Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6664
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
B 60B 15/00
(54) КОЛЕСНЫЙ НАГРУЖАТЕЛЬ
(21) Номер заявки: u 20100198
(22) 2010.03.02
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Михайлов Валерий Валериа-
нович; Альгин Владимир Борисович;
Дыко Геннадий Александрович; Соро-
чан Владимир Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Националь-
ной академии наук Беларуси" (BY)
(57)
1. Колесный нагружатель, содержащий балластные грузы, равнорасположенные по
окружности диска колеса и снабженные фиксаторами их углового положения, отличаю-
щийся тем, что каждый балластный груз выполнен в виде несимметричного грузового
сектора, ограниченного тремя поверхностями - наружной, образованной дугой окружно-
сти, концентричной дуге окружности диска, и двумя боковыми - прямолинейной и криво-
линейной, при этом упомянутые грузовые секторы установлены с возможностью поворота
на соответствующих осях, закрепленных на диске колеса и равноудаленных от оси его
вращения, и связаны между собой упругими элементами.
2. Колесный нагружатель по п. 1, отличающийся тем, что наружные поверхности
грузовых секторов снабжены протекторами.
Фиг. 1
BY6664U2010.10.30

2. BY 6664 U 2010.10.30
2
(56)
1. А.с. СССР 1020260, 1983.
2. Амельченко П.А., Шнейсер Б.Я., Шабуня H.Г. Агрегатирование тракторов "Бела-
русь": Учеб. пособие. - Минск: Ураджай. - 1993. - С. - 302.
3. Патент GB 1406543 (A), 1975.
Полезная модель относится к конструкциям съемных нагружателей колес самоходных
машин и может использоваться для повышения силы тяги в условиях плохого сцепления
поверхности колес с грунтом.
Одним из основных приемов уменьшения буксования является снижение удельного
давления в зоне контакта шины с опорной поверхностью.
Известна конструкция колеса для транспортного средства, содержащая обод, смонти-
рованную на нем покрышку, включающую боковины и протектор и образующую с обо-
дом полость, элемент для разделения упомянутой полости на две кольцевые части,
выполненный из нерастяжимого прорезиненного корда и закрепленный на боковинах, и
средство для сообщения полости с источником сжатого воздуха [1].
При увеличении буксования перераспределяют давление в различных полостях шины,
при этом площадь контакта увеличивается. Это уменьшает удельное давление на опорную
поверхность и снижает буксование.
Недостатком известного колеса является ограниченная возможность регулирования
ширины протектора. Такие устройства могут применяться преимущественно для транс-
портных переездов с незначительным тяговым сопротивлением.
Существенного снижения удельного давления при эксплуатации машин на деформи-
руемых грунтах, влажных и рыхлых почвах, в том числе и в зимний период, возможно до-
биться также использованием полугусеничного хода [2].
Обычно он включает две резино-металлические гусеницы и два комплекта натяжных
устройств. Гусеница представляет собой замкнутую цепь, охватывающую ведущие колеса
трактора и дополнительные натяжные колеса полугусеничного хода. Каждая гусеница со-
стоит из двух резинотканевых лент с закрепленными на них стальными почвозацепами.
Часть почвозацепов со стороны, обращенной к колесам, снабжена специальными бобыш-
ками для взаимодействия с поверхностью шины ведущего колеса трактора и уменьшения
буксования ведущих колес в гусенице.
Подвеска натяжных роликов колес обеспечивает перемещение в горизонтальной и
вертикальной плоскостях, что, в свою очередь, обеспечивает возможность регулировки
натяжения гусениц, а также плавности хода. Управление трактором на полугусеничном
ходу осуществляется поворотом передних направляющих колес. В случае отсутствия по-
требности в использовании полугусеничный ход демонтируется.
Несмотря на относительно низкое удельное давление, данная конструкция не обеспе-
чивает значительного нагружения ходовой части в зависимости от условий эксплуатации,
в частности величины буксования.
Для догрузки колес самоходной колесной машины путем обеспечения рационального
распределении массы трактора по ведущим мостам в различных эксплуатационных усло-
виях, а также повышения устойчивости применяют балластные грузы в требуемом коли-
честве [1]. Балластные грузы монтируются на специальном кронштейне ходовой части.
Использование балластных грузов, в том числе и при работе с высокими тяговыми
нагрузками, позволяет в какой-то степени повысить тягово-сцепные качества.
К недостаткам указанной конструкции следует отнести отсутствие возможности плав-
ного регулирования динамических параметров движителей во время буксования машины.
Наиболее близким аналогом к заявляемой конструкции колесного нагружателя явля-
ется конструкция [3].

3. BY 6664 U 2010.10.30
3
Нагружатель включает три идентичных сегмента с двумя внутренними и одной
наружной кромками, расположенными неподвижно по окружности на диске колеса. Сег-
менты соединены между собой внутренними кромками и прикреплены к торцевой по-
верхности диска фиксаторами таким образом, что наружная поверхность диска
концентрична наружным криволинейным поверхностям (кромкам) сегментов.
Каждый сегмент, в свою очередь, имеет отверстия для крепления другого ряда сегмен-
тов и более значительного увеличения суммарного веса балласта колеса.
Этой конструкции также присущи вышеотмеченные недостатки, хотя она позволяет
дискретно регулировать момент инерции колес и таким образом частично реагировать на
изменение частоты вращения колес, и препятствовать срыву колеса в буксование.
Задачей полезной модели является возможность осуществления дополнительного ра-
диального нагружения колеса и одновременно плавного регулирования инерционных па-
раметров колеса для снижения буксования.
Поставленная задача решена тем, что в колесном нагружателе, содержащем балласт-
ные грузы, равнорасположенные по окружности диска колеса и снабженные фиксаторами
их углового положения, при этом, согласно техническому решению, каждый балластный
груз выполнен в виде несимметричного грузового сектора, ограниченного тремя поверх-
ностями - наружной, образованной дугой окружности, концентричной дуге окружности
диска, и двумя боковыми - прямолинейной и криволинейной, при этом упомянутые грузо-
вые секторы установлены с возможностью поворота на соответствующих осях, закреп-
ленных на диске колеса и равноудаленных от оси его вращения, и связаны между собой
упругими элементами.
Наружные поверхности грузовых секторов могут быть снабжены протекторами для
увеличения сцепления колес с опорной поверхностью.
На фиг. 1 изображен колесный нагружатель в статике.
На фиг. 2 - колесный нагружатель в условиях недостаточного сцепления колеса с
опорной поверхностью.
На фиг. 3 представлена экспериментально полученная запись буксования левого ве-
дущего колеса, движущегося по опорной поверхности с коэффициентом сцепления 0,35
(первое испытание; дифференциальный привод ведущих колес; трогание и разгон).
На фиг. 4 - то же для правого ведущего колеса, движущегося по опорной поверхности
с коэффициентом сцепления 0,60.
На фиг. 5 представлена экспериментально полученная запись буксования левого ве-
дущего колеса, оснащенного колесным нагружателем, движущегося по опорной поверх-
ности с коэффициентом сцепления колеса 0,35 (второе испытание; дифференциальный
привод ведущих колес; трогание и разгон).
На фиг. 6 - то же для правого ведущего колеса, движущегося по опорной поверхности
с коэффициентом сцепления 0,60.
Колесный нагружатель (фиг. 1) содержит балластные грузы, выполненные в виде
несимметричных грузовых секторов 1, ограниченных тремя поверхностями: наружной 2 -
образованной дугой окружности, концентричной дуге окружности диска, и двумя боко-
выми - прямолинейной 3 и криволинейной 4. Упомянутые грузовые секторы 1 установлены
с возможностью поворота на соответствующих осях 5 (фиг. 2), закрепленных на диске 6
колеса 7. Грузовые секторы 1 снабжены фиксаторами 9 их углового положения относи-
тельно диска 6 и связаны между собой упругими элементами 10.
Наружные поверхности 2 грузовых секторов 1 снабжены протекторами 11. Движение
колеса 7 осуществляется по поверхности 12.
Принцип работы колесного нагружателя базируется на упругом повороте грузовых
секторов 1 на осях 5 под воздействием переменных центробежных сил, возникающих при
движении машины и вращении колеса 7. При этом величина центробежной силы каждого
сектора 1 зависит от произведения массы каждого груза на величину радиуса положения

4. BY 6664 U 2010.10.30
4
центра его тяжести относительно оси вращения колеса 7, помноженного на квадрат угло-
вой скорости колеса 7.
Работает колесный нагружатель следующим образом.
При совершении переездов машины по грунтам с хорошим сцеплением колеса 7 с
опорной поверхностью 12 (коэффициент сцепления составляет 0,5…0,7) формируемого
тягового усилия достаточно для совершения работы по перемещению машины. Для этого
случая грузовые секторы 1 крепятся в определенном положении фиксаторами 9 на дисках
6 колес 7. При этом сцепные свойства машины повышаются только из-за увеличения ра-
диальной нагрузки, связанной с навешиванием на колесо 7 дополнительной массы грузов.
Влияние инерционной нагрузки от грузовых секторов 1 на работу колеса будет мини-
мальным из-за минимального радиуса расположения секторов 1 относительно оси 8 вра-
щения колеса 7.
При совершении технологических операций на влажных, рыхлых и деформируемых
опорных поверхностях вероятность появления большой разницы в сцепных свойствах под
колесами велика и, соответственно, возможности срыва колес в буксование значительно
выше. Разница в коэффициентах сцепления под ведущими колесами может достигать зна-
чительных величин 0,35…0,25. Поэтому в данном случае фиксаторы 9 извлекаются и гру-
зовые секторы 1 имеют возможность совершения углового упругого поворота на осях 5.
В этом случае возникающая центробежная сила приложена радиально к центру тяже-
сти каждого грузового сектора 1. В зависимости от частоты вращения колеса 7 каждый
грузовой сектор 1 поворачивается на оси 5, растягивая упругие элементы 10. При этом
суммарное значение работы центробежной силы грузовых секторов 1 равно работе упру-
гих сил растяжения упругих элементов 10. В итоге угол поворота грузовых секторов 1 на
осях 5 зависит от частоты вращения колеса 7 и жесткости упругих элементов 10.
При повороте грузовых секторов 1 ближе к максимально допустимому углу (с учетом
скорости движения машины) вступают в работу протекторы 11. Периодически взаимодей-
ствуя с опорной поверхностью 12, они повышают величину горизонтальной реакции в
плоскости контакта колеса 7 с опорной поверхностью 12. Это повышает силу тяги колеса,
дополнительно понижая буксование.
Положительные качества предлагаемого колесного нагружателя показывает сопостав-
ление результатов двух экспериментов по замеру буксования ведущих колес правого и
левого бортов: a) для машины без колесного нагружателя (фиг. 3 и 4) и б) для машины с
колесным нагружателем (фиг. 5 и 6).
Эксперименты проводились для режимов трогания и разгона колесной машины мас-
сой 9500 кг, сцепным весом на ведущий мост 57 кH, оснащенный колесами радиусом ка-
чения 0,7 м. Движение производилось для дифференциального привода и различного
сцепления колес: левого борта - коэффициент сцепления 0,35; для колес правого борта ко-
эффициент сцепления равен 0,60. Машина двигалась с полезной тяговой нагрузкой
17,7 кH.
Сравнение результатов двух экспериментов показало, что применение колесного
нагружателя существенно понижает интенсивность буксования обоих колес. Так, среднее
значение буксования левого колеса при разгоне снизилось с 0,10 (фиг. 3) до 0,04 (фиг. 5).
Среднее значение буксования правого колеса при разгоне снизилось с 0,077 (фиг. 4) до
0,039 (фиг. 6).
Таким образом, использование предлагаемого колесного нагружателя дополнительно
повышает тягово-сцепные свойства колесных машин в условиях недостаточного сцепле-
ния колес с опорной поверхностью. Кроме того, его применение для дифференциального
привода ведущих колес позволяет повысить проходимость машины, не прибегая к блоки-
ровке дифференциала, тем самым приближая его по своим качествам блокированному
приводу.

5. BY 6664 U 2010.10.30
5
Фиг. 2
Фиг. 3 Фиг. 4
Фиг. 5 Фиг. 6
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.