表面具有橡胶层。在负重轮转动时，曲面结构的轮辐带动空气，使得轮辐周围的空气具有一定的速度，加之负重轮两个轮辋的对称结构，空气从负重轮轮辐两侧流出，当空气源源不断的从负重轮的曲面轮辐流过时，带走负重轮自身的热量，降低负重轮的温度。同时，随着负重轮转速的增大，轴向的通风量也随之增大，保证负重轮在高速运行状态下具有快速良好的散热效果。

Description

一种轴流风冷式履带车负重轮
技术领域
本发明涉及高速履带车辆领域，特别是涉及一种轴流风冷式履带车负重轮。
背景技术
传统的高速履带车辆主要有以下四种车轮：张紧轮、托带轮、负重轮和驱动轮，如图1所示，而负重轮只具有承载高速履带车辆自身重量的功能，并且不提供驱动力。由于高速履带车辆工作环境复杂多变(包括沙漠、雨林、丘陵以及山区等)，为了保证其在各种复杂恶劣环境下的行驶平顺性，提升高速履带车辆的使用可靠性，负重轮轮辋外缘会附着橡胶，也即挂胶负重轮，如图2所示。负重轮外缘橡胶在行驶的过程中会产生变形，由于橡胶的迟滞特性，轮缘橡胶会发热。橡胶的径向变形曲线如图3所示，其中曲线C表示加载过程橡胶受力与变形的曲线，曲线D表示卸载过程橡胶受力与变形的曲线，两者围成的面积即为此过程的能量损失，最终全部变成了热，称为迟滞损失。
高速履带车辆负重轮在行驶状态下会产生大量的热量，传统的负重轮的轮辐主要靠热传导散热，散热能力差，热平衡温度高，恶化了负重轮橡胶层的使用性能，严重时会导致橡胶层和轮辋之间产生剥落分离；高速履带车辆负重轮温度过高时容易被红外探测仪识别，加之负重轮的几何特征明显，不利于车辆的红外隐身。高速履带车辆的行动系统需要良好的工作可靠性和红外隐身性。高速履带车辆负重轮在车辆高速行驶时，橡胶外缘会产生大量的热。传统负重轮散热能力差，使得负重轮橡胶外缘温度显著升高，加速橡胶外缘的老化，同时不利于红外隐身。
因此，如何改变现有技术中，高速履带车辆的负重轮散热能力差的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴流风冷式履带车负重轮，以解决上述现有技术存在的问题，提高高速履带车辆负重轮的散热能力。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种轴流风冷式履带车负重轮，包括轮毂、轮辋和轮辐，所述轮辐连接所述轮毂与所述轮辋，所述轮辋的数量为两个，所述轮辐的数量为两组，两个所述轮辋均与所述轮毂同轴设置，两个所述轮辋之间具有间隙，所述轮辐为曲面结构，所述轮辋的外表面具有橡胶层。
优选地，所述轮辐的横截面为弧形面。
优选地，所述轮辐相对所述轮毂的径向平面具有倾斜角。
优选地，所述倾斜角为35°。
优选地，每一组所述轮辐的数量为七个，七个所述轮辐绕所述轮毂的轴线呈圆周状均布。
优选地，所述轮辐与所述轮辋连接一端的宽度较所述轮辐与所述轮毂连接一端的宽度宽。
优选地，两个所述轮辋的轴向宽度加两个所述轮辋之间间隙的宽度较所述轮毂的轴向宽度宽。
优选地，所述轮毂、所述轮辋和所述轮辐均由铝合金材质制成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的一种轴流风冷式履带车负重轮，包括轮毂、轮辋和轮辐，轮辐连接轮毂与轮辋，轮辋的数量为两个，轮辐的数量为两组，两个轮辋均与轮毂同轴设置，两个轮辋之间具有间隙，轮辐为曲面结构。在负重轮转动时，曲面结构的轮辐带动空气，使得轮辐周围的空气具有一定的速度，加之负重轮两个轮辋的对称结构，空气从负重轮轮辐两侧流出，当空气源源不断的从负重轮的曲面轮辐流过时，带走负重轮自身的热量，降低负重轮的温度。同时，随着负重轮转速的增大，轴向的通风量也随之增大，保证负重轮在高速运行状态下具有快速良好的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为履带车辆的示意图；
图2为现有技术中负重轮的结构示意图；
图3为现有技术负重轮橡胶的径向变形曲线；
图4为本发明轴流风冷式履带车负重轮的结构示意图；
图5为本发明轴流风冷式履带车负重轮的轮辐的速度分解图；
图6为本发明轴流风冷式履带车负重轮的主视结构示意图；
图7为图6中沿A-A向的剖切结构示意图；
其中，1为轮毂，2为轮辋，3为轮辐，4为张紧轮，5为拖带轮，6为负重轮，7为驱动轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种轴流风冷式履带车负重轮，以解决上述现有技术存在的问题，提高高速履带车辆负重轮的散热能力。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图4至图7，图4为本发明轴流风冷式履带车负重轮的结构示意图，图5为本发明轴流风冷式履带车负重轮的轮辐的速度分解图，图6为本发明轴流风冷式履带车负重轮的主视结构示意图，图7为图6中沿A-A向的剖切结构示意图。
本发明提供一种轴流风冷式履带车负重轮，包括轮毂1、轮辋2和轮辐3，轮辐3连接轮毂1与轮辋2，轮辋2的数量为两个，轮辐3的数量为两组，两个轮辋2均与轮毂1同轴设置，两个轮辋2之间具有间隙，轮辐3为曲面结构，轮辋2的外表面具有橡胶层。在负重轮转动时，曲面结构的轮辐3带动空气，使得轮辐3周围的空气具有一定的速度，加之对称设置的两个轮辋2之间具有一定间隙，空气从负重轮轮辐3两侧流出，当空气源源不断的从负重轮的曲面轮辐3流过时，带走负重轮自身的热量，降低负重轮的温度。同时，随着负重轮转速的增大，轴向的通风量也随之增大，保证负重轮在高速运行状态下具有快速良好的散热效果。
其中，轮辐3的横截面的轮廓由弧形构成。
具体地，轮辐3相对轮毂1的径向平面具有倾斜角，倾斜角为35°。轮辐3相对于负重轮的轴向具有一定的倾斜角，在负重轮高度转动时，更加有助于轮辐带动空气，增强负重轮的散热效果。
更具体地，每一组轮辐3的数量为七个，七个轮辐3绕轮毂1的轴线呈圆周状均布。
进一步地，轮辐3与轮辋2连接一端的宽度较轮辐3与轮毂1连接一端的宽度宽。
更进一步地，两个轮辋2的轴向宽度加两个轮辋2之间的间隙的宽度较轮毂1的轴向宽度宽。
在本具体实施方式中，轮毂1、轮辋2和轮辐3均由铝合金材质制成。下面以铝合金材质的负重轮为例，具体分析负重轮的散热情况。
设负重轮轮毂1直径为Dh＝240mm，负重轮的外径为D＝600mm，轮缘厚度为20mm，负重轮轮辐3数量为7个，负重轮轮辐3相对径向的倾斜角为α＝35°，经计算，可知铝合金负重轮的质量约为75kg，质量在合理区间内，由于履带车辆在实际行驶过程中的环境比较复杂，很难保证以恒定的速度行驶，以负重轮1000r/min的转速进行计算，得到负重轮的轴向风量。
已知：负重轮外径D＝600mm，轮缘厚度为20mm，故轮辐3外径为Dt＝600-2×20＝560mm，轮毂直径Dh＝240mm，负重轮轮辐3相对径向的倾斜角为α＝35°，如图7所示。
则轮辐3中间栅面直径为
负重轮转速为1000r/min时，轮辐3平均速度大小为
由于负重轮轮辐3与其径向夹角为α＝35°，且其绕轴转动，故在转动过程中，轮辐3的运动推动空气也随之运动。如图5所示，轮辐3的实际运动为周向转动，对轮辐3的速度um进行分解，可分为平行于轮辐3表面的速度和轴向的速度，轴向的速度uz即为空气的轴向运动速度，从而增大了负重轮的轴向通风量，故轴向空气流动的速度为
uz＝umtanα＝11.3×tan35°＝7.9m/s
同时，负重轮在转动的过程中，在每一时刻，负重轮的轮辐3都对空气产生作用力，轮辐3根部轴向投影宽度为84mm，轮辐3顶部轴向投影宽度为154mm。
由此可得，负重轮的轴向通风量为
由于计算时并未考虑空气损失以及其他参数的影响，计算的通风量比实际偏大，准确数据需要试验测定。但可以证明轴流式负重轮能显著增大负重轮的轴向通风量。
当负重轮以1000r/min的转速运动时，负重轮的轴向流量约为4627m3/h，已知空气在25℃时的密度为1.2kg/m3，空气的比热容为c＝1012J/(kg·K)，若负重轮此时的温度达到50℃，此时负重轮通过空气风冷产生的的散热量为
Q散＝cmΔT＝1012×4627×1.2×(50-25)＝1.40×105kJ/h
通过上述计算可知，轴流风冷式履带车负重轮能显著增加负重轮的散热能力，有利于提升其在野外环境中的红外隐身性，并显著提高负重轮轮缘橡胶的工作寿命。
本发明的轴流风冷式履带车负重轮，包括轮毂1、轮辋2和轮辐3，轮辐3连接轮毂1与轮辋2，轮辋2的数量为两个，轮辐3的数量为两组，两个轮辋2均与轮毂1同轴设置，两个轮辋2之间具有间隙，轮辐3为曲面结构，轮辋2的外表面具有橡胶层。在负重轮转动时，曲面结构的轮辐3带动空气，使得轮辐3周围的空气具有一定的速度，加之负重轮两个轮辋2的对称结构，空气从负重轮轮辐3两侧流出，当空气源源不断的从负重轮的曲面轮辐3流过时，带走负重轮自身的热量，降低负重轮的温度。同时，随着负重轮转速的增大，轴向的通风量也随之增大，增强了负重轮的散热能力，而且有利于提升负重轮在野外环境中的红外隐身性，延长了负重轮轮辋2外表面橡胶层的工作寿命。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：包括轮毂、轮辋和轮辐，所述轮辐连接所述轮毂与所述轮辋，所述轮辋的数量为两个，所述轮辐的数量为两组，两个所述轮辋均与所述轮毂同轴设置，两个所述轮辋之间具有间隙，所述轮辐为曲面结构，所述轮辋的外表面具有橡胶层。
2.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：所述轮辐的横截面为弧形面。
3.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：所述轮辐相对所述轮毂的径向平面具有倾斜角。
4.根据权利要求3所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：所述倾斜角为35°。
5.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：每一组所述轮辐的数量为七个，七个所述轮辐绕所述轮毂的轴线呈圆周状均布。
6.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：所述轮辐与所述轮辋连接一端的宽度较所述轮辐与所述轮毂连接一端的宽度宽。
7.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：两个所述轮辋的轴向宽度加两个所述轮辋之间间隙的宽度较所述轮毂的轴向宽度宽。
8.根据权利要求1所述的轴流风冷式履带车负重轮，其特征在于：所述轮毂、所述轮辋和所述轮辐均由铝合金材质制成。
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