用于地面接合履带的履带链节中的变化淬硬深度

摘要

本发明公开了一种用于地面接合履带(16)的履带链节(24),所述履带链节(24)包括细长链节主体(24),所述细长链节主体(24)具有形成用于安装履带板(28)的下部安装表面(26)的较低硬度材料(34)以及形成用于接触可旋转履带接合元件(11，15)的上部轨道表面(30)的较高硬度牺牲材料(36)。所述较低硬度材料(34)和所述较高硬度材料(36)在所述细长链节主体(24)内的材料界面(38)处过渡，并且所述材料界面(38)具有纵向不均匀性，使得所述较高硬度牺牲材料(36)具有从所述上部轨道表面(30)至渐变扇形化的变化深度。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及用于机器的地面接合履带，更具体地涉及自上部轨 道表面改变履带链节中较高硬度牺牲材料的深度。

背景技术

很多机器使用履带作为地面接合推进元件。通常这种履带包括多个旋 转履带接合元件，所述轨道在运转中形成围绕旋转元件运动的无限循环。 这种履带通常包括两路连接在一起的链节，所述链节具有用螺钉固定的履 带板。对这些机器及其相关履带组件设置的要求是非常严格的，同时操作 环境也是恶劣的。机器履带通常比较坚固，因此具有数千小时长的工作寿 命，尽管其在工作过程中遭受到严重的机器应力，应变以及磨损。

机器履带的磨损情况由机器的使用方式，操作者的经验及工作环境中 的脚底下层条件和基底材料共同决定。机器履带的现场使用寿命可以根据 这些因素在几千个小时至数千个小时内发生变化。由于机器履带部件相对 较为昂贵，其保养增加了开支和停机时间，工程师们长期以来一直寻找减 少和控制部件间磨损的策略。

关于这种策略的一个实例在授予Massieon等人的美国专利(第 3955855号)中被提出，Massieon等人公开了一种具有履带链节的履带式 机器，履带链节的接触面采用高耐磨材料制成的接合履带滚轮。该高耐磨 材料可以是冶金结合到接触面的凹槽中的复合合金材料。虽然Massieon 等人似乎已经开发出一种成功的策略，但仍然存在改进空间，特别是在材 料选择的经济性和可制造性方面。

发明内容

在一个方面，一种用于机器的地面接合履带包括履带链组件，该履带 链组件具有第一履带链以及平行于第一履带链延伸的第二履带链。所述第 一履带链和第二履带链各自包括多个细长履带链节，细长履带链节具有用 于安装履带板的下部安装表面，以及配置成接触机器中的旋转履带接合元 件的上部轨道表面。每个细长链节还包括形成下部安装表面的较低硬度材 料，以及形成上部轨道表面并与所述较低硬度材料在细长链节内的材料界 面过渡的较高硬度牺牲材料。该材料界面具有纵向不均匀性，使得所述较 高硬度牺牲材料自上部轨道表面具有变化深度，以减缓与较低硬度材料接 触形成的磨损扇状部的穿透。

在另一方面，机器中的用于地面接合履带的履带链节包括细长链节主 体，该细长链节主体具有内侧和外侧，内侧和外侧均在第一链节主体端部 和第二链节主体端部之间延伸，第一链节主体端部和第二链节主体端部上 形成连通内外侧的履带销孔，并且履带销孔配置为容纳履带链中用来联接 细长链节主体与相邻细长链节主体的履带销。细长链节主体进一步包括下 部安装表面和上部轨道表面，该下部安装表面用于安装履带板，而该上部 轨道表面配置成与机器中的旋转履带接合元件接触。细长链节主体还包括 较低硬度材料形成下部安装表面，和较高硬度牺牲材料形成上部轨道表面 并与所述较低硬度材料在细长链节主体的材料界面过渡。该材料界面延伸 通过细长链节主体，并且具有纵向不均匀性，以使得所述较高硬度牺牲材 料自上部轨道表面具有变化深度，以减缓与较低硬度材料接触形成的磨损 扇状部的穿透。

再一方面，一种用于机器的履带系统包括旋转履带接合元件和围绕旋 转履带接合元件延伸的履带。所述履带包括由多个联接在一起的链节形成 的履带链以及与旋转履带接合元件接触的上部轨道表面，每个链节具有下 表面。每个链节进一步包括形成下表面的较低硬度材料，以及形成上部轨 道表面的较高硬度牺牲材料。较高硬度牺牲材料和较低硬度材料在纵向不 均匀材料界面处的相应链节内过渡，所述材料界面自上部轨道表面界定较 高硬度牺牲材料的变化深度。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的具有履带系统的机器的侧视示意图， 并且包括细部放大图；

图2是根据本发明一个实施例的履带的截面示意图，具有多个截面平 面；

图3是根据本发明一个实施例的履带链节的示意图；

图4是根据本发明一个实施例的处于加工阶段的履带链节的侧面示 意图；

图5是根据本发明一个实施例的处于磨损初期的履带链节的侧截面 示意图；

图6是处于磨损后期的履带链节的侧截面示意图；以及

图7是处于另一磨损后期的履带链节的侧截面示意图。

具体实施方式

参照图1，示出了包括根据一个实施例的地面接合履带系统14的机 器10。机器10在履带式拖拉机的情形中示出，但其可为任何各种其它机 器，诸如履带式装载机、半履带式机器或其它。履带系统14可为以传统 方式定位在机器10的框架12的相对侧的两个单独履带系统中的一个。履 带系统14可进一步包括与机器框架12联接的履带滚轮框架29，以及多 个旋转履带接合元件11、15和17。在一个实施例中，旋转履带接合元件 11和15包括旋转惰轮，其配置成在履带系统14的操作过程中被动地旋 转，而元件17包括配置成驱动履带系统14的链轮。履带系统14可进一 步包括多个履带滚轮19，其配置成承载机器10的所有或基本上所有重量 且被安装至履带滚轮框架29处。履带系统14进一步包括围绕每个元件 11、15和17延伸的履带16。元件11、15和17的每一个分别限定旋转轴 13、21和23，其轴线可平行且布置成所示的三角形图案。履带16因此可 围绕具有大体三角形形状元件11、15和17限定行进路径。图1中所示的 实施例将被本领域技术人员视为为所谓的高驱动履带系统，然而，应当理 解的是，本发明可被应用于椭圆形履带或其它履带配置。如从下面的描述 将进一步显而易见，履带系统14可独特地配置成解决与已知履带系统相 关的某些磨损问题，且从而增加履带使用寿命且使质量超出传统可达到的 水平。

履带16可包括履带链组件18，所述履带链组件18具有第一履带链 20以及平行于履带链20延伸且在图1中由履带链20遮盖而无法看到的 第二履带链。多个履带板28与第一履带链20以及第二、由隐藏履带链联 接。履带板28中的每一个按常规可包括一个或多个轮爪32。第一履带链 和第二履带链中的每一个可进一步包括多个细长履带链节24。履带链节 24可被理解为每个包括也用参考标号24标识的细长链节主体。与履带链 节24中的一个相关的特征在本文中的描述因此将被理解为也指的是相关 细长链节主体的特征。履带链节24中的每一个包括第一端25和第二端 27，且具有用于安装履带板28中的一个的下部安装表面26。履带链节24 中的每一个进一步包括上部轨道表面30，所述上部轨道表面30配置成根 据形成磨损图案的扇状部接触机器10中的旋转履带接合元件，诸如元件 11、15、17或履带滚轮19中的一个。

图1包括两个细部放大图，其中一个示出与惰轮11接触的履带链节 24。惰轮11在与相关链节24的上部轨道表面30接触的第一位置处以实 线示出。惰轮11以虚线示出为大体沿上部轨道表面30的长度转移。上部 轨道表面30和惰轮11之间的接触，且具体地倾向于在将每个单个链节从 惰轮11以及惰轮15接合或脱离过程中的滑动接触，被观察为以被称为扇 状化的图案磨损履带链节的材料。至于惰轮11和惰轮15，当履带16围 绕着其路径视情况前后移动时，磨损扇状部可倾向于从履带链节以及惰轮 11和惰轮15的外表面之间的反复接触而形成。从与惰轮的接触中形成的 扇状部倾向于沿上部轨道表面30大致居中定位，大约在第一端25和第二 端27的中间。链轮17通常将以不同于惰轮11和惰轮15的方式接合履带 16，且在很多履带系统中不是形成扇状化的主要因素，但在其它履带系统 中可能是。

图1中的另一个细部放大图描绘了一个接口履带滚轮19和一个链节 24。履带滚轮19和链节24之间的接触也可根据形成磨损图案的扇状部产 生，但略微不同于与惰轮11和惰轮15相关的情况。本领域技术人员将理 解的是，履带16可沿惰轮11和惰轮15之间的地面横贯大体笔直路径， 但将具有经由相邻履带链节24之间的相对旋转而弯曲的某些能力。出于 这个原因以及其它原因，履带链节24可在与履带滚轮19接合和脱离时滑 动，导致磨损，所述磨损也透露了一种形成扇状部的趋势。响应于履带滚 轮19和链节24之间的接触而形成的磨损扇状部将倾向于远离上部轨道表 面30的中心且更靠近第一链节端25和第二链节端27定位。响应于履带 滚轮19和链节24之间的接触出现的扇状部的形成则倾向于没有与惰轮的 接触相关的扇状部的形成情况那么严重，且因此扇状部的形成在链节24 的端部附近进展地相对较慢(与中心处相比)，尽管不同的履带设计无疑 会经历不同的磨损现象。

现在还参照图2和图3，第一履带链20可通过多个履带销44与第二 履带链22联接，图2示出了其中一个履带销44。上部轨道表面30共同 形成了履带链组件18内的平行轨道。旋转或固定的多个衬套46可置于每 个所述多个履带销44的上面。每个链节24还可限定第一履带销孔40和 第二履带销孔42，每个履带销孔连通对应链节的内侧33和外侧31。履带 销孔40、42可具有不同的尺寸和/或配置，如所举实施例中，履带销孔 40、42中的其中一个容纳一个履带销44，而履带销孔40、42中的另一个 则容纳一个履带销44及一个衬套46的一端。每一个履带链节24还可限 定第一螺母座窗口48和相邻的第二螺母座窗口49，每个螺母座窗口纵向 位于第一和第二履带销孔40、42之间。每个链节24还包括位于窗口48、 49之间的竖直支柱52。本文所预期的其它链节设计可以不具有支柱、窗 口或特定的其他特性。

可以回想到，下部安装表面26配置为安装其中一个履带板32。在典 型的策略中，下部安装表面26可基本上呈平面状，多个螺栓向上延伸通 过履带链节24内的孔并与螺母50联接，每个螺母座窗口48、49内有一 个螺母50。由图2可以注意到，履带链20内的链节24是履带链22内的 链节24的镜像。在本领域内的技术人员所熟悉的术语含义内，还可以将 每个链节24理解成“偏移”。链节24的偏移形状可以是：上部轨道表面 30具有中心部54，其在第一端部56以及横向偏离第一端部56的第二端 部58之间沿纵向延伸。上部轨道表面30在投入使用之前可基本上呈平面 状，但本发明并不仅限于此。

此外，虽然偏移链节是一种实用的实施策略，但在其它实施例中可使 用直链节。还可以注意到中心部54具有相对较大的宽度60，通常由内侧 33横向延伸至外侧31。同样在横向上，端部56、58中的每个可具有相对 较窄的宽度62。如本文中所进一步讨论的，本发明通过独特的履带链节 24硬化策略，提出并利用了上部轨道表面30的沿纵向变化的宽度以及惰 轮引起的扇状化与滚轮引起的扇状化之间的不同性质。图2中，参考标号 55通常表示上部轨道表面30上大致惰轮接触区域的长度，该区域内有可 能发生惰轮引起的扇状化，而参考标号57则表示有可能发生滚轮引起的 扇状化的大致区域的长度，该区域延伸跨越两个相邻履带链节。

每个链节24还可包括形成下部安装表面26的较低硬度材料34，和 形成上部轨道表面30的较高硬度牺牲材料36。较高硬度材料36和较低 硬度材料34可均为钢，链节24可由此钢一体锻压成型。较低硬度材料 34和较高硬度材料36可在链节24内的材料界面38处彼此过渡。材料界 面38可横向及纵向延伸穿过(即自始至终穿过)链节24，且可位于上部 轨道表面30与孔40、42之间。由图2中左链节24内穿过表面54的剖面 可以注意到，较高硬度材料36在与上部轨道表面30的中心部54纵向重 合处具有相对较大的深度。还可进一步注意到，较高硬度材料36在与端 部58、56纵向重合处具有较小深度，其意义在下面的描述中将显而易见。 因而，材料界面38具有纵向不均匀性，使得较高硬度材料36从上部轨道 表面30具有变化深度。变化深度减缓了扇状部的穿入，且在一个实用的 实施策略中可减缓多个扇状部在使用中穿入较低硬度材料34中。如图3 所示，在一个实用的实施策略中，较高硬度材料36的变化深度限定了具 有多个峰部74和多个谷部76的弯曲纵向轮廓，且峰部74和谷部76的数 量有限。在一个实施例中，所述轮廓可形成三或四个峰部及三或四个谷部。 由图3中还可以注意到，弯曲纵向轮廓在与相邻的竖直支柱52纵向重合 处形成了具有最深点即最大深度的谷部。与竖直支柱52纵向重合的谷部 可包括多个谷部中自上部轨道表面30起最深的一个。从图3中还可以注 意到，弯曲纵向轮廓形成了与履带销孔42纵向对齐的峰部及与第二履带 销孔40纵向对齐的第二峰部。本文中，相比术语重合，术语“对齐”可以 更狭义地被理解。因而，与孔42对齐的峰部74可直接位于孔42的中心 轴61的竖直上方，而与孔40对齐的峰部74可直接位于孔40的中心轴 63的竖直上方。与中心支柱52纵向重合的中心谷部76的最深点也可与 支柱52对齐，因此直接位于支柱52的纵向中心点的竖直上方。在一个实 用的实施策略中，较高硬度材料36可具有大约45或者更高的洛氏硬度C。 较低硬度材料34可具有低于材料36的硬度的洛氏硬度C。在本发明的又 一方面，材料36的深度可由链节24内的材料硬度(约45洛氏C或更高) 的幅度限定。

应理解的是，由材料界面38限定的特定轮廓将可能根据履带系统(为 其设计所述主题履带链节)而改变。不同的履带系统能够基于它们的基本 构造以及诸如服务环境因素和操作者驱动机器的方式而展现出不同的磨 损图案。然而可设想的是，在本发明情形下的许多履带链节将具有材料界 面，所述材料界面具有纵向弯曲轮廓并被设计成使得峰部和谷部响应于预 期磨损位置和严重程度以及整体链节设计而定位。在直线链节(其中上部 轨道表面不具有变化宽度)的情况下，用于抗磨损的位于链节端的充足材 料可使得较高硬度材料在链节端非常少量地使用或完全不使用。淬硬深 度，以及因此峰部和谷部位置也可基于不同链节特征的最终目的而被控 制。例如，可避免形成孔40和孔42的材料的淬硬以防止干扰履带销或套 筒压配合或因履带销或套筒压配合而破裂。

现在参照图4，将履带链节24示出为可能邻近感应淬硬装置64，其 示意性地示出且配置成以本文大体设想的方式淬硬履带链节24。装置64 包括线圈66，所述线圈66配置成产生根据公知原理加热履带链节24的 磁场。通常寻求用于履带链节的传统感应淬硬策略以将履带链节淬硬至自 轨道表面的均匀淬硬深度。上述已知的轨道插入件策略(诸如Massieon 等人)使用均匀深度插入件。根据本文描述，将理解的是，与这些已知技 术相反，装置64将被用来淬硬链节24的材料至变化深度。为此目的，线 圈66可经由已知策略配置成将更多能量驱动至履带链节24的某些区域， 而将更少能量驱动至其它区域。装置64可被用在所谓的单步策略中，其 中链节24的所有淬硬同时完成。可选地，可使用扫描感应淬硬(其中感 应线圈沿表面移动)，且可根据在不同区域处获得的期望淬硬深度在那些 不同区域处具有停留时间或相应行进速度。

图4还描绘了材料界面38的各个附加几何属性，以及履带链节24 本身。履带链节24可包括在下部安装表面26和上部轨道表面30之间延 伸的竖直高度68，和在第一端25和第二端27之间延伸的长度70。在某 些实施例中，高度68可为从约150mm至约200mm，而长度70可为从约 长度68的两倍至约三倍。然而，本发明可预期从这些大体尺寸按比例上 下变化。同在图4中描绘的是平面72，其表示履带链节24的大约120％ 磨损状况。在已知链节设计中的类似120％磨损状况(如果满足)通常表 示链节将从服务中移除(如果之前未移除)的磨损状态。平面72位于距 孔42的竖直距离75处，且大体表示设置的比在现有设计中本已使用的淬 硬均匀深度(其通常为约15mm或更高的洛氏硬度C)更深的参照点。例 如，距离75可为约20mm，但可根据预期的履带使用寿命而改变。还应 注意的是，材料界面38的弯曲纵向轮廓远离且朝向平面72弯曲，且在某 些点与平面72相交。

在图4中，示出了多个不同深度位置78-98，每个代表较高硬度材料 的深度，且因此示出材料界面38相对于平面72的大体位置。在第一深度 位置78处，较高硬度材料的深度可为约4mm，在第二深度位置80处， 较高硬度材料的深度可仅从上部轨道表面30延伸到平面72。在另一个深 度位置82处，较高硬度材料的深度可为从平面72约3mm，且在深度位 置82、84、86和88处分别从平面72为5mm、6mm和4mm。在深度位 置90处，对应于由材料界面38形成的最深谷部，深度可为从平面72约 8mm。在深度位置92、94、96和98处，从平面72的较高硬度材料的深 度可分别为约4mm、5mm、3mm、0mm和4mm。图5中的各种深度位 置为示例，其可在内侧33和外侧31之间的大约一半处被观察到。如图2 所示，材料36的深度可在横向方向上适度改变，尤其是在链节24的最厚 部分中。如本文所使用，术语“约”应在传统四舍五入至恒定数目的有效数 字的情形中理解。相应地，“约4mm”意思是从3.5mm至4.4mm。“约45” 意思是从44.5至45.4，等等。

工业实用性

参照图5，示出了可能在履带系统16中经受适度磨损之后，在机器 10中经历部分使用寿命的履带链节24。可注意的是，上部轨道表面30 不再呈平面状，且多个扇状部(包括中心扇状部100、端扇状部102和另 一个端扇状部104)已开始在其中形成。将注意的是，上部轨道表面30 仍由较高硬度材料36形成。

现参照图6，示出了可能进一步接近其使用寿命的履带链节24，且其 中上部轨道表面30不再仅由较高硬度材料36形成。在图6所描绘的状态 下，扇状部100、102和104并不显著，且在扇状部104甚至不可检测到 的情况下，使得上部轨道表面30向后朝着相对平坦状态磨损。

现参照图7，示出了可能出现在或接近其使用寿命的终点时的履带链 节24。在图7中，全部较高硬度材料36已磨损，且上部轨道表面30完 全由较低硬度材料34形成。扇状部100、102以及104已相对于图6中所 示的状态进行放大，且中心扇状部100明显比扇状部102和扇状部104 中的任一个更深。在图7中所示的状态下，操作员可能会由于旋转履带接 合元件撞击到上部轨道表面30上而经历相对颠簸的乘坐，且履带16可被 认为准备好更换和/或维修。

在某些较早设计中，其中经由扇状部经过一个区域中的整个淬硬深度 的履带链节磨损加重，当扇状部穿透进入下面的较低硬度材料时，始于扇 状部的纵向端部处的额外较高硬度材料可能往往会被磨损。通常在位于或 靠近轨道表面的纵向中央处，这种扇状部磨损最严重，至少最初是这样。 此现象往往会加快随后整个轨道表面的较高硬度材料的磨损，过度地缩短 了履带的使用寿命。本发明能被理解成调节淬硬深度从而延迟扇状部穿透 进入较低硬度材料。而非一个或多个扇状部能穿透的较高硬度材料的均匀 深度，较高硬度材料的额外深度被选择性定位以令其磨损更加均匀且从而 延长履带使用寿命。

本文中提出的策略的又一方面关于操作员在履带系统16的整个使用 寿命期间乘坐上的改进。根据各种因素，当履带链节24被磨损到图5中 所示的状态时，乘坐可能比当履带链节24，以及当然履带系统16中的其 他履带链节，被首次投入使用且上部轨道表面相对平坦时更颠簸。然而， 当磨损发展到图6中示出的上部轨道表面30再次呈相对平面的状态时， 乘坐情况可趋向于改善。在淬硬深度为均匀的较早的策略中，较高硬度材 料的磨损可能在类似于图5中所示的图案中出现。然而，由于磨损现象的 不均匀，以及通常磨损集中于履带链节的中央，如上文所指出，中心扇状 部穿透较高硬度材料且开始磨损较低硬度材料是常见的。在履带使用寿命 过程中的此点处，由于中心扇状部能够向外以及向下将其磨损进入链节， 保持一些较高硬度材料朝向链节的端部相对来说并不紧要。一旦操作员的 乘坐质量开始下降，随着时间的推移质量通常仅会变得更差。

本说明书仅用于示例性目的，且不应被解释为以任何方式缩小本发明 的范围。因此，本领域的技术人员将会理解，在不背离本发明的完整且公 平范围和精神的情况下，可对目前所公开的实施例作出各种修改。通过对 附图和所附权利要求书的审查，其他方面、特征和优点将会显而易见。