Гусеничная цепь транспортного средства
CATERPILLAR CHAIN OF VEHICLE

Предполагаемое изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции гусеничной цепи транспортного средства, а именно к тракам гусеничной цепи.
Известна конструкция гусеничной цепи, содержащая траки, образованные звеньями с наружными проушинами и внутренними проушинами, последовательно соединенными пальцами, при этом наружные проушины содержат жестко связанные с ними втулки, а внутренние выполнены в виде цельнолитой конструкции с втулками для ведущих колес гусеничного движителя, отличающаяся тем, что втулки наружных проушин выполнены в виде стаканов, на наружных поверхностях которых со стороны глухого торца выполнены кольцевые ступенчатые расточки, при этом пальцы установлены с радиальным зазором относительно стаканов и втулок внутренних проушин и осевым зазором относительно торцов стаканов. (Патент на изобретение №2369513)
Указанная конструкция гусеничной цепи выбрана заявителем в качестве ближайшего аналога (прототипа)
Недостатком данной конструкции гусеничной цепи является высокая трудоемкость операций по ремонту гусеничной цепи, применение газосварочных работ для демонтажа гусеницы с трактора, а так же дополнительные расходы, связанные с ремонтом гусениц по этой же причине. Кроме того, неопределены параметры шарнирного соединения напрямую влияющие на работоспособность гусениц из траков для техники, предназначенной для проведения всякого рода работ, разных тяговых классов и их модификаций, которые связывают конкретные параметры соединений для гусеничной техники с требуемым ресурсом ее эксплуатации.
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик гусеничной цепи транспортного средства, а именно повышение эксплуатационной надежности и долговечности гусеничной цепи при увеличении силовой тяговой характеристики транспортного средства, обеспечение высокой ремонтопригодности непосредственно в полевых условиях эксплуатации.
Дополнительной технической задачей можно назвать унификацию технологий производства, самой сборки гусеничной цепи, повышение экономической эффективности.
Техническим результатом является разработка такой гусеничной цепи транспортного средства, которая при увеличении силовой тяговой характеристики, эксплуатационной надежности и долговечности, обеспечивает высокую ремонтопригодность.
Технический результат достигается за счет того, что в гусеничной цепи транспортного средства, содержащей траки, образованные башмаками, звенья с наружными проушинами и внутренними проушинами, последовательно соединенными посредством пальцев, при этом, наружные проушины содержат жестко связанные с ними концевые втулки, выполненные в виде стаканов, а внутренние проушины выполнены в виде цельнолитой конструкции с втулками для ведущих колес гусеничного движителя, при этом пальцы установлены с радиальным зазором относительно стаканов и втулок внутренних проушин и осевым зазором относительно торцов стаканов, согласно изобретению, шарнирное соединение в гусеничной цепи между траками состоит из втулочной части предыдущего трака, расположенных соосно с ней двух концевых втулок, выполненных в виде стаканов с центральным отверстием в торцах, жестко связанных с наружными проушинами последующего трака, при этом рабочая длина шарнирного соединения равна длине цилиндрической рабочей поверхности пальца, а отношение длины, контактирующей с пальцем, рабочей поверхности втулочной части трака к рабочей длине шарнирного соединения составляет 0,4÷0,75, при этом рабочий диаметр пальца составляет 0,15÷0,3 шага конкретной гусеничной цепи, вместе с этим на полотне башмака трака, со стороны внутренних проушин выполнены скосы, а отношение между расстоянием от внутренней поверхности полотна башмака трака до оси отверстия наружной проушины к высоте звена составляет 0,3÷0,4, кроме того, в центральной части полотна башмака симметрично между звеньями выполнено отверстие, а на наружной опорной поверхности башмака выполнен, по крайней мере, один цельнолитой почвозацеп с уклоном рабочей поверхности 2° с каждой стороны.
В торце пальца выполнена сферическая выемка, а внутренняя торцевая поверхность концевой втулки, со стороны сферической выемки, представляет собой бурт, состоящий из конусной части, удерживающей палец в шарнире, и цилиндрической части для установки заглушки;
Между внутренней торцевой поверхностью концевой втулки в полости стакана установлена уплотняющая съемная заглушка, выполненная из полиуретана, а в подрезках втулочной проушины под противоположные конусные торцы концевых втулок, образующих при установке с ними лабиринт, расположены конусные кольца из полиуретана с обеспечением плотного контакта по конусным поверхностям пар.
На наружной рабочей поверхности втулочной части трака для зацепления с зубом ведущего колеса гусеничного движителя на ее внешней цилиндрической поверхности выполнены две плоские грани, расположенные между собой под углом равным углу развала зубьев ведущего колеса, а их общая вертикальная ось симметрии наклонена на угол, равный  центрального угла укладки траков во впадины ведущего колеса, против часовой стрелки относительно вертикальной оси симметрии втулки трака, со стороны беговых дорожек звеньев
На наружной опорной поверхности башмака выполнен один цельнолитой почвозацеп, высота которого составляет 0,33÷0,37 от шага конкретной гусеничной цепи.
На наружной опорной поверхности башмака выполнены два цельнолитых почвозацепа, высота которых составляет 0,13÷0,23 от шага конкретной гусеничной цепи
На наружной опорной поверхности башмака выполнены три цельнолитых почвозацепа, высота которых составляет 0,12÷0,17 от шага конкретной гусеничной цепи
Благодаря цельнолитой конструкции трака, резко увеличивается жесткость гусеничной цепи, что способствует увеличению надежности ее в эксплуатации по сравнению с гусеничными цепями, изготавливаемыми в серийном производстве и выполненными составными из деталей, изготовляемых из проката.
вт
п
Так же увеличению надежности гусеничной цепи транспортного средства способствует конструктивное выполнение в шарнирном соединении цепи двух соосных смежных шарниров: при выполнении соединения между траками в гусеничной цепи, один шарнир образован пальцем и втулочной частью предыдущего трака, а другой шарнир образован пальцем и двумя концевыми втулками, выполненными в виде стаканов с центральным отверстием в торцах и жестко закрепленных в наружных проушинах последующего трака, причем шарниры расположены соосно. Наружная поверхность втулочной части трака, находясь в зацеплении во впадине ведущего колеса - неподвижна. Кинематика зацепления в движителе осуществляется вращением пальца в проушинах цепи (или проушин вокруг пальца): во втулочной части трака, или в двух втулках крайних проушин, т.к. коэффициент скольжения в паре зацепления - втулочная часть трака - впадина ведущего колеса, на порядок больше коэффициента скольжения в смазываемых шарнирах: втулочная часть трака - палец, при этом, диаметр пар сопряжений разные: в зацеплении - диаметр наружной втулочной части трака в шарнирах - диаметр пальца с соотношением: ∅/∅=1,5÷1,6, что так же способствует исключению трения скольжения в паре зацепления.
Благодаря развитой конструкции проушин втулочной части трака, рабочая площадь сечения ее в узкой части, больше площади сечении двух силовых несущих проушин серийных звеньев под запрессовку втулки в этом же месте приблизительно в 8-9 раз, что резко снижает удельные характеристики нагруженности шарнира траковой гусеницы, т.е. прочностные характеристики гусеничной цепи, состоящей из цельнолитых траков в значительной мере (несколько раз) превосходят серийные гусеницы в каждом соответствующем классе техники, что резко повышает ее надежность.
Трудоемкость при демонтаже гусеницы или ее ремонту равна 1 нормочасу в зависимости от сложности дефекта, при этом замыкание траковой цепи осуществляется рядовым пальцем с его установкой вручную в полость смазываемого шарнира, выполненного с радиальными зазорами для его легкого монтажа, а для обеспечения монтажа и демонтажа втулок в полевых условиях, втулка выполнена полой, тонкостенной, но с достаточным натягом в прессовом соединении в крайних проушинах трака, обеспечивающим надежную фиксацию деталей в шарнирах цепи в течении гарантированного (гарантийного) срока эксплуатации гусениц.
Для уплотнения шарниров цепи траковой гусеницы применены детали: кольцо и заглушка, выполненные из полиуретана. Кольца установлены в подрезки в проушине втулочной части трака, а заглушки установлены в наружных торцах полых втулок. С целью повышения ремонтопригодности, заглушки выполнены съемными в процессе проведения ремонтных работ или демонтажа гусеницы с трактора.
0
0
0
0
Для увеличения надежности зацепления втулочной части трака с зубьями ведущего колеса гусеничного движителя, на цилиндрической наружной поверхности втулки выполнены две плоские грани, расположенные между собой под углом β, где β - угол развала зубьев ведущего колеса, а их общая вертикальная ось симметрии наклонена на угол α, равный  центрального угла укладки γ траков во впадины ведущего колеса, против часовой стрелки относительно вертикальной оси симметрии втулки трака (со стороны беговых дорожек звеньев)
Данный прием позволяет обеспечить согласованность кинематики движителя ходового аппарата с вращением ведущего колеса трактора: т.е. безударный вход в зацепление, контакт с зацеплением по развитым плоским поверхностям - граням втулки по плоским поверхностям зубьев ведущего колеса, что увеличивает ресурс зацепления, его надежность.
1
г
2
г
3
г
г
В цельнолитой конструкции трака, содержащей звенья и отлитые заодно с ними башмаки, башмак выполнен в виде опорной плиты, на внутренней поверхности которой размещены звенья со втулкой, а на ее наружной рабочей поверхности выполнены один, два или три почвозацепа, высотой h от наружной поверхности. Так для трака с одним почвозацепом h=(0,33÷0,37)t; для трака с двумя почвозацепами высота каждого будет равна h=(0,12÷0,23)t; для трака с тремя почвозацепами высота каждого будет равна h=(0,12÷0,17)t, где t - шаг конкретной гусеничной цепи.
почв.
г
почв.
г
1
г
Выполнение на наружной рабочей поверхности опорной плиты трака одного почвозацепа вызвана необходимостью за счет сцепления движителя транспортного средства с почвой передачи крутящего момента трансмиссии на его перемещение, создание тягового усилия для выполнения работ по перемещению грунта, груза и т.д., при этом в зависимости от мощности транспортного агрегата и его массы, высота почвозацепа определяет эксплуатационные характеристики транспортного агрегата, что связано с несущей способностью грунта, от его состава. На практике для каждого класса тракторов имеет место соотношение h≈1/3t, где h - высота почвозацепа, t - шаг конкретной гусеничной цепи, который соотносится с классом тракторной техники: в зависимости от массы агрегата, его мощности и состава грунта в зоне эксплуатации, подбирается ширина опорной поверхности плиты трака и высота его почвозацепа, т.е. h=(0,33÷0,37)t.
2
г
Выполнение на наружной рабочей поверхности опорной плиты трака двух почвозацепов вызвано необходимостью уменьшения давления под опорной поверхностью почвозацепа на одном траке за счет удвоения их количества, что связано с грузоподъемными работами по перемещению грунта на некоторое расстояние от места разработки, при этом тяговые показатели отступают на второй план, так как прилагаемая мощность на разработку и перемещение грунта значительно меньше чем при перемещении грунта при бульдозировании, что обеспечивается при h=(0,12÷0,23)t.
3
г
Выполнение на наружной рабочей поверхности опорной плиты трака трех почвозацепов связано с работами по перемещению непосредственно самого агрегата - экскаватора до рабочего места, а так же, для выполнения работ, связанных с копкой, выносом грунта и погрузочными работами в транспортные средства. Высота почвозацепов и ширина опорной поверхности трака зависит от массы и мощности агрегата и рода грунта в месте эксплуатации, при этом, в зависимости от класса техники h=(0,12÷0,17)t
Выполнение почвозацепа с уклоном рабочей поверхности 2° с каждой стороны, позволяет увеличить эксплуатационный срок трака гусеницы, т.к. в процессе эксплуатации почвозацеп постепенно изнашивается, и при предельно допустимом износе почвозацепа, трак гусеницы подлежит замене. Уклон рабочей поверхности позволяет увеличить срок эксплуатации трака, за счет того что трак дольше сохраняет сцепные качества с почвой.
Конструктивное выполнение гусеничной цепи транспортного средства из сочлененных между собой с помощью шарниров, образованных двумя парами трения цельнолитых траков, а так же развитая втулочная часть, отверстие и скосы, выполненные на полотне башмака в совокупности позволяют увеличить надежность, срок службы и тяговые характеристики гусеничной цепи. Выполнение цельнолитых почвозацепов со уменьшенными уклонами рабочей поверхности, а так же выполнение на внешней поверхности втулки плоских граней позволяет увеличивает срок службы трака и зацепления, что так же влияет на повышение тяговых характеристик и надежности.
Таким образом, заявляемая гусеничная цепь транспортного средства обеспечивает достижение технического результата: повышение эксплуатационных характеристик, а именно надежности, силовой тяговой характеристики, и самой сборки, обеспечение высокой ремонтопригодности непосредственно в полевых условиях эксплуатации.
В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень», гусеничная цепь транспортного средства так же соответствует критерию «промышленная применимость», так как может быть изготовлена в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
Фиг. 1 - Гусеничная цепь транспортного средства, общий вид, показана верхняя ветвь гусеничной цепи;
Фиг. 2. - Гусеничная цепь транспортного средства, вид сверху на один трак;
Фиг. 3 - Шарнирное соединение трака;
Фиг. 4 - Трак гусеничной цепи, вид сверху;
Фиг. 5 - Вид на шарнирное соединение концевой втулки;
Фиг. 6 - Зацепление гусеничной цепи;
Фиг. 7 - Траки гусеничной цепи с цельнолитыми почвозацепами, вид сбоку.
вт
ш
г
Гусеничная цепь транспортного средства (Фиг. 1) содержит траки, образованные башмаками 1, звенья 2 с наружными проушинами 3 и внутренними проушинами (на фиг. не обозначены), последовательно соединенные посредством пальцев 4. Наружные проушины 3 содержат жестко связанные с ними концевые втулки 5, выполненные в виде стаканов, а внутренние проушины выполнены в виде цельнолитой конструкции со втулками для ведущих колес гусеничного движителя, и образуют втулочную часть 6 трака (Фиг 3, Фиг. 4) при этом пальцы 4 установлены с радиальным зазором относительно концевых втулок 5 и втулочной части 6 и осевым зазором относительно торцов концевых втулок 5. Шарнирное соединение в гусеничной цепи между траками состоит из втулочной части 6 предыдущего трака, расположенных соосно с ней двух концевых втулок 5, выполненных в виде стаканов с центральным отверстием 7 в торцах, жестко связанных с наружными проушинами 3 последующего трака, при этом рабочая длина шарнирного соединения равна длине цилиндрической рабочей поверхности пальца 4, а отношение длины, контактирующей с пальцем 4, рабочей поверхности втулочной части 6 трака L к рабочей длине шарнирного соединения L составляет  при этом рабочий диаметр пальца 4 составляет 0,15÷0,3 шага конкретной гусеничной цепи t (Фиг. 1). Это необходимое конструктивное условие для обеспечения надежности и силовых характеристик шарнирной пары, как составляющей единицы гусеничной цепи. Выполнение условия, касающегося выбора рабочего диаметра пальца 4, необходимо (с учетом класса по тяге) для обеспечения прочности самого пальца 4 в эксплуатации при высоких динамических нагрузках, возникающих в работе.
o
зв
На полотне башмака 1 трака, со стороны втулочной части 6 выполнены скосы 8, а отношение между расстоянием от внутренней поверхности полотна башмака 1 трака до оси отверстия наружной проушины h к высоте звена h составляет 0,3÷0,4.
В центральной части полотна башмака 1 трака симметрично между звеньями 2 выполнено отверстие 9, (оно выполняется с целью исключения забивки ходового аппарата грунтом и образования из грунта ложных цевок). На наружной опорной поверхности башмака 1 трака выполнен, по крайней мере, один цельнолитой почвозацеп 10 с уклоном рабочей поверхности 2° с каждой стороны.
0
0
0
0
В торце пальца 4 выполнена сферическая выемка 11, а внутренняя торцевая поверхность концевой втулки 5, со стороны сферической выемки 11, представляет собой бурт 12, состоящий из конусной части, удерживающей палец 4, и цилиндрической части для установки заглушки 13. В полости, образованной внутренней торцевой поверхностью концевой втулки 5 и сферической выемкой 11 пальца 4, установлена уплотняющая съемная заглушка 13, выполненная из полиуретана. В подрезках втулочной части 6 под противоположный торец концевой втулки 5, имеющей конусную фаску и образующей при установке в подрезки втулочной части 6 лабиринт, расположены конусные кольца 14 из полиуретана с обеспечением плотного контакта по конусным поверхностям пар. На наружной рабочей поверхности втулочной части 6 трака, для зацепления с зубом 15 ведущего колеса 16 гусеничного движителя, на ее внешней цилиндрической поверхности выполнены две плоские грани 17. Грани расположены между собой под углом β, где β - угол развала зубьев ведущего колеса, а их общая вертикальная ось симметрии наклонена на угол α, равный  центрального угла укладки γ траков во впадины ведущего колеса 16, против часовой стрелки относительно вертикальной оси симметрии втулочной части 6 трака, со стороны беговых дорожек звеньев 2.
Данное положение применимо для гусеничных цепей таких транспортных средств как погрузчики, экскаваторы, тракторы разных по тяговым характеристикам (классам), что связано с цевочным зацеплением передачи тягового усилия от трансмиссии, которое подается точному теоретическому расчету с гарантированной точностью обеспечения плотного пятна контакта в паре зацепления, что и увеличивает ее надежность из-за малой удельной нагрузки в этой зоне.
г
На наружной опорной поверхности башмака 1 выполнен один цельнолитой почвозацеп 10, высота которого составляет 0,33÷0,37 от шага конкретной гусеничной цепи. При установке гусеничной цепи на транспортное средство, например девятого или десятого тягового класса на наружной опорной поверхности башмака 1 выполнены два цельнолитых почвозацепа 10, высота которых составляет 0,13÷0,23 от шага конкретной гусеничной цепи. При установке гусеничной цепи на транспортное средство экскаваторного типа, на наружной опорной поверхности башмака выполнены три цельнолитых почвозацепа 10, высота которых составляет 0,12÷0,17 от шага конкретной гусеничной цепи t.
Палец 4 располагается в уплотненной и смазываемой полости, образованной выставленными соосно концевыми втулками 5, жестко связанными с наружными проушинами 3 и втулочной частью 6 трака с радиальными зазорами между цилиндрическими поверхностями сопряжения и осевыми зазорами между торцов пальца 4 и внутренними торцами концевых втулок 5, что необходимо для обеспечения степени свободы для пальца 4.
За счет того, что гусеничная цепь состоит из пяти деталей, в отличии от серийных гусеничных цепей состоящих составных звеньев (содержат двадцать наименований деталей) затраты на производство одного комплекта гусениц 6 раз меньше, это повышает производительность на 600% и снижает металлоемкость на 300-400 кг на один комплект гусениц.
Для монтажа гусеничной цепи на транспортное средство необходимо выполнить следующие технологические операции:
В наружную проушину 3 (с любой стороны) концевого трака гусеничной цепи запрессовать концевую втулку 5 заподлицо с внутренней торцевой поверхностью наружной проушины 3, предварительно вставив в концевую втулку заглушку 13. Образовавшуюся полость концевой втулки 5 смазать графитонаполненной смазкой, например «Шрус-4м». В подрезке на торцах втулочной части 6 противоположного концевого трака установить два уплотнительных полиуретановых кольца 14, после чего на внутреннюю полость втулочной части 6 и на кольца 14 нанести графитонаполненную смазку, например «Шрус-4м». Завести гусеничную цепь на трактор с расчетом размещения замыкающей пары траков на ведущем или натяжных колесах, после чего концевые траки выставить соосно для соединения. Вставить палец 4 в концевую втулку 5 с одной стороны концевого трака через диаметральную полость втулочной части 6 другого концевого трака с заходом на 20 мм. Конструктивно между ними обеспечен гарантированный радиальный зазор 0,2 мм. В свободную концевую втулку 5 установить заглушку 13 и смазать образовавшуюся полость графитонаполненной смазкой, например «Шрус-4м». Установить на этот же палец 4 с противоположной стороны концевую втулку 5, обеспечить соосность соединения, и затем запрессовать эту концевую втулку 5 в наружную проушину 3, выдержав размер 2±1 мм от торца концевой втулки 5 до торца наружной проушины 3. Запрессовать первоначально установленную концевую втулку 5 до упора в торец подрезки втулочной части 6 противоположного трака, что обеспечивает надежность уплотнения шарниров в паре.
Демонтаж гусеницы с трактора выполняется посредством следующих операций:
На траке, расположенном на ведущем или натяжных колесах, с помощью подходящего инструмента из наружной проушины 3 трака удаляют заглушку 13 (материал заглушки полиуретан или фторопласт). Через открывшееся отверстие 7 во втулке через палец 4 выбивается (выпрессовывается) концевая втулка 5 из противоположной наружной проушины 3 трака. Затем, в обратную сторону через палец 4 выбивается первая концевая втулка 5, после чего гусеничная цепь размыкается при демонтаже пальца 4.
Замена дефектного трака в полевых условиях может выполняться непосредственно на тракторе, для чего выполняется перечень вышеперечисленных действий. С той разницей, что демонтажу подлежат два пальца, после чего дефектный трак освобождается, а на его место устанавливается ремонтный трак с выполнением перечня работ в удвоенном количестве.
Установленные на транспортное средство гусеничные цепи, служат для создания сцепления с грунтом в момент передачи крутящего момента двигателя - тягового усилия на гусеничный движитель. Гусеничные тележки входят в зацепление с ведущими колесами 16 трансмиссии транспортного средства, посредством зацепления с втулочными частями 6 траков, при передвижении. Обеспечивается плавная кинематика зацепления: безударный вход в зацепление; развитые площади контакта между зубьями 15 и плоскими гранями 17 на втулочных частях траков. Кинематика складывания траков при перегибе цепи осуществляется его вращением в одной из двух шарнирных пар, при этом втулочная часть трака остается неподвижной во впадине ведущего колеса 16 (чему так же способствуют плоские грани на ее поверхности). Это увеличивает КПД движителя, ресурс и надежность зацепления из-за отсутствия износа в паре.
При движении транспортного средства происходит укладка гусеничного полотна на грунт, сцепление обеспечивают почвозацепы 10 за счет внедрения в грунт (количество почвозацепов зависит от несущей способности грунта). Траки наезжают опорной поверхностью на возвышение грунта, в результате чего в области башмака 1, примыкающей к беговой дорожке, возникает повышенное напряжение. Скосы 8 на торцевой поверхности башмака 1 уменьшают плечо прикладываемой нагрузки на опорную поверхность трака, что значительно снижает напряжение в указанной области. При работе на слабонесущих грунтах из-за особенности конструкции ведущего колеса 16 (зацепление обеспечивается через зуб) возможны случаи образования ложных цевок, ведущих к катастрофическому разрушению гусеничной цепи. При движении транспортного средства через отверстие 9 выполненное в центральной части башмака грунт высыпается под гусеничную цепь и трамбовки с последующим образованием ложных цевок не происходит.