СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ГРУНТОВОГО И ТОРФЯНОГО ОСНОВАНИЯ ПОД ГУСЕНИЧНЫМ ДВИЖИТЕЛЕМ И УСТРОЙСТВО ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК B62D55/08 B62D55/30 

Изобретения относятся к способу и устройству для повышения проходимости гусеничных движителей но грунтовому и торфяному основанию при обеспечении его достаточной несущей способности при скоростях менее 5 км/час.

Известен способ повышения проходимости торфяного основания под гусеничным движителем, заключающийся в увеличении ширины опорной поверхности гусеницы при заданной нагрузке и длине опорной поверх гусеницы со снижением среднего контактного давления с основанием, не превышающим значение p_A=A_A+В_АП/F [кг/см², кг, см] для многоразового и р_В=A_B+В_ВП/F [кг/см², кг, см] для одноразового прохождения торфяной залежи, где A_A=A_B=0,4, В_А=3,75 и В_В=9 - коэффициенты, П - периметр опорной поверхности площадью F (см²) отдельной гусеницы при ее осадке S=р/к [см], где к=6,8/F^0,5 - коэффициент упругости залежи [1].

Значения коэффициентов A и В носят эмпирический характер и определены для торфяных залежей различного вида на базе практических исследований их несущей способности под плоскими штампами средних размеров. Определение осадки торфяной залежи под опорной поверхностью гусеницы ведется для условий чисто упругого взаимодействия гусеницы с торфяной залежью. При этом исходя из практики ширину просвета между гусеницами торфяных машин принимают равной ≈ 1 м при ширине гусеницы в ≈ 1…0,7 м.

Технологический результат по способу повышения проходимости грунтового и торфяного основания под гусеничным движителем, заключающемуся в увеличении опорной поверхности (F) каждой гусеницы при заданной их длине (l) путем увеличения ширины (в) на основаниях с низкой несущей способностью, в придании скосов опорной поверхности траков на краях гусеницы, достигается тем, что опорной поверхности гусеницы придают в продольном направлении выпор по радиусу где - угол сектора продольного упругого полуконтакта опорной поверхности гусеницы с грунтовым основанием, - с торфяным основанием, для одноразовой проходимости основания - угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке на грунт, - на торф, где φ - угол внутреннего трения, с - удельное сцепление основания, - давление структурной прочности основания на растяжение, - центральное «критическое» давление под центром радиальной поверхности контакта гусеницы с основанием, по ширине гусеницы тракам придают выпуклую опорную поверхность под радиус R, осадку гусеницы под центром на основании получают равной где р_ср - среднее давление на основание под гусеницей в упругом и «первом критическом» фазовом состоянии, E_o - модуль общей деформации, µ_о - коэффициент Пуассона основания, и минимальной по величине при критической ширине - для грунта, - для торфа, где , - компоненты горизонтального напряжения на вертикальную стенку основания, проходящую через нижнюю точку линии сдвига при среднем критическом давлении γ - объемный вес основания, а опорные катки выдвигают на дугу окружности R путем поворота их общих кареток на осях рамы. При этом опорные поверхности гусениц устанавливают друг от друга на расстоянии m≤в·sinφ/[cos(π/4+φ/2)·n], где n=1 - для грунта, n=0,806 - для торфа.

Известно устройство саморазгружающегося гусеничного прицепа типа МТП-24A, выполненное в виде главной рамы с верхней платформой, задним и передним направляющим колесом с натяжным устройством, тракторными каретками платформы с большим балансиром и опорными и поддерживающими катками, установленными в горизонтальных параллельных плоскостях, и двух замкнутых гусеничных цепей, охватывающих катки и выполненных из траков с грунтозацепами и связывающих их пальцами, при этом оси направляющих колес приподняты над осями опорных катков с образованием заданных углов въезда и съезда, а траки выполнены с плоской опорной поверхностью и с боковой отбортовкой [2].

Боковая отбортовка траков служит только для снижения сопротивления основания мятию и срезу боковой торцевой поверхностью гусеничной ленты при повороте прицепа. Установка опорной поверхности гусеничной цепи в продольном и поперечном направлении в одной горизонтальной плоскости на подстилающем основании приводит к крайне неравномерной эпюре контактных напряжений с максимальными пиками их значений у краев плоскости контакта, определяющих на этих локальных участках контакта точечную потерю несущей способности основания с образованием трещин и их развитием при контактных перегрузках. При этом схема работы опорной поверхности гусеницы аналогична схеме работы отдельного плоского прямоугольного штампа на грунтовом основании. Углы въезда и съезда гусеничных опор предназначены для снижения сопротивления мятия основания движению гусеничного прицепа.

Известно устройство гусеничного движителя трактора Т-150, состоящего из рамы с поддерживающими роликами двух опорных гусениц, составленных из траков, соединенных пальцами, опорных катков каретки, гидроамортизаторов каретки, направляющего колеса, колеса конечной передачи [3].

Недостатком известного устройства гусеничного движителя трактора является расположение опорной поверхности гусеницы в одной горизонтальной плоскости контакта с основанием, соответствующее схеме работы плоского отдельного прямоугольного штампа на поверхности полупространства, при этой схеме диапазон безопасного упругого взаимодействия незначителен и быстро сменяется межфазовым переходом при «первой критической» нагрузке, поэтому несущая способность слабых грунтовых и торфяных оснований под гусеницами трактора, работающими самостоятельно друг от друга, оказывается недостаточной для их преодоления, так как линии сдвигов основания из-под краев каждой гусеницы под весом трактора свободно выходят на дневную поверхность с характерными явлениями выпоров, глубоких осадок и как следствие - буксованием движителя.

Наиболее близким но технической сущности к предлагаемому является устройство гусеничного движителя торфяной машины- трактора С-100Б с прицепом глубокого дренирования МГД-6Н, состоящее из рамы с поддерживающими роликами двух уширенных опорных гусениц, составленных из траков, соединенных пальцами, опорных катков каретки, амортизаторов каретки, направляющего колеса и колеса конечной передачи [4].

Увеличение ширины гусеницы приводит к увеличению ее опорной поверхности и снижению давления на слабое основание и осадки, что повышает несущую способность основания в целом, с одной стороны, а с другой стороны, несущая способность основания увеличивается и за счет того, что при сохранении расстояния (m) между гусеницами при увеличении их ширины (в) возможные линии сдвигов в критически нагруженном основании могут пересекаться под рамой движителя, накладываться друг на друга и взаимно препятствовать выходу на дневную поверхность под рамой, что превращает работу опорных поверхностей обеих гусениц аналогичной работе одного общего плоского штампа шириной (2в+m). Однако несущая способность слабого основания под плоским штампом в «первом критическом» и упругом фазовых состояниях незначительна.

Технический результат по устройству гусеничного движителя, состоящему из рамы с направляющим колесом и колесом конечной передачи, кареток с амортизаторами и парой опорных катков, роликов, гусениц, составленных из связанных шарнирно пальцами траков с грунтозацепами, с боковой отбортовкой наружной поверхности, достигается тем, что опорные катки установлены на каретке с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности радиусом где - угол сектора продольного упругого полу контакта опорной поверхности гусеницы с грунтовым основанием, - с торфяным основанием, для одноразовой проходимости основания - угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке на грунт, - на торф, где φ - угол внутреннего трения, с - удельное сцепление основания, - давление структурной прочности основания на растяжение, - центральное «критическое» давление под центром радиальной поверхности контакта гусеницы с основанием, по ширине гусеницы траки выполнены с радиальной R опорной поверхностью, причем для снижения осадки гусеницы выполнены шириной - для грунта, - для торфа, где , - компоненты горизонтального напряжения на вертикальную стенку основания, проходящую через нижнюю точку линии сдвига при среднем критическом давлении γ - объемный вес основания, при этом каретки спаренных опорных катков выполнены поворотными на осях рамы до установления катков гусеницы но радиусу R ее продольного сечения и снабжены силовыми цилиндрами их поворота на осях, для выдвижения опорной поверхности гусеницы по радиусу R при неподвижных осях поддерживающих роликов направляющее колесо выполнено сближающимся с колесом конечной передачи, а при неподвижной оси направляющего колеса оси поддерживающих роликов выполнены подвижными в вертикальном направлении и расположены выше осей направляющего колеса, и колеса конечной передачи или оси подвижных в вертикальном направлении катков расположены выше верхней ветви гусеницы и выполнены отжимающимися. При этом гусеницы установлены друг от друга на расстоянии m≤в·sinφ/[n·cos(π/4+φ/2)], где n=1 - для прохождения грунта, n=0,806 - для прохождения торфа в критическом фазовом состоянии.

Изобретения поясняются графическими материалами, где на фиг.1 - схема перевода опорных катков из горизонтальной плоскости в плоскость окружности радиуса R при перемещении направляющего колеса; на фиг.2 - схема перевода опорных катков из горизонтальной плоскости в плоскость окружности радиуса R при сближении опорных катков из горизонтальной плоскости в плоскость окружности радиуса R при сближении опорных катков и поддерживающих роликов; на фиг.3 - схема перевода опорных катков из горизонтальной плоскости в плоскость окружности радиуса R при отдалении опорных катков и поджимающих роликов; па фиг.4 - поперечное сечение гусеничного хода движителя на критически нагруженном основании с развитыми линиями сдвигов; на фиг.5 - эпюры контактных напряжений под гусеницей в максимально упруго деформируемом основании; на фиг.6 - схема разложения давлений в краевой точке трака при максимально упругом фазовом состоянии основания; на фиг.7 - графики зависимости углов максимального упругого полуконтакта опорной продольной и поперечной поверхности гусеницы с основанием от угла φ внутреннего трения грунтового и торфяного основания; на фиг.8 - схема развития линий сдвигов α_ц, α_к, и β_ц, β_к под гусеницей в продольном и поперечном сечении при «первой критической» для основания нагрузке и углах - сдвиговых (пластических) деформаций (СПД) и упругих деформаций основания; на.фиг.9 - эпюры контактных напряжений под гусеницей в фазе деформации «первой критической» нагрузки основания со схемами разложения давлений в точках A и B границы зон СПД и упругости; на фиг.10 - графики зависимости углов максимального полуконтакта опорной продольной и поперечной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке на основание от углов φ внутреннего трения» грунтового и торфяного основания.

Пример 1 реализации способа и устройства. Устройство гусеничного движителя состоит из рамы 1 с направляющим колесом 2, смещающимся к колесу 3 конечной передачи (фиг.1), кареток 4 с амортизаторами 5 и опорными катками 6, поддерживающих роликов 7, гусениц 8, состоящих из связанных шарнирно пальцами 9 траков 10 с грунтозацепами, с боковой отбортовкой 11 наружной поверхности, выполненной на всей ширине (в) гусеницы 8 по дуге окружности радиусом R, при этом опорные катки 6 на каретках 4 установлены с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности радиусом где l - длина хорды дуги контакта опорной части гусеницы 8 с основанием 12, - угол сектора продольного полуконтакта опорной поверхности гусеницы 8 с основанием 12, - с торфяным основанием 12, для одноразовой проходимости основания 12 - угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы 8 при «первой критической» нагрузке на грунт, - на торф, где φ - угол внутреннего трения, с - удельное сцепление основания, - давление структурной прочности основания 12 на растяжение, - центральное критическое давление под центром радиальной поверхности контакта гусеницы 8 с основанием 12. По ширине (в) гусениц.8 траки 10 выполнены с радиусом R опорной поверхности, причем для снижения осадки гусеницы 8 выполнены шириной - для грунта, - для торфа, где - компоненты горизонтального напряжения на вертикальную стенку основания 12, проходящую через нижнюю точку линии сдвига при среднем критическом давлении γ - объемный пес основания 12, при этом каретки 4 спаренных опорных катков 6 выполнены поворотными на осях 13 рамы 1 до установления катков 6 с опорной поверхностью гусеницы 8 по радиусу R ее продольного сечения и снабжены силовыми цилиндрами 14 их поворота на осях 13, а для выдвижения опорной поверхности гусеницы 8 по радиусу R при неподвижных осях 15 поддерживающих роликов 7 направляющее колесо 2 выполнено сближающимся с колесом 3 конечной передачи.

Устройство гусеничного движителя работает следующим образом. При преодолении участков местности со слабой несущей способностью силовыми цилиндрами 14 производят поворот кареток 4 на осях 13 с выдвижением опорных катков 6 и опорной части гусеницы 8 по дуге окружности радиусом R, заранее рассчитанным и в осредненном виде представленным в табличной форме для каждой разновидности преодолеваемого основания в зависимости от одно - или многоразового прохождения преодолеваемого участка местности. Вытяжка опорной части гусеницы 8 по дуге окружности R приводит к подтягиванию подвижного направляющего колеса 2 на натяжном устройстве рамы 1 к колесу 3 конечной передачи.

Пример 2 реализации способа и устройства. Устройство гусеничного движителя состоит из рамы 1 с направляющим колесом 2 на неподвижной оси, колесом 3 конечной передачи (фиг.2), кареток 4 с амортизаторами 5 и опорными катками 6, поддерживающих роликов 7, подвижных в вертикальном направлении на пружинных натяжных приспособлениях 16, гусениц 8, состоящих из связанных шарнирно пальцами 9 траков 10 с грунтозацепами, с боковой отбортовкой 11 (фиг.4), выполненной на всей ширине (в) гусеницы 8 по дуге окружности R. При этом опорные катки 6 на каретках 4 установлены с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности радиусом где l - длина хорды дуги контакта опорной части гусеницы 8 с основанием 12, ∠ψ_max - максимальный задаваемый угол полуконтакта опорной поверхности гусеницы 8 с грунтовым и торфяным основанием при одно - и многоразовом прохождении местности. Ширина (в) гусеницы 8 принимается равной или большей критической величины в≥в_кр., определяющей осадку основания под движителем. При этом каретки 4 спаренных опорных катков 6 выполнены поворотными на осях 13 рамы 1 до установления катков 6 по радиусу R и снабжены силовыми цилиндрами 14 их поворота на осях 13.

Устройство гусеничного движителя работает следующим образом. При преодолении участков местности со слабой несущей способностью силовыми цилиндрами 14 производят поворот кареток 4 на осях 13 с выдвижением опорных катков 6 и опорной части гусеницы 8 по дуге окружности радиусом R. Вытяжка опорной части гусеницы 8 по требуемой дуге окружности радиусом R приводит к опусканию и подтягиванию подвижных в вертикальном направлении опорных роликов 7 на пружинных натяжных приспособлениях 16.

Пример 3 реализации способа и устройства. Устройство гусеничного движителя состоит из рамы 1 с направляющим колесом 2, колесом 3 конечной передачи (фиг.3), кареток 4 с амортизаторами 5 и опорными катками 6, роликов 7, подвижных в вертикальном направлении на пружинных натяжных приспособлениях 16 и установленных прижимными к наружной стороне верхней ветви гусеницы 8, состоящей из связанных шарнирно пальцами 9 траков 10 с грунтозацепами, с боковой отбортовкой 11 (фиг.4), выполненной по всей ширине (в) гусеницы 8 по дуге окружности R. При этом опорные катки 6 на каретках 4 установлены с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности где l - длина хорды дуги контакта опорной части гусеницы 8 с основанием 12, ∠ψ_max - максимальный задаваемый угол полуконтакта опорной поверхности гусеницы 8 с грунтовым и торфяным основанием при одно - и многоразовом прохождении местности. Ширина гусеницы 8 принимается равной или большей критической величины в≥в_кр, определяющей осадку основания под движителем. При этом каретки 4 спаренных опорных катков 6 выполнены поворотными на осях 13 рамы 1 до установления катков 6 по радиусу R и снабжены силовыми цилиндрами 14 их поворота на осях 13.

Устройство гусеничного движителя работает следующим образом. При преодолении участков местности со слабой несущей способностью силовыми цилиндрами 14 производят поворот кареток 4 на осях 13 с выдвижением опорных катков 6 и опорной части гусеницы 8 по дуге окружности радиусом R. Вытяжка опорной части гусеницы 8 по требуемой дуге окружности радиусом R приводит к подтягиванию и поднятию подвижных в вертикальном направлении поджимных катков 7, установленных поверх верхней ветви гусеницы 8 на поджимных пружинных приспособлениях 17.

Устройство гусеничного движителя работает следующим образом. При преодолении участков местности со слабой несущей способностью силовыми цилиндрами 14 производят поворот кареток 4 на осях 13 с выдвижением опорных катков 6 и опорной части гусеницы 8 по дуге окружности радиусом R. Вытяжка опорной части гусеницы 8 по требуемой дуге окружности радиусом R приводит к поднятию верхней ветви гусеницы 8 и прижимных роликов 7 на пружинных прижимных приспособлениях 17.

Пример 4 реализации способа и устройства. Устройство гусеничного движителя (фиг.4) состоит из гусениц, установленных друг от друга на расстоянии m≤в·sinφ/[n·cos(π/4+φ/2)], где n=1 - для прохождения грунта, n=0,806 - для прохождения торфяной залежи, в - ширина гусеницы, φ - угол внутреннего трения основания.

Установка гусеничных движителей на расстоянии (m) друг от друга приводит к замыканию линий возможных в основании сдвигов под движителем друг с другом с образованием несущего ядра уплотнения нарушенной структуры, повышающего несущую способность участка основания под движущимся движителем.

Предлагаемые изобретения в 1,5-2 раза повышают упругую несущую способность преодолеваемых гусеничными движителями грунтовых и торфяных оснований, а также впервые устанавливают условия возможности одноразового прохождения преодолеваемых грунтовых и торфяных оснований предлагаемых конструкций.

Источники информации

1. Солопов С.Г., Мурашов М.В. и др. Торфяные машины (теория, расчет и конструирование). - М.: Высшая школа, 1962. - С. 18-20 (Прототип по способу).

2. Лазарев А.В., Корчунов С.С. и др. Справочник по торфу. - М.: Недра, 1982. - С.168 (рис.6.21.). (Аналог по устройству).

3. Артоболевский И.И. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - С.506 (гусеничный трактор). (Аналог по устройству).

4. Солопов С.Г., Горцакалян Л.О. и др. Торфяные машины и комплексы / Учебные пособие для вузов. - М.: Недра, 1981. - С.125-126 (рис.3.17). (Прототип по устройству).

Изобретения относятся к области машиностроения, конкретно к способам и устройствам для повышения проходимости гусеничных движителей на грунтовых и торфяных основаниях. Способ повышения проходимости грунтового и торфяного основания под гусеничным движителем заключается в увеличении опорной поверхности каждой гусеницы при заданной их длине путем увеличения ширины на основаниях с низкой несущей способностью, в придании скосов опорной поверхности траков на краях гусеницы. Опорной поверхности гусеницы придают в продольном направлении выпор по радиусу R. По ширине гусеницы тракам придают выпуклую опорную поверхность под радиус R. Опорные катки выдвигают с опорной поверхностью гусениц на дугу окружности путем поворота их общих кареток на осях рамы. Устройство гусеничного движителя состоит из рамы с направляющим колесом и колесом конечной передачи, кареток с амортизаторами и опорными катками, роликов, гусениц. Гусеницы состоят из связанных шарнирно пальцами траков с грунтозацепами с боковой отбортовкой наружной поверхности. Опорные катки установлены на каретке с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности. По ширине гусеницы траки выполнены с радиусом R опорной поверхности. Каретки спаренных опорных катков выполнены поворотными на осях рамы до установления катков гусеницы с опорной поверхностью гусениц по радиусу R ее продольного сечения и снабжены силовыми цилиндрами их поворота на осях. Для выдвижения опорной поверхности гусеницы по радиусу R при неподвижных осях поддерживающих роликов направляющее колесо выполнено сближающимся с колесом конечной передачи. Достигается увеличение проходимости гусеничного движителя. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ повышения проходимости грунтового и торфяного основания под гусеничным движителем, заключающийся в увеличении опорной поверхности (F) каждой гусеницы при заданной их длине (l) путем увеличения ширины (В) на основаниях с низкой несущей способностью, в придании скосов опорной поверхности траков на краях гусеницы, отличающийся тем, что опорной поверхности гусеницы придают в продольном направлении выпор по радиусу где
- угол сектора продольного упругого полуконтакта опорной поверхности гусеницы с грунтовым основанием;
- с торфяным основанием для одноразовой проходимости основания;
- угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке на грунт;
- на торф, где
φ - угол внутреннего трения;
с - удельное сцепление основания;
- давление структурной прочности основания на растяжение;
- центральное «критическое» давление под центром радиальной поверхности контакта гусеницы с основанием;
по ширине гусеницы тракам придают выпуклую опорную поверхность под радиус R, осадку гусеницы под центром на основании получают равной

где p_cp. - среднее давление на основание под гусеницей в упругом и «первом критическом» фазовом состоянии;
Е_о - модуль общей деформации;
µ_o - коэффициент Пуассона основания, и минимальной по величине при критической ширине
- для грунта;
- для торфа,
где - компоненты горизонтального напряжения на вертикальную стенку основания, проходящую через нижнюю точку линии сдвига при среднем критическом давлении ;
γ - объемный вес основания;
а опорные катки выдвигают с опорной поверхностью гусениц на дугу окружности R путем поворота их общих кареток на осях рамы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем. что опорные поверхности гусениц устанавливают друг от друга на расстоянии m≤в·sinφ/[n·cos(π/4+φ/2)],
где n=1 - для грунта;
n=0,806 - для торфа.

3. Устройство гусеничного движителя, состоящее из рамы с направляющим колесом и колесом конечной передачи, кареток с амортизаторами и опорными катками, роликов, гусениц, состоящих из связанных шарнирно пальцами траков с грунтозацепами, с боковой отбортовкой наружной поверхности, отличающееся тем, что опорные катки установлены на каретке с возможностью выдвижения на уровень дуги окружности радиусом где
- угол сектора продольного и поперечного полуконтакта опорной поверхности гусеницы с основанием;
- с торфяным основанием, для одноразового прохождения основания;
- угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке на грунт;
- на торф,
где φ - угол внутреннего трения;
с - удельное сцепление основания;
- давление структурной прочности основания на растяжение;
- центральное критическое давление под центром радиальной поверхности гусеницы с основанием;
по ширине гусеницы траки выполнены с радиусом R опорной поверхности, причем для снижения осадки гусеницы выполнены шириной
- для грунта;
- для торфа,
где - компоненты горизонтального напряжения на вертикальную стенку основания, проходящую через нижнюю точку линии сдвига при среднем критическом давлении ;
γ - объемный вес основания;
при этом каретки спаренных опорных катков выполнены поворотными на осях рамы до установления катков гусеницы с опорной поверхностью гусениц по радиусу R ее продольного сечения и снабжены силовыми цилиндрами их поворота на осях, а для выдвижения опорной поверхности гусеницы по радиусу R при неподвижных осях поддерживающих роликов направляющее колесо выполнено сближающимся с колесом конечной передачи.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что при неподвижной оси направляющего колеса оси поддерживающих роликов выполнены подвижными в вертикальном направлении и расположены выше осей направляющего колеса и колеса конечной передачи.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оси подвижных в вертикальном направлении катков расположены выше верхней ветви гусеницы и выполнены отжимающими верхнюю ветвь гусеницы вниз.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что гусеницы установлены друг от друга на расстоянии m≤в·sinφ/[n·cos(π/4+φ/2)],
где n=1 - для прохождения грунта;
n=0,806 - для прохождения торфа в критическом фазовом состоянии.