устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства

Формула изобретения

Устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства, содержащее цапфу колеса, внутреннее уплотнение на цапфе колеса, воздушный ресивер, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введен трубопровод, снабженный клапаном и имеющий проходное сечение, позволяющее осуществить подачу сжатого воздуха за короткий промежуток времени в условиях, близких к адиабатному расширению, и соединяющий пневматическую шину с внутренним уплотнением на цапфе колеса, при этом внутреннее уплотнение на цапфе колеса соединено с воздушным ресивером через цапфу и магистраль, в которую встроен электромагнитный клапан, соединенный с источником питания через блок управления, к которому подключен датчик температуры в шине, кроме этого шина снабжена предохранительным клапаном.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности может использоваться в конструкции шин транспортных средств.

Известно колесо транспортного средства, содержащее установленную на ободе колеса пневматическую шину, имеющую протектор и силовые элементы в виде брекера и/или каркаса (авторское свидетельство СССР №1055659, МПК В60С 11/00, 1983).

Недостатком данной конструкции, несмотря на относительную простоту, является ее малая эффективность использования при повышенных деформационных нагрузках, например, на тяжело нагруженных автосамосвалах. Это объясняется тем, что постоянные знакопеременные нагрузки, действующие в элементах шины, вызывают ее нагрев, что при отсутствии принудительного отвода тепла приводит к преждевременному выходу колеса из строя и снижению срока его службы [1].

Известно колесо транспортного средства, содержащее обод, установленную на нем пневматическую шину, имеющую протектор на наружной поверхности, силовые элементы в виде брокеров и/или каркаса, образующие с внутренней поверхностью шины полость под жидкий теплоноситель, и сообщенные с полостью одними концами гибкие шланги, при этом, с целью повышения надежности и долговечности за счет стабилизации температуры шины, упрощения конструкции и эксплуатации, в центральной части обода выполнена кольцевая полость, с которой сообщены другие концы гибких шлангов, при этом внутренняя поверхность стенок полости, заполненной частично жидким теплоносителем, внутренняя поверхность стенки кольцевой полости, противолежащей дну, и внутренняя поверхность стенок гибких шлангов выполнены пористыми. Кроме того, внутренняя поверхность боковой стенки по меньшей мере одного из концов обода выполнена в виде кольцевых ребер (патент РФ №2015034, МПК В60С 23/18, 1994).

Недостатком данной конструкции является то, что при эксплуатации данного устройства возникает движение жидкого теплоносителя и вязкостное трение, что в свою очередь вызывает увеличение сопротивления качению колеса и повышение температуры шин, что снижает долговечность шин, кроме того, при высоких скоростях движения температура шин увеличивается вплоть до их теплового разрушения [2].

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система регулирования давления воздуха в шинах, описанная в [3], в которую входят: кран, манометр, внутреннее уплотнение на цапфе колес, воздушный ресивер, шинные краны и трубопроводы.

Недостатком данной конструкции является то, что известное устройство не позволяет быстро произвести подачу воздуха в шины.

Технический результат направлен на предотвращение теплового разрушения шин при движении на высоких скоростях, повышение долговечности шин и безопасности движения.

Технический результат достигается тем, что в устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства, содержащее цапфу колеса, внутреннее уплотнение на цапфе колеса, воздушный ресивер, дополнительно введен трубопровод, снабженный клапаном и имеющий проходное сечение, позволяющее осуществить подачу сжатого воздуха за короткий промежуток времени в условиях, близких к адиабатному расширению, и соединяющий пневматическую шину с внутренним уплотнением на цапфе колеса, при этом внутреннее уплотнение на цапфе колеса соединено с воздушным ресивером через цапфу и магистраль, в которую встроен электромагнитный клапан, соединенный с источником питания через блок управления, к которому подключен датчик температуры в шине, кроме этого, шина снабжена предохранительным клапаном.

Отличительным признаком от прототипа является то, что в устройство дополнительно введен трубопровод, снабженный клапаном и имеющий проходное сечение, позволяющее осуществить подачу сжатого воздуха за короткий промежуток времени в условиях, близких к адиабатному расширению, и соединяющий пневматическую шину с внутренним уплотнением на цапфе колеса, при этом внутреннее уплотнение на цапфе колеса соединено с воздушным ресивером через цапфу и магистраль, в которую встроен электромагнитный клапан, соединенный с источником питания через блок управления, к которому подключен датчик температуры в шине, кроме этого шина снабжена предохранительным клапаном.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемое устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства позволяет предотвратить тепловое разрушение при движении на высоких скоростях, повысить долговечность шин, безопасность движения.

На чертеже показано устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства. Устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства состоит из цапфы 1 колеса, внутреннего уплотнения 2 на цапфе 1 колеса, воздушного ресивера 3, дополнительно введенного трубопровода 4, снабженного клапаном 5 и имеющего проходное сечение, позволяющее осуществить подачу сжатого воздуха за короткий промежуток времени в условиях, близких к адиабатному расширению, и соединяющего пневматическую шину 6 с внутренним уплотнением 2 на цапфе 1 колеса, при этом внутреннее уплотнение 2 на цапфе 1 колеса соединено с воздушным ресивером 3 через цапфу 1 и магистраль 7, в которую встроен электромагнитный клапан 8, соединенный с источником питания через блок управления 9, к которому подключен датчик температуры 10 в шине 6, кроме этого шина 6 снабжена предохранительным клапаном 11.

Устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства работает следующим образом.

При движении транспортного средства в пневматической шине 6 при ее деформации выделяется тепло, температура шины 6 увеличивается и при этом измеряется датчиком температуры 10. При достижении шиной 6 температуры 70-75°С - оптимальной с точки зрения долговечности и сопротивления качению колеса [1], блок управления 9, получив электрический сигнал от датчика температуры 10, соединяет электромагнитный клапан 8 с источником питания, в результате электромагнитный клапан 8 открывается. Сжатый воздух под давлением из воздушного ресивера 3, по магистрали 7, через открытый электромагнитный клапан 8 и цапфу 1 колеса поступает в полость внутреннего уплотнения 2, постепенно увеличивая в ней давление. При увеличении во внутреннем уплотнении 2 давления воздуха больше в 3.7 раза по сравнению с номинальным давлением в шинах открывается клапан 5 и воздух по трубопроводу 4 поступает в полость шины 6. В результате адиабатного расширения поступившего воздуха произойдет его охлаждение до -50°С и последует охлаждение воздуха, находившегося в полости шины 6 и внутренней поверхности шины. При этом возрастание давления воздуха в шине 6 ограничивается предохранительным клапаном 11, открывающимся при увеличении давления воздуха больше номинального. Воздух, выходя через предохранительный клапан 11, охлаждается из-за быстрого расширения и попадает на наружную поверхность шины 6, охлаждая ее. Охлаждение шины приводит к снижению электрического сигнала от датчика температуры 10, вследствие чего блок управления 9 перестает подавать электрический ток на электромагнитный клапан 8, в результате чего он закрывается, и хладагент перестает поступать из воздушного ресивера 3 в пневматическую шину 6.

Известна связь между параметрами состояния адиабатного термодинамического процесса [4]:

где P₁ - давление воздуха во внутреннем уплотнении 2;

P₂ - давление воздуха на выходе из трубопровода 4, равное давлению в пневматической шине 6;

T₁ - абсолютная температура воздуха во внутреннем уплотнении 2, К. При температуре окружающего воздуха, равной +50°С (max температура эксплуатации автомобиля), абсолютная температура воздуха во внутреннем уплотнении 2 составит T₁=50+273=323 К;

Т ₂ - абсолютная температура воздуха, адиабатно выходящего из трубопровода 4, К. Принимаем, что при -50°С (min температура эксплуатации шин) Т₂=-50+273=223 К;

k - показатель адиабаты расширения, для воздуха=1,4.

Подставив принимаемые значения величин в (1), получим:

Зная Р₂ - номинальное давление воздуха для конкретной марки шины, умножив на 3.7 (но не превышая указанного значения во избежание разрушения шины из-за воздействия низких температур), рассчитаем давление воздуха в полости внутреннего уплотнения 2, на которое необходимо отрегулировать открытие клапана 5.

Устройство охлаждения хладагентом пневматической шины транспортного средства позволяет улучшить тепловые условия работы шины и как следствие повысить ее долговечность.

Использованные источники

1. В.И.Кнороз. Работа автомобильной шины. - М.: Транспорт, 1976 г. - 114 с.

2. Отчет о НИР «Разработка типажа шин для серийных и перспективных образцов ВАТ» итоговый отчет по этапу 8. ФГУП 21 НИИИ AT МО РФ г. Бронницы. Инв. №8560, 2002 г. - 139 с.

3. Колесное шасси 543 и его модификации. Ч. 1. - М.: Воениздат, 1990 г. - 165 с.

4. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1968 г. - 164 с.