Трактор гусеничный сельскохозяйственный тягового класса 4 на базе ВТ-150

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Тема дипломного проекта: “Трактор гусеничный сельскохозяйственный тягового класса 4 на базе ВТ-150. Спецвопрос: движитель.”

Цель работы: разработать конструкцию гусеничного движителя сельскохозяйственного трактора, позволяющую увеличить срок службы гусеничной цепи, ее надежность.

В данной работе приводится разработка конструкции гусеничного движителя сельскохозяйственного трактора на базе ВТ-150. Усовершенствование направлено на повышение срока службы шарнира гусеничной цепи. Проводится расчет основных узлов трактора.

Введение

В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства одним из определяющих требованиям к сельскохозяйственной техники является повышение ее производительности. Однако при этом происходит усложнение машин расширение их функциональных возможностей, что связано с увеличением числа их узлов (сборочных единиц) и массы. Это вызывает повышение механического воздействия ходовых систем на почву. Последнее приводит к увеличению уплотнения почвы и другим негативным последствиям, снижающим ее плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.

Механическое воздействие движителей на почву не может рассматриваться только со стороны уплотняющего воздействия, т.к. одновременно с этим происходит интенсивное разрушение ее структуры под влиянием их буксования.

Создание новых машин -- задача как техническая, так и экономическая, поскольку разрабатываемые тракторы должны не только быть более совершенными по техническим характеристикам, но и обеспечивать более высокие экономические показатели на всех видах работ в различных почвенно-климатических зонах, которые характеризуются как разнообразием возделываемых культур, так и удельными сопротивлениями почв обработке и абразивностью.

Задача конструктора -- создать машины, обеспечивающие заданное повышение производительности при достижении высшего технического уровня, качества и надежности.

При обосновании параметров проектируемых машин, масштабов их производства необходимо учитывать, что проектируемый объект входит в упорядоченную иерархию объектов и, с одной стороны, является частью системы более высокого уровня, а с другой -- системой для объектов более низкого уровня. Так, трактор входит в машинно-тракторный агрегат, который, в свою очередь, входит в систему машин, в то же время он является системой для компонентов (сборочных единиц и деталей), его образующих.

Сокращение сроков разработки и освоения новой техники, повышение ее производительности и надежности требует разработки систем автоматизированного проектирования, применения методов проектирования на основе унифицированных блочно-модульных и базовых конструкций, комплексной автоматизации машин с использованием встроенных микропроцессоров.

Оптимизация параметров машин требует обоснованного выбора критерия оптимизации. Сложность и обширность проблемы практически исключает проведение оптимизации только по одному критерию, поскольку такое решение может быть далёко не оптимальным для некоторых других, достаточно весомых критериев. Очевидно, что ориентация на многокритериальную оптимизацию с независимыми критериями наиболее правильная.

Особую значимость в условиях комплексной автоматизации производства приобретает технологичность конструкции, количественная ее оценка с использованием ЭВМ.

Тягово-сцепные свойства гусеничной тяговой машины являются одними из основных ее показателей. Гусеничный трактор или тягач конструируют как тяговую машину определенного назначения, как например: сельскохозяйственный общего назначения, пропашной, промышленный для строительных или дорожных работ, трелевочный, транспортный, болотный или мелиоративный. Назначение трактора определяет типичные условия его работы, т.е. почвенные условия, скорость движения и тяговое сопротивление прицепной или навесной машины. Задача конструктора состоит в том, чтобы выбрать такие оптимальные конструктивные параметры ходовой части и трактора в целом, которые обеспечили бы наилучшие тяговые качества трактора. Поскольку трактор используется в широком диапазоне силы тяги на крюке, составляющем от 0,4 до 1,2 номинальной силы тяги, основное требование к ходовой части заключается в обеспечении высокого к.п.д. в этом диапазоне силы тяги в различных почвенных условиях.

Для специальных тракторов, например транспортного, болотного и других, работающих в разнообразных условиях, более важно обеспечить проходимость трактора в трудных почвенных условиях, т. е. обеспечить его надежное сцепление с почвой, оцениваемое коэффициентом сцепления.

Тяговые и сцепные свойства трактора связаны между собой. Обеспечение надежного сцепления сельскохозяйственного трактора с почвой при предельных условиях работы ведет к уменьшению его буксования на типичных режимах работы.

Некоторые специалисты считают, что современные гусеничные тракторы уже имеют хорошие сцепные свойства. Однако при этом не учитывается, что дальнейшее улучшение сцепных качеств сельскохозяйственного трактора за счет конструкции позволяет уменьшить его вес, т. е. сэкономить металл и топливо. Чем лучше сцепление трактора с почвой, тем устойчивее прямолинейное движение трактора и легче осуществить автоматизацию его вождения. Чем меньше сопротивление качению трактора, тем большее сопротивление рабочей машины он может преодолевать, т.е. иметь более высокую удельную силу тяги на крюке (коэффициент использования веса трактора), по которому часто и оценивают сцепление трактора с почвой.

1. Технические требования на машину

1.1 Тип, назначение и место в системе машин

Трактор класса 4 тонн тяги - гусеничный, общего назначения, для работы в сельском хозяйстве с навесным (включая фронтальную и боковую навеску), полунавесными, прицепными, гидрофицированными, комбинированными машинами и орудиями. Трактор предназначен для выполнения пахоты средних и тяжелых почв на глубину до 350 мм, дискования почвы, сплошной культивации, посева, уборочных, транспортных, дорожно - землеройных работ, работ в орошаемом земледелии и работы с погрузочными материалами. Для выполнения пахоты тяжелых почв или глубокой пахоты, трактор должен хорошо агрегатироваться с восьми корпусным при нормальной управляемости.

На базе трактора должно быть предусмотрено создание болотоходной и крутосклонной модификации с параметрами по скорости и мощности установленными в соответствии с требованиями учреждений и ведомств, использующих этот трактор.

1.2 Тяговые и скоростные показатели при работе трактора на стерне

Наименование параметра Показатель

Номинальное тяговое усилие, кН:

- номинальное 40

- максимальное (при длительной работе) 60

1.3 Показатели, характеризующие проходимость и устойчивость трактора

Наименование параметра Показатель

Продольная база, мм 1800 - 1900

Колея, мм 1300 - 1400

Дорожный просвет, мм 430 - 450

Масса съемных балластных грузов, кг 400 - 500

Ширина гусениц, мм 460 - 480

Длина (с навесным устройством в транспортном положении), мм 5600

Ширина, мм 1800 - 1900

Высота, мм 3000 - 3100

Масса эксплуатационная без балластных грузов, кг 7600 - 7700

Среднее давление на почву (без балластных грузов), кПа 30 - 40

1.4 Весовые показатели трактора

Конструктивный вес трактора должен быть минимальным. Весовая нагрузка, необходимая для обеспечения необходимого тягового усилия, достигается при полной комплектации трактора в рабочем состоянии дополнительным балансированием.

1.5 Технический уход за трактором

Затраты на технический уход за трактором не должны превышать 4 - 5 % от общего времени эксплуатации. Это должно быть достигнуто введением автоматической регулировки механизмов, сокращения течей смазки, введением сочленений с постоянной смазкой, централизацией смазки отдельных механизмов с автоматической дозаправкой, увеличением периодов между смазками, увеличением объема топливного бака, созданием удобства и легкого доступа к смазываемым и регулируемым точкам, введением болтовых соединений, не требующих периодической подтяжки, хорошими уплотнениями, не допускающих течи топлива и смазки. Смазка всех агрегатов трактора должна производится не более чем тремя видами смазочных материалов.

1.6 Надежность, долговечность, износостойкость

Надежность, долговечность, износостойкость узлов и агрегатов трактора (за исключением корпусных деталей) должны быть такими, чтобы обеспечивались следующие сроки службы до капитального ремонта: двигателя не менее 5000 часов, трансмиссии не менее 6000 часов, ходовой части не менее 4000 часов на черноземных почвах и не менее 2000 часов на песчаных почвах. Корпусные (базисные) детали должны работать без замены на протяжении всего срока службы трактора.

1.7 Условия труда и техника безопасности

Конструкция трактора должна отвечать «Единым требованиям безопасности к сельскохозяйственным тракторам, самоходным шасси, самоходным машинам и другим сельскохозяйственным машинам и орудиям».

1.8 Унификация с тракторами других типов

Должна быть предусмотрена максимальная возможная унификация по основным узлам и деталям с тракторами других классов. Следует предусмотреть возможность создания максимально унифицированных настоящей базовой моделью модификаций трактора для работы в горных условиях и болотистых почвах.

1.9 Двигатель трактора

Наименование параметра Показатель

Тип двигателя дизель

Номинальная мощность, л.с 110 - 120

Удельный расход при номинальной мощности, г/кВт ч 250 - 260

Коэффициент запаса крутящего момента, % 20 - 25

Частота вращения коленчатого вала, об/мин 1800 - 2000

Рабочий объем, л 10 - 15

Число цилиндров 4 - 6

Коэффициент приспосабливаемости не менее 1,15

Расход картерного масла в период гарантийного срока службы, в % от расхода топлива не более 2,5

Пусковое устройство должно обеспечивать надежный запуск основного двигателя с места водителя (пусковой двигатель с электростартером, управляемый с места водителя). Предусмотреть устройство, исключающее запуск двигателя, при отсутствии масла в системе, при перегретом двигателе. Пусковые качества должны отвечать временным требованиям к системе пуска тракторных и комбайновых двигателей.

1.10 Силовая передача и тормоза

Силовая передача трактора механическая многоступенчатая передача с дистанционным переключением на ходу без остановки трактора. Механизм поворота должен обеспечивать устойчивое прямолинейное движение при смещении точки приложения тягового усилия до 150 мм от продольной оси трактора и плавные повороты трактора на концах гонов, с агрегатами, рабочие органы которых не выключаются (зубовые бороны, дисковые бороны и др.). Тормоза, гарантирующие надежное фиксируемое удержание трактора на предельных по устойчивости подъемах и спусках.

1.11 Ходовой аппарат

Ходовой аппарат и подвеска трактора должны обеспечивать необходимые условия работы тракториста и сохранность машины при работе на повышенных скоростях при выполнении сельскохозяйственных операций и транспортирования навесных орудий. Конструкция гусеницы трактора должна обеспечивать нормальную работу в зимних и летних условиях. Должна быть предусмотрена возможность установки специальных гусениц для работы с искусственным покрытием. Периодичность пополнения смазки в ходовой системе - не чаще чем через 1000 часов.

2. Техническое задание

Наименование показателя	Показатель
Тяговый класс	4
Номинальное тяговое усилие, кН	4
Наибольшая тяговая мощность, кВт	87
Скорость движения при номинальном тяговом усилии, км/ч	6.0 - 7.5
Удельный расход топлива при наибольшей тяговой мощности, г / кВт.ч	260
Условный тяговый КПД	0.75
Максимальная мощность на валу отбора мощности (ВОМ) при регламентированной предприятием - изготовителем трактора частоте вращения коленчатого вала двигателя, кВт.	111
Удельный расход топлива при максимальной мощности на ВОМ, г/кВт.ч	210
К.п.д передачи от выходного вала двигателя к хвостовику ВОМ при максимальной мощности на ВОМ	0.96
Относительный расход масла двигателем, %	1.0
Мощность двигателя, кВт - номинальная - эксплуатационная	115 110
Корректорный коэффициент запаса крутящего момента двигателя, %	21
Скорость движения при регламентированной предприятием - изготовителем трактора частоте вращения коленчатого вала двигателя и отсутствии буксования, км/ч: переднего хода: - наименьшая замедленная - наибольшая рабочая - наибольшая транспортная заднего хода: - наименьшая - наибольшая	4.5 14.0 16.0 6.0 6.0
Наибольшее отношение смежных передаточных чисел в рабочем диапазоне скоростей	1.259
Число передач: - переднего хода - заднего хода	5 1
Масса трактора, кг: - конструктивная с основным оборудованием - конструктивная без основного оборудования - эксплуатационная без балласта - эксплуатационная с балластом	7300 7100 7610 8010
Наибольшее из средних условных давлений движителей, кПа	32
Дорожный просвет, мм	438
Колея, мм	1330
Наименьший радиус поворота, м	1,3
База трактора, мм	1830
Глубина преодолеваемого брода, м	0,8
Грузоподъемность навесной системы, кГс	3000
Условный объемный коэффициент гидросистемы навесного устройства	0.65
Максимальная расчетная отдаваемая мощность насосов по отношению к номинальной мощности двигателя, %	20
Длительность непрерывной работы без дозаправки топливом при загрузке двигателя, моточасы	10
Время подготовки двигателя к работе и время его пуска (при температуре окружающей среди минус 40 градусов), часов	0.5
Число видов агрегатируемых машин	80
Ресурс до первого капитального ремонта, моточасы - трактора - двигателя - трансмиссии - несущей системы	12000 12000 12000 ПСС
Срок службы, лет	10
Коэффициент готовности: - по оперативному времени - с учетом организационного времени	0.975 0.97
Удельная конструктивная масса, кг/кВт	92,1
Число сортов масел и смазок, применяемых в тракторе	2
Габаритные размеры, мм: - ширина при минимальной колее - длина с навесной системой в транспортном положении - высота	1860 5590 3095
Параметры на рабочем месте водителя: - максимальная температура воздуха в теплый период года, град. - минимальная температура воздуха в холодный период года, град - максимальный уровень шума, дБА - максимальная концентрация окиси углерода, мг/м3	По ГОСТ 16035 - 81 33 14 80 20
Параметры вибрации: - среднее квадратическое значение на месте оператора, м/с2	По ГОСТ 16035 - 81 0,55 - 1,9
Максимальное усилие сопротивления перемещению органов управления - муфты сцепления - коробки передач - механизма поворота - тормозной системы	По ГОСТ 16035 - 81 150 160 100 250
Путь торможения, м	2.4
Среднее замедление при торможении, м/с2	3,5
Углы поперечной статической устойчивости, град.	45
Предельные углы подъема и спуска, град.	30
Коэффициент применяемости, %	0,95
Коэффициент повторяемости, %	0,9
Коэффициент межпроектной унификации, %	0,8

3. Технические решения

3.1 Классификация гусеничных цепей

Гусеничная цепь является главным элементом гусеничного движителя, через которую реализуются основные положительные качества гусеничного трактора.

Обычно на тракторе устанавливают движитель с двумя гусеницами. Существуют конструкции сочлененных тракторов с четырьмя гусеницами.

Гусеницы служат для создания большой опорной поверхности, обеспечивающей необходимое давление на почву при значительном весе трактора и надежное сцепление его с почвой, а также для создания бесконечных рельсовых путей для перекатывания опорных катков движителя и преобразования крутящего момента, подводимого к ведущим колесам, в силу тяги, перемещающую тракторный агрегат.

Учитывая назначение гусениц и тяжелые внешние условия их работы, к ним предъявляют ряд дополнительных требований: они должны обладать повышенной прочностью и износостойкостью при возможно меньшей материалоемкости; быть предельно простыми и недорогими в изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Современные гусеницы классифицируют, в первую очередь, по типу их общей конструкции. Первые - традиционные, состоящие из отдельных металлических шарнирно соединенных звеньев, а вторые - монолитные резиноармированные (РАГ), на отечественных тракторах ранее не применявшиеся.

Дальнейшую основную классификацию металлических гусениц проводят по конструктивному выполнению их звеньев - они бывают составные и цельнолитые. Помимо этого звенья гусениц можно различать: по типу беговой дорожки опорных катков - рельсовые и плоские; по расположению шарнира на звене - приподнятый и опущенный; по типу шарнира - закрытый, открытый, упругий (резинометаллический).

Необходимо отметить, что конкретной конструкции звена обычно присущи сразу несколько квалификационных признаков.

3.2 Составная гусеница рельсового типа с приподнятыми закрытыми шарнирами

Составное звено гусеницы рельсового типа с приподнятым закрытым шарниром на сельскохозяйственных тракторах исторически появилось ранее литого плоского звена. Оно состоит (рис.1.1,а) из двух отдельных штампованных щек (рельсов) 6 и 7 зеркальной конфигурации, соединительных деталей - втулки 11 и пальца 12, опорной профильной плиты 8 (обычно называемой башмаком) и болтов 5 с шайбами 9 и гайками 10.

Обработанные механически и термически щеки 6 и 7 имеют по два отверстия: большое - для запрессовки втулки 11 и малое - для соединительного пальца 12 звеньев. Втулки и пальцы выполняют, как правило, из малоуглеродистых сталей, с последующей цементацией и закалкой поверхностей трения. Помимо этого на внутренней обработанной плоскости щеки у малого отверстия сделана небольшая кольцевая выточка "А", как показано на сечении шарнира (рис.1.1,6). При сборе гусеницы вначале на концы втулки 11 напрессовывают правую 6 и левую 7 щеки так, чтобы ее края несколько выступали за внешние обработанные плоскости щек. При последующей сборке соединительный палец 12 свободно проходит через отверстие втулки 11, а на его выступающие концы последовательно напрессовывают следующую пару щек с соединительной втулкой и т. д. Соединенные таким образом щеки звеньев образуют беговую дорожку для опорных катков в виде рельс. Поэтому такие звенья и получили название "рельсового типа".

К нижней поверхности каждой пары щек (рис.1.1,а) посредством болтов 5, гаек 10 и стопорных шайб 9 крепится башмак 8 с поперечным грунтозацепом "Б", выполненный из стали фасонного профиля.

Шарниры рельсовых звеньев обычно закрытого типа и приподняты над поверхностью башмака. Закрытый шарнир обеспечивается тем, что (рис.2.9,б) выступающие концы втулок 11 входят в кольцевые выточки "А" сложных наружных щек 6 и 7, образуя лабиринтное уплотнение "В", препятствующее попаданию внешнего абразива в его внутреннюю часть.

Так как звенья спрессовываются большим усилием, порядка 1000 кН, то для установки гусеницы или ее снятия с движителя одно из ее звеньев делается легкозамыкающим. В этом звене (рис.1.1) втулку 3 делают более короткой, чтобы она не выходила за пределы отверстий щек, в которые она запрессована, а концы соединительного пальца 2 чаще всего делают с коническими отверстиями и продольным разрезом. При замыкании гусеницы соединительный палец 2 свободно входит в малые отверстия наружных щек и соединительную втулку 3, после чего в его концы запрессовывают стопорные конуса 1, заклинивающие концы пальца в отверстиях щек. Для того чтобы выпрессовать конуса 1 при разборке гусеницы в них выполнены резьбовые отверстия "Г", закрытые во время работы обычно деревянными пробками. Дополнительные кольца (шайбы) 4, заменяющие отсутствующие выступающие концы соединительной втулки 3, обеспечивают создание лабиринтного уплотнения закрытого шарнира замыкающего звена.

Рассматриваемая гусеница имеет цевочное зацепление с ведущим колесом движителя, где роль цевки выполняет наружная поверхность соединительной втулки звена.

Главными достоинствами составных гусениц рельсового типа являются: наличие закрытого шарнира, изолирующего его внутренние поверхности трения от попадания на них абразива, что значительно снижает их износ и повышает долговечность его работы; приподнятость шарнира над башмаком, что также степени предохраняет его от попадания в него абразива; приподнятый над грунтом более чистый рельсовый путь оказывает меньшее сопротивление качению опорных катков; лучшая ремонтопригодность, позволяющая заменять изношенные детали составного звена и при необходимости - увеличивать (уменьшать) опорную поверхность башмаков или устанавливать на них дополнительные резиновые подкладки для движения трактора по дорогам с твердым покрытием.

Основными недостатками этих гусеничных звеньев являются: большая металлоемкость (достигающая до 25% от массы трактора); большая сложность и трудоемкость их изготовления по сравнению с цельнолитыми гусеничными звеньями; сложность в эксплуатации, требующая специальных прессовых приспособлений для их разборки и сборки во время ремонта.

Однако, несмотря на отмеченные недостатки составные рельсовые гусеницы имеют весьма широкое применение на тракторах, особенно - больших тяговых классов, работающих на песчаных грунтах, главным образом из-за высокой долговечности шарниров закрытого типа и ремонтопригодности составных звеньев гусениц.

Для повышения долговечности шарниров и снижения в них потерь мощности на трение в лучших их конструкциях (рис.1.2) применяют жидкостное смазывание пар трения и дополнительные уплотнения. В этих шарнирах соединительная втулка 2 по длине такая же, как в замыкающем звене, не выходящая за пределы отверстия щеки 3, но с тщательно обработанными торцами, используемыми как поверхности трения торцового уплотнения. К ним и к торцу расточки в щеке 5 поджаты стороны резиновых уплотнительных колец 4 с расжимным резиновым кольцом 8. Одновременно, уплотнение 4, находясь на поверхности полиуретановых упорных колец 9, дополнительно защищает внутреннюю полость шарнира от проникновения в него абразива.

Соединительный палец 6 делается полым для заправки смазки и с отверстием 10 для ее подачи на поверхности трения шарнира. В торцы пальца 6 запрессовываются резиновые заглушки 7 с отверстием для закачки смазки, закрытым пластиковой пробкой.

В некоторых конструкциях подобного шарнира вместо уплотнения 4 применяют уплотнительное нажимное кольцо 11 из плотной резины, закрепленное в металлической обойме 12, которая запрессовывается в расточку щеки 5 так, чтобы торец кольца 11 был поджат к торцу втулки 2.

Составные рельсовые звенья позволяют значительно увеличивать опорную поверхность гусеничного движителя путем замены обычных башмаков более широкими. Для этого к обычной гусеничной цепи крепятся уширенные башмаки.

3.3 Гусеницы с литыми звеньями

Цельнолитые звенья гусениц изготавливают отливкой из высокомарганцовистых сталей и по типу беговой дорожки они бывают плоскими или рельсовыми.

Плоские необработанные звенья гусениц для цевочного зацепления (рис.1.3,а) представляют собой литые фасонные плиты с беговыми дорожками 1, которые в средней части соединены широкой перемычкой - проушиной 2, являющейся цевкой для зацепления с ведущим колесом. Чтобы гусеница не соскакивала во время работы, на звеньях отлиты направляющие гребни 3 для качения опорных катков. Звенья соединяются друг с другом посредством цементованных и закаленных стальных пальцев 6, свободно вставленных в отверстия 4 соединительных проушин и закрепленных в них посредством шайб 7 и шплинтов 8. Число проушин зависит от ширины звена, но предпочитают их делать возможно большим, так как при этом уменьшается концентрация напряжений на их кромках из-за изгиба пальца, что несколько повышает долговечность шарнира открытого типа. Обычно применяют пяти и семипроушинные шарниры.

Для лучшего сцепления звеньев с грунтом на стороне проушин обращенных к нему выполнены приливы - грунтозацепы в виде шпор 5.

Плоские литые звенья гусениц для гребневого зацепления (рис.1.3,б) имеют беговые дорожки 1, аналогичные ранее рассмотренным. Основные отличия этого звена от предыдущего состоят в наличии центрального гребня 2, расположенного между беговыми дорожками и служащего для зацепления звена с ведущим колесом и направления движения опорных катков, и в наличии одного сплошного поперечного грунтозацепа 3.

Преимуществом литых плоских звеньев по сравнению с составными рельсовыми, являются простота их изготовления и обслуживания, небольшая стоимость и относительно малая масса.

Основным недостатком этих звеньев является низкая долговечность, не превышающая на обычных почвах 1200...2000 ч., а на песчаных опускаясь даже до 250...350 ч. Главной причиной этого является открытый шарнир низкого расположения, позволяющий абразиву свободно проникать в проушины и производить быстрое изнашивание их и соединительных пальцев, делая звено неремонтопригодным, что в целом приводит к удорожанию эксплуатации трактора.

Дополнительным недостатком гусениц с цельнолитыми звеньями является повышенное сопротивление качению опорных катков по плоским беговым дорожкам, покрытым землей при работе трактора на мягких и рыхлых грунтах.

3.4 Литые гусеницы рельсового типа

Цельнолитые гусеничные звенья рельсового типа (рис.1.4) представляют собой фигурные стальные отливки состоящие из плоской опорной плиты 4 (башмака) с почвозацепом 6 на ее нижней стороне и двух направляющих фигурных щек 5 (рельс) - на верхней. Щеки имеют, в основном, такую же конфигурацию, как штампованные щеки составного рельсового звена - с отверстиями для втулки и соединительного пальца. При этом внутренние щеки одного звена при сборке входят в пространство между наружными щеками другого звена. Перед сборкой гусеницы в каждое отверстие одной наружной стороны щеки запрессовывают малые втулки 1. Затем последовательно совмещают отверстия наружных и внутренних щек сопрягаемых звеньев и запрессовывают в последние втулку 2 так, чтобы ее концы несколько входили в отверстия наружных щек. Соединительный палец 3, выполненный ступенчатым с утолщенной головкой, свободно входит во втулку 2 и запрессовывается концом в ранее установленной втулке 1, а головкой - в отверстие противоположной наружной щеки, образуя тем самым закрытый приподнятый шарнир. Выступающие концы втулки 2 одного звена, входя в отверстия щек другого звена, образуют лабиринтное уплотнение, предотвращающее попадание абразива в шарнир, как в ранее рассмотренных составных звеньях рельсового типа.

Перед замыканием гусеницы в отверстие внешней щеки замыкающего звена впрессовывают короткую втулку 8, не выступающую за ее края, а в отверстие противоположной внешней щеки устанавливают дополнительное кольцо 11. Во внутренние щеки другого замыкающего звена впрессовывают короткую втулку 10, не выступающую за габариты щек. Затем совмещают отверстия замыкаемых звеньев и свободно вставляют замыкающий палец 9 с продольно разрезанными коническими отверстиями на его торцах. После этого вставляют стопорные конуса 12 в отверстия пальца и запрессовывают их через оправку. Резьбовые отверстия в конусах, закрытые пробками 7, служат для выпрессовки конусов при размыкании гусеницы. Гусеница имеет цевочное зацепление с ведущим колесом, причем обычно оно осуществляется через один зуб.

Достоинством литых гусеничных звеньев рельсового типа является их более высокая долговечность по сравнению с плоскими литыми звеньями (примерно в 1,5...2 раза) и относительная простота изготовления. Помимо этого они имеют и ряд других положительных качеств составных рельсовых звеньев.

Вместе с тем их недостатком является большая металлоемкость, достигающая 20...22% от массы трактора, шумность в работе и плохая ремонтопригодность, что сдерживает их широкое применение в гусеничных движителях.

3.5 Гусеницы с РМШ

Чтобы повысить срок службы шарниров плоских литых гусениц было предложено много способов, среди которых наиболее перспективным является применение резинометаллических шарниров (РМШ). Рассмотрим в качестве примера схему РМШ с ограничителями радиальной деформации резиновых втулок (рис.1.5). На соединительный палец 2 предварительно поочередно устанавливают ограничительные металлические втулки 4 с наружным диаметром меньшим, чем отверстие в проушине и резиновые втулки 3 с внешним диаметром на 35...40% больше диаметра отверстия в проушине, которые затем вулканизируются. После этого обычно комплект "палец - втулки" впрессовывается в предварительно расточенные проушины соединяющихся звеньев 1 и 5. В обычных условиях эксплуатации под действием тягового усилия сжимаются только резиновые втулки 3. Когда же сила тяги приближается к максимальной в контакт в проушиной вступают и металлические втулки 4, предотвращая тем самым разрушение резиновых. Поворот звена 1 относительно звена 5 приводит к закручиванию резиновых втулок 3. При этом втулки, запрессованные в проушины звеньев 1 и 5, закручиваются в разные стороны. Чтобы уменьшить деформацию скручивания резиновых втулок при перегибах гусеницы в ее движении с ведущим и направляющим колесами движителя, звенья гусеницы предварительно соединяют друг с другом под углом 12... 14°.

Таким образом, в гусеницах с РМШ возможность складывания звеньев (траков) друг относительно друга в точках перегиба обвода обеспечивается использованием упругого элемента. Наибольшее распространение в качестве упругих элементов в гусеницах получили резиновые втулки, работающие на сжатие и кручение. При этом в зависимости от схемы расположения резиновых втулок различают два вида упругих шарниров: с последовательным расположением упругих элементов (рис.1.6,а) и с параллельным расположением упругих элементов (рис.1.6,б), или, как принято сокращенно называть, последовательный и параллельный РМШ.

В последовательном РМШ (рис.1.6,а) звенья 1 и 3 гусеницы соединяют друг с другом соединительным пальцем 2. При этом сила тяги Р от одного звена к другому передается через резиновые втулки 4, которые в точках перегиба обвода скручиваются на угол а/2 в каждой проушине, где а - угол относительного поворота звеньев 1 и 3 гусеницы. В собранном виде резиновые элементы соседних звеньев гусеницы составляют один блок из последовательно расположенных вдоль оси пальца втулок чередующихся проушин.

В параллельном РМШ (рис.1.6,б) растягивающее усилие Р от звена 1 на звено 3 передается посредством двух соединительных пальцев 2 и скоб 5. Резиновые втулки 4 каждого звена, как и у последовательного РМШ, скручиваются в точках перегиба на угол а/2. У параллельного РМШ в собранном виде упругие элементы смежных звеньев гусеницы составляют два блока.

В гусеницах с параллельными РМШ разборность конструкции обеспечивается при помощи соединительных скоб 5, которые обычно крепят к пальцам болтами с клиновыми головками.

Для обеспечения разборности гусениц с последовательными РМШ приходится шарнир делать в виде составного блока из резинометаллических втулок (резиновое кольцо привулканизировано к металлическому кольцу) и соединительного пальца. При этом неподвижность втулок на пальце достигается тем, что палец и внутренние отверстия втулок делаются фасонными, чаще всего шестигранными. Втулки стягиваются на пальце гайками.

Длина резиновых втулок, через которые передается тяговое усилие Р (рис.1.6) у гусеницы с последовательными РМШ составляет 45...50% от общей ширины гусеницы, у гусеницы с параллельными РМШ - 60.. .70%. Поэтому гусеницы с параллельными РМШ целесообразно применять только на мощных тракторах больших тяговых классов, так как они обеспечивают более высокую стабильность шага при изменении тягового усилия.

Однако, несмотря на значительное повышение долговечности РМШ (до 6000 ч.) и меньшую шумность работы гусеницы, их широкое применение на тракторах ограничено повышенной стоимостью производства и сложностью эксплуатации.

3.6 Резиноармированные гусеницы

Резиноармированные гусеницы (РАГ) представляют собой монолитную конструкцию, армированную стальными тросами и закладными металлическими элементами, завулканизированными в кордовую резиновую ленту. Последние служат, в большинстве случаев, для цевочного зацепления гусеницы с ведущим колесом движителя. Общий вид РАГ показан на рисунке 1.7,а, а условный ее разрез по закладному элементу и цевке показан на рисунке 1.7,б.

Существуют конструкции РАГ, в которых отсутствуют закладные металлические элементы. Здесь передача крутящего момента с ведущего колеса на гусеницу осуществляется за счет сил трения между ними. При этом ведущее колесо выполняется гладким с резиновым бандажом или пневматической шиной для увеличения трения с гусеницей. Такие конструкции РАГ менее перспективны, так как требуют сильного натяжения гусениц, что приводит к снижению их долговечности.

Более перспективны РАГ с закладными металлическими элементами, зацепляющимися с ведущим колесом.

РАГ начинают находить все более широкое применение в современных тракторах, благодаря ряду их положительных качеств:

высокой долговечности (до 6000 ч.), примерно в два раза большей по сравнению с гусеницами с открытыми металлическими шарнирами;

возможностью выполнения трактором транспортных работ на асфальтовом и бетонном покрытиях без их разрушения;

на 25...30% меньше уплотняющее воздействие на почву при одинаковой ширине с металлическими гусеницами;

возможность установки РАГ на серийный гусеничный трактор без переделки конструкции движителя.

Помимо этого, они обладают хорошей самоочищаемостью от грязи при любой влажности и снабжены формами грунтозацепов, исключающих сползание трактора при работе на косогорах.

К недостаткам РАГ подобного типа следует отнести относительную сложность производства и сложность установки гусеницы на трактор в полевых условиях.

3.7 Патентное исследование

3.7.1 Усовершенствованный шарнир гусеничной цепи

Известно изобретение повышающее долговечность шарнира гусеничной цепи. Для этого в проушинах звеньев 1 гусеничной цепи (рис.1.8) устанавливаются плавающие втулки 2, 3, 4, 5 и 6, общая длина которых больше ширины всех проушин на суммарную величину зазоров между проушинами. Втулки соединяются пальцем 7 Палец и втулки зафиксированы в проушинах звеньев ограничителями, установленными на палец с обеих сторон и состоящими из шайб 8 и стопорных колец 9. В концевых проушинах между крайними втулками 2 и 6 и шайбами 8 установлены упругие уплотнительные кольца 10. Уплотнительные кольца, поджимая втулки, обеспечивают смыкание их торцов, что препятствует проникновению абразива в радиальные зазоры между пальцем и втулками.

Кроме того, за счет вращательной подвижности плавающих втулок относительно проушин и пальца темп износа деталей шарнира также снижается.

3.7.2 Уширенное звено гусеничной цепи

Уширенное звено гусеничной цепи содержит проушины для установки соединительных пальцев, несимметричные уширители и цевки для зацепления с ведущей звездочкой, выполненные в виде внешних и внутренних контактных поверхностей, - имеющих подобные изогнутые профили, соединенные продольной перемычкой. С целью повышения срока службы путем унификации звеньев и использования их на обеих сторонах транспортного средства, центры радиусов изогнутых профилей внешних и внутренних контактных поверхностей цевок равноудалены в противоположные стороны от плоскости, проходящей через оси проушин, а соединяющая их плоскость расположена под углом по отношению к указанной плоскости, проходящей через оси проушин.

На рисунке 1.7 изображено звено гусеничной цепи, вид в плане; на рисунке 1.8 - разрез А-А на рисунке 1.7.

Звено гусеничной цепи включает центральную опорную часть 1 (рис 1.7) с беговыми дорожками 2, ребордами 3 и элементы цевочного зацепления, выполненные в виде двух геометрически подобных радиальных поверхностей - внешней 4 и внутренней 5, соединенных между собой продольной перемычкой 6.

Звено гусеничной цепи имеет проушины 7 под соединительные пальцы и несимметричный уширитель, образованный коротким 8 и длинными 9 крыльями. Все элементы звена выполнены в виде единой отливки.

Центры О и О1 радиусов R контактных поверхностей элементов цевочного зацепления (рис 1.8) равноудалены на расстояние а, в противоположные стороны от плоскости, проходящей через оси проушин звена, и лежат в плоскости, составляющей с ней угол 10 - 25?, причем этот угол имеет меньшую величину при малом шаге гусеничной цепи и большем диаметре ведущей звездочки и наоборот.

Такие гусеничные звенья могут одинаково работать как с внешним, так и с внутренним цевочным зацеплением с ведущей звездочкой ходовой части транспортного средства. В первом случае ведущая звездочка взаимодействует с внешней контактной поверхностью 4, во втором - с внутренней 5.

Звенья с помощью проушин 7 и соединительных пальцев собирают в гусеничные цепи и устанавливают на транспортном средстве так, чтобы длинные 9 крылья звеньев левой и правой цепей были направлены в наружные стороны от продольной оси машины. Это достигается путем разворота одной из гусениц на 180°. Затем звенья одной гусеничной цепи вводят в зацепление с ведущей звездочкой по внешней контактной поверхности 4 цевочного зацепления, а звенья другой - По внутренней поверхности 5.

В процессе эксплуатации транспортного средства при износе контактных поверхностей элементов цевочного зацепления и зубьев ведущих звездочек производят совместную перестановку гусениц и венцов ведущих колес с одной стороны гусеничного хода на другую, при этом в работе поочередно включаются практически неизношенные контактные поверхности.

Элементы цевочного зацепления включают последовательно в работу каждую из контактных поверхностей, что обеспечивает возможность перестановки гусеничных цепей и венцов ведущих звездочек по мере износа их контактных поверхностей с одной стороны на другую, увеличивая тем самым срок служб звеньев и снижая эксплуатационные расходы.

3.7.3 Звено для тягового средства повышенной проходимости

Изобретение предназначено для тягового средства повышенной проходимости на гусеничном ходу, и обеспечивает улучшение ходовых качеств на грунтах с различными деформационными свойствами. Для этого опорная поверхность звена образована плоскими участками в зоне действия опорных катков и куполообразным сводом между плоскими участками, а также выпуклыми крыльями с плавным сопряжением между собой на основе параболической сплайн-функции. Плоские участки опорной поверхности обеспечивают устойчивость звеньев на жестком грунте, а на слабодеформируемом вступают в контакт перемычки между основанием крыльев, свода и плоских участков, которые улучшают поперечную устойчивость транспортного средства. На грунтах с малой несущей способностью куполообразный свод концентрирует напряжение в грунтовом пространстве, что повышает тягово-сцепные свойства.

Звено выполнено цельным и содержит тело 1 звена с беговыми дорожками 2, направляющими гребнями 3 и проушинами. К телу звена примыкают короткое крыло и длинное - уширитель, которые имеют выпуклую форму в сторону почвы.

Тело звена в центре имеет вогнутую куполообразную форму 7. Она плавно переходит в плоские участки поверхности звена и далее - в выпуклые по форме крыльев, в результате чего образуются перемычки 9.

Звено изготавливается, например, единой отливкой, а плавность перехода из одной поверхности в другую обеспечивается параболической сплайн-функцией, причем кривизна выпуклой формы крыльев и их ширина выбираются из условия равенства моментов сил, возникающих при вертикальной, деформации грунта относительно осей беговых дорожек.

При движении транспортного средства по жесткому грунту каждое звено гусеницы контактирует плоскими участками своей опорной поверхности, находящимися в зоне нагрузок, воспринимаемых от опорных катков. Этим обеспечивается устойчивость звеньев.

При взаимодействии звена со слабо-деформируемым грунтом в контакт вступают перемычки 9, которые улучшают поперечную устойчивость движения транспортного средства, в частности, на косогоре.

При погружении звена в грунт с малой несущей способностью криволинейная часть его опорной поверхности вызывает в зоне контакта с грунтом отклонение приложенной нагрузки от вертикали и появление касательных составляющих в виде сил трения между поверхностью звена и грунтом, а также нормальных составляющих, воспринимаемых объемно деформируемым пространством грунта. Поэтому под выпуклой поверхностью крыльев образуется зона рассеивания напряжений, которая способствует понижению уровня нагрузки кромок звена на грунт, что обеспечивает предохранение его верхнего слоя от разрушения.

Под вогнутой формой поверхности звена напряжение концентрируется вглубь грунтового объема, т. е. грунтовые слои подвергаются обжатию, тем самым, конструкция звена обеспечивает повышение сцепных свойств защемленного грунта с его опорной поверхностью.

3.7.4 Трак гусеничной цепи

Изобретение предназначено для использования в качестве опорной части трака (литого, составного или другого типа) гусеничной цепи транспортного средства. Цель изобретения - повышение сцепления с опорной поверхностью. Трак гусеничной цепи содержит основание и расположенные на. нем по изогнутой линии поперек гусеничной цепи и расчлененные на ряд зубьев грунтозацепы. Зубья в ряду расположены с промежутками в проекции на плоскость, поперечную продольной оси гусеничной цепи. Ширина зубьев в проекции на ту же плоскость равна 0,5-1,1 их высоты, а ширина промежутков равна 0,2-1,2 ширины отдельного зуба. Крайние грунтозацепы образуют угол 150 - 170°, биссектриса которого совпадает с продольной осью гусеничной цепи, а вершина обращена в сторону передней кромки трака на рабочем участке этой цепи.

Трак составной гусеницы, опорная часть которого содержит основание и расположенные на нем снизу по изогнутой линии поперек гусеничной цепи расчлененные на ряд зубьев грунтозацепы, причем ширина зубьев в проекции на плоскость, поперечную продольной оси гусеничной цепи, равна 0,5-1,1 их высоты, а расстояние между ними в проекции на ту же плоскость равно 0,1-1,1. ширины отдельного зуба. С такой конструкцией опорной части трака гусеничная цепь транспортного средства не обеспечивает достаточного сцепления с опорной поверхностью (грунтом, почвой или снегом) из-за того, что крайние зубья грунтозацепов не ориентированы относительно оси гусеничной цепи и направления движения трактора.

Как показали результаты испытаний, в диапазоне угла б существует качественный скачок, а коэффициент сцепления трака на 10-20% выше по сравнению с траком, у которого б =0. За пределами указанного диапазона б коэффициент сцепления всегда ниже (рис 1.11). Физически это явление объясняется следующим. Как известно, при сдвиге трака в почве возникает напряжение, изобары которых показаны на рисунке 1.10. Изобары располагаются в основном в секторе с углом 2у, составляющим в зависимости от почвенных условий угол 60-90°, и концентрируются в направлении центра площадки нагружения (в нашем случае площадкой нагружения является каждый зуб грунтозацепа). Известно также, что величина максимальных напряжений ф при сдвиге почвы траком может определяться по зависимости Мора-Кулона:

С0+qtgв (1.1)

где С0 - сцепление почвы;

в - угол внутреннего трения почвы;

q - нормальное давление (пригрузка).

Из зависимости (1.1) следует; что для одной и той же почвы чем больше нормальное давление q, тем больше ф, а при отсутствии пригрузки q=0 напряжение ф определяется только сцеплением почвы. Таким образом, чем больше в сторону отрицательного угла б будет изменяться наклон крайнего зуба, тем большая часть изобар будет располагаться вне ширины трака и тем большая часть суммарного напряжения сдвига будет состоять из напряжений, определяемых только сцеплением почвы. И, наоборот, чем больше в стороны положительного угла будет изменяться наклон крайнего зуба, тем большая часть изобар будет располагаться под траком (под пригрузкой), и тем большая часть суммарного напряжения сдвига будет состоять из напряжений, определяемых равенством (1.1). За пределами оптимального диапазона угла б = 5-15 (по данным экспериментов это происходит на различных почвах) суммарное напряжение сдвига, так же как и коэффициент сцепления трака, начнет снижаться.

При расположении крайнего зуба под углом б к горизонтали появляется возможность снизить его массу. Это происходит из-за того, что момент сопротивления изгибу зуба возрастает пропорционально квадрату высоты его сечения, тогда как масса - только пропорциональна толщине зуба. Зуб расположенный под углом к горизонтали, можно сделать менее металлоемким при той же прочности.

Таким образом, расположение крайних зубьев грунтозацепа опорной части трака в оптимальной зоне позволяет повысить сцепление гусеницы трактора, с опорной поверхностью и снизить металлоемкость, что в конечном счете повышает КПД и производительность трактора, а также снижает буксование, расход топлива и разрушение почвы.

3.7.5 Гусеничная цепь транспортного средства

Сущность изобретения: гусеничная, цепь транспортного средства содержит соединенные между собой шарнирно звенья 1 (рис. 1.12) и прикреплённые к ним накладки 2. Эластичные армированные накладки 2 выполнены с грунтозацепами, расположенными под шарнирами смежных звеньев с возможностью плотного прилегания друг к другу по плоскости, проходящей перпендикулярно беговой дорожке звена. Накладка 2 выполнена по длине, равной или несколько больше шага звена гусеницы.

Известны гусеничные цепи, состоящие из литых многопроушинных или штампованных составных звеньев с открытыми или закрытыми шарнирами, с металлическими грунтозацепами на плите звена или съемном башмаке. Одним из недостатков таких гусеничных цепей является невозможность использования гусеничных транспортных средств для движения по дорогам с твердым покрытием.

При применении известных конструкций съемных накладок без почвозацепов необходимо возить их на тракторе, устанавливать для движения по дорогам с твердым покрытием и снимать по прибытии на поле. В связи с этим такие накладки не получили широкого распространения.

Известны также гусеничные цепи, содержащие соединенные между собой шарнирной связью звенья и прикрепленные к ним эластичные армированные накладки, .выполненные с почвозацепами. Преимущественно такие накладки выполняются гладкими и предназначены большей частью для скоростных транспортных средств.

Одним из недостатков таких гусеничных цепей является повышенное буксование их на тяговых гусеничных машинах при выполнении сельскохозяйственных (тяговых) работ. Повышенное буксование приводит к местному уплотнению почвы, нарушению ее структуры, ветровой эрозии и снижению плодородия почвы.

Снижение уплотняющего воздействия на почву путем ограничения обратного угла складывания гусеничной цепи достигается тем, что в гусеничной цепи транспортного средства, содержащей соединенные между собой шарнирной связью звенья и прикрепленные к ним эластичные армированные накладки, выполненные с почвозацепами, каждый грунтозацеп расположен под шарниром смежных звеньев и образован из двух частей, каждая из которых расположена по концам смежных звеньев с возможностью плотного прилегания друг к другу торцов указанных частей смежных звеньев по плоскости, проходящей перпендикулярно беговой дорожке звена, при этом размер накладки по длине не менее шага звена гусеницы.

Предлагаемая гусеничная цепь состоит из литых или штампованных звеньев, соединенных между собой шарнирно, и 'съемных или несъемных накладок.

Звенья гусеницы имеют цевку (или гребень) для зацепления с ведущим колесом, проушины для шарнирного соединения звеньев, беговые дорожки и реборды для опорных катков, а также опорные площадки звена гусеницы. Для литых звеньев может быть выполнена система оребрения плиты звена для повышения изгибной прочности детали. В предлагаемой конструкции гусеничной цепи транспортного средства звено выполнено без почвозацепов Съемная накладка выполнена из эластомера, преимущественно из резины, армированной металлическим каркасом и имеющей на концах в продольном направлении почвозацепы из основного материала накладки, без армирования. Почвозацепы накладок расположены под шарнирами, соединяющими звенья между, собой, и выполнены так, что каждый почвозацеп образуется из двух частей, выполненных одна на данной, другая на соседней накладках. Элементы почвозацепов каждой накладки при горизонтальном расположении гусеничной цепи соприкасаются с соответствующими элементами почвозацепов соседней накладки по плоскости, проходящей перпендикулярно беговой дорожке звена, и образуют составной почвозацеп гусеничной цепи в целом. Таким образом, накладка, выполненная по длине равной шагу звена или несколько больше, при установке в горизонтально расположенную гусеничную. цепь создает определенный подпор на соседнюю накладку, который определяет усилие сопротивления обратному складыванию гусеницы и обеспечивает перераспределение нагрузки от опорного катка на соседние звенья. Этим уменьшается коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине опорной поверхности гусеницы без интервала выбора зазора между упорами звеньев и выравниваются эпюры максимальных давлений на почву.

Введенная внутрь накладки из эластомера коробчатая металлическая арматура для обеспечения надежного соединения со звеном гусеницы создает жесткое основание накладки плотное его прилегание к опорной площадке звена, имеющей преимущественно сложную поверхность. При этом арматура накладки не входит в элемент почвозацепа чем обеспечивается его упругость. Располагаясь горизонтально при соприкосновении гусеничной цепи с почвой, элементы почвозацепов, действуя друг на друга, деформируются и уменьшают объем пространства, между элементами почвозацепов одной накладки, в которое набивается грязь. При выходе звена гусеницы на наклонную ветвь гусеничного обвода или ведущее и направляющее колеса подпор исчезает, объем между элементами почвозацепов увеличивается, что способствует самоочищению гусеницы от грязи.

Преимуществом предлагаемых ограничителей обратного угла складывания, выполненных из эластичного материала, является то, что при незначительных положительных углах поворота звеньев происходит касание друг друга упоров ограничителей соседних звеньев. При этом упоры расположены на расстоянии, большем, чем шаг звена. При нулевом угле поворота происходит взаимная деформация упоров, что создает, усилие сопротивления повороту звеньев с отрицательным углом. Гусеничная цепь под опорными катками по своим свойствам приближается к свойствам единой (бесшарнирной) плиты и в передаче давления опорного катка участвуют и соседние звенья. Максимальное давление, соответственно, резко снижается. В то же время, при переезде единичного препятствия возможно образование отрицательного угла складывания за счет значительной деформации упоров без нарушения их функциональных свойств.