CN108602540A - 用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于履带式车辆的底架组件。该底架组件包括：至少一个闭环橡胶带，该橡胶带一体地设有由嵌入在构成所述橡胶带的橡胶体中的多个金属元件制成的连续嵌件。所述金属元件彼此之间间隔开固定的预定距离，所述距离确定所述橡胶带的节距。所述橡胶带中进一步包封有一个或多个加强元件，每个加强元件由金属丝束构成，所述金属丝束根据与所述橡胶带的纵向展开中心轴线基本平行的轴线取向。所述组件还包括每个橡胶带的多个滚动元件，所述多个滚动元件由至少一个驱动链轮、至少一个惰轮和多个辊子构成，所述至少一个驱动链轮被构造成与所述连续嵌件的金属元件啮合，并且使相应的橡胶带旋转地移动。每个驱动链轮由齿轮构成，所述齿轮与至少一个圆盘成一体，所述圆盘布置在与所述齿轮的展开平面平行的平面上。在所述齿轮和每个圆盘之间插设有环形凹槽，并且每个圆盘设有与所述橡胶带的内表面的预定部分接合的光滑圆周表面，以便吸收在所述橡胶带与所述橡胶带的所述多个滚动元件全体之间产生的接触力的一部分。

Description

用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮

本发明总体上涉及一种用于履带式车辆的底架组件，具体而言，涉及这样一种用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮，该驱动链轮设有一体的惰轮。

履带式作业车辆的传统底架组件(也称为“履带”)通常包括一对平行金属链条，每个金属链条都由一系列连续的铰链式铰接接头制成，这些铰接接头通过合适的刚性连接构件(称为履带的链节)连接在一起并保持恒定距离。履带还包括多个衬套和销，这些衬套和销插设在链节之间以将链节末端相连而形成链条。衬套和被支撑链节彼此相配合而形成多个履带接头，这些履带接头允许相邻链节之间进行必要旋转运动。这允许相邻链节在履带缠绕在履带式车辆的轮(驱动轮和/或惰轮)上旋转时铰接地转动(articulation)。履带的旋转允许履带式车辆在地面上移动以实施履带式车辆的多种预期操作。

旨在用于土方作业的履带式车辆包括所谓的“紧凑式履带装载机”或CTL。这些车辆使用一对涂覆有橡胶的带而不是更普遍的金属链条。紧凑式履带装载机大约15年之前出现在市场上，并且目的是在被称为“滑移式装载机”或SSL的轮式车辆以及具有金属履带的小型拖拉机旁边作业，在某些情况下，用来替换这些轮式车辆和小型拖拉机。目前，“紧凑式履带装载机”的市场主要保留在美洲，并且这种车辆的年生产总量接近40000-50000台。“紧凑式履带装载机”开始被设计成达到大约10km/h的最大速度，但是近来它们的最大速度已经增加至15-17km/h。这些是相对于具有金属履带的车辆所能够达到的速度总体更高的值。“紧凑式履带装载机”因此越来越普遍并且正在侵蚀“滑移式装载机”以及具有金属履带的类似车辆的市场份额。

“紧凑式履带装载机”的每个橡胶带基本由三个主要部件构成：

-由嵌入在橡胶带中的多个金属元件制成的嵌件(“嵌入金属”)。这些金属元件彼此定位在固定的预定距离处，该距离确定橡胶带的节距；

-所谓的“钢丝绳”，换言之，像某种线束一样卷绕成圈的金属丝；以及

-橡胶化合物。

金属嵌件具有结构功能。换句话说，金属嵌件是支撑车辆载荷并给予这种车辆稳定性的部件，因为金属嵌件是配备有极高刚度的部件。在其中心部分中，金属嵌件还具有传递运动功能的特殊形状部分。在该中心区域中，金属嵌件实际上与它所联接的驱动链轮相啮合。

“钢丝绳”也是橡胶带的加强元件，并且特别是在牵引作用下工作，吸收纵向载荷，并减少由于橡胶化合物引起的弹性效应。由于这种特性，钢丝绳是驱动链轮尺寸大小所依据的参考元素。实际上，驱动链轮的几何形状必须与橡胶带的两个金属部分(嵌入金属和钢丝绳)所设定的尺寸约束相匹配并对这种匹配加以考虑。

最后，橡胶化合物具有通过其胎面几何形状创建车辆在地面上正确抓地力的功能。这种橡胶化合物显然也具有阻尼元件的功能。

紧凑式履带装载机在市场上日益普遍的存在突出了这些车辆的一些关键点，典型的是驱动链轮寿命不长以及振动和噪声现象。每当金属嵌件撞击前惰轮或后惰轮(通常都是凸缘类型)时，实际上都会产生重击，因而产生噪音和振动。

已经通过制造双凸缘惰轮来代替更普遍的单凸缘惰轮来实现减轻每个橡胶带的惰轮(前惰轮和/或后惰轮)产生的噪声和振动现象。一些制造商因此采取了混合解决方案，换句话说，仅在橡胶带前部或后部使用双凸缘惰轮(参照车辆的行驶方向)。另一方面，其他制造商更喜欢在橡胶带的前部和后部都使用双凸缘惰轮。

对于驱动链轮来说，也以类似方式发生了由惰轮产生的振动和噪声问题。而且，在橡胶带和驱动链轮之间的啮合中，实际上，每当金属嵌件撞击驱动链轮时，就会产生重击，从而产生噪声和振动。另外，驱动链轮以及前惰轮通常具有较小滚动直径(约290毫米和350毫米)，因此，加速和由此带来的重击就更大。

解决这一问题的方法可以包括，制造具有更多齿数的驱动链轮，从而接近具有金属链条的大型机器的操作条件。然而，该解决方案涉及修改每个履带的整体几何结构。

传统的紧凑式履带装载机遭受的另一个问题是所谓的橡胶带“脱轨”，这是由橡胶带本身脱离其滚动部件如辊子和车轮而造成的。实际上，橡胶带不具备钢链条的刚性，因此，如果受到横向载荷(急剧转向和倾斜坡道)，它就会出现脱轨现象。

为了限制这一缺陷，将橡胶带强力预张紧，从而使带与前惰轮和驱动链轮的啮合总是在存在高载荷的情况下发生。但是，预张紧带来了以下问题：

-运动效率下降，因为必须克服由于预张紧力造成的预载荷。因此，这构成了消耗效应；以及

-橡胶带与履带部件特别是与之相啮合的前惰轮、后惰轮和驱动链轮之间的高接触力。这方面带来的结果是高磨损和与噪音和振动有关的现象。在“紧凑式履带装载机”中，特别是车辆的较小尺寸和“高驱动”式滚动元件的三角形布置(驱动链轮处于高位)减少了卷绕弧和接合齿数，从而使这一具体问题进一步恶化。

到目前为止，驱动轮都被设计成简单的链轮。驱动链轮的节圆直径显然是根据橡胶带的节距和驱动链轮本身的齿数(Z)来计算的。在啮合步骤中，金属嵌件进入每个齿的空间中并占据位置。金属嵌件的圆形啮合部分位于齿底，安置在齿本身的侧面上，金属嵌件从齿侧接收使车辆向前移动的驱动力。

在这种类型的啮合中，对于以上描述的功能规格，由于驱动链轮上的卷绕步骤，橡胶带的金属嵌件经受加速。这种加速度的大小随着卷绕直径(节圆直径)的减小而增加，因此随着齿数的减少而增加。该动力学方面与预张紧力的贡献相叠加。

结果，由于橡胶带的阻尼效应贡献为零，所以获得了两个钢元件(金属嵌件和驱动链轮)之间的接触。位于专门与驱动链轮啮合的相应部分中的金属嵌件实际上仅嵌入橡胶中几毫米(1-3毫米)。在车辆运行几个小时之后，这种橡胶厚度会让路，导致金属部件之间进行活动接触。

因此，本发明的目的是制造一种用于履带式车辆的底架组件，特别是用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮(该驱动链轮设有一体式惰轮)，该驱动链轮能够以非常简单、节省成本且特别实用的方式解决现有技术的上述缺陷。

详细地说，本发明的目的在于制造一种用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮，相对于已知组件，该驱动链轮能够降低车辆的振动水平和噪音水平。

本发明的另一个目的是制造一种用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮，该驱动链轮允许减小各个轮的磨损程度。

通过制造一种用于履带式车辆的底架组件特别是通过制造一种如第一方面所概括的用于履带式车辆的橡胶带并设置有一体惰轮的驱动链轮来完成根据本发明的这些和及其它目的。

本发明的进一步特征由从其他方面重点阐述，这些其他方面是本说明书的一体部分。

总体而言，在根据本发明的用于履带式车辆的底架组件中，在驱动链轮和橡胶带的金属嵌件之间的啮合步骤中充分利用阻尼效应。该组件的具体驱动链轮实际上已经被设计成充分利用橡胶的阻尼效应，并且至少对于涉及预张紧的部分降低了齿部和金属嵌件之间的力。

根据本发明的用于履带式车辆的橡胶带的驱动链的特征和优点将从如下参考附图作为示例而非限制目的给出的描述变得更清楚，其中：

图1是已知类型的用于履带式车辆的底架组件的侧视图；

图2是用于履带式车辆的底架组件的橡胶带的部分剖切的立体图；

图3是图2的橡胶带的剖视图；

图4是用于履带式车辆的底架组件的惰轮的第一实施方式的局部剖切立体图；

图5是用于履带式车辆的底架组件的惰轮的第二实施方式的局部剖切立体图；

图6是用于履带式车辆的底架组件的惰轮的第三实施方式的局部剖切立体图；

图7是根据本发明的用于履带式车辆的底架组件的侧视图；

图8是图7的底架组件的驱动链轮的立体图；

图9是图8的驱动链轮的剖视图；

图10是图9中用A表示的细节的详细视图；

图11是图7的履带式车辆的底架组件的驱动链轮的环形凹槽的另一个详细视图；以及

图12、图13和图14分别示出了图8的驱动链轮的第一、第二和第三实施方式。

应该说明，在附图和如下说明中，相同附图标记表示彼此相同或等效的元件。还应说明，在附图和如下描述中，不会提及和/或说明底架组件的许多部件，因为它们是本领域技术人员所熟知的部件。

参照附图，示出了总体上以附图标记10表示的用于履带式车辆的底架组件。底架组件10被构造成在橡胶带上安装在中小型履带车辆上，换句话说，安装在重量不超过8-10吨的车辆上，例如小型挖掘机、紧凑式履带装载机以及小型农业拖拉机。然而，这并不排除在其他更重和更大的履带车辆上安装这种特定底架组件10的可能性。

底架组件10包括至少一个闭环橡胶带12(通常车辆每侧一个)，该橡胶带12一体设置有由嵌入在构成该橡胶带12的橡胶块中的多个金属元件16制成的连续嵌件14。金属元件16定位在彼此间隔开的固定的预定距离处。这种距离决定了橡胶带12的节距P(图2)。橡胶带12还在其中包封有一个或多个加强元件18，每个加强元件18由金属丝束组成，所述金属丝束根据基本平行于橡胶带12的纵向展开中心轴线的轴线取向。

底架组件10还包括每个橡胶带12的多个滚动元件，所述多个滚动元件由至少一个驱动链轮20(被构造成与连续嵌件14的金属元件16啮合，并旋转地移动相应的橡胶带12)、至少一个惰轮22和多个辊子24构成。具体而言，对于每个橡胶带12，参照车辆的移动方向D，通常有前惰轮22A和后惰轮22B。

参照图4，惰轮22中的至少一个可以是单凸缘类型，换句话说，由被构造成在纵向通道26中旋转的单个圆盘构成，该纵向通道26在每个橡胶带12的内表面上获得并由一对壁28限定。在纵向通道26内，还获得连续嵌件14的金属元件16，驱动链轮20与该金属元件16啮合。

参照图5，惰轮22中的至少一个还可以是双凸缘类型，换句话说，由一对平行整体圆盘构成，在该对圆盘之间插设有环形凹槽。两个圆盘中的每个都被构造成在橡胶带12的相对于纵向通道26平行并位于壁28外侧的内表面上获得相应纵向轨道30上旋转。

参照图6，惰轮22中的至少一个最终可以是三凸缘类型，换句话说，由三个平行整体圆盘构成，在所述圆盘之间插设有两个环形凹槽。中央圆盘被构造成用于在纵向通道26中旋转，而两个外围圆盘被构造成用于在相对于这样的纵向通道26设置在两个外侧的相应纵向轨道30上旋转。

参照图7，示出了根据本发明的底架组件10。在该底架组件10中，图8和图9所示的每个驱动链轮20由齿轮32构成，该齿轮32与布置在平行于该齿轮32本身的展开平面的平面上的至少一个圆盘34成一体。在齿轮32和每个圆盘34之间插设有环形凹槽36。每个圆盘34设有光滑圆周表面，所述光滑圆周表面与橡胶带12的内表面的预定部分接合，以便吸收在所述橡胶带12和所述橡胶带12的所有多个滚动元件之间产生的接触力的一部分。

优选地，如图8至图14所示，齿轮32与布置在齿轮32本身的两个相对表面上的一对圆盘34成一体地制成。因此，驱动链轮20在单个部件中集成了用于橡胶带12的驱动链轮(齿轮32)的功能和双凸缘惰轮(圆盘34)的功能这两种功能。两个圆盘34实际上被构造成在橡胶带12(图8)的内表面上获得的纵向通道26的外侧布置的相应两个纵向轨道30上旋转，而相应的环形凹槽36无相互接触地围绕两个壁28。同样优选地，参照车辆的支撑平面或橡胶带12(图3)的纵向中间平面B-B，纵向通道26布置在与该纵向通道26的外侧的两个纵向轨道30的高度不同的高度处。

另外，对于根据本发明的底架组件10的驱动链轮20，像根据现有技术的驱动轮中一样定义节圆直径。节圆直径根据橡胶带12的节距和齿轮32的齿数(Z)来计算。

优选地，一旦定义了与相应齿轮32的节圆直径一致的驱动链轮20的节圆直径，则参照图10和图11，以下列方式定义每个圆盘34的对应直径。每个齿空间40(换言之，齿轮32的成对连续齿之间的空间)相对于每个圆盘34的圆周边缘的突出值C_S(其中，该值C_S被定义为齿轮32的齿根半径和与齿轮32成一体的每个圆盘34的半径之差)保持低于或至多等于橡胶带12上存在的高度差C_F(其中，该高度差C_F被定义为纵向通道26和布置在该纵向通道26的外侧的每个纵向轨道30之间的高度差)。换言之，参照图10中的符号：

C_S≤C_F

当然，在橡胶带12与相对于纵向通道26向下较低布置的纵向轨道30一起使用的情况下，该关系将反转为C_S≥C_F。

这样，驱动链轮20的节圆直径以及因此相关的齿根直径相对于根据现有技术的驱动轮的设计带来进一步修正。此外，在橡胶带12本身的区域(其中，橡胶层的平均厚度D基本等于高度差C_F的值)上免除了对橡胶带12的预张紧这一事实增加了这样的优点，即：相对于根据现有技术的组件(纵向通道26中旨在用于啮合的橡胶厚度实际上不存在，这是因为金属嵌件与驱动链轮的齿廓直接进行接触)，能够利用橡胶带的阻尼效应。

通过这样确定驱动链轮20的尺寸，因而目的在于将传统底架组件的驱动轮和惰轮的两个功能分开。换句话说，两个侧圆盘34一起工作以维持橡胶带12的预张紧，而齿轮32的齿部执行传递减速器的扭矩的任务，而不会被预紧力加重。

参照图12到图14，齿轮32和相应圆盘34之间的一体联接可以使用任何已知技术实施。例如，如图12所示，齿轮32和相应圆盘34可以由金属材料整体铸造。如图13所示，圆盘34可以在相应的环形凹槽36内焊接在齿轮32的两个相反侧表面上。最后，如图14所示，可以通过多个螺栓38将圆盘34拧到齿轮32的两个相反侧表面上。然而，这并不排除在齿轮32和相应圆盘34之间的其他联接方式，因此这些联接方式不偏离本发明的保护范围。

由此可以看出，根据本发明的用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮实现了前面强调的目的。将惰轮和驱动链轮的功能集成在单个部件中，使得可以将橡胶带的预张紧分割在驱动链轮的齿部和相应的侧凸缘之间。轮的中心部分(驱动部分)的主要任务是将驱动扭矩传递给橡胶带的金属嵌件，减轻在啮合过程中接合的每个单齿上的应力。这种结构既解决了与磨损有关的问题，也解决了与降低车辆噪音和振动水平有关的问题。

如此设想的本发明的用于履带式车辆的橡胶带的驱动链轮在任何情况下都可以进行无数修改和改变，所有这些修改和改变都被相同的发明构思所涵盖；而且，所有的细节都可以由技术等效元件所取代。在实践中，所用的材料以及形状和大小可以是根据技术要求的任何材料以及形状和大小。

因此，本发明的保护范围由所附权利要求确定。

Claims (10)

1.一种用于履带式车辆的底架组件(10)，该底架组件(10)包括：

至少一个闭环橡胶带(12)，该橡胶带一体地设有由嵌入在形成所述橡胶带(12)的橡胶体中的多个金属元件(16)制成的连续嵌件(14)，所述金属元件(16)彼此之间间隔开固定的预定距离，所述距离确定所述橡胶带(12)的节距(P)，所述橡胶带(12)中进一步包封有一个或多个加强元件(18)，每个加强元件(18)由金属丝束构成，所述金属丝束根据与所述橡胶带(12)的纵向展开中心轴线基本平行的轴线取向；以及

每个橡胶带(12)的多个滚动元件，所述多个滚动元件由至少一个驱动链轮(20)、至少一个惰轮(22)和多个辊子(24)构成，所述至少一个驱动链轮(20)被构造成与所述连续嵌件(14)的金属元件(16)啮合，并且使相应的橡胶带(12)旋转地移动，

所述底架组件(10)的特征在于，每个驱动链轮(20)由齿轮(32)构成，所述齿轮(32)与至少一个圆盘(34)成一体，所述圆盘布置在与所述齿轮(32)的展开平面平行的平面上，在所述齿轮(32)和每个圆盘(34)之间插设有环形凹槽(36)，其中每个圆盘(34)设有与所述橡胶带(12)的内表面的预定部分接合的光滑圆周表面，以便吸收在所述橡胶带(12)与所述橡胶带(12)的所述多个滚动元件全体之间产生的接触力的一部分。

2.根据权利要求1所述的底架组件(10)，其特征在于，在每个橡胶带(12)的内表面上获得：

由一对壁(28)限定的纵向通道(26)，在该纵向通道(26)内还获得所述连续嵌件(14)的与所述驱动链轮(20)啮合的所述金属元件(16)；以及

一对纵向轨道(30)，所述一对纵向轨道(30)与所述纵向通道(26)平行，并布置在所述壁(28)外侧，

其中，所述齿轮(32)与布置在所述齿轮(32)的两个相反表面上的一对圆盘(34)成一体地制成，所述两个圆盘(34)被构造成在所述纵向通道(26)的外侧上布置的相应两个纵向轨道(30)上旋转，而相应的环形凹槽(36)无相互接触地围绕这两个壁(28)。

3.根据权利要求2所述的底架组件(10)，其特征在于，相对于所述橡胶带(12)的纵向中间面(B-B)来说，所述纵向通道(26)布置在与布置在所述纵向通道(26)的外侧的两个纵向轨道(30)的高度不同的高度处。

4.根据权利要求3所述的底架组件(10)，其特征在于，每个齿空间(40)，即所述齿轮(32)的一对连续齿之间插设的空间，相对于每个圆盘(34)的圆周边缘的突出值(C_S)小于或等于所述橡胶带(12)上的高度差值(C_F)，其中所述突出值(C_S)被定义为所述齿轮(32)的齿根半径和与其成一体的每个圆盘(34)的半径之间的差，其中所述差值(C_F)被定义为所述纵向通道(26)与布置在所述纵向通道(26)的外侧的每个纵向轨道(30)之间的高度差。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述齿轮(32)和所述至少一个圆盘(34)由金属材料整体铸造。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述至少一个圆盘(34)在所述环形凹槽(36)处焊接在所述齿轮(32)的相应侧表面上。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述至少一个圆盘(34)通过多个螺栓(38)拧在所述齿轮(32)的相应侧表面上。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述惰轮(22)中的至少一个为单凸缘类型，即由被构造成在所述纵向通道(26)内旋转的单个圆盘构成。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述惰轮(22)中的至少一个为双凸缘类型，即由一对平行的一体圆盘构成，在所述一对平行的一体圆盘之间插设有环形凹槽，其中这两个圆盘中的每个圆盘都被构造成在相应的纵向轨道(30)上旋转。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的底架组件(10)，其特征在于，所述惰轮(22)中的至少一个为三凸缘类型，即由三个平行的一体圆盘构成，在这些圆盘之间插设有两个环形凹槽，其中中央圆盘被构造成在所述纵向通道(26)内旋转，而两个外围圆盘被构造成在相应的所述纵向轨道(30)上旋转。