Изобретение относится к транспортному и тракторному машиностроению, в частности к конструкциям узлов и деталей движителей гусеничного и колесного типов тягово-транспортных средств (ТТС), используемых для лесозаготовительной промышленности, для транспортирования грузов в различных почвенно-грунтовых условиях, строительства дорог и т.п.
Известны эластомерные траки к элементам силового обвода движителей ТТС, которые содержат средства подсоединения их к элементам силового обвода движителя, опорный и демпфирующий блоки [1-8]. Во всех известных технических решениях используется эластомерный композитный материал для конструктивного выполнения оболочки опорного блока, имеющей со стороны ее наружной поверхности противолежащей элементу силового обвода движителя, средствам и элементам подсоединения к нему, контактную зону, часть которой выполнена грунтозацепляющей, при этом оболочка указанного блока может быть выполнена по форме баллона [1-7] или по форме объемной накладки [8]. При конструировании опорного блока в качестве эластомерно-композитного материала, преимущественно, используются резинокордные и резинотканевые материалы, имеющие усталостные напряжения при действии знакопеременных силовых нагрузок как со стороны поверхности движения, так и со стороны элементов движителя ТТС. Для компенсации действующих нагрузок в конструкции эластомерного трака предусматривается наличие демпфирующего блока, который в зависимости от формы выполнения оболочки опорного блока может быть расположен над последним непосредственно со стороны элемента силового обвода движителя [8] или внутри него, при выполнении в виде баллона [1-7]. Конструктивно демпфирующий блок может быть выполнен, например, в виде пневмобаллона [4] или, например, в виде объемного элемента или накладки из эластомерно-композитного материала [2, 8], упруго-демпфирующие свойства которых задаются или выбираются с учетом действующих силовых нагрузок со стороны поверхности движения и со стороны
ТТС. Как следует из известного уровня техники эластомерный трак, и, следовательно, составляющие его конструкцию опорный и демпфирующий блоки, могут иметь симметричный, относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии движителя контур поперечного сечения, например, уширенный со стороны боковых сторон движителя [6] или без уширения его [2], или асимметричный, относительно указанной плоскости контур поперечного сечения, например, в виде уширителя [7] . Из указанного уровня также следует, что средства подсоединения эластомерного трака к элементу силового обвода движителя могут иметь различное конструктивное исполнение, что, в частности, определяется конструктивным исполнением самого движителя или его элементов. В частности, при использовании эластомерного трака в конструкции траков гусеничного движителя возможны варианты выполнения указанных средств подсоединения в виде завулканизированной в опорном блоке жесткой детали и болтовых соединений [6] или в виде специальных вставок [7], в виде размещенного в объеме опорного и демпфирующего блока стержня [8]. Возможны и другие конструктивные варианты выполнения средств подсоединения, например, в виде гибких соединительных элементов к ленточно-гусеничному движителю [3]. Однако, независимо от конструктивных особенностей опорных и демпфирующих блоков известных эластомерных траков к элементам силового обвода движителя ТТС, а также ТТС с традиционными движителями было установлено, что характер силового взаимодействия движителей ТТС с поверхностью движения имеет следующие особенности:
имеющие постоянную нагруженность катков (Pкат) ТТС с традиционными движителями, например, гусеничного типа с металлическими траками при воздействии на грунт производят распределение контактных нормальных давлений по форме гиперболической эпюры с высокими по величине краевыми контактными нормальными давлениями (фиг.31), что вызывает перерезывание дернового слоя грунта, разрушение механической структуры грунта и, как следствие, значительное колееобразование;
имеющие постоянную нагруженность катков (Pкат) ТТС, в комплектацию традиционных движителей которых входят эластомерные траки о конструктивным исполнением их описанным выше, например [2, 6] , воздействие их на грунт (поверхность движения) происходит с распределением контактных нормальных давлений по форме параболической эпюры (фиг.32, 33), при этом для эластомерных траков, симметрично уширенных относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии движителя [6] распределение контактных нормальных давлений происходит по вытянутой параболической эпюре с минимальными краевыми контактными нормальными давлениями, что объясняется выполнением эластомерного трака с переменой жесткостью по его длине.
Указанные обстоятельства по распределению контактных нормальных давлений на поверхность движения для известных эластомерных траков являются справедливыми только для ситуаций, когда упруго-демпфирующие свойства (заданное избыточное внутреннее давление [6]) демпфирующего блока эластомерного трака заданы (рассчитаны) с учетом нагруженности ходовой системы ТТС и силового воздействия со стороны поверхности движения. При изменении параметров нагруженности ходовой системы ТТС, или/и неравномерности его нагружения относительно центра масс (неравномерное распределение нагрузок со стороны массы груза на правую или левую стороны движителя), или/и при знакопеременных силовых воздействиях со стороны поверхности движения, имеющей единичные препятствия (пни, камни, валуны, поваленные деревья и т.д.), подъемы и спуски, эпюры контактных нормальных давлений при постоянно заданных упруго-демпфирующих свойствах демпфирующих блоков известных эластомерных траков приобретают пиковый характер, а в отдельных случаях - по гиперболической форме распределения контактных нормальных давлений, что приводит к нестабильности сцепления наружной поверхности опорного блока с поверхностью движения и к ухудшению показателей опорной проходимости ТТС, что особенно существенно в условиях переувлажненных лесных грунтов с единичными препятствиями (пни, камни, валуны, поваленные деревья, подъемы, спуски т.д.). Низкие адаптивные свойства известных эластомерных траков снижают в этих условиях показатели опорной проходимости и стабильности сцепления движителя ТТС с поверхностью движения, а вследствие высоких силовых нагрузок со стороны поверхности движения на опорные блоки значительно уменьшают усталостную прочность эластомерных траков, при этом снижается плавность хода и динамический фактор ТТС. В некоторых случаях воздействие известных эластомерных траков на поверхность движения, особенно на переувлажненные лесные грунты, приводит к разрушению жизнедеятельного дернового слоя. Указанные обстоятельства объясняются тем, что демпфирующие блоки известных эластомерных траков в соответствии со своим конструктивным исполнением имеют определенно заданные упруго-демпфирующие свойства, которые определяются однородностью выбранной макроструктуры эластомерно-композитного материала [2, 8] или постоянством избыточного внутреннего давления в данном блоке [6]. Таким образом указанные обстоятельства не позволяют известным эластомерным тракам движителей ТТС самоприспосабливаться (адаптироваться) к знакопеременным силовым динамическим нагрузкам как со стороны поверхности движения так и со стороны ТТС, что в целом ухудшает его показатели проходимости, оказывает уплотняющее или разрушительное воздействие на почвенно-дерновый слой грунта. Указанный спектр действия силовых нагрузок значительно снижает и эксплуатационную надежность известных эластомерных траков, а также ТТС в целом, т.к. возникающие в опорном блоке усталостные напряжения, вследствие выполнения демпфирующего блока с постоянными упруго-демпфирующими свойствами, не приспособленными к компенсации знакопеременных силовых нагрузок, приводят к разрушениям материала опорного блока. В одних случаях при выполнении демпфирующего блока в виде пневмобаллона [6] происходит полное разрушение конструкции эластомерного трака, в других случаях при выполнении демпфирующего блока из эластомерно-композитного материала, например, резинокаучуковой композиции имеет место его частичного разрушения [2, 8]. Вариант выполнения эластомерного трака с опорными и демпфирующими блоками, изготовленными из эластомерно-композитных материалов, по соображениям эксплуатационной надежности, является предпочтительным.
Прототипом предлагаемого технического решения выбран эластомерный трак, содержащий изготовленные из эластомерно-композитных материалов, опорный и демпфирующий блоки, средства, присоединения блоков к силовому обводу движителя [2], при этом опорный блок выполнен в виде оболочки, имеющей контактную зону со стороны ее наружной поверхности противолежащей элементу силового обвода движителя.
Предлагаемое техническое решение может быть реализовано и использовано в эластомерном траке независимо от известных форм выполнения оболочки опорного блока.
Цель изобретения - получение технического результата, выражающегося в улучшении эксплуатационных свойств движителя ТТС и ТТС в целом, в повышении показателей проходимости и эксплуатационной надежности при работе ТТС на твердых и слабых грунтах, при переезде неподготовленных участков поверхности движения с уклонами и жесткими единичными препятствиями (пни, валуны, камни, поваленные деревья, корни и т.д.), в улучшении динамических качеств ТТС, в снижении уплотняющего и разрушительного воздействия на почвенно-дерновый слой грунта, путем повышения адаптирующей способности эластомерного трака для движителей ТТС вследствие увеличения компенсирующих возможностей демпфирующего блока эластомерного трака к действию знакопеременных силовых динамических нагрузок со стороны ТТС и поверхности движения, взаимодействующей с опорными блоками эластомерных траков.
Поставленный результат достигается тем, что в эластомерном траке, содержащем демпфирующий, опорный блоки и средства подсоединения их к элементам силового обвода движителя, причем указанные блоки выполнены из эластомерно-композитных материалов, при этом опорный блок имеет форму оболочки с контактной зоной со стороны ее наружной поверхности, противолежащей элементу силового обвода движителя, согласно изобретению
демпфирующий блок образован последовательно чередующимися сопряженными между собой объемными элементами, смежные из которых выполнены из эластомерно-композитных материалов с различной их относительной жесткостью;
или демпфирующий блок выполнен, по меньшей мере, с одной замкнутой или открытой по контуру поперечного сечения полостью в его объеме;
или демпфирующий блок выполнен с рядом замкнутых или/и открытых полостей указанных сечений, при этом полости смещены относительно друг друга в объеме упомянутого блока с образованием между ними перегородок из эластомерно-композитного материала последнего;
или демпфирующий блок образован объемными элементами по меньшей мере в одном из которых или/и между ними выполнена по крайней мере одна полость с указанным контуром поперечного сечения;
или демпфирующий блок, или образующие его объемные элементы выполнены с упомянутыми полостями, сообщающимися или/и между собой, или/и с наполнителем, при этом для последнего варианта, по меньшей мере, демпфирующий блок снабжен отверстием или вентилем, причем относительный нормальный прогиб объемов блоков эластомерного трака равен 10-50% при относительно нормальном прогибе толщины оболочки опорного блока в контактной зоне ее, равной 1-6%.
Предложено открытые или/и закрытые контурные поверхности поперечных сечений полостей выполнить прямолинейными или криволинейными, а поперечные сечения полостей демпфирующего блока ориентировать в направлении его продольной или/и поперечной осей, или/и под углом к ним. Предложено эластомерный трак снабдить эластичной камерой, расположенной между наружной поверхностью демпфирующего блока и поверхностью оболочки опорного блока при выполнении последней в виде баллона, или/и эластомерный трак снабдить эластичной камерой, размещенной по крайней мере в одной из полостей опорного или демпфирующего блоков или образующих их элементов.
Указанные конструктивные варианты выполнения эластомерного трака повышают адаптирующую способность к поверхностям движения независимо от спектра знакопеременных силовых динамических нагрузок со стороны этих поверхностей и элементов движителей ТТС, что обеспечивается конструктивными особенностями демпфирующего блока, в конструктивные варианты выполнения которого заложены повышенные компенсирующие возможности к действующим силовым нагрузкам со стороны опорного блока и ТТС благодаря переменным упруго-демпфирующим свойствам всего объема демпфирующего блока. Повышение адаптирующей способности эластомерного трака к поверхности движения приводит к улучшению плавности хода и проходимости ТТС, в движителях которых использованы эластомерные траки, к снижению уплотняющего и разрушительного воздействия на почвенно-дерновый слой грунта, к повышению эксплуатационной надежности эластомерных траков и движителей ТТС.
Приведенный научно-технический анализ свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники, существенно отличается от последнего совокупностью и взаимосвязью конструктивных признаков и соответствует критериям изобретения "новизна", "изобретательский уровень", "промышленная применимость", что и подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.
На фиг. 1 показан вариант установки эластомерных траков к тракам гусеничного движителя ТТС; на фиг. 2 - вариант установки эластомерных траков на элементах силовых обводов колесно-гусеничного движителя ТТС; на фиг. 3 - вариант установки эластомерных траков на ободах колесного движителя ТТС; на фиг. 4 - общая конструкция эластомерного трака с поярусно расположенными опорным и демпфирующим блоками, последний из которых образован объемными элементами; на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, при выполнении демпфирующего блока с полостями, сообщающимися между собой и имеющими наполнитель; на фиг. 6 - то же, что на фиг. 4, при выполнении опорного блока в виде баллона; на фиг.7 - вариант выполнения эластомерного трака с демпфирующим блоком, имеющим замкнутые по контуру поперечного сечения полости и с эластичной гермокамерой между блоками; на фиг. 8 - то же, что на фиг. 7, при расположении одного из соединительных элементов в объеме демпфирующего блока; на фиг. 9 - вариант выполнения эластомерного трака с демпфирующим блоком, имеющим открытые по контуру поперечных сечений полости, сообщающиеся между собой и с их наполнителем через вентиль (отверстие), выполненный в блоках; на фиг. 10 - то же, что на фиг. 9, вид А со стороны наружной поверхности опорного блока; на фиг. 11 - то же, что на фиг. 9, сечение 1-1; на фиг. 12 - вариант выполнения эластомерного трака с демпфирующим блоком, имеющим открытые и закрытые по контуру поперечных сечений полости, одна из которых или часть ее имеет наполнитель, при этом эластичная камера расположена между блоками; на фиг. 13 - то же, что на фиг. 12, сечение А-А; на фиг. 14 - вариант выполнения эластомерного трака с демпфирующим блоком, профили полостей которого образованы криволинейными линиями, при этом одна из полостей имеет наполнитель; на фиг. 15-18 - варианты выполнения демпфирующих блоков с рядным расположением полостей в продольном направлении эластомерного трака, с открытым и закрытым контуром поперечных сечений указанных полостей; на фиг. 19 - вариант выполнения демпфирующих блоков с закрытым и открытым контуром поперечных сечений полостей с ориентацией их в направлении поперечной оси эластомерного трака; на фиг. 20 - то же, что на фиг. 19 при выполнении закрытых полостей с прямолинейным их профилем; на фиг. 21 - то же, что на фиг. 19 при ориентации полостей под углом к поперечной и/или продольной оси эластомерного трака; на фиг. 22 - то же, что на фиг. 19 при выполнении закрытых полостей с ориентацией их в направлении продольной оси эластомерного трака; на фиг. 23-26 - варианты выполнения демпфирующих блоков, образованных объемными эластомерными элементами, имеющих полости между ними, а также упомянутые по поперечным сечениям полость или ряд полостей, по меньшей мере, в одном из элементов; на фиг. 27-29 - варианты размещения эластомерных траков (в комплекте с траками) гусеничной цепи ТТС; на фиг. 30 - показано воздействие силовых нагрузок на эластомерные траки со стороны единичных препятствий; на фиг. 31-33 показан пример распределения контактных нормальных давлений на поверхность движения со стороны нагруженного ТТС и взаимодействующих с указанной поверхностью траков, в том числе эластомерных; на фиг. 34 - эластомерный трак в соответствии с вариантом его выполнения, например, по фиг. 21 в эксплуатационном режиме.
Эластомерный трак и варианты его исполнения могут быть использованы
на гусеничных ТТС посредством подсоединения к тракам гусеничной цепи движителя (фиг.1);
на резиноленточных движителях ТТС посредством подсоединения к резинокордной ленте движителя (фиг.2);
на колесных ТТС посредством подсоединения к элементам силового обвода (например: к звеньям цепей противоскольжения, на диске обода колеса и т.д.) колесного движителя (фиг.2, 3).
Описание конструктивных вариантов исполнения эластомерного трака составлено с учетом преимущественного его использования на траках гусеничных движителей ТТС (фиг.1).
Эластомерный трак к силовому обводу движителя ТТС содержит опорный блок 1, имеющий в поперечном сечении форму оболочки с контактной зоной со стороны наружной поверхности, противолежащей траку 3 силового обвода движителя. Указанная контактная зона 2 имеет грунтозацепы 4. Демпфирующий блок 5 выполнен из эластомерно-композитных материалов, который в соответствии с вариантом исполнения эластомерного трака по фиг.4 расположен над оболочкой опорного блока 1 или при варианте исполнения эластомерного трака, например по фиг.6 демпфирующий блок 5 расположен во внутренней полости оболочки опорного блока 1, оболочка которого имеет форму баллона 6. Эластомерный трак имеет средства подсоединения 7 и 8, например, к траку 3 гусеничного движителя. Поверхность контактной зоны 2 оболочки опорного блока 1 имеет грунтозацепы 4 различной конфигурации, что необходимо для увеличения тягово-сцепных показателей проходимости и устранения бокового скольжения ТТС.
Указанный вариант исполнения оболочки опорного блока 1 в виде баллона 6 выбран в качестве преимущественной иллюстрации и описания конструктивного исполнения эластомерного трака и его вариантов. Объясняется это тем, что при работе эластомерных траков в составе движителей ТТС они постоянно деформируются под действием вертикальных и боковых динамических нагрузок. В связи с этим при варианте выполнения эластомерного трака по фиг.4, 5, возникающие от силовых нагрузок усталостные напряжения в демпфирующем и опорном блоках могут привести к нарушению контакта между поверхностями их сцепления, что ухудшает эксплуатационную надежность. Эти обстоятельства могут не иметь существенного значения для ТТС малой загруженности при движении их на более стабильных по своим физико-механическим параметрам грунтам. В условиях же работы указанных эластомерных траков в составе движителей лесопромышленных тракторов предпочтителен вариант выполнения опорного блока, оболочка которого имеет форму баллона, придающего всей конструкции эластомерного трака наиболее стабильные характеристики по эксплуатационной надежности.
Средства присоединения эластомерного трака к элементу силового обвода движителя ТТС (при варианте его исполнения в виде трака гусеницы) выполнены в виде жесткой присоединительной детали 7 и болтовых соединений 8. Жесткая присоединительная деталь 7 может быть расположена в объеме оболочки опорного блока 1 или на поверхности демпфирующего блока 6, при этом в обоих случаях, со стороны их поверхностей, обращенных к элементу (траку) движителя.
Опорный блок 1 и демпфирующий блок 5 выполнены из эластомерно-композитных материалов, например, резинокордных или резинокорднотканевых для оболочки опорного блока 1 и резинокаучуковых композиций или/и эластичных полиуретанов, пенопластов для объемного демпфирующего блока 5. Указанные эластомерно-композитные материалы технологичны для обработки, склеивания между собой и подвергаются взаимной вулканизации. Резинокордные или резинокорднотканевые эластомерные композиционные материалы имеют наибольшую прочность, что необходимо для материала оболочки опорного блока 1, контактная зона 2 которого непосредственно взаимодействует с поверхностью движения. Резинокаучуковые композиции, эластичные полиуретаны, пенопласты или сочетание указанных материалов могут иметь физико-механические параметры по плотности связующих компонентов и наполнителей с хорошо регулируемыми упруго-демпфирующими свойствами по объему (в направлении вертикальных, поперечных и продольных осей), что соответствует назначению демпфирующего блока 5, компенсирующего силовые напряжения со стороны опорного блока 1 и элементов движителя ТТС. Эластомерный трак относительно продольно-вертикальной плоскости симметрии любого движителя может быть симметричен (например, фиг.4, 6) или асимметричен (например, фиг.9). В указанных вариантах исполнения эластомерный трак может быть уширен относительно боковой поверхности движителя, что предпочтительно для условий работы серийных ТТС в лесохозяйственном и лесозаготовительном производствах с тяжелыми и переувлажненными грунтами поверхности движения, имеющими лесосечные отходы, единичные препятствия (пни, корни, поваленные деревья и т.д.).
Эластомерный трак в соответствии с вариантами его конструктивного исполнения имеет1 демпфирующий блок 5, который образован последовательно чередующимися, сопряженными между собой объемными элементами 9, 10 (фиг.4, 6), смежные из которых выполнены из эластомерно-композитных материалов с определенными для данного из них упруго-демпфирующим свойством, определяемым относительной их жесткостью. В качестве эластомерно-композитных материалов могут быть использованы, например, резинокаучуковые смеси различной эластичности, плотности, пластическая деформация которых, образовавшаяся в результате воздействия силовых факторов, не вызывает макроскопических нарушений сплошности материала. В качестве эластомерно-композитных материалов для указанных объемных элементов 9 и 10 могут быть использованы эластичные полиуретаны, пенопласты или сочетание последних с резинокаучуковыми композициями. Чередованием объемных элементов 9, 10 задают всему объему демпфирующего блока 5 переменные упруго-демпфирующие свойства, при этом указанные элементы взаимно сопряжены между собой, например, путем склеивания или вулканизации;
или демпфирующий блок 5 выполнен, по меньшей мере, с одной закрытой или открытой по контуру поперечного сечения полостью 11 или рядом аналогичных по контуру поперечных сечений полостей 11 и 12, расположенных со смещением в объеме демпфирующего блока с образованием между ними перегородок 13, 14 и 15 из эластомерно-композитного материала этого блока (фиг.7,8,9, 13, 14- 22). Профили контурных поперечных сечений полостей могут быть образованы криволинейными линиями (фиг.9, 18, 19), прямолинейными линиями (фиг.15, 16, 20) или сочетанием указанных линий. Выполнение демпфирующего блока 5 с полостями 11 и 12, придает его объему переменные упруго-демпфирующие свойства, что соответствует действию знакопеременных силовых факторов со стороны поверхности движения и элементов движителя ТТС. При этом упруго-демпфирующие свойства демпфирующего блока 5 могут быть повышены (при работе ТТС в условиях слабых переувлажненных грунтов) за счет столбчатой конструкции эластичных перегородок 13, 14и 15 между полостями 11 и 12 (см., например, фиг.15 - 18), при этом выступы указанных перегородок обращены к внутренней поверхности полости баллона - опорного блока 1. Упруго-демпфирующие свойства блока 5 могут иметь и повышенную жесткость для условий работы ТТС на твердых грунтах, например, в соответствии с вариантами его исполнения по фиг.19, 20. Переменные упруго-демпфирующие свойства блока 5 могут быть реализованы при конструктивном его исполнении в соответствии с фиг.23-26. В этом случае упруго-демпфирующий блок 5 образован эластомерными элементами 16 и 17, которые образуют разборную конструкцию блока. Элементы 16 и 17 могут быть выполнены из эластомерно-композитных материалов с аналогичными упруго-демпфирующими свойствами или из различных по указанным свойствам материалов, например из резинокаучуковых композиций с разной плотностью компонентов. Элементы 16 и 17 или один из указанных элементов имеют упомянутые выше по форме контуров поперечных сечений полости 18 и 19, при этом данные полости могут быть, например, размещены между элементами 16и 17. В соответствии с вариантом по фиг. 23 блок выполнен двухполостным с повышенной жесткостью в зоне наружной опорной поверхности эластомерного трака и его поверхности со стороны трака 3;
на фиг.24 показан двухполостной блок с повышенными упруго-демпфирующими свойствами; на фиг.25 - многополостной блок с повышенной жесткостью в зоне опорной поверхности сцепления с грунтом и поверхности взаимодействия с траком движителя; на фиг.26 - комбинированный многополостной блок с повышенной жесткостью его объема.
В указанных вариантах выполнения демпфирующих блоков с полостями II, 12, 18и 19 последние могут сообщаться между собой или/и иметь наполнители, например пенообразующие материалы, или/и сжатый воздух (например, фиг.9) или часть из указанных полостей имеет наполнитель (фиг.9, 12), который вводят через выполненный в опорном и демпфирующем блоках вентиль 20 или технологическое отверстие 21, при этом возможен вариант выполнения вентиля 20 или отверстия 21 по крайней мере в демпфирующем блоке 5 (см. вариант фиг.5). В качестве наполнителя могут быть использованы, например, пеноэластомерные материалы или, например, сжатый воздух, в последнем случае предпочтителен вариант выполнения оболочки опорного блока 1 в виде баллона с эластичной гермокамерой 22 между внутренней поверхностью оболочки и наружной поверхностью демпфирующего блока 5, например, в соответствии с фиг.7,8, 12, 13. Возможен вариант выполнения эластомерного трака с эластичной гермокамерой 22, например, в объеме одной из полостей демпфирующего блока, расположенной, например, в зоне уширения эластомерного трака относительно боковой поверхности трака движителя (не показано). Наличие наполнителя или рабочей среды в полостях или полости способствует регулированию упруго-демпфирующих свойств блока 5 как по всему его объему (фиг.9), так и на отдельных участках его объема (фиг.12).
В описанных вариантах исполнения эластомерных траков демпфирующие блоки 5 имеют переменные упруго-демпфирующие свойства в вертикальных и продольно-поперечных направлениях его объема, что, например, в варианте по фиг.4, 6 обеспечено выполнением демпфирующего блока 5 из набора последовательно сопряженных между собой объемных элементов, смежные из которых выполнены с различной относительной жесткостью; в варианте, например, по фиг. 7, 8, 9, 15 - 18 указанное свойство демпфирующего блока 5 обеспечено наличием в его объеме полостей, имеющих открытые или/и закрытые контуры поперечных сечений, часть из которых может иметь наполнитель.
Причем, во всех вариантах исполнения эластомерного трака относительный нормальный прогиб объемов демпфирующего и опорного блоков равен 10-50% при относительном нормальном прогибе толщины оболочки опорного блока в контактной зоне ее равной 1oC6%.
При проектировании изделий, выполненных из эластомерно-композитных материалов, учитывают все виды их деформаций под действием силовых нагрузок, в том числе нормальную, окружную (тангенциальную), поперечную (боковую) и угловую. Однако наиболее определяющей деформацией является нормальная, которая характеризуется величиной нормального прогиба (Δh) , соответственно в вертикальных и продольно- поперечных направлениях.
Нормальный прогиб эластомерного трака зависит от его размеров и конструкции, материала из которого он изготовлен, нормальной нагрузки, твердости опорной поверхности движения и т.д. и характеризует степень его нагруженности, грузоподъемности и долговечности. Нормальный прогиб (Δh) определяет важный эксплуатационный параметр как нормальную жесткость (χ) эластомерного трака, непосредственно связанную с плавностью хода ТТС, его демпфирующей способности, нагрузками в ходовой системе.
Нормальная жесткость есть производная зависимости нагрузки Pк на эластомерный трак от Δh и является величиной переменной, поэтому ее оценивают по средней величине χ = Pк/Δh , (кгс/мм). Величина обратной χ есть эластичность эластомерного трака ξ = Δh/Pк , которая определят плавность хода ТТС при движении по единичным неровностям и срок службы агрегатов ТТС, при этом чрезмерное увеличение Δh приводит к повышению напряжений в материалах эластомерного трака, теплообразованию и снижению усталостной прочности.
Наибольшую величину напряжений в эластомерном траке воспринимает силовой каркас опорного блока, что определяет изготовление опорного блока из эластомерно-композитных материалов на основе резинокордных конструкций, применяющихся в шинном производстве. При оценке механических свойств резинокордных конструкций учитывают жесткость резины с кордом, количество нитей в слое резины и другие показатели, определяющие жесткость указанной конструкции при деформациях сжатия- растяжения (см. кн. под ред. В.Л. Бидермана "Автомобильные шины". М.: Госхимиздат, 1963, с.57-71).
В качестве основного оценочного показателя для резинокордных конструкций при максимальных и минимальных деформациях принимается относительный нормальный прогиб. Учитывая, что опорный блок - силовой каркас эластомерного трака выполнен из эластомерно-композитных материалов на основе резинокордной конструкции, величина относительного нормального прогиба задана в пределах 1oC6% для толщины его оболочки в поперечных ее сечениях, ограниченных контактной зоной, расположенной со стороны наружной поверхности оболочки, противолежащей силовому обводу движителя.
Основную работу (до 60%) в эластомерном траке по компенсации действующих нагрузок со стороны системы "ТТС-движитель-грунт" выполняет демпфирующий блок, от размеров и свойств которого (жесткость, эластичность и нормальный прогиб) зависят форма эпюр нормальных давлений и их значение в пятне контакта эластомерного трака с грунтом, следовательно, и подвижность ТТС на различных опорных поверхностях движения.
С учетом этих обстоятельств величина относительного прогиба объемов опорного и демпфирующего блоков определена на основании исследований конструкций различных по назначению шин с заданным и регулируемым давлением воздуха в них. При указанном пределе относительного нормального прогиба (10oC50%) объемов опорного и демпфирующего блоков, а также при заданной величине относительного нормального прогиба (1oC6%) толщины оболочки опорного блока в указанной контактной зоне и эпюры распределения контактных нормальных давлений по длине трака осуществляется подбор параметров и форм поперечных сечений объемных элементов 9, 10 демпфирующего блока или соответствующих параметров и форм сечений эластомерных перегородок 13, 14, 15 указанного блока с учетом заданности физико-механических свойств эластомерно-композитных материалов, из которых они выполнены. При выборе геометрических параметров и форм поперечных сечений объемных элементов или соответствующих геометрических параметров и форм поперечных сечений эластомерных перегородок демпфирующего блока при наличии в нем полостей учитывают
габаритные параметры эластомерных траков в целом, которые задают с учетом основных параметров ТТС и его ходовой системы, в частности, высоту указанных траков от элемента силового обвода 3 движителя до контактной зоны 2 с грунтозацепами 4 опорного блока;
толщину оболочки опорного блока в поперечных сечениях, ограниченной с учетом заданных свойств резинокордных материалов в указанной контактной зоне при заданной величине относительного нормального прогиба (1oC6%);
Длину зластомерного трака в зависимости от заданности геометрической формы выполнения его (симметричной или асимметричной), условий, определяющих площадь контакта оболочки опорного блока с грунтонесущими поверхностями, и параметрами ходовой части ТТС;
Максимальную ширину "B" эластомерного трака в зависимости от шага расстановки (tr) траков 3 с учетом условий эксплуатации ТТС, при которых "tr=B" или "tr>B" или "tr<B" (фиг.27, 28, 29). Взаимное расположение эластомерных траков на элементах силового обвода движителя ТТС, например траках 3, влияет на показатели проходимости ТТС на различных по свойствам грунтонесущих поверхностях, в частности для повышения тягово-сцепных показателей проходимости ТТС эластомерные траки устанавливаются на траках 3 гусеничного движителя, с зазором (фиг.27), т.е. шаг гусеницы "tr>B", в этом случае отсутствует взаимная сцепляемость боковых поверхностей соседних эластомерных траков в силовом обводе движителя и нагрузка от катков движителя передается через каждый эластомерный трак на поверхность движения, при этом контактные нормальные давления увеличиваются, а при установке эластомерных траков на траках 3 гусеничного движителя с натягом от "tr=B" до "tr<B" (фиг.28, 29) возникает взаимная 'сцепляемость эластомерных траков через их боковые поверхности и нагрузка от катков движителя передается на поверхность движения через систему нескольких взаимно сцепленных эластомерных траков, образующих "упругую балку" нижней опорной ветви силового обвода движителя, что способствует равномерному распределению контактных нормальных давлений и снижению их пиковых значений. В результате повышаются показатели опорной проходимости ТТС при передвижении по мягким и переувлажненным грунтам поверхностей движения.
Таким образом, с учетом указанных габаритных параметров и параметров резинокордной конструкции опорного блока производят подбор эластомерно-композитных материалов для объемных элементов демпфирующего блока и устанавливают их геометрические параметры в соответствии с фиг.4, 5, 6 при условии, что смежные объемные элементы имеют различную относительную жесткость эластомерно-композитных материалов или подбирают указанные материалы для демпфирующего блока и геометрические параметры его эластомерных перегородок, заданных формой выполненных в указанном блоке полостей, с учетом выявленного относительного нормального прогиба эластомерного трака. В указанных вариантах исполнения демпфирующих блоков, например, форма поперечных сечений полостей и их параметры могут зависить от конструкторско- технологических требований, предъявляемых к изготовлению эластомерных траков, например, от условий комплектации демпфирующего и опорного блоков в формовочном вулканизирующем оборудовании.
Выбор эластомерно-композитных материалов демпфирующего блока, подбор геометрических параметров его объемных элементов или параметров эластомерных перегородок при заданных величинах относительного нормального прогиба в различных поперечных сечениях блока выявляют экспериментально с использованием известных рекомендаций по оценке эластомерно-композитных материалов на основе резиново-каучуковых композиций по различным физико-механическим параметрам (свойствам) при статическом и динамическом сжатии (см. кн. Яворский Ю. Резина в автомобилях. - Л.: Машиностроение, 1980. - 360 с.; Автомобильные шины под ред. В.Л. Бидермана. - М.: Госхимиздат, 1963. 384 с.).
При выполнении в соответствии с изобретением эластомерных траков демпфирующие блоки 5 вследствие конструктивных своих особенностей имеют переменные упруго-демпфирующие свойства по всему объему, соответственно в продольно-поперечных и вертикальных его направлениях, что обеспечено выполнением демпфирующего блока 5 из набора объемных элементов 9, 10 с различными упруго-демпфирующими свойствами их эластомерно-композитных материалов или наличием в объеме указанного блока полостей 11, 12, 18, 19, в том числе имеющих наполнитель. Вследствие указанных конструктивных особенностей демпфирующий блок 5, воспринимая динамические силовые нагрузки со стороны системы "ТТС - движитель-грунт", компенсирует их, при этом под действием указанных знакопеременных силовых нагрузках происходит растяжение или/и сжатие объемных эластомерных элементов 9, 10, или растяжение или/и сжатие эластомерных перегородок 13, 14, 15, расположенных между полостями в пределах эластичной деформации эластомерных материалов, из которых указанные элементы 9, 10 или/и 13, 14, 15 выполнены, (см. например, фиг.34) а также растяжение или/и сжатие эластомерного опорного блока 1 в соответствии с формой и параметрами преодолеваемого препятствия или/и в соответствии с опорными реакциями, действующими со стороны поверхности движения на указанный элемент движителя (фиг. 30, 34). Благодаря заданной эластичности в пределах указанных значений относительного нормального прогиба 1oC6% эластомерно-композитного материала опорного блока 1 силовое взаимодействие последнего с поверхностью движения вызывает ответную и компенсирующую их влияние упругую деформацию указанных элементов (9 - 17) демпфирующего блока 5 в соответствии с заданной величиной относительного нормального прогиба 10oC50%, что обеспечивает самоприспособляемость (адаптацию) указанных блоков к соответствующему профилю поверхности движения в том числе к препятствиям, уклонам. При этом сохраняется силовое взаимодействие (при преодолении препятствий) отдельных эластомерных траков между собой (фиг.30). Аналогичная адаптация движителя свойственна и колесным движителям, имеющим шины с принудительной регулировкой внутреннего давления воздуха, в которых наличие специального оборудования позволяет на ходу изменять давление воздуха в шинах с учетом их движения по мягким грунтонесущим поверхностям, что увеличивает площадь контакта шин с поверхностью движения и уменьшает их контактные давления. Однако в данном случае при снижении рабочего давления в шине резко уменьшается ее работоспособность вследствие увеличения гистерезисных потерь, причем нормальное внутреннее давление воздуха в указанных шинах в 1,5-2 раза ниже рабочего внутреннего давления воздуха обычных шин с нерегулируемым давлением, что соответственно приводит к повышению гибкости каркаса шины (эластичности резинокордной конструкции), а следовательно, нецелесообразно по условиям работоспособности их на труднопроходимых грунтонесущих поверхностях движения, имеющих единичные препятствия (пни, корни, камни и т.д.), а также на твердых грунтонесущих поверхностях с усовершенствованным покрытием (асфальт, бетон и т.д.).
В конструкциях эластомерных траков, выполненных в соответствии с изобретением, повышение их адаптирующей способности к поверхности движения улучшает показатели опорной проходимости и профильную стабилизацию относительно грунтонесущей поверхности движения.
Технологический процесс изготовления эластомерного трака и его вариантов основан на известных промышленных методах изготовления изделий для машиностроения и других отраслей из эластомерно-композитных материалов, в частности резинокаучуковых композиций, резинокордных материалов, полиуретанов и пенопластов, использующих установки дозирования компонентов, смесеобразования, формообразования, вулканизации и другое технологическое оборудование шинного производства.
В целом выполнение эластомерных траков в соответствии с изобретением приводит к улучшению динамического фактора ТТС, повышению эксплуатационных показателей и надежности, к снижению пиковых нагрузок на поверхность движения, исключающих или уменьшающих повреждение дернового слоя грунта. Указанные обстоятельства имеют особое значение при работе нагруженного ТТС при неравномерном распределении полезной нагрузки относительно центра масс в условиях эксплуатационного режима на лесосеках, поверхности движения которых имеют слабые и переувлажненные грунты с единичными препятствиями в виде пней, корней, поваленных деревьев, валежника, камней и т.д.
Указанные преимущества по повышению адаптирующей способности эластомерных траков распространяются на все варианты их конструктивных исполнений.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1129115, кл. B 62 D 55/24.
2. Авторское свидетельство СССР N 1227544, кл. B 62 D 55/24, 1984.
3. Авторское свидетельство СССР N 1243290, кл. B 62 D 55/247.
4. Авторское свидетельство СССР N 1334578, кл. B 62 D 55/247.
5. Авторское свидетельство СССР N 1415619, кл. B 62 D 55/24.
6. Авторское свидетельство СССР N 179071, кл. B 62 D 55/24, 1984.
7. Патент РФ N 2006409, кл. B 62 D 55/247, 1994.
8. Патент Франции N 2701003 кл. B 62 D 55/275, 1995.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ГУСЕНИЦА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1992 |
|
RU2006409C1 |
| ЭЛАСТИЧНЫЙ ТРАК ГУСЕНИЦЫ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2012 |
|
RU2554899C2 |
| ГУСЕНИЧНАЯ ЦЕПЬ ХОДОВОЙ ЧАСТИ СНЕГОБОЛОТОХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 2013 |
|
RU2538650C1 |
| Эластичный трак гусеницы транспортного средства | 1985 |
|
SU1245489A1 |
| ДВИЖИТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1987 |
|
RU2031039C1 |
| МЕТАЛЛОКОМПОЗИТНЫЙ БАЛЛОН ДАВЛЕНИЯ | 2009 |
|
RU2432520C2 |
| Эластичный трак гусеницы транспортного средства | 1988 |
|
SU1548104A2 |
| СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ И УСТРОЙСТВО ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ | 2013 |
|
RU2536427C2 |
| ДВИЖИТЕЛЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА | 1992 |
|
RU2038218C1 |
| Гусеница транспортного средства | 1988 |
|
SU1789410A1 |
Изобретение относится к транспортному машиностроению и движителям гусеничного и колесного типов. Электромерный трак к силовому обводу движителя ТТС содержит опорный блок 1, демпфирующий блок 5, выполненный из эластомерно-композитных материалов. Демфирующий блок 5 образован последовательно чередующимися, сопряженными между собой объемными элементами, смежные из которых выполнены из эластомерных материалов с различной относительной жесткостью или демпфирующий блок 5 имеет по меньшей мере одну закрытую или открытую по контуру поперечного сечения полость 11, и/или ряд аналогичных по контуру их сечений полости 11 и 12, расположенные со смещением с образованием перегородок из материала этого блока, или блок 5 образован элементами, по меньшей мере в одном из которых выполнена по крайней мере с упомянутым выше контуром поперечного сечения полость, или/и указанные полости размещены между элементами, или при указанных вариантах блока 5 с полостями последние сообщаются между собой и/или имеют наполнитель, который вводят по крайней мере, в блок 5 через вентиль 20 или отверстие 21. Эластомерные траки, выполненные в соответствии и изобретением, повышают адаптирующие способности ТТС к поверхности движения. 5 з.п.ф-лы, 34 ил.
| FR, патент, 2701003, кл | |||
| Способ крашения тканей | 1922 |
|
SU62A1 |
