НАТЯЖНОЕ КОЛЕСО ДЛЯ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ

Полезная модель относится к тракторному машиностроению, конкретнее к гусеничным тракторным средствам, а именно предназначена для использования в конструкциях промышленных тракторов и их модификаций. В частности, полезная модель рассматривает конструкцию натяжного колеса для ходовой тележки гусеничного движителя, обеспечивающей опирание и позиционирование гусеничной цепи для гусеничных машин весом более 30 тонн.
В гусеничном механизме регулируют: натяжение гусениц, предварительное сжатие амортизационной пружины натяжного колеса, зазоры в подшипниках и продольные перемещения осей различных узлов механизма. При регулировке натяжения гусениц устраняют излишнее провисание свободной (верхней) ветви гусеницы. В процессе работы провисание гусеницы постепенно увеличивается из-за износа соединительных пальцев, проушин звеньев и звездочки. Большое провисание гусеницы приводит к ее раскачиванию во время движения трактора и еще большему износу шарниров. Кроме того, при расслабленной гусенице возникает опасность соскакивания ее, особенно на поворотах трактора. Но чрезмерно большое натяжение гусеницы недопустимо, так как это вызывает рост нагрузок на детали всего механизма, а значит, и увеличение мощности на трение в подшипниках и шарнирах, которое, в свою очередь, ведет к преждевременному выходу механизма из строя из-за износа и поломок.
Регулировка предварительного сжатия амортизационной пружины имеет следующее назначение. При наезде на жесткий предмет остов трактора, а особенно натяжное колесо, испытывает удар, способный вызвать поломку. Для смягчения ударов натяжное колесо снабжено амортизационной пружиной, при помощи которой усилие от колеса передается на остов. При столкновении с препятствием пружина сжимается, позволяя натяжному колесу несколько отодвинуться назад и смягчить тем самым удар. То же происходит и при попадании жесткого предмета между гусеницей и катками. В этом случае натяжное колесо также сдвигается назад, ослабляя натяжение гусеницы, а предмет проскакивает между гусеницей и катком.
Предварительное сжатие амортизационной пружины должно быть таким, чтобы обеспечить необходимое смягчение ударов, но не допустить большого ослабления натяжения гусеницы. Предварительное сжатие характеризуется длиной пружины в нормально сжатом состоянии. Длину замеряют на тракторе линейкой или рулеткой.
Известна типовая конструкция опорного узла колеса натяжного гусеничных промышленных тракторов Т-35.01, Т-25.01, Т-15.01, Т-11.01 и их модификаций, выпускаемых серийно «Чебоксарским заводом промышленных тракторов», которая подобна конструкции катка опорного для гусеничного трактора (RU 2219086), содержащего ролик, установленный посредством подшипников скольжения на неподвижном валу, имеющем три продольные наружные лыски, одна из которых расположена в верхней части оси симметрично вертикальной оси, а плоскости двух других боковых лысок перпендикулярны верхней лыске. Неподвижный вал выполнен с масляным резервуаром, расположенным в открытой кольцевой полости в средней части оси, соединенным с продольным каналом в центральной части вала радиальными отверстиями. Радиальные отверстия в шейках вала обеспечивают подачу масла к торцевым подшипникам скольжения и металлическим торцевым уплотнениям.
Недостатком данной конструкции является то, что боковые и верхняя лыски вала находятся в зоне максимального давления в подшипнике скольжения, так как усилия от гусеницы к наружной части опорного колеса прикладываются под небольшим углом к горизонтальной оси. Происходит выдавливание масла из области максимального давления в лыски, переход к сухому трению в подшипниковом узле. Кроме того кромки лысок резко увеличивают износ бронзы в области максимального давления, что приводит к повышенному люфту ступицы колеса на валу и, как следствие, к разгерметизации торцевых металлических уплотнений, вытеканию масла и потери работоспособности.
Отмеченные недостатки особенно проявляются при низкой температуре, когда снижается текучесть смазки. При этом снижается эксплуатационная надежность натяжного колеса и трактора в целом.
Так же известно натяжное колесо для гусеничного движителя, содержащее ступицу, размещенную на подшипниках скольжения на оси, концы которой выведены за поперечные размеры ступицы, узлы герметизации, смонтированные на концах оси, а так же обод, выполненный с кольцевыми рабочими дорожками на наружной поверхности для размещения на них гусеничной лентой, при этом на ступице выполнены две расположенные в окружном направлении и на расстоянии друг от друга в поперечном направлении кольцевые канавки, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для размещения упругих элементов в виде колец или в виде набора отдельных сегментов, располагаемых по окружности, а обод выполнен на внутренней поверхности с ребром в окружном направлении, располагаемом между кольцевыми канавками на ступице, и с ответными кольцевыми канавками, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для охвата упругих элементов на ступице, причем между валом и ступицей образована кольцевая полость для размещения смазки (см. чертеж «1501-21-13СП Колесо натяжное», выложенный в 2000 г. на сайте «» компании ООО «ГидроСМ-Спецтехника» в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://specgidrosm.ru/node/13190) (копия прототипа прилагается).
Особенностью данного натяжного колеса является технологическая сложность изготовления ступицы. В этом колесе ступица выполнена из основания, размещаемого на валу и полой радиально протянутой перегородки, составленной из тонких стенок. Эксплуатационная надежность такой ступицы мала, так как она может быть изготовлена только литьем. Но при этом конструкция имеет тонкостенные фрагменты и толстостенные, что приводит к тому, что при остывании процесс кристаллизации расплава в перегородках заканчивается раньше окончания процесса остывания в основании. А это приводит к тому, что примеси уходят в зону примыкания тонких стенок к толстым и образуют структуру, отличную от структуры остальной части конструкции (причина появления трещин). Для гусеничных машин весом более 30 тонн и более использование сложных и объемных литьевых конструкций становится неприемлемым, так как большие динамические ударные нагрузки очень быстро провоцируют трещинность именно в этих зонах отливок.
Кроме того, динамические нагрузки на натяжном колесе (при его использовании в ходовой тележке тяжеловесного трактора) приводят к тому, что происходит выдавливание масла из области максимального давления, переход к сухому трению в подшипниковом узле, резко увеличивается износ бронзы в области максимального давления, что приводит к повышенному люфту ступицы колеса на валу и, как следствие, к разгерметизации торцевых металлических уплотнений, вытеканию масла и потери работоспособности. Для таких тяжелонагруженных узлов герметизации не подходит использование стандартных решений с применением типовых сальников.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата по повышение эксплуатационной надежности за счет упрощения конструкции ступицы и повышения ее прочности в условиях динамической нагрузки.
Указанный технически результат достигается тем, что в натяжном колесе для гусеничного движителя, содержащем ступицу, размещенную на подшипниках скольжения на оси, концы которой выведены за поперечные размеры ступицы, узлы герметизации, смонтированные на концах оси, а так же обод, выполненный с кольцевыми рабочими дорожками на наружной поверхности для размещения на них гусеничной ленты, при этом на ступице выполнены две расположенные в окружном направлении и на расстоянии друг от друга в поперечном направлении кольцевые канавки, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для размещения упругих элементов в виде колец или в виде набора отдельных сегментов, располагаемых по окружности, а обод выполнен на внутренней поверхности с ребром в окружном направлении, располагаемом между кольцевыми канавками на ступице, и с ответными кольцевыми канавками, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для охвата упругих элементов на ступице, причем между валом и ступицей образована кольцевая полость для размещения смазки, ступица выполнена в виде поперечно расположенного основания, размещаемого на валу и с которым заодно выполнена одна радиально расположенная перегородка с отверстиями, с которой соединены элементы с кольцевыми канавками.
При этом для этого примера исполнения каждый узел герметизации выполнен в виде фиксирующей ступицу от смещения по оси вала фланца, с наружной стороны которого выполнено гнездо, закрываемое крышкой, а в полости гнезда размещены две опирающиеся друг на друга торцевыми поверхностями вдоль оси вала втулки, каждая из которых выполнена на внешней поверхности с кольцевой канавкой для размещения кольцевой формы упругих элементов, устанавливаемых с упиранием во фланец и в крышку.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - поперечное сечение натяжного колеса:
фиг. 2 - узел А по фиг. 1;
фиг. 3 - узел Б по фиг. 2.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция натяжного колеса, применяемого в ходовой гусеничной тележке гусеничных машин весом более 30 тонн.
Натяжное колесо для гусеничного движителя (фиг. 1) содержит ступицу 1, размещенную на подшипниках скольжения 2 (бронзовые втулки) на валу 3, концы 4 которого выведены за поперечные размеры ступицы. Ступица выполнена в виде поперечно вытянутого основания 5, размещаемого на валу 3 и с которым заодно выполнена одна радиально расположенная дисковой формы перегородка 6 с отверстиями 7 (отверстия носят технологический характер и применены для уменьшения веса ступицы). Ступица на другом конце радиально расположенной дисковой формы перегородки 6 выполнена с посадочной кольцевой площадкой 8, к которой болтами с двух сторон прикреплены элементы 9 с кольцевыми канавками, выполненными в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка (дугообразной вогнутой формы).
Ступица выполняется методом штамповки, что позволяет сохранить недеформированной внутреннюю структуру материала и обеспечить упрочнение поверхностного слоя. При этом стало возможным сохранить толщины на отдельных участках примерно одинакового размера и сформировать плавные переходы одной поверхности в другую смежную. При штамповке (процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела) возможно применение как горячей, так и холодной объемной штамповки. При горячей объемной штамповке формообразование поковки из нагретой до ковочной температуры заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. При холодной объемной штамповке температура исходной заготовки ниже ковочной. Это обуславливает высокие значения сопротивления металла штамповочному давлению и существенно меньшую текучесть, что ограничивает возможность получения изделий сложной формы. Однако по сравнению с горячей штамповкой металл не подвергается термическим модификациям, нет усадки при охлаждении и нет риска образования горячих трещин. Точность выполнения поверхностей при ХОШ сопоставима с таковой при обработке металлов резанием, однако после ХОШ на поверхности металла, отсутствуют концентраторы напряжений (риски и царапины). Поэтому методами холодной объемной штамповки изготавливают высокоточные и (или) высоконагружениые детали.
Ступицу охватывает обод 10, выполненный с кольцевыми рабочими дорожками 11 на наружной поверхности для размещения на них гусеничной ленты и с ограничителями 12 поперечного смещения гусеничной ленты.
Ранее указывалось, что на ступице выполнены две расположенные в окружном направлении и на расстоянии друг от друга в поперечном направлении кольцевые канавки, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для размещения упругих элементов 13 в виде колец или в виде набора отдельных сегментов, располагаемых по окружности. А обод выполнен на внутренней поверхности с ребром 14 в окружном направлении, располагаемом между кольцевыми канавками на ступице, и с ответными кольцевыми канавками, выполненные в поперечном сечении каждая в виде фрагмента поверхности второго порядка для охвата упругих элементов на ступице.
Таким образом, между ободом и ступицей расположены упругие резиновые элементы, обеспечивающие амортизационную связь между ободом и ступицей.
Это позволяет гасить часть пиковых ударных нагрузок и не передавать их на ступицу. Гашение сдвигов и нагрузок за счет упругости резиновых элементов существенно повышает срок службы натяжного колеса.
Для натяжного колеса важным является поддержание смазки в системе трения «вал-ступица». Для этого в вал со стороны одного из его концов вставлен обратный клапан или заглушка 15 для подачи извне смазочного материала по каналу в вале до полости, образованной между валом и ступицей и выполненной в виде кольцевой полости 16 для размещения смазки. При вращении ступицы вокруг вала на подшипниках скольжения смазка обеспечивает уменьшение трения, но при этом из-за повышенных нагрузок на натяжное колесо возможны утечки смазки через торцевые части соединения ступицы с валом. Для исключения утечек и поддержания заданного объема смазки в полости 16 используются узлы герметизации 17, смонтированные на концах вала (фиг. 2 и 3).
Каждый узел герметизации 17 выполнен в виде фиксирующей ступицу от смещения по оси вала фланца 18, прикрепленного болтами 19 к ступице. С наружной стороны фланца выполнено гнездо, закрываемое крышкой 20, а в полости гнезда размещены две опирающиеся друг на друга торцевыми поверхностями вдоль оси вала втулки 21, каждая из которых выполнена на внешней поверхности с кольцевой канавкой для размещения кольцевой формы упругих элементов 22, устанавливаемых с утиранием во фланец и в крышку.
При таком исполнении решаются две задачи. Первая - герметизация торцевых зазоров для исключения утечек масла за счет упругого поджатая всех элементов узла между собой. Вторая - формирование амортизационных узлов для компенсации возникающих осевых смещений ступицы при появлении боковых нагрузок на натяжном колесе. Сочетание возможности исполнения этих двух задач позволяет создать надежный герметизирующий инструмент, на работоспособность и долговечность работы которого не влияют динамические нагрузки, возникающие на натяжном колесе от гусеничной ленты и от работы амортизационного узла самого натяжного колеса.
Изменение конструкции ступицы позволяет решить не только задачу повышения технологичности конструкции самой ступицы, но и повысить надежность всего натяжного колеса.