ТРАК ГУСЕНИЧНОЙ ЦЕПИ КАРЬЕРНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА
CATERPILLAR TRACK OF MINE HYDRAULIC EXCAVATOR

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к гусеничным движителям карьерных гидравлических экскаваторов.
В процессе эксплуатации карьерного экскаватора гусеницы постоянно подвергаются воздействию переменных нагрузок, которые являются причиной поломок траков. В известных аналогах эта проблема решается созданием на траках утолщенных участков, ребер жесткости, изменением формы грунтозацепов.
Известна полезная модель (свидетельство RU №33085, B62D 55/26, опубл. 10.10.2003), в которой задача повышения прочности трака решается созданием дополнительных ребер жесткости в месте сочленения с наружной стенкой фигурной выемки и сопряжена с утолщением по краю проушины. В участках беговой дорожки над крайними фигурными выемками выполнены утолщения.
Известен металлический трак для гусеничного хода (US 2009072618, B62D 55/26, опубл. 2009.03.19). Металлическая цепь гусеничного хода состоит из траков, шарнирно соединенных между собой, каждый из которых имеет рабочую поверхность с грунтозацепами, выполненными в виде стреловидных фасонных зубьев. На каждой рабочей поверхности размещены разнесенные на плоскости передняя часть одного стреловидного зуба и задняя часть другого. Каждая часть стреловидного зуба совмещается с составляющей частью на соответствующем прилегающем башмаке и составляет полный стреловидный фасонный зуб. Трак снабжен отверстиями, симметрично попарно расположенными в центральной части, для болтового крепления к звеньям гусеничной цепи.
Такая форма и расположение грунтозацепов обеспечивает маневренность и проходимость на слабых грунтах, но на твердых грунтах грунтозацепы, состоящие из трех частей, не обладают достаточной прочностью и высока вероятность разрушения траков.
В качестве прототипа выбран трак серийного карьерного гидравлического экскаватора (Инструкция по эксплуатации гидравлического экскаватора RH 90 С №90077, Terex Germany GmbH & Co. KG, стр.175), представляющий собой прямоугольную пластину, толщина которой максимальна в центральной части и равномерно убывает к периферии. В центральной части трака симметрично поперечной оси симметрии выполнены сквозное отверстие трапецеидальной формы и две пары симметричных отверстий для крепления к гусеничной цепи, а на внешней поверхности трака - два фигурных грунтозацепа, увеличивающих прочность трака.
Недостатком гусеничного движителя экскаватора является разрушение траков при работе на твердых грунтах, причем разрушение траков происходит на границе перехода от его максимальной высоты к минимальной.
Технической задачей предлагаемого изобретения является упрочнение зоны максимальных напряжений посредством повышения устойчивости к разрушениям и перераспределением напряжений, возникающих в металлоконструкции трака.
Техническая задача решается выполнением трака гусеничной цепи карьерного гидравлического экскаватора с основанием в виде прямоугольной пластины, толщина которой переменна с внутренней стороны. Толщина пластины максимальна в средней части в зоне привалочной плоскости и минимальна у боковых торцов, на кромках которых выполнены буртики. Один фронтальный торец пластины прямой, а другой выполнен с выемками, соответствующими проушинам гусеничной цепи. На внешней поверхности основания трака расположены два грунтозацепа, между которыми в средней части основания симметрично относительно поперечной оси симметрии трака выполнены сквозное отверстие трапецеидальной формы и две пары отверстий для болтового крепления к звеньям гусеничной цепи. Трак снабжен двумя ребрами жесткости, состоящими из прямолинейного и дугообразного участков, расположенных на его внешней поверхности симметрично поперечной оси симметрии трака между грунтозацепами равноудаленно от них на прямом участке и отверстиями для болтового крепления на дугообразном. Ширина прямолинейных участков ребер жесткости более чем в 1,4 раза превышает ширину дугообразных. Переход от наибольшей толщины основания к наименьшей выполнен под углом α=10-30° относительно привалочной плоскости.
Размещение ребер жесткости, состоящих из прямолинейного и дугообразного участков между грунтозацепами и отверстиями для болтового крепления с внешней поверхности трака, а с внутренней стороны переход от наибольшей толщины основания к наименьшей позволяет укрепить участок максимальных напряжений. Подкрепление в виде ребер жесткости повышает устойчивость трака к разрушениям и позволяет снизить максимальные напряжения. Отношение размеров прямолинейного и дугообразного участков ≥1,4 определяется расстоянием между грунтозацепами и отверстиями для болтового крепления.
Относительные размеры длин участков переменной высоты траков и угол, образуемый поверхностью трака и привалочной плоскостью на этом участке, равный α=10-30°, определены расчетно-экспериментально и являются оптимальными для траков гусеничной цепи карьерного гидравлического экскаватора. Уменьшение угла α увеличивает длину зоны перехода от максимальной к минимальной толщине, а значит, и массу трака. Увеличение угла α уменьшает длину зоны перехода, но прочность трака при этом снижается.
Предлагаемое техническое решение позволяет оптимально с двух сторон, внешней и внутренней, укрепить трак в зоне максимальных напряжений и повысить его устойчивость к разрушениям, что соответствует решению поставленной задачи.
Были определены максимальные напряжения в траках: 1 - трак карьерного гидравлического экскаватора RH 90 С, 2 - трак с ребром жесткости, выполненным согласно изобретению, 3 - трак с переходом от наибольшей толщины основания к наименьшей, выполненным под углом α=10-30° относительно привалочной плоскости.
Максимальные напряжения в траке 2 по сравнению с траком 1 снизились на 22%, а в траке 3 по сравнению с траком 1 - на 28%. Максимальные напряжения в траке согласно изобретению снизились на 31%. Запас прочности по пределу текучести трака, согласно изобретению, равен 1,5, а запас прочности по пределу текучести прототипа равен 0,81. В расчетах был использован метод конечных элементов.
На фигуре 1 - вид трака гусеничной цепи гидравлического экскаватора с внешней стороны.
На фигуре 2 - вид трака гусеничной цепи гидравлического экскаватора в разрезе по осям болтовых отверстий.
На фигурах 3 и 4 - вид трака в аксонометрии со стороны грунтозацепов и привалочной плоскости, к которой крепятся звенья гусеничной цепи.
На фигурах 1 и 2 изображены: основание трака 1, грунтозацепы 2, сквозное трапецеидальное отверстие 3, отверстия болтового крепления 4, ребро жесткости 5, привалочная плоскость 6, участки переменной высоты трака 7, α - угол, образованный привалочной плоскостью 6 и переменной по высоте (убывающей) поверхностью 7 трака, буртик 8.
При копании и передвижении гидравлического гусеничного экскаватора траки гусеничной цепи подвергается постоянному воздействию переменных нагрузок. При движении колес гусеничного хода внешняя поверхность прямоугольного основания трака 1 и грунтозацепы 2 прижимаются к грунту, создаются нагрузки на траки гусениц, при этом максимальные напряжения возникают на участках 7 перехода от максимальной к минимальной высоте гусеничного трака. Еще большее давление на трак возникает при копании. По сравнению со средним удельным давлением при передвижении максимальное давление на трак при копании вдоль гусеницы увеличивается в 4-4,5 раза. При копании на угол (поворотная платформа установлена таким образом, что проекция продольной оси экскаватора проходит через натяжное колесо) максимальное давление увеличивается в 7-12 раз. Размещение ребер жесткости 5 на внешней стороне основания 1 участков перехода 7 от максимальной к минимальной высоте гусеничного трака повышает устойчивость к разрушению, перераспределяет и уменьшает максимальные напряжения, таким образом предотвращается разрушение металла трака.
Применение изобретения позволило получить надежный гусеничный движитель гидравлического карьерного экскаватора, способный выдерживать нагрузки, возникающие при переходе гусениц через жесткие возвышения на жестком грунте.