RU2741446C1

RU2741446C1 - Vehicle wheel

Info

Publication number: RU2741446C1
Application number: RU2020114511A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Владимирович Новиков; Алексей Владимирович Поздеев; Юлия Сергеевна Кваша
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2021-01-26

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to wheels with pneumatic tires intended for wheeled tractors, combine harvesters, excavators and other suspensionless vehicles. Wheel comprises a rim, a pneumatic tire accommodating an elastic shell and a valve-throttle assembly. Elastic shell is made of rubber cord in the form of toroid, along outer diameter is installed tightly to inner surface of tire and forms with tire and rim annular working cavity. Rim is equipped with two disks installed on both sides of the rim and forming an internal cavity with the rim interconnected with the annular working cavity through the valve-throttle unit installed on the rim. Inner cavity and annular working cavity are filled with air under standard pressure for tire, and torus rubber-cord casing is filled with air under pressure in 1.5 times higher than standard value for tire.

EFFECT: technical result is increase in smoothness and safety of movement of suspensionless wheeled vehicles.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к колесам с пневматическими шинами, предназначенными для колесных тракторов, комбайнов, экскаваторов и других бесподвесочных транспортных средств.The invention relates to wheels with pneumatic tires designed for wheeled tractors, combines, excavators and other suspensionless vehicles.

Известна пневмошина, содержащая резинокордную оболочку и дополнительную емкость, наполненные сжатым воздухом и связанные между собой воздушными каналами с обратным клапаном и демпфером вязкого трения, установленными параллельно (патент №2085404, кл. В60С 9/18, опубл. 27.07.1997).Known pneumatic tire containing a rubber-cord casing and an additional container filled with compressed air and interconnected by air ducts with a check valve and a viscous friction damper installed in parallel (patent No. 2085404, CL B60S 9/18, publ. 27.07.1997).

Недостатком данной пневмошины является низкая эффективность воздушного демпфирования, обусловленная тем, что объем резинокордной оболочки, значительно больше объема дополнительной емкости. В результате при деформации пневмошины под действием вертикальных колебаний остова машины происходит перекачка небольшой части относительного объема воздуха из резинокордной оболочки в дополнительную емкость и обратно через дроссель с обратным клапаном, что мало меняет жесткость пневмошины на ходах сжатия и отбоя. Вследствие этого диаграмма (зависимость силы от вертикальной деформации) пневмошины будет иметь малую площадь, что ограничивает демпфирующие способности данной конструкции. Кроме того, наличие дополнительной емкости увеличивает суммарный объем пневмошины, что снижает ее жесткость и увеличивает вероятность пробоя колеса. The disadvantage of this pneumatic tire is the low efficiency of air damping, due to the fact that the volume of the rubber-cord casing is much larger than the volume of the additional capacity. As a result, when the pneumatic tire is deformed under the action of vertical vibrations of the machine frame, a small part of the relative volume of air is pumped from the rubber-cord casing into the additional tank and back through the throttle with a check valve, which little changes the stiffness of the pneumatic tire during the compression and rebound strokes. As a result, the diagram (the dependence of the force on the vertical deformation) of the pneumatic tire will have a small area, which limits the damping capacity of this design. In addition, the presence of additional capacity increases the total volume of the pneumatic tire, which reduces its rigidity and increases the likelihood of wheel breakdown.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является колесо транспортного средства, содержащее обод и пневматическую шину, в полости которой установлена с кольцевым зазором эластичная оболочка в виде полого тора, разделяющая полость шины на две полости и образующая в шине кольцевую рабочую полость, сообщающуюся с внутренней полостью эластичной оболочки через клапанно-дроссельный узел, содержащий клапан и дросселирующее отверстие (патент РФ № 2590779, кл. В60С 5/20, В60С 7/00, опубл. 10.07.2016).The closest to the proposed technical solution is a vehicle wheel containing a rim and a pneumatic tire, in the cavity of which an elastic shell in the form of a hollow torus is installed with an annular gap, dividing the tire cavity into two cavities and forming an annular working cavity in the tire communicating with the internal elastic cavity shells through a valve-throttle assembly containing a valve and a throttling hole (RF patent No. 2590779, class В60С 5/20, В60С 7/00, publ. 10.07.2016).

Недостатком данного колеса является относительно низкая эффективность воздушного демпфирования, обусловленная тем, что объем кольцевой рабочей полости больше объема полого тора эластичной оболочки. В результате при деформации пневматической шины под действием вертикальных колебаний остова машины происходит перекачка небольшой части относительного объема воздуха из кольцевой полости в полость эластичной оболочки и обратно через дроссель с обратным клапаном, что относительно мало меняет жесткость пневматической шины на ходах сжатия и отбоя. Вследствие этого диаграмма (зависимость силы от вертикальной деформации) будет иметь малую площадь, что ограничивает демпфирующие способности данной конструкции. Кроме того, вследствие небольшого внутреннего объема шина имеет сравнительно высокую жесткость, что снижает плавность хода машины, а дросселирование воздуха при вертикальных колебаниях колеса приводит к ускорению процесса нагрева пневматической шины, поскольку воздух находится внутри шины и резинокордной оболочки и не соприкасается с металлическим ободом колеса, что повышает внутреннее давление и может привести к разрушению шины. The disadvantage of this wheel is the relatively low efficiency of air damping due to the fact that the volume of the annular working cavity is greater than the volume of the hollow torus of the elastic shell. As a result, when the pneumatic tire is deformed under the action of vertical vibrations of the machine frame, a small part of the relative volume of air is pumped from the annular cavity into the cavity of the elastic shell and back through the throttle with a check valve, which relatively little changes the stiffness of the pneumatic tire during compression and rebound strokes. As a consequence, the diagram (the dependence of the force on the vertical deformation) will have a small area, which limits the damping capacity of this structure. In addition, due to the small internal volume, the tire has a relatively high rigidity, which reduces the smoothness of the machine, and the throttling of air during vertical oscillations of the wheel leads to an acceleration of the heating process of the pneumatic tire, since the air is inside the tire and rubber-cord casing and does not come into contact with the metal rim of the wheel. which increases the internal pressure and can lead to tire destruction.

Задачей является обеспечение снижения жесткости шины в зоне стати-ческой деформации, увеличение жесткости шины в конце хода сжатия, увеличение эффективности воздушного демпфирования и снижение температуры нагрева шины за счет лучшего теплоотвода в окружающую среду.The task is to ensure a decrease in the stiffness of the tire in the zone of static deformation, an increase in the stiffness of the tire at the end of the compression stroke, an increase in the efficiency of air damping and a decrease in the tire heating temperature due to better heat dissipation into the environment.

Техническим результатом предлагаемого колеса транспортного средства является повышение плавности хода и безопасности движения бесповесочных колесных машин.The technical result of the proposed vehicle wheel is to improve the smoothness and safety of the wheelless vehicles.

Указанный технический результат достигается тем, что в колесе транспортного средства, содержащем обод, пневматическую шину, внутри которой установлена эластичная оболочка, и клапанно-дроссельный узел, эластичная оболочка выполнена из резинокорда в виде тора, которая по наружному диаметру установлена вплотную к внутренней поверхности шины и образует с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, а обод снабжен двумя дисками, которые установлены с двух сторон обода и образуют с ободом внутреннюю полость, сообщенную с кольцевой рабочей полостью через клапанно-дроссельный узел, установленный на ободе, причем внутренняя полость и кольцевая рабочая полость заправлены воздухом под стандартным давлением для шины, а торовая резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины.The specified technical result is achieved by the fact that in a vehicle wheel containing a rim, a pneumatic tire, inside which an elastic shell is installed, and a valve-throttle assembly, the elastic shell is made of a rubber cord in the form of a torus, which is installed along the outer diameter close to the inner surface of the tire and forms an annular working cavity with the tire and the rim, and the rim is equipped with two discs that are installed on both sides of the rim and form an internal cavity with the rim, communicated with the annular working cavity through a valve-throttle assembly mounted on the rim, and the internal cavity and the annular working cavity are filled with air at the standard tire pressure, and the torus rubber casing is filled with air at 1.5 times the standard tire pressure.

Благодаря тому, что эластичная оболочка выполнена из резинокорда в виде тора и установлена по наружному диаметру вплотную к внутренней поверхности шины, образуя с шиной и ободом кольцевую рабочую полость, а обод снабжен двумя дисками, которые установлены с двух сторон обода и образуют с ободом внутреннюю полость, сообщенную с кольцевой рабочей полостью через клапанно-дроссельный узел, установленный на ободе, обеспечивается увеличение отношения постоянного объема во внутренней полости к переменному объему в кольцевой рабочей полости, что повышает эффективность воздушного демпфирования, увеличивая тем самым плавность хода, и лучший теплоотвод через поверхность дисков в окружающую среду, повышая безопасность движения бесподвесочных колесных машин.Due to the fact that the elastic shell is made of a rubber cord in the form of a torus and is installed along the outer diameter close to the inner surface of the tire, forming an annular working cavity with the tire and the rim, and the rim is equipped with two discs that are installed on both sides of the rim and form an inner cavity with the rim communicated with the annular working cavity through a valve-throttle assembly mounted on the rim, an increase in the ratio of the constant volume in the inner cavity to the variable volume in the annular working cavity is ensured, which increases the efficiency of air damping, thereby increasing the smoothness of the stroke, and better heat dissipation through the surface of the discs into the environment, increasing the safety of movement of suspensionless wheeled vehicles.

Вследствие того, что торовая резинокордная оболочка заправлена воздухом под давлением в 1,5 раза выше стандартного значения для шины, а внутренняя полость и кольцевая рабочая полость заправлены воздухом под стандартным давлением для шины, при малых ходах сжатия шины обеспечивается сохранение формы и объема торовой резинокордной оболочки, что повышает эффективность воздушного демпфирования и улучшает контакт колеса с дорожным полотном, а при больших ходах сжатия обеспечивается увеличение радиальной жесткости шины, что снижает вероятность пробоя колеса и смятие его обода, тем самым повышая надежность работы колеса и безопасность движения транспортного средства. Due to the fact that the torus rubber-cord casing is filled with air at a pressure 1.5 times higher than the standard value for the tire, and the inner cavity and the annular working cavity are filled with air under the standard pressure for the tire, at low compression strokes of the tire, the shape and volume of the torus rubber-cord casing is maintained. , which increases the efficiency of air damping and improves the contact of the wheel with the road surface, and at large compression strokes, an increase in the radial stiffness of the tire is provided, which reduces the likelihood of wheel breakdown and crushing of its rim, thereby increasing the reliability of the wheel and the safety of the vehicle.

На фиг. 1 изображено предлагаемое колесо транспортного средства вид сбоку, на фиг. 2 изображено предлагаемое колесо транспортного средства при статической деформации, на фиг. 3 – предлагаемое колесо транспортного средства при деформации больше статической, а на фиг. 4 – упругие характеристики предлагаемого колеса на ходах сжатия и отбоя.FIG. 1 shows the proposed vehicle wheel side view, FIG. 2 shows the proposed vehicle wheel in static deformation, FIG. 3 - the proposed vehicle wheel when deformation is greater than static, and in Fig. 4 - elastic characteristics of the proposed wheel in the compression and rebound strokes.

Колесо транспортного средства (фиг. 1, 2 и 3) содержит обод 1 и пневматическую шину 2, в полости которой вплотную к внутренней поверхности шины 2 установлена эластичная оболочка 3, выполненная из резинокорда в виде тора с полостью 4 и образующая с ободом 1 и боковыми стенками шины 2 кольцевую рабочую полость 5. Обод 1 снабжен двумя дисками 6 и 7, которые образуют с ободом 1 внутреннюю полость 8, сообщенную с кольцевой рабочей полостью 5 через клапанно-дроссельный узел, включающий дроссель 9 и обратный клапан 10, установленные в углублении на цилиндрической части обода 1. Объем кольцевой рабочей полости 5 значительно меньше объема внутренней полости обода 8, что обеспечивает повышенную эффективность воздушного демпфирования.The vehicle wheel (Fig. 1, 2 and 3) contains a rim 1 and a pneumatic tire 2, in the cavity of which an elastic shell 3 is installed close to the inner surface of the tire 2, made of a rubber cord in the form of a torus with a cavity 4 and forming with a rim 1 and lateral the walls of the tire 2 an annular working cavity 5. The rim 1 is equipped with two discs 6 and 7, which form an inner cavity 8 with the rim 1, communicated with the annular working cavity 5 through a valve-throttle assembly including a throttle 9 and a check valve 10 installed in a recess on of the cylindrical part of the rim 1. The volume of the annular working cavity 5 is much less than the volume of the inner cavity of the rim 8, which provides an increased efficiency of air damping.

С двух сторон обод 1 имеет посадочные буртики 11 и 12, буртик 11 выполнен в виде съемного кольца, что облегчает монтаж и демонтаж шины 2. Между двух дисков 6 и 7 коаксиально расположены герметично приваренные к ним трубки 13, которые имеют посадочные отверстия 14 для крепления колеса к ступице машины. На диске 6 герметично установлена крышка 15, в которой закреплен золотниковый штуцер 16 для заправки воздухом полостей 8 и 5 давлением, равным стандартному значению для шины 2 (под стандартным давления для шины понимается давление, указанное в паспорте шины). On both sides, the rim 1 has landing collars 11 and 12, the collar 11 is made in the form of a removable ring, which facilitates the mounting and dismantling of the tire 2. Between the two disks 6 and 7, tubes 13, hermetically welded to them, are coaxially located, which have mounting holes 14 for fastening wheels to the hub of the car. A cover 15 is hermetically installed on the disk 6, in which a spool fitting 16 is fixed for filling cavities 8 and 5 with air with a pressure equal to the standard value for tire 2 (the standard pressure for a tire means the pressure indicated in the tire passport).

На торовой оболочке 3 закреплена металлическая трубка 17, вмонтированная с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1 и соединенная шлангом 19 с золотниковым штуцером 20, который закреплен на крышке 15 и служит для заправки полости 4 эластичной оболочки 3 воздухом до давления, которое в 1,5 раза выше стандартного значения для шины 2.On the torus shell 3, a metal tube 17 is fixed, mounted with the possibility of axial movement in the radial hole 18 of the rim 1 and connected by a hose 19 with a spool fitting 20, which is fixed on the cover 15 and serves to fill the cavity 4 of the elastic shell 3 with air to a pressure of 1 , 5 times the standard value for bus 2.

Предлагаемое колесо транспортного средства работает следующим образом. The proposed vehicle wheel works as follows.

Под действием статической нагрузки нижняя часть пневматической шины 2, установленная на ободе 1 между посадочными буртиками 11 и 12, деформируется на величину статической деформации (фиг. 1). При этом поперечное сечение торовой резинокордной оболочки 3 в нижней части шины 2 практически не деформируется, поскольку ее полость 4 заправлена воздухом под давлением, которое в 1,5 раза выше давления в кольцевой рабочей полости 5 (фиг.2), равного мтандартному значению давления для шины 2). Under the action of a static load, the lower part of the pneumatic tire 2, mounted on the rim 1 between the landing flanges 11 and 12, is deformed by the amount of static deformation (Fig. 1). In this case, the cross section of the torus rubber-cord casing 3 in the lower part of the tire 2 practically does not deform, since its cavity 4 is filled with air under pressure, which is 1.5 times higher than the pressure in the annular working cavity 5 (Fig. 2), which is equal to the standard pressure value for tires 2).

При качении колеса по ровной дороге и отсутствии вертикальных колебаний статическая деформация пневматической шины 2 практически не меняется, что не увеличивает сопротивления качению (фиг. 1).When the wheel rolls on a flat road and the absence of vertical vibrations, the static deformation of the pneumatic tire 2 practically does not change, which does not increase the rolling resistance (Fig. 1).

При качении колеса по неровной дороге или возникновении небольших вертикальных и угловых колебаний транспортного средства происходит дополнительная радиальная деформация нижней части пневматической шины 2, что вызывает изменение объема кольцевой рабочей полости 5 и возникновение перепада давлений на клапанно-дроссельном узле, включающем дроссель 9 и обратный клапан 10, установленные в углублении на цилиндрической части обода 1 (фиг. 2). При этом на ходе сжатия шины 2 происходит увеличение давления в кольцевой рабочей полости 5, под действием которого воздух из нее перетекает во внутреннюю полость 8 через дроссель 9 и обратный клапан 10 практически без сопротивления, что обеспечивает одинаковый рост давлений в полостях 5 и 8 и мягкую упругую характеристику (кривая 21 на фиг. 4). На ходе отбоя обратный клапан 10 закрывается и воздуз из полости 8 перетекает в полость 5 только через дроссель 9 с большим сопротивлением, что обеспечивает резкое увеличение жесткости упругой характеристики (кривая 22 на фиг. 4). При последующем ходе сжатия давление воздуха в полости 5 быстро увеличивается и при достижении давления в полости 8 обратный клапан 10 открывается и далее происходит практически одновременный рост давлений в полостях 5 и 8. В результате за цикл колебаний реализуется рабочая диаграмма, заштрихованная площадь внутри которой равняется потерям энергии колеса, которые идут на гашение колебаний корпуса транспортного средства. When a wheel rolls on an uneven road or small vertical and angular vibrations of the vehicle occur, additional radial deformation of the lower part of the pneumatic tire 2 occurs, which causes a change in the volume of the annular working cavity 5 and the occurrence of a pressure difference across the valve-throttle assembly, including throttle 9 and check valve 10 installed in a recess on the cylindrical part of the rim 1 (Fig. 2). In this case, during the compression of the tire 2, an increase in pressure occurs in the annular working cavity 5, under the action of which air from it flows into the internal cavity 8 through the throttle 9 and the check valve 10 practically without resistance, which ensures the same increase in pressure in the cavities 5 and 8 and a soft elastic characteristic (curve 21 in Fig. 4). During the rebound, the check valve 10 closes and air from the cavity 8 flows into the cavity 5 only through the throttle 9 with high resistance, which provides a sharp increase in the rigidity of the elastic characteristic (curve 22 in Fig. 4). During the subsequent compression stroke, the air pressure in the cavity 5 rapidly increases and when the pressure in the cavity 8 is reached, the check valve 10 opens and then there is an almost simultaneous increase in the pressures in the cavities 5 and 8. As a result, a working diagram is realized during the oscillation cycle, the shaded area inside which is equal to losses the energy of the wheel, which go to damp the vibrations of the vehicle body.

При увеличении радиальной деформации колеса в случае больших вертикальных и угловых колебаний транспортного средства или при наезде на большую выступающую неровность нижняя часть шины 2 деформируется на большую величину и внутренняя поверхность нижней части торовой резинокордной оболочкой 3 взаимодействует с нижней частью цилиндрического обода 1, вызывая ее сжатие (фиг. 3). Вследствие этого происходит увеличение давления в полостях 4, 5 и 8 и жесткости упругой характеристики (кривая 23 на фиг. 4), что ограничивает ход сжатия шины 2 и вероятность пробоя колеса. При последующем ходе отбоя нижняя часть торовой резинокордной оболочки 3 постепенно восстанавливает свою форму и при совместном действии с внутренним воздушным сопротивлением обеспечивает более жесткую упругую характеристику (кривая 24 на фиг. 4), которая при больших ходах сжатия и отбоя формирует большую площадь внутри рабочей диаграммы, что увеличивает общие потери энергии внутри колеса и эффективное гашение колебаний транспортного средства. При этом выделяемое при дросселировании воздуха тепло отводится в окружающую среду через диски 6 и 7. With an increase in the radial deformation of the wheel in the case of large vertical and angular vibrations of the vehicle or when hitting a large protruding unevenness, the lower part of the tire 2 is deformed by a large amount and the inner surface of the lower part of the torus rubber-cord shell 3 interacts with the lower part of the cylindrical rim 1, causing its compression ( Fig. 3). As a result, there is an increase in the pressure in the cavities 4, 5 and 8 and the rigidity of the elastic characteristic (curve 23 in Fig. 4), which limits the compression stroke of the tire 2 and the probability of wheel breakdown. During the subsequent rebound stroke, the lower part of the torus rubber-cord casing 3 gradually restores its shape and, when combined with the internal air resistance, provides a more rigid elastic characteristic (curve 24 in Fig. 4), which, with large compression and rebound strokes, forms a large area within the operating diagram, which increases the overall energy loss inside the wheel and effectively dampens vehicle vibrations. In this case, the heat released during throttling of the air is removed to the environment through the discs 6 and 7.

Заправка торовой оболочки 3 воздухом до давления, которое в 1,5 раза выше стандартного значения для шины 2, осуществляется через золотниковый штуцер 20, установленный на крышке 15, шланг 19 и металлическую трубку 17, установленную с возможностью осевого перемещения в радиальном отверстии 18 обода 1. Заправка воздухом полостей 8 и 5 давлением, равным стандартному значению для шины 2, осуществляется через золотниковый штуцер 16. The filling of the torus shell 3 with air to a pressure that is 1.5 times higher than the standard value for tire 2 is carried out through the spool fitting 20 mounted on the cover 15, the hose 19 and the metal tube 17 mounted with the possibility of axial movement in the radial hole 18 of the rim 1 The filling of cavities 8 and 5 with air with a pressure equal to the standard value for tire 2 is carried out through the spool fitting 16.

Крепление колеса к ступице машины осуществляется через посадочные отверстия 14 на конце трубок 13, герметично приваренных к дискам 6 и 7.The wheel is attached to the hub of the machine through the mounting holes 14 at the end of the tubes 13, which are hermetically welded to the disks 6 and 7.

В результате предлагаемое колесо транспортного средства обеспечивает повышение плавности хода и безопасности движения бесподвесочных колесных машин.As a result, the proposed wheel of the vehicle provides an increase in the smoothness and safety of movement of suspensionless wheeled vehicles.

Claims

A vehicle wheel containing a rim, a pneumatic tire, inside which an elastic shell and a valve-throttle assembly are installed, characterized in that the elastic shell is made of a rubber cord in the form of a torus, is installed along the outer diameter close to the inner surface of the tire and forms an annular with the tire and the rim a working cavity, and the rim is equipped with two discs that are installed on both sides of the rim and form an internal cavity with the rim communicated with the annular working cavity through a valve-throttle assembly mounted on the rim, and the internal cavity and the annular working cavity are filled with air at standard pressure for tires, and the torus rubber-cord casing is filled with air at a pressure 1.5 times higher than the standard value for a tire.