CN109094295A - 一种耐高温车轮 - Google Patents

Abstract

一种耐高温车轮，包括：弹性轮毂组件，其集成有隔热层，以使所述弹性轮毂组件与外界高温隔开；以及刚性轮刺环，其内部固定有所述弹性轮毂组件，并与所述弹性轮毂组件一起旋转。本发明的耐高温车轮，以简单的结构很好地将轮毂片与外界高温隔开，且不需要外部冷却，由此提高耐高温性能、延长使用寿命。

Description

一种耐高温车轮

技术领域

本发明涉及消防机器人技术领域，特别是涉及消防机器人的车轮。

背景技术

对于需要进入高温环境工作的轮式移动机器人来说，其车轮除了保证基础的承载车身重量，和与地面作用提供牵引力以及缓冲隔震的作用外，还需要保证其在高温环境中，这些关键性能指标不因材料的高温蠕变、应力松弛及氧化腐蚀的作用而大幅降低。

目前应用于高温环境的移动机器人车轮主要有两种方案，一种是通过提高结构尺寸来减少应力，以便削弱高温蠕变和持续氧化对结构的影响，其优点是结构简单，缺点是结构笨重，一般为刚性结构，没有弹性；另一种是持续降温，采用强制冷却的方式保证车轮本身工作在相对较低的温度下，确保材料的机械性能符合使用要求，其优点是性能稳定，车轮结构可参考现有设计，缺点是需要有复杂的冷却系统配合使用，另外需要相应的物质吸收高温环境传递过来的热量。

目前特种机器人的发展趋势是智能化、小型化。现有应用于高温机器人的车轮方案由于其方案本身的设计需求，很难在重量或结构上进行进一步的简化，影响了机器人性能指标的进一步提升，并由于其最高耐受温度相对较低，限制了耐高温机器人在消防、冶金等环境温度较高的作业场所中的应用。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种耐高温车轮，用于移动作业机器人上，可以以简单的结构很好地将轮毂片与外界高温隔开，且不需要外部冷却，由此提高耐高温性能、延长使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供的耐高温车轮，包括：

弹性轮毂组件，其集成有隔热层，以使所述弹性轮毂组件与外界高温隔开；以及

刚性轮刺环，其内部固定有所述弹性轮毂组件，并与所述弹性轮毂组件一起旋转。

进一步地，所述弹性轮毂组件包括：外保持架、外隔热层、弹性轮毂片、内隔热层和内保持架，其中，

所述外隔热层与所述内隔热层位于所述弹性轮毂片的轴向两侧；

所述外保持架位于所述外隔热层的与所述弹性轮毂片相反一侧；

所述内保持架位于所述内隔热层的与所述弹性轮毂片相反一侧；

所述外保持架、所述外隔热层、所述弹性轮毂片、所述内隔热层、所述内保持架依次顺序安装，构成弹性轮毂组件；所述刚性轮刺环位于所述弹性轮毂组件一侧，所述驱动车轮的传动轴位于内保持架一侧。

进一步地，所述刚性轮刺环，其具有多个连接销，且所述弹性轮毂组件具有与多个连接销对应的多个连接孔。

进一步地，所述弹性轮毂组件，还具有与所述多个连接销形成传递动力的轴孔配合的衬套，所述衬套的材料为：陶瓷、涂层材料或纤维编织材料。

进一步地，所述弹性轮毂片，其具有多个轮辐，使得所述弹性轮毂片在小应变时获得大的变形。

进一步地，所述轮辐为螺旋线形的等变曲率曲线，其弯曲半径小的一端靠近所述轮轴，弯曲半径大的一端靠近弹性轮毂片外缘。

进一步地，所述刚性轮刺环为笼式结构，具有在轴向上隔开一定距离的两个环和连接两个环的轮刺，其中，所述轮刺，沿周向配置有多个。

进一步地，所述轮刺，其径向外侧一端比所述两个环的径向外侧一端更靠外侧。

更进一步地，所述外隔热层和所述内隔热层的材料为，莫来石纤维毡或气凝胶复合材料。

为实现上述目的，本发明提供的一种机器人，包括，车轮，所述车轮采用如上所述的耐高温车轮。

本发明的耐高温车轮，首次提出将热防护层集成到车轮结构中，保证金属工作在较低温度范围内，从而提高结构强度及结构件使用寿命，并通过使用全金属弹性轮毂，使车轮具有一定弹性，以便隔震及吸收冲击。提出了一种外轮圈与轮辐的隔热传动形式的可行方案。其突出意义在于：该车轮作为一种不需要外部冷却的高温车轮，可直接集成到耐高温机器人上，在具有与传统轮胎类似性能的同时，本身可以工作在高温环境中，相对于传统方案可以有效的减轻重量，缩小体积，对耐高温环境特种机器人的应用扩展具有重要意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为根据本发明耐高温车轮的结构模式图；

图2为根据本发明弹性轮毂组件的结构分解模式图；

图3为根据本发明的车轮的局部放大图；

图4为根据本发明的弹性轮毂片的立体图；

图5为根据本发明的车轮的俯视图；

图6为根据本发明的车轮的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下面，对本发明的耐高温车轮的结构进行详细描述。图1为根据本发明耐高温车轮的结构模式图，如图1、3所示，本发明的耐高温车轮由弹性轮毂组件1和刚性轮刺环2组成。弹性轮毂组件1内部集成有隔热层。弹性轮毂组件1具有多个连接孔3。刚性轮刺环2具有与多个连接孔3对应的连接销4。弹性轮毂组件1通过将连接销4插入连接孔3而与刚性轮刺环2连接。连接销4的一段具有螺纹，弹性轮毂组件1和刚性轮刺环2连接后通过螺母进行紧固。

如图2所示，弹性轮毂组件1包括：内保持架11、内隔热层12、弹性轮毂片13、外隔热层14和外保持架15。内保持架11和外保持架15呈圆盘状，用于保持弹性轮毂组件1。内隔热层12和外隔热层14呈圆盘状，用于对弹性轮毂片13进行隔热。内隔热层12中心开设有中心孔。优选地，外隔热层14不开设中心孔。外隔热层14也可以开设有中心孔，此时需要在使用前用热防护材料重新对该中心孔进行密封。内隔热层12和外隔热层14例如是由莫来石纤维、气凝胶、微孔绝热板等隔热材料形成，但不限于此，可以根据温度不同选取。在本实施方式中，采用的材料为长时间耐温1600℃的莫来石纤维。弹性轮毂片13呈圆盘状，其具有多个轮辐131。轮辐131，将弹性轮毂片13的轮轴与外缘连接在一起。本实施例中，轮辐131为较长的柔性轮辐（参考图4）。优选地，轮辐131的长度比半径长，且呈弧状，其一端部位于轮圈一侧，另一侧端部位于与一侧端部轴对称的轮轴一侧。即，在优选地，轮辐131的形式为螺旋线形的等变曲率曲线，以便多条摆臂可以协调变形，并且通过细长的摆臂减少应力集中。在本实施例中，轮辐131摆臂采用渐开线形式，轮辐131的弯曲半径小的一端靠近轮轴，轮辐131的弯曲半径大的一端靠近轮圈。如图3所示，内保持架11、内隔热层12、弹性轮毂片13、外隔热层14和外保持架15具有供刚性轮刺环2的连接销4穿过的连接孔3。将外保持架15、外隔热层14、弹性轮毂片13、内隔热层12和内保持架11按顺序安装于刚性轮刺环2。

弹性轮毂组件1起到与普通轮毂类似的作用，其提供传动轴与机器人之间的连接。弹性轮毂组件1通过传动轴旋转，以使机器人移动。由于高温环境的使用需求，弹性轮毂组件1覆盖有保温层，以便控制材料温度不超过材料许用温度。另外，弹性轮毂组件1具有较好的弹性，用于吸收机器人移动过程中的冲击。

弹性轮毂组件1的主体承载结构为弹性轮毂片13。如图3所示，弹性轮毂片13通过多个较长的柔性轮辐131，以使弹性轮毂片13在较小应变（应力）的情况下获得较大的变形。弹性轮毂片13设计使得弹性轮毂组件1具备一定的减震及抗冲击效果。弹性轮毂片13的两边外层分别覆盖有内隔热层12和外隔热层14，该内隔热层12和外隔热层14起到隔热作用，以保证弹性轮毂片13工作在较低温度下，并能够防止弹性轮毂片13氧化。内隔热层12和外隔热层14通过使用内保持架11和外保持架15固定在弹性轮毂片13上。同时较长的柔性轮辐131可以使相对高温的弹性轮毂片13的轮圈与轮轴的热通路变长，从而使连轴端保持较低的温度。

刚性轮刺环2为笼式结构（鼓形外轮廓）。刚性轮刺环2具有在轴向上隔开一定距离的两个环21，和连接两个环21的、在周向上等间隔设置的多个连接部22。刚性轮刺环2还具有从一个环21沿径向内测延伸的多个凸起部23和在凸起部23沿轴向向另一个环21延伸的多个连接销4。在本实施例中，优选地，多个凸起部23沿周向等间隔地配置有多个，但不限于此，其数量为3个以上即可。另外，在本实施例中，优选地，在一个凸起部23中设置有两个连接销4，且连接销4焊接在凸起部23上，但不限于此。在本实施例中，优选地使用连接销4，但是也可以通过螺栓或螺钉等进行连接。在本实施例中，优选地，多个连接部22为轮刺22，该轮刺22用于连接两个环21，且其径向外侧一端，比两个环21的径向外侧一端更靠径向外侧，以便于越过障碍物。

如图3所示，在使用连接销4时，优选地在弹性轮毂组件1中使用陶瓷衬套5，以形成可以传递动力的轴孔配合。陶瓷衬套5本身的刚度可以保证正常传动，并且有隔热性能。连接销4在周向上等间隔分布，以使各陶瓷衬套5受到的载荷均等，避免因冲击力而引起的陶瓷衬套5碎裂。需要注意的是具有隔热性能的材料一般为疏松的脆性材料。因此如果需要采用其他材料替代陶瓷衬套5，需要同时兼顾隔热、强度及冲击韧性。其他可行的衬套包含涂层材料及纤维编织材料。

刚性轮刺环2主要用于提供车轮行驶所需的鼓形外轮廓，以及越障所需的轮刺。由于刚性轮刺环2运行中与地面长时间接触，需要在磨损或撞击损坏后拆卸，并方便更换。

本发明的耐高温车轮，可以使用于在高温环境下进行作业的机器人、移动车等作业用机械。

根据本发明的耐高温车轮，将热防护层集成到车轮结构中，保证金属工作在较低温度范围内，从而提高结构强度及结构件使用寿命，并通过使用全金属弹性轮毂，使车轮具有一定弹性，以便隔震及吸收冲击。

根据本发明的耐高温车轮，不需要外部冷却的高温车轮，可直接集成到耐高温机器人上，在具有与传统轮胎类似性能的同时，本身可以工作在高温环境中，相对于传统方案可以有效的减轻重量，缩小体积，对耐高温环境特种机器人的应用扩展具有重要意义。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温车轮，其特征在于，包括，弹性轮毂组件，其集成有隔热层，以使所述弹性轮毂组件与外界高温隔开；以及

刚性轮刺环，其内部固定有所述弹性轮毂组件，并与所述弹性轮毂组件一起旋转。

2.根据权利要求1所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述弹性轮毂组件包括：外保持架、外隔热层、弹性轮毂片、内隔热层和内保持架，其中，

所述外隔热层与所述内隔热层位于所述弹性轮毂片的轴向两侧；

所述外保持架位于所述外隔热层的与所述弹性轮毂片相反一侧；

所述内保持架位于所述内隔热层的与所述弹性轮毂片相反一侧；

所述外保持架、所述外隔热层、所述弹性轮毂片、所述内隔热层、所述内保持架依次顺序安装，构成弹性轮毂组件。

3.根据权利要求1或2所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述刚性轮刺环，其具有多个连接销，且所述弹性轮毂组件具有与多个连接销对应的多个连接孔。

4.根据权利要求3所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述弹性轮毂组件，还具有与所述多个连接销形成传递动力的轴孔配合的衬套，所述衬套的材料为：陶瓷、涂层材料或纤维编织材料。

5.根据权利要求1所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述弹性轮毂片，其具有多个轮辐，使得所述弹性轮毂片在小应变时获得大的变形。

6.根据权利要求5所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述轮辐为螺旋线形的等变曲率曲线，其弯曲半径小的一端靠近所述轮轴，弯曲半径大的一端靠近弹性轮毂片外缘。

7.根据权利要求1所述的耐高温车轮，其特征在于，所述刚性轮刺环为笼式结构，具有在轴向上隔开一定距离的两个环和连接两个环的轮刺，其中，所述轮刺，沿周向配置有多个。

8.根据权利要求7所述的耐高温车轮，其特征在于，所述轮刺，其径向外侧一端比所述两个环的径向外侧一端更靠外侧。

9.根据权利要求1所述的耐高温车轮，其特征在于，

所述外隔热层和所述内隔热层的材料为莫来石纤维毡、气凝胶复合材料及微孔绝热板中的一种或多种。

10.一种机器人，包括，车轮，其特征在于，所述车轮采用权利要求1至8任一项所述的耐高温车轮。