RU217108U1

RU217108U1 - AUTOMOBILE AIRLESS POLYURETHANE TIRE WITH VARIABLE CONTACT PATCH AREA

Info

Publication number: RU217108U1
Application number: RU2022132693U
Authority: RU
Inventors: Максим Михайлович Корнильев
Original assignee: Максим Михайлович Корнильев
Filing date: 2022-12-13
Publication date: 2023-03-16

Abstract

Полезная модель относится к устройствам транспортного машиностроения, а именно к конструкциям безвоздушных шин, выполненных из полиуретана с применением электроактивных полимеров (эластомеров). Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение площади пятна контакта безвоздушных шин за счет вовлечения в пятнообразование ее боковых поверхностей, что позволит увеличить площадь пятна контакта и уменьшить давление на опорную поверхность, что обеспечит повышение опорной проходимости автомобиля. Технический результат достигается тем, что автомобильная безвоздушная полиуретановая шина с изменяемой площадью пятна контакта имеет упругие деформируемые спицы неизменной жесткости, соединяющие армированную диэлектрическую оболочку, имеющую протектор и дополнительные грунтозацепы, расположенные на ее боковине, с ободом, соединенным с диском. Армированная диэлектрическая оболочка заполнена электроактивным полимером, способным изменять линейные размеры под действием электрического тока, за счет чего изменяется жесткость армированной диэлектрической оболочки до значений, позволяющих использовать при образовании площади пятна контакта шины с опорной поверхностью ее боковых поверхностей. Это приводит к увеличению площади пятна контакта и уменьшению давления на опорную поверхность, что положительно отражается на опорной проходимости автомобиля. Преимущество данной конструкции заключается в том, что кроме колеса, устойчивого к механическим повреждениям и последующему разрушению шины в процессе движения, с неизменной жесткостью эластичных спиц, что обеспечивает лучшую устойчивость и управляемость автомобиля, способно значительно увеличить площадь в пятне контакта за счет вовлечения в образование площади пятна контакта большей поверхности шины и соответственно улучшить опорную проходимость при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью, и сохранить топливную экономичность при движении по твердым поверхностям.

The utility model relates to transport engineering devices, namely, airless tire structures made of polyurethane using electroactive polymers (elastomers). The task to be solved by the claimed technical solution is to increase the area of the contact patch of airless tires due to the involvement of its side surfaces in the patch formation, which will increase the area of the contact patch and reduce the pressure on the supporting surface, which will increase the vehicle's cross-country ability. The technical result is achieved by the fact that an automobile airless polyurethane tire with a variable contact patch area has elastic deformable spokes of constant rigidity connecting a reinforced dielectric shell having a tread and additional lugs located on its sidewall with a rim connected to the disk. The reinforced dielectric shell is filled with an electroactive polymer capable of changing linear dimensions under the influence of an electric current, due to which the stiffness of the reinforced dielectric shell changes to values that allow using the contact patch area of the tire with the supporting surface of its side surfaces when forming. This leads to an increase in the area of the contact patch and a decrease in pressure on the supporting surface, which has a positive effect on the vehicle's cross-country ability. The advantage of this design is that, in addition to a wheel that is resistant to mechanical damage and subsequent destruction of the tire during movement, with the same rigidity of the elastic spokes, which provides better stability and controllability of the car, it can significantly increase the area in the contact patch due to the involvement in the formation of the area contact patches of a larger tire surface and, consequently, improve ground handling when driving on bearing surfaces with low bearing capacity, and maintain fuel efficiency when driving on hard surfaces.

Description

Полезная модель относится к устройствам транспортного машиностроения, а именно к конструкциям безвоздушных шин, выполненных из полиуретана с применением электроактивных полимеров (эластомеров).The utility model relates to transport engineering devices, namely, airless tire structures made of polyurethane using electroactive polymers (elastomers).

В настоящее время известны конструкции безвоздушных шин из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами [1, 2, 3].Airless tires made of elastic polyurethane with elastic deformable spokes are currently known [1, 2, 3].

Шина [1] выполнена из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами, которые соединяют между собой наружное кольцо с протектором и внутреннее кольцо, закрепленное на металлическом ободе колеса. Протектор изготовлен из эластичного полиуретана с добавлением порошка материала, повышающего сцепление с дорожной поверхностью.The tire [1] is made of elastic polyurethane with elastic deformable spokes that connect the outer ring with the tread and the inner ring fixed on the metal rim of the wheel. The tread is made of flexible polyurethane with the addition of a material powder that increases grip on the road surface.

Недостатком, конструкции [1] является отсутствие возможности регулировки жесткостных характеристик шины в процессе эксплуатации, а, следовательно, изменять площадь пятна контакта с опорной поверхностью, что приводит к снижению эффективности транспортного средства при движении по деформируемому грунту (условия бездорожья, пахота, заболоченная местность и т.п.)The disadvantage of the design [1] is the inability to adjust the stiffness characteristics of the tire during operation, and, consequently, to change the area of the contact patch with the supporting surface, which leads to a decrease in the efficiency of the vehicle when driving on deformable soil (off-road conditions, plowing, wetlands and etc.)

Безвоздушная шина с механической регулировкой жесткости [2] крепится к металлическому ободу колеса за счет высоких адгезионных свойств эластомера и представляет собой наружное с протектором и внутреннее кольца, которые связаны между собой упругими деформируемыми спицами. Спицы выполнены в три ряда, один ряд является неподвижными относительно колеса, в отличие, от спиц двух других рядов, которые соединены с муфтой регулировки жесткости, установленной с возможностью вращения относительно металлического обода.An airless tire with mechanical stiffness adjustment [2] is attached to the metal rim of the wheel due to the high adhesive properties of the elastomer and consists of an outer ring with a tread and an inner ring, which are interconnected by elastic deformable spokes. The spokes are made in three rows, one row is fixed relative to the wheel, in contrast to the spokes of the other two rows, which are connected to the stiffness adjustment sleeve, mounted for rotation relative to the metal rim.

Недостатком данной конструкции является относительно небольшое изменение площади пятна контакта шины из-за ограниченных возможностей муфты регулирования жесткости спиц.The disadvantage of this design is a relatively small change in the area of the contact patch of the tire due to the limited possibilities of the coupling for regulating the stiffness of the spokes.

Наиболее близким из указанных аналогов является патент RU 167034 U1 [3]. Безвоздушная шина крепится к металлическому ободу колеса за счет высоких адгезионных свойств эластомера монтажного кольца и представляет собой, соединенное спицами из электроактивных полимеров, наружное кольцо с протектором. Внутри наружного кольца находятся армирующие элементы.The closest of these analogs is patent RU 167034 U1 [3]. The airless tire is attached to the metal rim of the wheel due to the high adhesive properties of the elastomer of the mounting ring and is an outer ring with a tread connected by spokes from electroactive polymers. There are reinforcing elements inside the outer ring.

Существенным недостатком конструкции [3] является то, что изменение площади пятна контакта шины с грунтом ограничивается только зоной в пятне контакта протектора и отсутствием возможности увеличения ее площади за счет боковин шины.A significant drawback of the design [3] is that the change in the area of the tire contact patch with the ground is limited only by the area in the tread contact patch and the inability to increase its area due to the sidewalls of the tire.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение площади пятна контакта безвоздушных шин за счет вовлечения в пятнообразование ее боковых поверхностей, что позволит увеличить площадь пятна контакта и уменьшить давление на опорную поверхность, что обеспечит повышение опорной проходимости автомобиля.The task to be solved by the claimed technical solution is to increase the area of the contact patch of airless tires due to the involvement of its side surfaces in the patch formation, which will increase the area of the contact patch and reduce the pressure on the supporting surface, which will increase the vehicle's cross-country ability.

Технический результат - увеличение площади пятна контакта и снижение значения коэффициента сопротивления качению, увеличение коэффициента сцепления и улучшение контакта шины с дорожной поверхностью.The technical result is an increase in the area of the contact patch and a decrease in the value of the coefficient of rolling resistance, an increase in the coefficient of adhesion and an improvement in the contact of the tire with the road surface.

Технический результат достигается тем, что автомобильная безвоздушная полиуретановая шина с изменяемой площадью пятна контакта, имеет упругие деформируемые спицы неизменной жесткости, соединяющие армированную диэлектрическую оболочку, имеющую протектор и дополнительные грунтозацепы, расположенные на ее боковине, с ободом, соединенным с диском. Армированная диэлектрическая оболочка заполнена электроактивным полимером, способным изменять линейные размеры под действием электрического тока, за счет чего изменяется жесткость армированной диэлектрической оболочки до значений, позволяющих использовать при образовании площади пятна контакта шины с опорной поверхностью ее боковых поверхностей. Это приводит к увеличению площади пятна контакта и уменьшению давления на опорную поверхность, что положительно отражается на опорной проходимости автомобиля.The technical result is achieved by the fact that an automobile airless polyurethane tire with a variable contact patch area has elastic deformable spokes of constant rigidity connecting a reinforced dielectric shell having a tread and additional lugs located on its sidewall with a rim connected to the disk. The reinforced dielectric shell is filled with an electroactive polymer capable of changing linear dimensions under the influence of an electric current, due to which the stiffness of the reinforced dielectric shell changes to values that allow using the contact patch area of the tire with the supporting surface of its side surfaces when forming. This leads to an increase in the area of the contact patch and a decrease in pressure on the supporting surface, which has a positive effect on the vehicle's cross-country ability.

Также к принципиальному отличию предлагаемого технического решения можно отнести то, что жесткость упругих деформируемых спиц остается неизменной, что положительно скажется на управляемости и устойчивости автомобиля.Also, the fundamental difference of the proposed technical solution can be attributed to the fact that the rigidity of the elastic deformable spokes remains unchanged, which will positively affect the handling and stability of the car.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1 и фиг. 2, на которых изображены:The essence of the utility model is illustrated in Fig. 1 and FIG. 2 showing:

На фиг. 1 - представлена автомобильная безвоздушная полиуретановая шина с изменяемым пятном контакта, где: 1 - диск; 2 - обод; 3 - эластичные спицы; 4 - армированная диэлектрическая оболочка; 5 - дополнительные грунтозацепы; 6 - протектор.In FIG. 1 - an automobile airless polyurethane tire with a variable contact patch is presented, where: 1 - disk; 2 - rim; 3 - elastic knitting needles; 4 - reinforced dielectric shell; 5 - additional lugs; 6 - protector.

На фиг. 2 - представлен профиль поперечного сечение автомобильной безвоздушной полиуретановой шины с изменяемым пятном контакта: а) состояние до подачи электрического напряжения, соответствующее движению по твердой поверхности; б) состояние после подачи электрического напряжения, соответствующее движению по поверхности с низкой несущей способностью (максимальное пятно контакта) где: 1 - диск; 2 - обод; 3 - эластичные спицы; 4 - армированная диэлектрическая оболочка; 5 - дополнительные грунтозацепы; 6 - протектор; 7 - электроактивный полимер.In FIG. 2 shows the cross-sectional profile of an automobile airless polyurethane tire with a variable contact patch: a) the state before applying electrical voltage, corresponding to movement on a solid surface; b) state after applying electrical voltage, corresponding to movement on a surface with low bearing capacity (maximum contact patch) where: 1 - disk; 2 - rim; 3 - elastic knitting needles; 4 - reinforced dielectric shell; 5 - additional lugs; 6 - protector; 7 - electroactive polymer.

Автомобильная безвоздушная полиуретановая шина крепится к автомобилю за счет диска (1), соединенного с ободом (2). Эластичные спицы (3), соединяющие армированную диэлектрическую оболочку (4), заполненную электроактивным полимером (7), и имеющую на своей поверхности протектор (6) и дополнительные грунтозацепы (5), соединяются с ободом (2) по средством адгезивных свойств эластомера, из которого выполнена шина.Automotive airless polyurethane tire is attached to the car by a disc (1) connected to the rim (2). Elastic spokes (3), connecting the reinforced dielectric shell (4), filled with an electroactive polymer (7), and having a protector (6) and additional lugs (5) on its surface, are connected to the rim (2) by means of the adhesive properties of the elastomer, made of which the tire is made.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: в отсутствии подачи электрического напряжения, за счет армированной диэлектрической оболочки (4), и электроактивного полимера (7), шина имеет форму соответствующую минимальной площади пятна контакта, которое обеспечивает наиболее оптимальные условия при движении шины по твердой опорной поверхности. При подачи электрического напряжения на электроактивный полимер (7) он изменяет свои линейные размеры (высота уменьшается, длина и ширина увеличивается), что в совокупности с данными изменениями и вертикальной нагрузки на шину приводит к увеличению площади пятна контакта за счет протекторной части, при максимальных значениях подаваемого электрического напряжения происходит вовлечение боковых сторон армированной диэлектрической оболочки, с имеющимися на них дополнительными грунтозацепами (5), в общую площадь пятна контакта, тем самым увеличивая ее.The proposed device works as follows: in the absence of an electrical voltage supply, due to the reinforced dielectric shell (4) and the electroactive polymer (7), the tire has a shape corresponding to the minimum area of the contact patch, which provides the most optimal conditions when the tire moves on a solid supporting surface. When an electric voltage is applied to the electroactive polymer (7), it changes its linear dimensions (height decreases, length and width increase), which, together with these changes and the vertical load on the tire, leads to an increase in the contact patch area due to the tread part, at maximum values the applied electrical voltage involves the sides of the reinforced dielectric shell, with additional lugs (5) on them, into the total area of the contact patch, thereby increasing it.

Преимущество данной конструкции заключается в том, что кроме колеса, устойчивого к механическим повреждениям и последующему возможному разрушению шины в процессе движения, с неизменной жесткостью эластичных спиц, что обеспечивает лучшую устойчивость и управляемость автомобиля, способно значительно увеличить площадь в пятне контакта шины с опорной поверхностью за счет вовлечения в образование площади пятна контакта большей поверхности шины и соответственно улучшить опорную проходимость при движении по опорным поверхностям с низкой несущей способностью, и сохранить топливную экономичность при движении по твердым поверхностям.The advantage of this design is that, in addition to a wheel that is resistant to mechanical damage and subsequent possible destruction of the tire during movement, with the same rigidity of the elastic spokes, which provides better stability and control of the car, it can significantly increase the area in the contact patch of the tire with the supporting surface for due to the involvement in the formation of the area of the contact patch of a larger surface of the tire and, accordingly, improve the ground clearance when driving on supporting surfaces with low bearing capacity, and maintain fuel efficiency when driving on hard surfaces.

Данная полезная модель существенно отличается от прототипов, обеспечивая повышение площади пятна контакта безвоздушных шин за счет вовлечения в пятнообразование ее боковых поверхностей, что позволит увеличить площадь пятна контакта и уменьшить давление на опорную поверхность, что обеспечит повышение опорной проходимости автомобиля.This utility model differs significantly from the prototypes, providing an increase in the area of the contact patch of airless tires due to the involvement of its side surfaces in the patching, which will increase the area of the contact patch and reduce the pressure on the supporting surface, which will increase the vehicle's cross-country ability.

Может быть использована для оснащения техники, работающей в условиях бездорожья (лесозаготовка, карьеры и т.д.), колесной военной техники, сельскохозяйственной техники.It can be used to equip equipment operating in off-road conditions (logging, quarries, etc.), wheeled military equipment, agricultural equipment.

Источники информации:Information sources:

1. Патент №2397877 РФ Автомобильная шина из эластичного полиуретана с упругими деформируемыми спицами, от 24.08.2001 г.1. Patent No. 2397877 of the Russian Federation Automobile tire made of elastic polyurethane with elastic deformable spokes, dated 24.08.2001

2. Патент №167208 РФ Безвоздушная шина с механической регулировкой жесткости, от 27.12.2016 г.2. Patent No. 167208 of the Russian Federation Airless tire with mechanical stiffness adjustment, dated December 27, 2016.

3. Патент №167034 РФ Автомобильная шина с упругими деформируемыми спицами, от 20.12.2016 г.3. Patent No. 167034 of the Russian Federation Automobile tire with elastic deformable spokes, dated 12/20/2016

Claims

Automotive airless polyurethane tire with a variable area of the contact patch, attached to the vehicle by means of a disk connected to the rim, characterized in that it has elastic spokes of constant stiffness connecting the rim and a reinforced dielectric shell filled with an electroactive polymer that changes its linear dimensions depending on the supplied electric voltage, and having a protector and additional lugs on its surface, when the area of the contact spot is formed, the area of the contact spot is increased due to the tread, as well as the side surfaces of the reinforced dielectric shell.