АСФАЛЬТОХОДНАЯ ГУСЕНИЦА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ШАРНИРОМ
ASPHALT RUNNING CATERPILLAR OF VEHICLE WITH PARALLEL RUBBER-METAL JOINT (VERSIONS)

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, преимущественно к асфальтоходным гусеничным лентам транспортных средств, в частности к асфальтоходным гусеницам, разработанным для танка Т-80У, и может быть использовано в ходовой части других военно-гусеничных машин (ВГМ).
Известна гусеница танка Т-80У с параллельным резинометаллическим шарниром [1], содержащая траки со звеньями, в отверстия проушин которых запрессованы два обрезиненных пальца. Соседние траки соединены между собой в средней части гребнями и башмаками, располагаемыми под гребнем, скрепленными между собой болтовым соединением с двусторонним обжатием пальцев, а по краям трака - упругими скобами, выполненными с центровым расположением болта для обеспечения жесткого соединения с пальцами за счет обжатия при затяжке болта. Каждое звено выполнено штампованным и представляет собой каркас с проушинами в верхней части которого привулканизован резиновый элемент, образующий в гусенице беговую дорожку для взаимодействия с опорным катком танка, а со стороны грунта выполнены грунтозацепы для обеспечения требуемых сцепных качеств при взаимодействии с дорожным полотном или грунтом (более подробно о сцеплении гусеницы с грунтом изложено, например в работе [2]). При этом площадь опорной поверхности и расположение грунтозацепов на звеньях траков отработано с обеспечением возможности устойчивого движения танка на подъемах, спусках и поворотах в различных дорожно-климатических условиях, а высота грунтозацепов установлена из возможности обеспечения сцепных качеств в течение всего ресурса гусеницы (с учетом износа). При этом поперечные грунтозацепы, располагаемые поперек направления перематывания гусениц и, главным образом отвечающие за сцепные качества, выполнены по оси проушин звена, для уменьшения сопротивления движению. Такие гусеницы вследствие высоких удельных давлений под грунтозацепами обеспечивают гусенице высокий уровень сцепных качеств, но имеют существенный недостаток, заключающийся в разрушении улучшенного покрытия (асфальтового, бетонного и т.п.) дорожного полотна при движении машины по нему.
Из изобретения [3] известны звенья асфальтоходной гусеницы (АХГ) для движения ВГМ по дорогам с улучшенным покрытием, применяемые, с целью исключения повреждения дорожного покрытия. В целом, АХГ отличается от гусеницы [1] только конструкцией звеньев, в грунтозацепах которых выполнены пазы, замочный элемент в виде Г-образного лепестка, опорный выступ и направляющие фаски. Все эти элементы служат для установки, опирания и фиксации пластины съемного асфальтоходного башмака (АХБ), содержащего подушку из упругого полимера (полиуретана), обеспечивающего упругое взаимодействие с покрытием дорожного полотна. ВГМ на такой гусенице с установленным асфальтоходным башмаком сохраняет возможность движения и в условиях бездорожья.
2
Данная гусеница имеет следующие недостатки, ограничивающие ее применение. Во-первых, площадь опорной поверхности подушки, взаимодействующая с грунтом, ограничена по длине зоной расположения грунтозацепов, удерживающих пластину башмака, и не распространяется за пределы осей проушин звеньев. В этой связи полимер испытывает (на танке) высокие удельные давления (более 20 кг/см), которые из условия прочности может обеспечить только полиуретан, а применение более эластичных полимеров, например резины, не приемлемо. В то же время эластичность полиуретанов напрямую связана с температурой окружающей среды и при отрицательных температурах уменьшается, причем при температурах ниже минус 20°С полиуретаны практически теряют эластичность. В этой связи на дорогах с наличием снега, льда, измороси резко снижаются сцепные качества АХГ и машины, оборудованные такими гусеницами, теряют управляемость, что вызывает необходимость движения только на малых скоростях.
Другой недостаток заключается в низкой надежности закрепления асфальтоходного башмака, поскольку, после даже небольшого проезда по каменистому грунту, Г-образный лепесток замочного элемента подгибается, исключая возможность замены АХБ, а незначительный износ упорного выступа нарушает фиксацию пластины башмака, после чего даже на малых скоростях движения башмаки начинают «выпадать» из звеньев гусеницы
Тем самым, перечисленные недостатки в эксплуатационных свойствах АХГ со звеном по изобретению [3] сдерживают ее применение на танках Т-80У и других ВГМ, использующих ходовую часть шасси этого танка в качестве базового.
Известны из описания и поясняющих фиг.3 и 4 изобретения [4] заявителя асфальтоходные гусеницы, траки которых (только без установки элементов, увеличивающих ширину гусеницы) более подробно описаны, соответственно в изобретении [5] и в полезной модели [6]. (Трак, изображенный на фиг.3, соответствует траку по изобретению [5], а трак, изображенный на фиг.4, соответствует траку по полезной модели [6]) Гусеница по изобретению [4] принята за прототип, как обобщающая оба упомянутых технических решения по большинству существенных признаков, а также не вступающая в противоречие с заявляемым техническим решением по критерию «единство изобретения».
Гусеница-прототип содержит траки со звеньями, в отверстия проушин которых запрессованы два обрезиненных пальца, соединенные между собой в средней части гребнями и башмаками, располагаемыми под гребнями, скрепленными между собой болтовым соединением с двусторонним обжатием пальцев. По краям траков пальцы соединены упругими скобами, выполненными с центровым расположением болта для обеспечения жесткого соединения с пальцами за счет обжатия при затяжке болта. Каждое звено выполнено штампованным и представляет собой каркас с проушинами, в верхней части которого привулканизован резиновый элемент. Совокупность этих резиновых элементов образует в гусенице беговую дорожку для взаимодействия с опорными катками танка. Со стороны грунта на звене выполнена либо опорная площадка для установки съемной асфальтоходной накладки, содержащей резиновую асфальтоходную подушку, либо непосредственно привулканизована резиновая асфальтоходная подушка.
2
Накладка, изображенная в прототипе, аналогична накладке, более подробно описанной в полезной модели заявителя [7], и состоит из металлической пластины с проушиной и зацепом для соединения с каркасом звена, на которой выполнена асфальтоходная подушка, в качестве полимера для которой служит резина, лишенная недостатков, присущих полиуретану. В каркасе звена трака опорная площадка для пластины накладки развита практически на всю длину нижней части звена, способствуя формированию достаточной опорной поверхности у резиновой асфальтоходной подушки для обеспечения удельного давления (при применении в гусеницах на танке Т-80У) на допустимом для резины уровне, а именно, не более 12,5 кг/см. В торце звена и отверстии проушины накладки установлен палец-фиксатор, образуя замковое соединение, более подробно известное из изобретения заявителя [8]. В процессе эксплуатации таких гусениц после износа резиновой подушки палец-фиксатор удаляется, освобождая накладку и, тем самым, обеспечивая возможность, замены накладки на новую. Использование замкового соединения для закрепления съемной накладки с помощью пальца-фиксатора, располагаемого в торцевой зоне звена, исключает повреждение элементов замкового соединения при эксплуатации на любом виде грунтов, обеспечивая надежность соединения накладки со звеном, а ресурс накладки в условиях улучшенных дорог, песчаных трасс, полевых дорог является достаточно высоким.
В другом варианте, где асфальтоходная подушка непосредственно привулканизована к звену, после износа резиновых подушек обеспечение асфальтоходности ВГМ осуществляется заменой гусениц.
Однако при использовании таких гусениц в условиях, где требуется движение как по дорогам с улучшенным покрытием так и по грунтам, с преобладающей щебенистой поверхностью (на ракушечнике побережий или на скальных грунтах, где острые кромки камней, щебня или ракушечника имеют возможность врезаться в резину) срок службы резиновых подушек становится явно недостаточным. (Следует отметить, что применение полиуретана в таких условиях еще менее эффективно, поскольку на его поверхности образуются сколы полимера и процесс разрушения идет еще более интенсивно). После того, как основная масса резины асфальтоходных подушек у съемных накладок или у двусторонне обрезиненных звеньев будет изношена, гусеница теряет в этих дорожных условиях сцепные качества, поскольку отсутствуют как грунтозацепы, характерные для гусениц [1], так и асфальтоходные подушки, резина которых обладает высоким коэффициентом трения. В то же время коэффициент трения оставшейся без резины металлической пластины съемной накладки, краевых скоб и подгребневого башмака невысок, что, в отсутствие элементов, способных взаимодействовать с грунтом как грунтозацепы, приводит к резкому ухудшению управляемости ВГМ и потере скорости движения с невозможностью решения поставленных задач в условиях учений, длительных маршей или даже в условиях постоянной эксплуатации в таких регионах. Мероприятия по замене асфальтоходных накладок для продолжения эксплуатации в рассматриваемых условиях, во-первых, требуют времени, во-вторых, могут оказаться малоэффективными по причине отмеченного интенсивного износа.
Тем самым недостатком асфальтоходной гусеницы-прототипа является снижение сцепных качеств при эксплуатации в условиях интенсивного износа полимера асфальтоходных подушек, что приводит к снижению подвижности ВГМ, оборудованных такими гусеницами.
Задачей настоящего изобретения является создание асфальтоходной гусеницы, обеспечивающей заданный уровень подвижности у ВГМ, использующей асфальтоходные гусеницы, в том числе в неблагоприятных дорожных условиях.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в обеспечении высоких сцепных качеств АХГ в эксплуатации, с малой степенью зависимости от уровня износа асфальтоходных подушек.
Поставленная задача решается тем, что в асфальтоходной гусенице транспортного средства с параллельным резинометаллическим шарниром по первому варианту исполнения, содержащей траки со звеньями, оборудованными съемными накладками с асфальтоходными подушками из упругого эластомера, и обрезиненными пальцами, запрессованными в отверстия проушин звеньев, соединенные между собой упругими скобами, установленными по краям соседних траков, и гребнями с башмаками, установленными в средней части соседних траков, согласно изобретению каждая скоба и башмак снабжены поперечными грунтозацепами, выполненными в зоне под пальцами трака и расположенными на скобе - по оси пальца, а на башмаке - с обеспечением минимально возможного уровня смещения от оси в продольном направлении гусеницы, при этом башмак у продольных торцов дополнительно снабжен продольными грунтозацепами, симметрично расположенными относительно его центральных осей.
При решении поставленной задачи наилучший и сбалансированный технический результат достигается, если:
- все грунтозацепы выполнены равной высоты, а соотношение эффективной высоты асфальтоходной подушки съемной накладки и эффективной высоты грунтозацепов установлено в пределах 1,9-2,5;
- в башмаке величина смещения поперечного грунтозацепа от оси пальца, в зоне которого располагается данный грунтозацеп, в прямом или обратном направлении составляет не более 3% от величины шага гусеницы.
Поставленная задача в асфальтоходной гусенице транспортного средства с параллельным резинометаллическим шарниром по второму варианту исполнения, содержащей траки с двусторонне обрезиненными для образования беговой дорожки и асфальтоходной подушки звеньями и обрезиненными пальцами, запрессованными в отверстия проушин звеньев, соединенные между собой упругими скобами, установленными по краям соседних траков, и гребнями с башмаками, установленными в средней части соседних траков, согласно изобретению каждая скоба и башмак снабжены поперечными грунтозацепами, выполненными в зоне под пальцами трака и расположенными на скобе - по оси пальца, а на башмаке - с обеспечением минимально возможного уровня смещения от оси в продольном направлении гусеницы, при этом башмак у продольных торцов дополнительно снабжен продольными грунтозацепами, симметрично расположенными относительно его центральных осей.
И в этом варианте исполнения наилучший и сбалансированный технический результат достигается, если:
- все грунтозацепы выполнены равной высоты, с соотношением эффективной высоты асфальтоходной подушки звена и эффективной высоты грунтозацепов, установленным в пределах 1,9-2,5;
в башмаке величина смещения поперечного грунтозацепа от оси пальца, в зоне которого располагается данный грунтозацеп, в прямом или обратном направлении составляет не более 3% от величины шага гусеницы.
Анализ отличительных признаков изобретения по обоим вариантам исполнения показал, что:
- снабжение соединительных скоб и башмака поперечными грунтозацепами обеспечивает гусенице требуемый уровень сцепных качеств за счет совместной работы эластомера асфальтоходной подушки и грунтозацепов после определенного износа асфальтоходной подушки, либо работы только грунтозацепов после полного износа асфальтоходной подушки;
- выполнение в скобе поперечных грунтозацепов в зоне под пальцами трака по его оси, а на башмаке с обеспечением минимально возможного уровня смещения от оси в продольном направлении гусеницы, необходимо для обеспечения минимальных потерь мощности у ВГМ на перематывание гусениц. Для этой же цели в башмаке величина смещения поперечных грунтозацепов от оси пальца, в зоне которого располагается данный грунтозацеп, в прямом или обратном направлении установлена не более 3% от величины шага гусеницы;
- выполнение на башмаке у продольных торцов дополнительно продольных грунтозацепов необходимо для обеспечения сцепных качеств в направлении поперечном движению ВГМ (в направлении поперечном перематыванию гусениц в гусеничном движителе ВГМ), что позволит избежать юза и заносов ВГМ при поворотах и движении на косогорах,
- симметричное расположенными продольных грунтозацепов относительно центральных осей башмака обеспечивает технологичность его изготовления;
- выполнение всех грунтозацепов равной высоты необходимо для максимального снижения вероятности повреждения улучшенного дорожного покрытия после износа асфальтоходных подушек до уровня грунтозацепов;
- соотношение эффективной высоты асфальтоходной подушки съемной накладки (по первому варианту исполнения) или эффективной высоты асфальтоходной подушки звена (по второму варианту исполнения) и эффективной высоты грунтозацепов, установленное в пределах 1,9-2,5, определено из условия обеспечения, прежде всего, более длительного использования асфальтоходных подушек в качестве опорного элемента гусениц.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где показано:
- на фиг.1 - асфальтоходная гусеница транспортного средства по первому варианту исполнения (вид на АХГ сбоку);
- на фиг.2 - трак асфальтоходной гусеницы (разрез по А-А на фиг.1);
- на фиг.3. - скоба асфальтоходной гусеницы;
- на фиг.4 - башмак (подгребневый) асфальтоходной гусеницы;
- на фиг.5 - вид на подгребневый башмак асфальтоходной гусеницы снизу (вид Б на фиг.2);
на фиг.6 - трак асфальтоходной гусеницы по второму варианту исполнения с двусторонне обрезиненным звеном.
Асфальтоходная гусеница транспортного средства (см. фиг.1-5) содержит траки 1 со звеньями 2, сочленяемыми в траки двумя обрезиненными пальцами 3, запрессованными в отверстия «а» проушин 4 звеньев. Резиновые элементы 5, располагаясь в отверстиях «а» между проушиной 4 и пальцем 3 образуют два упругих шарнира 6, параллельно работающих при перемотке гусениц в гусеничном обводе ВГМ. Пальцы 3 соседних траков по краям гусеницы жестко соединены в продольном направлении упругими скобами 7 бинокулярной формы, которые отверстиями «б» установлены на пальцах и стянуты центрально расположенными в скобе болтами 8, деформирующими (в пределах упругих деформаций) скобы 7, обжимая их на пальцах 3. В тексте описания термином «продольное направление» обозначается направление вдоль гусеницы, принятое для гусеничной техники. В центральной части трака между звеньями 2 на пальцах 3 сверху установлен гребень 9, а снизу, со стороны грунта, - башмак 10, которые стянуты между собой центрально расположенными болтами 11. Каждое звено 2 выполнено штампованным и представляет собой каркас, в верхней части которого привулканизован резиновый элемент 12. Совокупность резиновых элементов 12 образует в гусенице беговую дорожку для взаимодействия с опорными катками ВГМ. Со стороны грунта на звене выполнена опорная площадка «в» для установки съемной асфальтоходной накладки 13, содержащей резиновую асфальтоходную подушку 14. Каждая скоба снабжена поперечными грунтозацепами 15 и 16, выполненными, так, что после сборки трака грунтозацепы 15 и 16 располагаются в зоне под пальцами 3 трака по их (пальцев) продольной оси. Башмак также снабжен поперечными грунтозацепами 17, 18, а у продольных торцов «г» дополнительно снабжен продольными грунтозацепами 19, симметрично расположенными относительно его центральных осей. Все грунтозацепы выполнены одинаковыми по высоте. Это означает, что размер h от горизонтальной плоскости, проходящей через оси пальцев гусеницы, опирающейся на грунт, до вершины всех грунтозацепов установлен одинаковым (по номиналу).
1
Для сравнения высоты грунтозацепов и высоты асфальтоходной подушки в дальнейшем будут использоваться условные понятия, такие как «эффективная высота асфальтоходной подушки», под которой понимается толщина Н эксплуатационного слоя полимера от основания асфальтоходной подушки до ее опорных поверхностей, непосредственно взаимодействующих с дорожным покрытием или грунтом, и понятие «эффективная высота грунтозацепов», под которой будет пониматься высота H между основанием асфальтоходной подушки и вершинами грунтозацепов. Используя эти понятия необходимо отметить, что наилучший и сбалансированный технический эффект достигается, если соотношение эффективной высоты грунтозацепов и эффективной высоты асфальтоходной подушки съемной накладки  будет установлено в пределах 1,9-2,5. Выбор конкретного значения определяется наиболее вероятными условиями эксплуатации асфальтоходных гусениц.
Следует отметить, что в рассматриваемых гусеницах на опорных площадках «в» между съемной асфальтоходной накладкой 13 и опорной поверхностью площадки могут дополнительно устанавливаться демпфирующие пластины (на фиг. по причине простоты не показаны) снижающие уровень шума гусениц при работе.
Асфальтоходная гусеница транспортного средства (см фиг.6) по второму варианту исполнения отличается от описанной выше, только тем, что в ней звено 20 применяется без асфальтоходной накладки, а выполнено с двусторонней обрезинкой для образования беговой дорожки 21, идентичной беговой дорожке, образованной элементами 12, и асфальтоходной подушки 22.
В подгребневых башмаках 10 АХГ по обоим вариантам исполнения величина смещения «δ» оси поперечного грунтозацепа от оси пальца, в зоне которого располагается данный грунтозацеп, в прямом или обратном направлении задается не более 3% от величины шага гусеницы. Необходимость смещения вызвана тем, что в гусенице танков семейств Т-80 наилучшая технологичность подгребневого башмака с поперечными грунтозацепами, сложного по конструкции и высоконагруженного в эксплуатации, может реализоваться только при использовании смещения на уровне 2,5-3%, хотя при этом уровень потерь мощности в гусеничном обводе несколько повышается. В то же время, если смешение «δ» будет превышать 3% потери мощности в гусеничном обводе ВГМ будут существенно возрастать.
Особенности работы предлагаемых АХГ заключаются в следующем.
В начальный период эксплуатации гусеницы работают совершенно идентично их асфальтоходным аналогам [4, 5, 6], использующим резиновые асфальтоходные подушки, обеспечивая ВГМ как движение по дорогам с улучшенным дорожным покрытием, на которых асфальтоходные подушки исключают повреждение покрытия, так и движение по грунтовым дорогам и бездорожью. При этом гусеницы опираются на грунт опорными поверхностями подушек. За счет этого во всех условиях реализуются высокие сцепные качества, обеспечивая высокую подвижность ВГМ. На дорогах с улучшенным дорожным покрытием превалирует абразивный износ асфальтоходных подушек. По мере износа их толщина уменьшается, приближаясь к эффективной высоте грунтозацепов, до тех пор, пока не начнется совместное взаимодействие опорных поверхностей подушек и вершин грунтозацепов с дорожным покрытием или грунтом. С этого момента удельные давления на резину асфальтоходной подушки несколько снижаются, поскольку часть массы ВГМ будет восприниматься грунтозацепами, что уменьшает интенсивность износа резины. В то же время уровень удельных давлений под грунтозацепами будет примерно равным уровню удельных давлений под асфальтоходной подушкой. Такой уровень значительно меньше удельных давлений, характерных для гусениц [1] с металлическими грунтозацепами, вызывающих разрушение, в частности асфальта, как элемента дорожного покрытия, наиболее склонного к деформациям и разрушениям при сравнительно невысоких нагрузках При этом, поскольку резина асфальтоходных подушек находится во взаимодействии с дорожным покрытием, сцепные качества гусеницы сохраняются примерно на первоначальном уровне. Тем самым, как на дорогах с улучшенным дорожным покрытием после износа асфальтоходных подушек до уровня эффективной высоты грунтозацепов благодаря совместной работе асфальтоходных подушек и грунтозацепов на скобах и башмаке, так и в условиях необорудованных дорог и бездорожья возможна дальнейшая эксплуатация гусениц при выполнении маршей, выдвижении ВГМ в требуемое место дислокации и т.п.
Преимущество предлагаемой гусеницы особенно важно в условиях, где основная эксплуатация ВГМ ведется на грунтовых трассах, что, например характерно для эксплуатации на большинстве территорий Российской Федерации, однако, если эксплуатация таких гусениц с частично изношенными асфальтоходными подушками будет продолжаться, главным образом, по асфальту или с полимерной разметкой, несколько возвышающейся на общем уровне дороги с улучшенным покрытием, характерной для стран Западной Европы, требуется замена и установка новых съемных накладок, поскольку грунтозацепы будут отрицательно влиять на сохранность такой разметки. Тем не менее, и в этих условиях возможна непостоянная эксплуатация ВГМ на предлагаемых гусеницах.
В еще большей степени преимущество предлагаемой гусеницы проявляется в ранее отмечавшихся особо тяжелых условиях, где наряду с движением по дорогам требуется в большом объеме движение по грунтам с преобладающей щебнистой поверхностью (на ракушечнике побережий или на скальных грунтах). После того, как основная масса резины асфальтоходных подушек у съемных накладок или у двусторонне обрезиненных звеньев будет изношена (вырывами, срезами, сколами) до уровня (в данном случае в условиях неабразивного износа речь идет о некотором среднем уровне резины асфальтоходных подушек) вершин грунтозацепов, сцепные качества гусеницы будут сначала обеспечиваться совместной работой резины и грунтозацепов. Затем по мере уменьшения эффективной высоты асфальтоходных подушек, грунтозацепы, несколько выступая над резиной и имея меньший уровень износа в сравнении с резиной, практически самостоятельно обеспечат требуемые сцепные качества, необходимые для обеспечении подвижности ВГМ при выполнении поставленных задач. Для восстановления в полном объеме асфальтоходности ВГМ, длительное время эксплуатировавшихся в таких, особо тяжелых условиях, требуется замена и установка новых накладок в АХГ со съемными накладками, либо замена гусениц полностью, если они выполнены с двусторонним обрезиниванием звеньев.
Для замены съемной накладки (в гусеницах со съемными накладками) фиксирующий накладку палец 23 продавливается в полость «д» звена специальной выколоткой как и в аналоге [5], обеспечивая возможность снятия накладки 13, после чего накладка заменяется на новую.
Тем самым, использование предлагаемого технического решения способствует решению задачи обеспечения заданного уровня подвижности ВГМ благодаря реализации высоких сцепных качеств в эксплуатации - как достигаемого технического результата.
Источники информации
1. «Объект 219Р. Техническое описание и инструкция по эксплуатации», кн.2, М.: Военное издательство, 1986 г., стр.481-482, рис. 206.
2. Забавников Н.А. «Основы теории транспортных гусеничных машин». М.: Машиностроение, 1968 г., стр.123-131.
3. Изобретение «Звено гусеничной цепи» по патенту №1724507, заявка №4825405/11 от 14.05.1990 г., МКИ B62D 55/20.
4. Изобретение «Уширенная гусеница с параллельным резинометаллическим шарниром (варианты)» по патенту №2278052, заявка №2004128690/11 от 27.09.2004 г., МПК B62D 55/18.
5. Изобретение «Трак гусеницы транспортного средства и способ его сборки» по патенту №2181330, заявка №2000115051/28 от 09.06.2000 г., МКИ 7 B62D 55/28.
6. Полезная модель «Трак гусеничной цепи» по патенту №35620, заявка 2003130569/20 от 20.10.2003 г., МПК B62D 55/20.
7. Полезная модель «Съемная накладка асфальтоходного звена трака танковой гусеницы с параллельным резинометаллическим шарниром» по патенту №57707, заявка 2006118591/22 от 29.05.2006 г., МПК B62D 55/20.
8. Изобретение «Трак со съемной накладкой гусеницы транспортного средства» по патенту №2332323, заявка №2006138265/11 от 30.10.2006 г., МПК B62D 55/28; B62D 55/32.