ХОДОВАЯ ЧАСТЬ ГУСЕНИЧНОГО ТРАКТОРА
CATERPILLAR TRACTOR RUNNING GEAR

Изобретение относится к производству ходовой части гусеничных тракторов и обеспечивает сохранение плодородия обрабатываемой почвы и повышение тягово-сцепных показателей трактора путем равномерного распределения давления на почву ходовой части трактора.
Известны машины с гусеничным движителем с полужесткой подвеской, включающим гусеничную цепь, охватывающую ведущие и направляющие колеса, опорные и поддерживающие катки.
При выполнении весенне-полевых и энергоемких операций в сельском хозяйстве эффективным тяговым средством является гусеничный трактор, который по тягово-сцепным и топливо-экономическим показателям на 10…20% превосходит колесный трактор аналогичного класса.
Применение гусеничных тракторов высоких тяговых классов на основных операциях, связанных с обработкой почвы и посевов зерновых культур, землеройных, дорожно-строительных и других хозяйственных работах позволяет существенно снизить их себестоимость и обеспечить более полную загрузку трактора и механизаторов в течение года.
Однако большая масса трактора обуславливает высокое удельное давление на почву и значительные затраты энергии на перекатывание трактора по полю. Проблему усугубляет плоская форма опорной поверхности, что создает зону увеличенного давления на почву первым и задним катком, вызывая двукратное уплотняющее воздействии на почву, более глубокую колею и, соответственно, увеличенные затраты мощности на перекатывание трактора.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является гусеничный движитель трактора Т-170М1.03-55, содержащий гусеничную цепь, охватывающую ведущее и направляющие колеса, опорные и поддерживающие катки, имеющие одинаковые начальные диаметры.
Недостатком движителя Т-170М1.03-55 является то, что движитель оставляет глубокую колею, при этом давления достигают до 0,245 МПа, и неодинаковый ресурс работы катков - наименьший у крайних и наибольший у средних. Это определяет общий ресурс до замены, равный ресурсу крайних катков, когда средние и промежуточные катки еще далеко не достигли своего предельного износа. Выраженные экстремумы эпюры давления в зоне 1-го и 6-го опорных катков обуславливают двойное воздействие на почву за один проход по следу движителя, что вызывает повышенное уплотнение и снижение тягово-сцепных свойств трактора.
Предлагаемое изобретение позволяет достичь новый технический эффект - сохранение плодородия обрабатываемой почвы, повышение тягово-сцепных показателей трактора путем равномерного распределения давления на почву ходовой части трактора и повышение ресурса работы крайних и промежуточных опорных катков.
Этот технический эффект достигается тем, что средние и промежуточные опорные катки должны быть опущены путем установки пластин соответствующей толщины под оси средних и промежуточных опорных катков, а толщина пластин определяется из выражения:
cp
cp
э
э
1
2
1
1
2
2
где p - среднее давление трактора на почву, p=G/(2·b·L), кПа; G - эксплуатационный вес трактора, Н; L - длина опорной поверхности трактора, м; b - ширина гусеницы, м; π=3,14 - постоянная величина; β=ν+ν;  E - модуль упругости почвы, Па; µ - коэффициент Пуассона почвы; E - модуль упругости стали звена гусеницы, Па; µ - коэффициент Пуассона стали звена гусеницы; α=L/2 - полуширина контакта, м; x - горизонтальная координата точки опорной поверхности, м;
кр
кp
f
э
кр
кр
кр
кр
кp
f
f
B=P[e+φ(hcosγ+csinγ)+fh], Р=G+Pcosγ - нагрузка, приходящаяся на единичный движитель, кН; Р - тяговое усилие на крюке, Н; γ - угол между усилием на крюке и горизонтальной плоскостью; φ=Р/Р - коэффициент использования сцепного веса; е - продольная координата центра тяжести трактора относительно середины опорной длины гусеницы, м; h - высота прицепа относительно опорной поверхности, м; f- коэффициент сопротивления передвижению трактора, f=0,07…0,15; h - смещение продольной составляющей силы перекатывания от реакции почвы, h=0,015…0,029, м; С - коэффициент, равен начальной деформации почвы, определяется опытным путем, С=-0,027±0,003, м; arsin(x/α) - математическая функция арксинуса (x/а).
На фиг.1 изображена схема гусеничного движителя; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - эпюра давлений серийного гусеничного обвода; на фиг.4 - эпюра давлений эллипсного гусеничного обвода.
Движитель состоит из гусеничной цепи 1, охватывающей ведущее колесо 2, направляющее (натяжное) колесо 3, поддерживающие катки 4 и опорные катки: 5 - средние, 6 - промежуточные и 7 - крайние. Средние 5 и промежуточные 6 опорные катки должны быть опущены в соответствии с выражением (1) путем установки пластин 8 и 9 соответствующей толщины под оси опорных катков.
Конструктивно это реализуется за счет того, что гусеничный движитель состоит из гусеничный цепи, охватывающей ведущие и направляющие колеса, опорные и поддерживающие катки, при этом менее нагруженные промежуточные катки располагают на разной высоте от горизонтальной плоскости.
5
6
Например, для типичных условий работы гусеничного трактора Т-170М1.03-55 в суглинистой почве средние катки должны быть опущены на h=10 мм, а промежуточные катки на h=5 мм, что позволяет на 15…25% снизить уплотнение почвы по колее, на 27% снизить силы сопротивления перекатыванию трактора и повысить ресурс работы крайних и промежуточных опорных катков, равный ресурсу работы средних, что позволяет в целом для движителя увеличить межремонтный срок эксплуатации тракторов.
Снижение силы сопротивления перекатыванию трактора с эллипсным обводом гусениц на 27% достигается за счет снижения вертикальных нагрузок от гусеницы на 1-й и 6-й катки и отсутствия вертикальных максимальных давлений под этими катками, то есть, выравнивания эпюры давления. Эллипсный обвод гусениц можно представить в виде дуги окружности с большим радиусом. В процессе движения трактора происходит более плавное перемещение элементов гусеницы относительно друг друга, что приводит к снижению сил трения. А также снижаются потери на деформацию почвы за счет уменьшения максимального давления и количества воздействий на почву до одного. Отмеченное снижение силы сопротивления перекатыванию при эллипсном обводе гусениц оказывает существенное влияние на тяговые показатели трактора.
Преимущества изобретения: эллипсный гусеничный обвод позволит увеличить условный КПД трактора до 10,4%, снизить удельный расход топлива на 7…10% и повысить ресурс работы крайних и промежуточных опорных катков.
Источники информации
1. Патент RU № 2000237, кл. B62D 55/14, 55/08, 1993.