ОПОРНЫЙ КАТОК ГУСЕНИЧНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель предназначена для ходовых частей гусеничных машин, в частности, военно-гусеничных машин (ВГМ), и может быть использована при изготовлении танковых опорных катков.
В настоящее время в ходовых частях отечественных и зарубежных танков с целью снижения массы получили наибольшее распространение двускатные опорные катки, в конструкциях которых используются диски из алюминиевых высокопрочных сплавов с резиновыми шинами, привулканизованными к наружной цилиндрической поверхности дисков [1]. Между дисками таких опорных катков выполняется проем для размещения стального гребня гусеницы, взаимодействующего с опорным катком в процессе движения ВГМ. Такое взаимодействие, суть которого подробно изложена в монографии [2], проявляется в меньшей мере - при прямолинейном движении танка, и в большей мере - в процессе его поворота и сопровождается износом как гребня, так и опорного катка. При этом на каток со стороны гребня действуют как поперечные силы, см [2, фиг.19 и фиг.42] (извлечения из работы прилагаются) так и вертикальные силы, предопределяющие наличие трения и ударное взаимодействие в зоне контакта.
Поскольку по параметру износостойкости алюминиевые сплавы существенно уступают стали, то для предотвращения износа торцевых поверхностей дисков, собственно и образующих упомянутый проем, на дисках в зоне проема специальными методами наносится износостойкое покрытие, например из хромированной стали - на опытных опорных катках немецких танков [3, рис.5], или устанавливаются стальные реборды с высокой твердостью металла, резко уменьшающие износовые процессы, и сохраняющие стабильные размеры проема под гребень, что обеспечивает требуемую устойчивость гусеницы в процессе движения танка.
Известна конструкция опорного обрезиненного катка гусеничного транспортного средства по авторскому свидетельству №1117247 [4], содержащего алюминиевый диск, стальную реборду, состоящую из выполненных заодно целое вертикального и горизонтального колец, расположенных с образованием Г-образной в поперечном сечении формы, установленную (напрессованную) на буртике диска внутренней поверхностью горизонтального
кольца, резиновую шину, привулканизованную к наружным цилиндрическим поверхностям диска и реборды. При этом, вертикальное кольцо реборды служит для защиты торцевых поверхностей диска от износа, а горизонтальное - для крепления реборды на диске. Для закрепления реборды на диске с противоположной стороны упомянутого бурта, установлено стальное разрезное кольцо, к которому приваривается горизонтальное кольцо реборды.
Недостаток опорного катка [4] заключается в наличии разрезного кольца, как детали, усложняющей конструкцию, и необходимости сварочной операции, выполнение которой приводит к понижению прочности реборды.
Известна конструкция односкатного опорного обрезиненного катка по авторскому свидетельству №1640006 [5], содержащего алюминиевый диск с проточкой по торцу, образующей посадочное кольцо и стальную реборду, состоящую из выполненных заодно целое вертикального и горизонтального колец образующих Г-образную в поперечном сечении форму. Реборда горизонтальным кольцом установлена на посадочном кольце диска и расположена на нем со значительным выходом рабочего торца реборды за пределы торца алюминиевого диска (консольное расположение). Каток имеет резиновую шину, привулканизованную к наружным цилиндрическим поверхностям диска и реборды. Фиксация реборды на диске обеспечена замковым соединением реборды с диском, образованным пластической деформацией посадочного кольца диска с его внутренней стороны в канавку, выполненную в реборде. Вертикальное кольцо реборды расположено с возможностью предохранения торцевой части шины и клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от воздействия гребня гусеницы, что положительно сказывается на рабочем ресурсе шины опорного катка, торец алюминиевого диска благодаря консольному расположению реборды будет отодвинут от гребня и, тем самым, защищен от износа, а конструкция опорного катка является более простой в изготовлении в сравнении с опорным катком по авторскому свидетельству №1117247 ([4]).
В то же время рассматриваемая конструкция может быть применена только на тракторах легкого класса или легких ВГМ. Причиной этого является невозможность обеспечить достаточную прочность диска, так как посадочное кольцо диска должно выполняться достаточно тонкостенным для осуществления пластической деформации при фиксации и, в то же время, оно должна быть достаточно толстостенным, чтобы сопротивляться разрушению от суммарных
напряжений возникающих после напрессовки реборды на диск и эксплуатационных напряжений, возникающих в посадочном кольце Дополнительному повышению напряжений способствует консольное расположение реборды на диске, вызывающее у торца цилиндрической поверхности диска нагрузки от изгибающего момента при вертикальном воздействии гребня на вертикально расположенное кольцо реборды, что имеет место при эксплуатации на вязких или песчаных грунтах. Как следствие, у торца цилиндрической поверхности на кромке диска возникнут дополнительные напряжения смятия.
Все это ограничило возможности применения конструкции по авторскому свидетельству №1640006 для тяжелых ВГМ, в частности танков.
Известна конструкция опорного обрезиненного катка гусеничного транспортного средства по свидетельству на полезную модель №18522 [6], принятая по большинству существенных признаков за прототип. Опорный каток содержит алюминиевый диск, стальную реборду, состоящую из выполненных заодно целое вертикального и горизонтального колец, расположенных с образованием уголкообразного профиля в поперечном сечении, придающего реборде повышенную жесткость. Горизонтальным кольцом уголкообразного профиля реборда установлена на посадочной кольцевой проточке диска, а вертикальным кольцом поджата к предохраняемой от воздействия гребня торцевой поверхности диска. Каток имеет резиновую шину, привулканизованную к наружным цилиндрическим поверхностям диска и реборды. Фиксация реборды на диске обеспечена замковым соединением реборды с диском, образованным кольцевым выступом на поверхности реборды, взаимодействующим с ответной кольцевой канавкой, выполненной на посадочной кольцевой проточке диска.
Поскольку реборда по полезной модели [6] не имеет консольного расположения относительно диска опорного катка и прогиб ее ограничен, тем что жесткость вертикального кольца (и реборды в целом) повышена за счет увеличения его высотного размера, достигнутого выступанием за нижнюю часть торцевой предохраняемой поверхности диска, а так же за счет плотного контакта вертикального кольца реборды с торцевой поверхностью диска, то, в сравнении с изобретением [4], в зоне у торца цилиндрической поверхности на кромке диска не будут возникать дополнительные напряжения смятия, а реборда, воспринимая
вертикальные силы от гребня, практически не будет передавать их на диск, разгружая его.
Однако недостатками данного опорного катка является отсутствие защиты у торцевой части шины и клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от воздействия гребня гусеницы, а так же недостаточно эффективное использование металла вертикального кольца реборды, поскольку его выступающая за нижнюю часть торцевой предохраняемой поверхности диска (в вертикальной плоскости) функционально выполняет роль элемента повышающего жесткость реборды и не несет иных функции.
Задача, решаемая настоящей полезной моделью направлена на устранение недостатков прототипа и преследует цель разработки опорного катка, в котором, наряду с защитой торцевых поверхностей диска от износа, достигается защита торцевой части шины и клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от воздействия гребня гусеницы, при сохранении массы катка и высоких жесткостных характеристик его реборды.
Указанная задача решается тем, что, в опорном катке гусеничного транспортного средства, содержащем алюминиевые диски с цилиндрической наружной поверхностью, износостойкие, например стальные, реборды с вертикальным и горизонтальным кольцами, образованными уголкообразным профилем поперечного сечения реборды, шины, резиновый массив которых привулканизован к цилиндрической поверхности диска и горизонтальному кольцу реборды, согласно полезной модели в реборде над горизонтальным ее кольцом в продолжение вертикального кольца выполнен кольцевой выступ с трапецеидальной формой поперечного сечения, расположенный с возможностью защиты резинового массива шины и зоны привулканизации от воздействия гребней гусеницы, при этом толщина выступа у его основания на 30...50% превышает толщину вертикально расположенного кольца реборды, а высота выступа над горизонтальным кольцом составляет 4...8 мм.
При этом наилучший результат по взаимодействию реборды опорного катка с гребнем гусеницы достигается, если поверхность перехода внешней стороны вертикального кольца реборды во внутренний диаметр выполнена скосом с утонением на 20...40% толщины вертикального кольца по образующей внутреннего диаметра. Скос может быть выполнен например фаской с углом наклона от вертикали не менее 30° или выпуклой линией, с образованием
плавного перехода между упомянутыми поверхностями, например по радиусу или по линии параболической формы, или иной скругляющей линии, но с обязательным удалением малоэффективно функционирующего металла из зоны перехода внешней стороны вертикального кольца реборды в его внутренний диаметр.
Анализ отличительных признаков пресс-формы показал, что:
- выполнение над горизонтальным кольцом реборды кольцевого выступа, расположенного в продолжение вертикального кольца служит целям защиты резинового массива шины и клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от воздействия гребней гусеницы. При этом для обеспечения надежной защиты достаточной является высота выступа, считая от горизонтального кольца, в размере 4...8 мм (в зависимости от типоразмера опорного катка);
- выполнение кольцевого выступа трапецеидальной формы обеспечивает более устойчивое взаимодействие реборды с гребнем гусеницы в движении транспортного средства при заходе гребня в направляющий проем опорного катка (этой цели способствует скос на выступе со стороны проема опорного катка), а так же исключает концентрацию напряжений в зоне перехода от горизонтального кольца, испытывающего значительные напряжения от напрессовки на диск, в выступ (этой цели служит скос на выступе со стороны шины);
- повышение толщины реборды на 30...50% по основанию выступа трапецеидальной формы целесообразно с позиций повышения жесткости реборды и обеспечения ее ресурса по параметру износостойкости;
- выполнение скоса на поверхности перехода стороны вертикального кольца реборды, обращенной в зону проема, во внутренний диаметр кольца с утонением на 20...40% толщины вертикального кольца на линии, образующей его внутренний диаметр, способствует минимизации приращения его массы (от выполнения трапецеидального кольцевого выступа) без заметного влияния на ресурс.
- выполнение скоса фаской с углом наклона от вертикали не менее 30° позволяет сохранить массу опорного катка на уровне прототипа, а выполнение скоса выпуклой линией, образующей плавный переход между упомянутыми поверхностями, в большей мере отвечает оптимальному взаимодействию гребня с ребордой (обеспечивая линейный контакт гребня с ребордой).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показано:
- на фиг.1 - поперечный разрез опорного катка транспортного средства. Штрихпунктирной линией показаны гребень и элементы гусеницы, взаимодействующие с опорным катком;
- на фиг.2 - зона установки реборды на диске опорного катка, вид А на фиг.1 (шина условно не показана);
- на фиг.3 - вариант выполнения зоны перехода вертикального кольца реборды в его внутренний диаметр выпуклой линией, вид Б на фиг.2.
Опорный каток предлагаемой конструкции, см. фиг.1 и 2, содержит два диска 1, выполненных из алюминиевого сплава для обеспечения требуемых минимально возможных весовых характеристик ходовой части гусеничной машины. Со стороны внутренних торцевых поверхностей на каждом диске 1 установлена стальная реборда 2 с уголкообразным профилем поперечного сечения. Горизонтальная полка уголкообразного профиля является образующей горизонтального кольца 3 реборды, а вертикальная полка - образующей вертикального кольца 4. Над горизонтальным кольцом 3 реборды в плоскости (в продолжение) вертикального кольца 4 выполнен кольцевой выступ 5 с трапецеидальной формой поперечного сечения. Высота h выступа 5 над верхней цилиндрической поверхностью «а» горизонтального кольца 3 составляет 4...8 мм. Толщина «б» выступа в месте перехода его в цилиндрическую наружную поверхностью «а» (у основания) на 30...50% превышает толщину «в» вертикально расположенного кольца 4 реборды. К наружной цилиндрической поверхности «г» диска 1, верхней цилиндрической поверхности «а» горизонтального кольца 3 и боковой поверхности «д» выступа 5 привулканизована резиновая шина 6 с использованием высокопрочного клея, например типа «Хемосил».
Реборда 2 служит для зашиты резиновой шины 6, клеевого соединения в зоне привулканизации и торцевой поверхности «е» алюминиевого диска 1 от воздействия гребня 7 гусеницы 8 в процессе движения гусеничного транспортного средства. Реборды между собой образуют проем, максимальная ширина «ж» которого несколько превышает толщину гребня 7. При этом уклон «и» на внешней боковой поверхности выступа 5, способствует плавному заходу гребня 7 гусеницы 8 в проем опорного катка при движении транспортного средства.
На внешней стороне вертикального кольца 4 реборды, в зоне у его внутреннего диаметра, где взаимодействие гребня 7 и реборды 2 происходит с меньшей интенсивностью и сопровождается меньшим износом вертикального
кольца 4 реборды 2, выполнен скос «к», позволяющий снизить массу опорного катка. Практика эксплуатации опорных катков на танках показала, что интенсивность износа реборд в данной зоне (зоне перехода внешней боковой поверхности вертикального кольца 4 реборды во внутренний его диаметр d) до 40% ниже, чем для наиболее интенсивно изнашиваемой, расположенной ближе к шине, поверхности. В этой связи в опорном катке предлагаемой конструкции скос выполнен таким образом, что толщина b вертикального кольца, при замере на образующей внутреннего диаметра, стала на 20...40% меньше, чем до начала скоса. При этом максимальная величина скоса выполняется при применении на транспортном средстве гусениц с повышенной поперечной жесткостью, характерной для гусениц с параллельным резинометаллическим шарниром, а минимальная величина скоса выполняется при применении на транспортном средстве гусениц с пониженной поперечной жесткостью, характерной для гусениц с металлическим или последовательным резинометаллическим шарниром. Поскольку масса реборды за счет трапецеидального выступа возрастает, то выполнение скоса фаской с углом наклона а от вертикали не менее 30° позволяет сохранить массу опорного катка на уровне прототипа. С другой стороны, выполнение скоса выпуклой линией, образующей плавный переход между упомянутыми поверхностями, например по радиусу R, обеспечивает контакт гребня с ребордой, скорее линейный, что в большей мере отвечает оптимальному взаимодействию гребня с ребордой, снижая износ и повышая коэффициент полезного действия гусеничного движителя. (Строго говоря, наиболее оптимальной для выполнения скоса является параболическая форма, однако ее выполнение значительно усложняет технологию изготовления реборд и требует специального оборудования, что может оказаться экономически неоправданным).
Работа опорного катка
При движении транспортного средства стальная реборда периодически - во время прямолинейного движения или постоянно - в процессе поворота взаимодействует с гребнем гусеницы, предохраняя алюминиевые диски опорных катков от истирания.
Кольцевой выступ, выполненный над горизонтальным кольцом реборды, обеспечивает также защиту резинового массива шины от воздействия гребней гусеницы и, что не менее важно, защиту клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от прямого воздействия на место приклейки.
Как известно, при длительной работе опорного катка или в любой момент эксплуатации после серьезного воздействия гребня на зону привулканизации резины к реборде, появляются местные отслоения резины. При движении транспортного средства, например на песчаных грунтах, или в условиях щебеночных трасс, особенно при повороте, в места отслоения набивается песок или щебень, который при многократном воздействии гребня вдавливается (вклинивается) в место отслоения интенсивно разрушая клеевое вулканизированное соединение, способствуя зонным вырывам резины шины или же интенсивному отрыванию ее от поверхности реборды с последующим выходом опорного катка из строя. Наличие выступа 5 создает так называемый «лабиринт» уменьшающий проникновение и дальнейшее вдавливание песчаного или щебневого клина в зону вулканизационной приклейки.
Тем самым, в соответствии с поставленной задачей разработан опорный каток, в котором, наряду с защитой торцевых поверхностей диска от износа, достигается защита торцевой части шины и клеевого соединения в зоне привулканизации шины к реборде от воздействия гребня гусеницы, при сохранении массы катка и высоких жесткостных характеристик его реборды.
Предлагаемая полезная модель может быть использована как при изготовлении новых опорных катков, так и в качестве ремонтного варианта для восстановления эксплуатировавшихся опорных катков требующих замены по причине износа резиновой шины.
Источники информации:
1. «Современные танки», ред. Сафонов Б.С., Мураховский В.И., М., «Арсенал-Пресс», 1995 г., стр.118-119, стр.173-174;
2. Калоев А.В. «О некоторых вопросах динамики гусеничного движителя и о повышении его долговечности», М., изд-во ЦЭЗ МВТУ им. Баумана, 1957 г., стр.55, 107;
3. Erich Drosen «Gleiskettenfahrzeuge fur den Einsatz auf dem Gefechtsfeld», «Soldat und Technik», 1985, №2, S.86-91, Bild 5;
4. Авторское свидетельство №1117247 по заявке №3503648/27-11 от 21.10.1982 г. на изобретение «Опорный каток гусеничного транспортного средства», кл. МКИ B 62 D 55/14;
5. Авторское свидетельство №1640006 по заявке №4606167/11 от 21.11.1988 г. на изобретение «Способ изготовления опорного катка», кл. МКИ B 62 D 55/14;
6. Полезная модель «Опорный каток гусеничного транспортного средства» по свидетельству №18522, заявка №2001103323/20 от 09.02.2001 г., кл. МКИ B 62 D 55/14.