Конструкция обода для спецтехники и требования к эксплуатации

Эффективность работы колесной техники во многом определяется правильностью выбора типа ободьев, степенью соответствия ободьев конструкции, размеру и назначению пневматических шин.

Широкий диапазон нагрузочных режимов и условия эксплуатации, колесных внедорожных машин обусловили существующее разнообразие конструкции дисков.

В соответствии с международной классификацией колеса внедорожной техники различаются по назначению и типу использующихся шин, по конструкции обода, профилю посадочных поверхностей и способу крепления на ступице.

По назначению ободья подразделяют на ободья для машин, работающих в транспортном и тяговом режимах, и на ободья для шин различной грузоподъемности. В зависимости от конструкции пневматической шины различают диски камерного и бескамерного типа, а также диски со стандартной и увеличенной шириной для широкопрофильных шин. По способу крепления обода на ступицу, колеса делятся на дисковые и бездисковые. Крупно - и сверхкрупногабаритные шины для карьерных самосвалов и тягачей большой мощности монтируют исключительно на бездисковые ободья.

В зависимости от конструкции колеса различают ободья неразъемного типа (однокомпонентные) и продольно-разборного типа (двух-, трех- и пятикомпонентные), а также ободья с симметричными и асимметричным профилем. По конфигурации профиля ободья подразделяют на плоские и со специальными посадочными коническими поверхностями для бортов шины.

Известны три основных, базовых типа ободьев: с плоским основанием, с коническими полками и углубленным основанием. На рис.7.1,7.2,7.3 показаны разновидности взаимозаменяемых ободьев с плоским основанием.

Рис. 7.1. Обод с плоским основанием (FLAT BASE RIM).

Шины могут устанавливаться на любой вид обода с плоским основанием одинаковой ширины и диаметра. Ободья этого типа используются для внедорожных камерных шин относительно небольших размеров. Наиболее ранняя конструкция обода с плоским основанием (рис.7.1) состоит из четырех частей. Профиль обода выполнен несимметричным за счет незначительного наклона несъемной посадочной полки. Плоская конфигурация основания и посадочных полок обода облегчает монтаж-демонтаж шины. На ободе данного типа шина удерживается, в основном, за счет прижатия бортов шины к бортовым закраинам обода под воздействием внутреннего давления. Контакт же между посадочными поверхностями обода и шины относительно слабый, поэтому при резких торможениях, ускорениях и при значительных тяговых усилиях может произойти проворачивание шины относительно обода. Данная конструкция обода устарела и претерпела изменения в направлении повышения надежности соединения с шиной.

Недостатки обода с плоским основанием частично устранены в конструкции его разновидности (рис.7.2), известной под названием INTERIM RIM (промежуточный, переходный вариант). Упрощенная конструкция обода состоит из двух частей. Фланцевая часть по-прежнему легко монтируется-демонтируется и объединяет бортовое и замочное кольца в одну деталь. Введение на основании обода конической посадочной полки с углом наклона пять градусов, значительно улучшило закрепление шины на ободе. Однако в силу асимметрии профиля, условия посадки бортов остались неодинаковыми. Несмотря на то, что в зоне пятки борта обеспечивается более плотная посадка шины в замочной части обода, остальная часть борта сопрягается с ободом с зазором. Обод данного типа используется для сравнительно небольших машин.

Рис. 7.2. Промежуточный обод с плоским основанием (INTERIM BASE).

Рис. 7.3. Усовершенствованный обод с плоским основанием (ADVANCED RIM).

Одинаковые условия для посадки обоих созданы в конструкции усовершенствованного обода (ADVANCED RIM). Симметричный контур посадочной поверхности с удлиненным носком съемного бортового кольца и конусной (5⁰) посадочной поверхностью обеспечивает шине повышенную надежность установки на ободе (рис.7.3). Однако монтажные качества обода уступают ободу с разделенными бортовыми и замочными кольцами.

На рис. 7.4, 7.5 показана конструкция многокомпонентного диска, состоящего из пяти частей. Благодаря многокомпонентной конструкции и несколько углубленному центру основания обода облегчается операция монтажа и демонтажа крупно - и сверхкрупногабаритных  покрышек.

Обод состоит из основания 3, съемной посадочной полки 2, двух съемных неразрезных бортовых колец 1, именуемых также фланцами или закраинами обода, разрезного замочного кольца 8. В замочной части выполнены кольцевые канавки для размещения замочного кольца и уплотнительного шнура 4, предназначенного для герметизации зазора между съемными посадочными кольцами 2 и основанием 3 обода бескамерного типа. Обод снабжен блокирующим устройством 7, предотвращающим взаимный поворот съемных частей обода.

Рис. 7.4. Многокомпонентный обод с коническими полками (FULL TAPERED BEAD SEAT RIM).

Рис.7.5. Конструкция многокомпонентного диска.

В зависимости от назначения и условий работы шины применяются различные конструкции блокирующих устройств. На ведущих колесах, работающих в транспортном режиме, установлено блокирующее устройство, выполненное в виде фиксатора, укрепленного на замочном кольце 8 и, входящего в пазы основания обода и съемной посадочной полки. На колесах, работающих в тяговом режиме, применяются фиксаторы усиленного типа, состоящие из массивной проушины, укрепленной на торцевой части посадочной полки и соединительного элемента (ключа) (рис.7.6).

Рис 7.6. Конструкция блокирующих устройств: а) для колес, работающих в транспортном режиме; б) для колес работающих в тяговом режиме; 1 – фиксатор; 2- соединительный элемент (ключ); 3-проушина.

На ведомых колесах и там, где отсутствую значительные усилия, блокирующие устройства могут, не устанавливается. В замочной части основания расположен ограничитель 6, удерживающий обод от проворота на ступице. Ограничитель имеет выемку, обеспечивающую правильное положение стебля вентиля, устанавливаемого в вентильное отверстие 5. С целью упрощения операций монтажа и демонтажа шины на обод, посадочная полка имеет упорный буртик 9 для размещения рабочих концов монтажного инструмента.

Симметричная форма профиля с расположенными под углом 5 градусов посадочными полками обеспечивает надежность установки шин на ободе. Предотвращению проворачивания покрышки на ободе способствуют также нанесенные на поверхность посадочных полок по всей окружности канавки (knurling) в виде насечки (рис.7.7).

Рис 7.7. Обод многокомпонентный с насечкой на посадочных полках.

Многокомпонентные ободья выполняют как в камерном, так и бескамерном вариантах. На разборном ободе герматизация мест соединения разъемных деталей обеспечивается уплотнительной деталью (O-ring) (рис.7.8).

Рис 7.8. Уплотнительный шнур.

Рис 7.9. Обод с углубленнsм основанием (SEMI-DROP CENTER RIM).

Обод используется преимущественно для шин с посадочным диаметром 25 дюймов и выше, и шин размера 16.00 и более. Для широкопрофильных шин применяют уширенные ободья аналогичной пятикомпонентной конструкции.

На рис.7.9 показан углубленный обод (semi drop center rim). В качестве сокращенного названия применяется аббревиатура SDC rim. Состоит из двух частей: основания обода с углублением по центру съемной посадочной полки, совмещенной в одну деталь с бортовой закраиной. Обод имеет симметричный профиль посадочной поверхности с наклоном 5 градусов.

В основном ободья SDC имеют диаметр 20 или 24 дюйма  и применяются на грейдерах и погрузчиках.

Диски SDC имеют камерный и бескамерный варианты конструкции. Шины, специально сконструированные для ободьев SDC, нельзя устанавливать на ободья с плоским основанием.

На рис. 7. 10. Представлен обод с углом наклонам 5 градусов и однокомпонентный глубокий обод с углом наклона посадочной полки 15 градусов. Однокомпонентный глубокий обод (one-piece drop center rim) относится к ободьям неразъемного типа.

Рис 7.10 Пневматические шины в сборе с диском различной конструкции: 1- однокомпонентный глубокий обод: 2- многокомпонентный обод.

Цельность обода обеспечивает его герметичность. Обод имеет низкие закраины и посадочные полки с наклоном 15 градусом. Борта шин на полках обода посажены со значительным натягом, что обеспечивает герметизацию бескамерной шины при достаточном внутреннем давлении воздуха в шине, удерживающем ее борта на посадочных поверхностях со значительной конусностью. Глубокие ободья имеют увеличенный посадочный диаметр, что делает невзаимозаменяемыми камерные и бескамерные шины. Конструкция обода специально разработана для карьерных автомобильных бескамерных шин с высокой степенью герметичности.

Основными геометрическими параметрами, характеризующими профиль обода, являются посадочный диаметр, расстояния между закраинами (ширина обода) и соотношение размеров элементов бортовых закраин (форма закраин).

В соответствии с международными стандартами диски обозначаются трехзначным кодом, состоящим из ширины обода А^,,( в дюймах), формы закраин (буквенное обозначение) и диаметра обода D^,,(в дюймах). Например, обод с плоским основанием обозначается следующим образом:

9.00 U* 24-24= диаметр обода (дюйм)

U= форма закраин

9.00= ширина обода (дюйм)

Кодовое обозначение диска с коническими посадочными полками указывает не на форму, а на высоту закраин:

17.00 * 25-2-2= высота закраины, G(дюйм)

25= диаметр обода (дюйм)

17.00= ширина диска (дюйм)

Все детали, входящие в обод, должны иметь маркировку, в который указывается наименование или товарный знак фирмы-изготовителя, условное обозначение обода, год и месяц выпуска. Ободья отечественного производства имеют аналогичную маркировку деталей.

Широкое освоение производства бескамерных внедорожных  шин, кроме СКГШ, сдерживается отсутствуем серийного выпуска соответствующих ободьев. Разработанная оригинальная отечественная конструкция бескамерного обода с регулируемой степенью уплотнения уменьшает остроту проблемы, так как позволяет использовать при изготовлении бескамерных дисков основные элементы серийных  ободьев камерной конструкции, а также обеспечивает взаимозаменяемость различных типов ободьев.

Конструкций обода с регулируемой степенью уплотнения гермошнура представлена на рис.7.11: a) общий вид обода; b) узел 1 на рис. а; с) разрез A-A на рис. b; d) разрез Б-Б на рис. c; e) узел герметизации в рабочем положении; f) вид Д на рис. b; g) разрез В-В на рис. e; k) разрез Г-Г на рис.e.

Рис 7.11 Конструкция обода с регулируемой степенью уплотнения гермошнура.

Обод состоит из основания 1 с несъемным посадочным кольцом 2, двух бортовых колец 3, съемного посадочного кольца 4 с выступами 5 байонетного затвора, уплотнительного кольца 6 из эластомерного материала, кольцевой обоймы 7 с выступами 8 байонетного затвора с хвостовиками 9, ограничителя 10 перемещения кольцевой обоймы 7 вдоль оси вращения шины и самопроизвольного ее проворачивания относительно съемного посадочного кольца 4, разрезного запорного кольца 11.

Кольцевая обойма 7 представляет собой съемного кольцо преимущественно разборной  конструкции, что облегчает установку уплотнительного кольца 6 и монтаж на ободе. Ограничитель 10 закреплен на основании 1 и имеет поперечные пазы 12, в которые входят хвостовики 9. Соприкасающиеся друг с другом при закрытии байонетного затвора поверхности 13 и 14 соответственно выступ 5 и 8 находятся в плоскости, расположенной под углом α к плоскости вращения колеса. Герметизация соединения основание обода - съемное посадочное кольцо осуществляется следующим образом.  

Кольцевая обойма 7 с уплотнительным кольцом 6 и съемное посадочное кольцо 4 устанавливаются в положение, соответствующее положению выступов 5 и 8 в открытом состоянии байонетного затвора.

Съемное посадочное кольцо 4 проворачивается относительно кольцевой обоймы 7. При этом в зацепление входят выступы 5 и 3 и происходит зажатие уплотнительного кольца 6, при этом самопроизвольное проворачивание кольцевой обоймы 7 относительно основания 1 предотвращается ограничителем 10, в пазы 12 которого входят хвостовики 9.

Герметизация происходит в результате упругой деформации уплотнительного кольца 6, зажатого между поверхностью 15 съемного посадочной полки 4, поверхностями 16 и 17 кольцевой обоймы 7 и основания 1 обода. Уплотнительное кольцо 6 деформируется и закрывает зазор между поверхностями.

Регулирование величины упругой деформации осуществляется при проворачивании съемного посадочного кольца 4 относительно кольцевой обоймы 7. При этом изменяется расстояние между поверхностями 15 и 16 за счет того, что соприкасающиеся друг с другом поверхности 13 и 14 соответственно выступов 5 и 8 расположены под углом к плоскости вращения колеса. Фиксация положения съемного посадочного кольца 4 относительно обоймы 7 и основания 1 осуществляется при помощи запорного кольца 11. Операция регулирования величины деформации уплотнительного кольца 6 осуществляется при демонтированном запорном кольце 11. Шина при этом должна находится в ненакачанном состоянии.

Требования к эксплуатации обода (диска)

Автомобильные ободья выполняют весьма ответственные функции, что определило отнесение их к категории неремонтируемых или малоремонтопригодных изделии. Поэтому надежность и долговечность дисков должна обеспечиваться путем соблюдения правил эксплуатации и соответствующим техническим обслуживанием.

Нарушение режимов нагружения шин и ободьев, несоблюдение правил эксплуатации и монтажно - демонтажных шин, несоответствие обода конструкции и назначению пневматической шины, снижают надежность дисков.

Основными дефектами дисков, снижающими их надежность, являются изнашивание и коррозия рабочих поверхностей обода, а также усталостные и механические повреждения. Перед осуществлением монтажных работ диски тщательно осматривают. Недопустимым являются использование ободьев с усталостными трещинами в зоне сварных швов основания обода. Посадочные поверхности и бортовые закраины обода должны быть гладкими, без заметных вмятин и выступов. Не допускаются острые кромки на вентильном пазе. Съемные бортовые и замочные кольца должны иметь правильную форму без механических повреждений. Необходимо проверить также упругость замочного кольца. Особое внимание необходимо обращать на состояние посадочных поверхностей диска и, в первую очередь, на качество их покрытия. Перед началом монтажных работ обод тщательно очищают и прокрашивают (рис.7.12). Очистка производится проволочной щеткой или пескоструйной установкой до полного удаления коррозии и ржавчины. Для смазки используют только водорастворимые смазочные материалы. Специальной смазкой обрабатывают также подошву, бортовую и надбортовую поверхность шины. Необходимо обеспечить высокое качество антикоррозийных покрытий. Нельзя использовать диски, у которых канавки для замочного кольца и уплотнительного шнура расширены в результате эрозии от ржавчины или пескоструйной чистки. Не рекомендуется так же использовать уплотнительные кольца, бывшие в употреблении.

Рис 7.12 Сборка многокомпонентного обода (диска)

Безопасную и долговечную работу ободьев гарантирует соблюдение норм эксплуатации.

Превышение допустимой нагрузки на шину, вследствие перегруза внедорожных машин в целом, неравномерного распределения нагрузки по осям автомобиля, разницы внутреннего давления в шинах сдвоенных колес, применение сдвоенных шин различной конструкции и с различной степенью износа снижает прочность обода.

Квалифицированное и регулярное техническое обслуживание дисков позволяет значительно продлить срок службы спецшин.