ЭЛАСТИЧНАЯ ГУСЕНИЦА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
VEHICLE FLEXIBLE CATERPILLAR

Изобретение относится к гусеничным движителям транспортных средств (преимущественно легких транспортных гусеничных машин (ТГМ) военного и гражданского назначения, в частности к снегоболотоходам), конкретно бесконечным, эластичным (бесшарнирным), разъемным (сборным) гусеницам.
Большинство гусеничных цепей, применяемых, прежде всего, в ходовых частях перечисленных выше гусеничных машин, относятся к шарнирным, т.е. представляет собой соединенные посредством пальцев цельнометаллические звенья (траки) как отдельные детали (а не сборочные единицы). Известны и гусеницы со сборными траками преимущественно для легких ТГМ [RU 2385815, B62D 55/20, 18.03.2009]. И те и другие не являются легкими и экономичными (в смысле кпд) для легких машин.
Поэтому на легких машинах, особенно гражданского назначения, получили распространение эластичные (бесшарнирные) гусеницы, причем как с металлическими, так и с неметаллическими лентами.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения, то есть совпадающим с ним по назначению и по общим существенным конструктивным признакам, является эластичная гусеница транспортного средства («Разъемная ленточная гусеница с синтетическим каркасом - устройство и изготовление») [RU 94022109/11, B62D 55/24, 16.06.1994, вар. 1, 2, фиг.1-3], содержащая секционно-составную ленту с закладными концами («кромками») и закрепленными на ней жесткими траками, выполненными составными из расположенных с разных сторон ленты поперечины и двух накладок, при этом накладки симметрично разнесены по ширине ленты и стянуты болтовыми соединениями с поперечиной, а на траках предусмотрены цевки, грунтозацепы и направляющие гребни.
В ней закладные концы ленты выполнены плоскими (прямоугольными в продольном сечении), поперечина расположена с внутренней стороны ленты, образующей беговую дорожку для опорных катков транспортного средства и выполнена перекрывающей ее ширину, с упомянутыми грунтозацепами в виде прямоугольных резиновых подошв с протекторными пазами противоскольжения (шевронными - см. чертежи). Цевки (очевидно, под один зуб ведущего колеса транспортного средства) расположены в средней части трака (под одновенцовое зубчатое колесо). Накладки расположены с внешней стороны ленты, взаимодействующей с грунтом или иной опорной поверхностью, не предельно разнесены по ширине ленты (т.е. не перекрывая ширины трака) и выполнены в виде плоских прямоугольных пластин.
Кроме того, в ней: один из парных (стыкуемых) закладных концов («кромок») секционно-составной ленты выполнен с гребенчатообразными в продольном сечении пазами длиной, равной расположению двух рядов болтов с учетом зазора регулировки, с возможностью выемки этого закладного конца вбок при ослаблении болтового соединения; закладные концы секций ленты в рабочем состоянии гусеницы сопряжены и зафиксированы поперечиной и накладками при стянутых болтах; гребень выполнен сплошным.
Однако гусенице-прототипу при всех ее положительных качествах свойственны и недостатки.
Во-первых, в ней стык закладных концов основан на использовании преимущественно сил трения в парах «поперечина - лента», «лента - лента» и «лента - накладка», а также на совместной вулканизации всех деталей. Такой способ (принцип) увеличивает требования к усилию стяжки болтами, не исключает вероятности срыва резьбы в болтовых соединениях, нарушения соединения концов лент при пиковых динамических тяговых усилиях (что ухудшает условия сохранения цельности гусеницы как сборной конструкции, а значит - надежности движителя), и обусловливает малую эффективность работы траков на кручение (что связано с нерациональным распределением нагрузок в конструкции и ухудшает их несущую способность и обусловливает завышенную металлоемкость).
Во-вторых, стыковка закладных концов лент в основном за счет сил трения не гарантирует точности стыковки и ухудшает ремонтопригодность, особенно в полевых и, тем более, в боевых и иных экстремальных условиях, что объясняется необходимостью для предварительного натяжения гусеницы удерживать закладные концы лент в нужном положении в пределах трака до полной или почти полной закрутки болтового соединения.
В-третьих, необходимость в больших усилиях сжатия лент в стыках может приводить к необратимым деформациям закладных концов лент и сокращению срока их службы.
В-четвертых, болты воспринимают (практически) часть тяговых усилий и, соответственно, работают не только на растяжение, но и на срез, что ухудшает условия обеспечения прочности и надежности.
В-пятых, расположение поперечин, в отличие от накладок, с внутренней стороны ленты (гусеницы), т.е. взаимодействующей не с грунтом, а с опорными катками транспортного средства, несколько уступает «обратному» их расположению в стремлении обеспечить контакт с грунтом цельной (а не разрезной) детали-поперечины, исключить нежелательное абразивно-разрушающее воздействие грунта на стыках «металл-лента».
В-шестых, шевронный, пусть даже развитый «закрытый» грунтозацеп (см. описание прототипа, фиг.1, поз.6, вид в плане снизу), неплохо зарекомендовавший себя на транспортных средствах, длительно эксплуатируемых на дорогах с искусственным покрытием, уступает тракам с классическими «открытыми» (пластинообразными) грунтозацепами в условиях преимущественно бездорожья, применительно к широкому классу вездеходных гусеничных и колесно-гусеничных машин, особенно машин с активными опорными катками, снабженными пневматическими шинами, что связано, прежде всего, со склонностью протекторов к забиванию грунтом, что крайне отрицательно сказывается на тягово-сцепных способностях гусеничного движителя.
В-седьмых, гусеница цевочного зацепления под одновенцовое ведущее колесо транспортного средства и, соответственно, с центрально расположенными цевками, не обеспечивает такой кинематической определенности, стабильности продольного перемещения гусеницы, как гусеницы под двухвенцовое ведущее колесо, т.е. с парными, разнесенными по ширине ленты цевками.
Все перечисленные недостатки в совокупности определяют недостаточно высокие технико-эксплуатационные характеристики транспортного средства в условиях бездорожья, для которого он, главным образом и предназначен.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании эластичной гусеницы с более высокими, в сравнении с прототипом, технико-эксплуатационными характеристиками: тягово-сцепными возможностями (а значит, и эффективностью всего гусеничного движителя), надежностью и ремонтопригодностью (особенно в полевых условиях).
Решение поставленной задачи достигается тем, что в эластичной гусенице транспортного средства, содержащей секционно-составную ленту с закладными концами и закрепленными на ней жесткими траками, выполненными составными из расположенных с разных сторон ленты поперечины и двух накладок, при этом накладки симметрично разнесены по ширине ленты и стянуты болтовыми соединениями с поперечиной, на траках предусмотрены цевки, грунтозацепы и направляющие гребни, закладные концы ленты выполнены Г-образными в продольном сечении, поперечина расположена с внешней стороны ленты и выполнена перекрывающей ее ширину, с прорезями под прямым углом к ленте, - одной общей для стыкуемых закладных концов секций ленты или двумя индивидуальными для каждого закладного конца, при этом закладные концы секций ленты в рабочем состоянии гусеницы вставлены в указанные прорези и зафиксированы поперечиной и накладками при стянутых болтах, поперечина выполнена с внутренними боковыми кромками, оформленными в виде упомянутых направляющих гребней, кроме того, на поперечине и накладках предусмотрены симметрично разнесенные по ширине ленты цевкообразующие окна под зубья ведущего колеса, при условии их расположения в собранном траке напротив друг друга.
Решение поставленной задачи достигается также за счет дополнительных конструктивных признаков (при сформулированной выше основной совокупности признаков):
- поперечина может быть выполнена с боковыми буртами, ориентированными вдоль ленты, а накладки предельно разнесены по ширине ленты и выполнены каждая с ушками, сформированными выемкой у боковой кромки под бурт поперечины, с возможностью образования, при сборе трака, беззазорных замковых соединений между ушками и буртом;
- упомянутые грунтозацепы могут быть выполнены в виде отбортовок;
- грунтозацепы поперечины могут быть расположены в шахматном порядке;
- при предыдущей совокупности признаков суммарная длина грунтозацепов с одной стороны поперечины может быть равна суммарной длине грунтозацепов на противоположной ее стороне;
- цевкообразующие окна поперечины и накладок могут быть разнесены по ширине трака на половину ширины поперечины;
- цевкообразующие окна могут быть разнесены по ширине трака на ширину поперечины;
- гребень может быть выполнен с окном.
Среди известных устройств и способов не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной.
Заявляемое устройство эластичной гусеницы транспортного средства пояснено на чертежах:
на фиг.1 представлен фрагмент секции гусеницы, общий вид сверху на нижнюю (опорную) ее ветвь, т.е. на внутреннюю ее сторону; на фиг.2 - то же, вид снизу (со стороны грунта), т.е. на внешнюю ее сторону; на фиг.3 - вид на гусеницу сбоку; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.2.
При этом за направление движения транспортного средства передним ходом принято направление справа налево (ось абсцисс).
Эластичная гусеница транспортного средства содержит (см. фиг.1-5) эластичную (обратимо-изгибающуюся, с достаточно малым сопротивлением, хотя бы в одном направлении от ее плоскости), преимущественно металлическую, гусеничную ленту 1. При этом лента 1 выполнена составной (синонимы: секционно-составной, кусочно-составной), со стыкуемыми закладными концами 2 и 3 (конструкцию см. далее). Длину секции ленты выбирают из конструктивных (для каждой конкретной ходовой части и транспортного средства в целом) или технологических соображений, как правило, в пределах от 0,2 до 1,2 метра (стальная тканая лента с обрезиненной поверхностью).
Равномерно по длине ленты 1 (т.е. с одинаковым шагом) установлены достаточно жесткие гусеничные траки (сталь, алюминиевый сплав, титан, износостойкий полимер и т.п. материал), увеличивающие поперечную жесткость и жесткость против кручения гусеницы и выступающие как силовые элементы, передающие продольное усилие аналогично тракам неэластичных звенчатых шарнирных гусениц. Каждый трак выполнен составным из набора (пакета) по меньшей мере трех деталей.
Указанный набор (пакет) включает в себя две конструктивно одинаковые (парные), симметрично разнесенные по краям составного трака верхние накладки 4 и 5 и одну нижнюю поперечину 6, длина которой перекрывает как ширину ленты 1, так и накладок 4, 5. Накладки 4, 5 и поперечина 6 установлены, таким образом, с перекрытием «тракового» участка ленты 1. При этом накладка 4 с поперечиной 6 и накладка 5 с поперечиной 6 соединены (стянуты) друг с другом посредством болтового соединения (болты-гайки) 7 (в данном примере - в количестве восьми на трак) через отверстия или вытянутые, с учетом регулировок и самоустановки, окна в ленте 1 (на иллюстрациях позициями не обозначены).
Поперечина 6 выполнена с грунтозацепами в виде ориентированных под углом (как правило, прямым углом) к ленте (наружу в терминологии для замкнутой произвольно ориентированной гусеничной ленты) отбортовок, - предпочтительно двух разнесенных по краям поперечины 6 одинаковых передних (по прямому ходу транспортного средства) грунтозацепов 8, 9 и одного центрального заднего грунтозацепа 10, так что грунтозацепы 8-10 в пределах каждого трака расположены в шахматном порядке. Рекомендуется выполнение грунтозацепов с одинаковой суммарной длиной: суммарная длина грунтозацепов 8 и 9 равна длине грунтозацепа 10.
В то же время, поперечина 6 выполнена с ориентированными наружу гусеницы (на фиг.1-3 - вверх) одинаковыми буртами 11 и 12 (назначение объяснено ниже), а также с симметрично разнесенными по ширине ленты 1 цевкообразующими окнами 13 и 14 вытянутой вдоль ленты 1 формы и узкими скругленными кромками (эти скругленные кромки и являются цевками, причем оппозитными цевками в пределах одного окна 13 (14), с учетом возможности движения транспортного средства и задним ходом).
Каждая накладка 4 (5), в свою очередь, выполнена, преимущественно, с ушками 15 (16), сформированными выемкой у боковой кромки под бурт 11 (12) поперечины 6, с возможностью образования (при сборе трака) беззазорного замкового соединения между ушками 15 (16) и буртом 11 (12) - замка «11 и 15» и «12 и 16»).
Закладные концы 2 и 3 ленты 1 выполнены Г-образными в продольном сечении (за счет отбортовок 17 и 18) и могут быть усилены различными пластинами (прокладками, вставками) и/или навулканизированными слоями (19, 20 и 21, 22) спереди и сзади.
В поперечине 6 при этом предусмотрены центрально расположенные и ориентированные поперек ленты 1 прорези, - одна общая 23 (в данном примере исполнения) для размещения (запасовывания) стыкуемых отбортовок 17, 18 закладных концов 2 и 3 секций ленты 1 (разумеется, с учетом суммарной толщины со слоями 19-22), или две индивидуальные прорези (наличие второй прорези, через перегородку, аналогичной прорези 23) для каждого закладного конца 2, 3. При этом закладные концы 2 и 3 в рабочем состоянии гусеницы вставлены в прорезь 23 (прорези) и зафиксированы деталями 4-6 при стянутых болтах 7. Разумеется, при этом следует предусмотреть фиксацию соединений болт-гайка от самоотворачивания (пружинные шайбы, стопорные пластины, обвязка проволокой).
Далее, каждая накладка 4 (5) выполнена с направляющими гребнями 24 (25). В данном примере гребни 24, 25 конструктивно и технологически оформлены в виде внутренних боковых кромок, которые можно получать горячей гибкой пластин 4 и 5. Однако возможен и вариант с приваренными гребнями 24, 25 как отдельными деталями. Предпочтительно также выполнение гребня 24 (25) с окном 26 (27).
Накладки 4 и 5 выполнены каждая с цевкообразующим окном 28 и 29 соответственно из расчета, что в собранном траке окна 28 и 29 обязательно должны быть симметрично разнесенными по ширине ленты 1 (трака, гусеницы), супротивно окнам 13, 14 с цевками (и супротивно специально предусмотренным для этого ориентированным вдоль ленты 1 окнам-прорезям или выборкам в ленте 1), то есть с возможностью цевочного зацепления с зубьями двухвенцового ведущего колеса транспортного средства (ведущее колесо на иллюстрациях не представлено). Зубья ведущего колеса должны взаимодействовать с цевками окон 13, 28 (14, 29) одновременно.
Цевкообразующие окна 13, 14, 28, 29 могут быть, например, разнесены по ширине трака либо на половину ширины поперечины 6 (как в данном примере), либо на всю ее ширину (в последнем случае цевкообразующие окна могут быть открытыми с внешних боков).
Возможны, как и в прототипе, комбинации (композиции) с металлическими и синтетическими материалами, вулканизацией и т.п. дополнениями.
Возможны и иные конструктивные решения в рамках заявляемой совокупности существенных конструктивных признаков устройства.
Устройство работает обычным образом для эластичных (бесшарнирных) гусениц, со следующими особенностями работы заявленной конструкции.
При сборке на производстве или при ремонте (в том числе в полевых условиях, включая боевые или иные экстремальные) закладные концы 2, 3 ленты 1 вставляют (вправляют) отбортовками 17, 18 в прорезь(зи) 23 и фиксируют болтовым соединением 7. При этом, за счет выполнения прорезями функций направляющих для отбортовок 17, 18, обеспечивается геометрически точная укладка частей ленты 1, с гарантированным (даже при некотором ослаблении соединения 7) зацеплением «лента-трак», исключаются взаимные перекосы стыкуемых частей ленты 1 в плоскости трака. Соответственно снижаются требования к усилию стяжки, резко уменьшается вероятность срыва резьбы в болтовых соединениях 7 и нарушения соединения закладных концов 2, 3 при больших тяговых усилиях. В свою очередь, уменьшение потребного усилия стяжки заметно упрощает обеспечение начального натяжения ленты 1 (гусеницы): достаточно каждый из закладных концов 2, 3 вправить с предварительным натягом в прорезь 23, причем даже последовательно и силами одного сборщика, после чего уже затягивать болты 7 при возможности ослабить натяг. Это дает наиболее ощутимый технический результат в отношении полевых и экстремальных условий ремонтно-восстановительной сборки (ремонтопригодность). Более того, усиливает указанный эффект повышения точности сборки. Снижение потребного усилия снижает также вероятность необратимых деформаций закладных концов 2, 3 ленты и продлевает срок ее службы.
В процессе эксплуатации гусеницы продольное (тяговое) усилие передается от зубьев ведущего колеса через (на примере одной секции) цевки окон 13, 14, 28, 29, поперечину 6 и закладные концы 2, 3 в траке на ленту 1 (в том числе в значительной степени через отбортовки 17, 18 (с элементами 19-22)). Болты 7 в конструкции на срез не работают, касательные усилия воспринимаются буртовыми замками 11, 15 (12, 16), что улучшает условия обеспечения прочности и надежности. Поперечная жесткость конструкции и жесткость против кручения обеспечиваются комплектом (пакетом) деталей 4-6. Траки выполняют одновременно две функции - поперечин эластичной ленточной гусеницы и силовых элементов, передающих продольное усилие, работая на разрыв, кручение и изгиб (при повороте транспортного средства).
Соответственно, в условиях пиковых динамических тяговых усилий, обычных для движения транспортного средства по бездорожью с высокой средней скоростью, улучшаются условия сохранения цельности гусеницы как сборной конструкции, а значит - надежности движителя. Перераспределение (рационализация) нагрузок в конструкции «трак-лента» со встроенными закладными концами 2, 3 с отбортовками 17, 18 ленты 1, «вовлечение» практически всех деталей сборного трака в работу в трех измерениях обусловливает улучшение несущей способности и снижение металлоемкости траков. Снижения восприимчивости гусеницы к продольным пиковым нагрузкам способствует и повышению тягово-сцепных возможностей гусеничного движителя.
Тяговые усилия передаются на грунт как за счет трения всех опорных поверхностей гусеницы (ленты 1 и поперечин 6 траков), так и благодаря грунтозацепам 8-10. Взаимодействие с грунтом не накладок с участком ленты между ними, а сплошной поперечины повышает износостойкость и надежность работы гусеницы. За счет «классической» (в форме пластин) их конструкции, облегчено самоочищение от налипающего на трак у грунтозацепов грунта, что еще благоприятнее сказывается на сохранении расчетных тягово-сцепных свойств движителя.
Двухвенцовый вариант соединения «ведущее колесо-гусеница» обеспечивает большую, в сравнении с одновенцовой системой, кинематическую определенность, стабильность продольного перемещения (перемотки) гусеницы.
Применительно к транспортному машиностроению тягово-сцепные возможности, надежность и ремонтопригодность (особенно в полевых условиях) - составляющие технико-эксплуатационных (применительно к спецтехнике - «тактико-технических») характеристик (ТТХ) движителя и машины в целом.
Для монтажа-демонтажа гусеницы в целом или замены секции (секций) не обязательно разбирать трак (траки) полностью. Достаточно ослабить болтовое соединение 7 на величину не менее высоты отбортовок 17, 18 и, приподняв закладной конец 2 (3), извлечь его в продольном направлении. Нетрудно обеспечить конструктивно и возможность извлечения закладных концов 2, 3 вбок (например, введением в конструкцию поперечных или фигурных прорезей в ленте 1).
Таким образом, использование изобретения позволяет улучшить ТЭХ гусеницы и движителя в целом: тягово-сцепные возможности (а значит, и эффективность как движителя), надежность и ремонтопригодность (особенно в полевых условиях).