ITMI20090462A1 - Catena a boccole rotanti per veicoli cingolati - Google Patents

Description

CATENA A BOCCOLE ROTANTI PER VEICOLI CINGOLATI

La presente invenzione si riferisce ad una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati, in particolare ma non esclusivamente una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati destinati al movimento terra.

La cingolatura di un veicolo cingolato da lavoro comprende generalmente una coppia di catene parallele, ciascuna realizzata mediante una sequenza continua di giunti articolati del tipo a cerniera, collegati tra loro e mantenuti ad una distanza costante mediante opportuni organi rigidi di collegamento, denominati “maglie†del cingolo.

La cingolatura comprende inoltre una pluralità di boccole e perni, interposti tra le maglie per collegarne le estremità in modo da formare le catene. Le boccole e le maglie supportate cooperano tra loro per formare una pluralità di giunti di cingolatura, che consentono il necessario movimento rotazionale tra maglie adiacenti. Questo consente l’articolazione delle maglie adiacenti quando il cingolo ruota avvolto sulle ruote (motrici e/o condotte) del veicolo cingolato. La rotazione del cingolo permette al veicolo cingolato di muoversi sul terreno per compiere le molteplici operazioni a cui à ̈ destinato.

Quando il veicolo cingolato, tipicamente una macchina destinata al movimento terra, si trova ad operare su terreni altamente abrasivi, alcuni dei componenti delle catene della cingolatura devono essere sostituiti periodicamente perché soggetti a rapida usura. Nelle cingolature di tipo tradizionale, la sostituzione di un componente della catena comporta di norma la rimozione della catena stessa dal veicolo, da effettuarsi presso un centro assistenza appositamente attrezzato. Di conseguenza, la procedura di sostituzione degli elementi usurati risulta molto costosa e necessita di un grande spreco di tempo.

In particolare, tra gli elementi di una catena tradizionale che risultano essere soggetti a maggior usura vi sono senza dubbio le boccole, interposte ognuna tra ciascun perno di collegamento tra le maglie e gli organi necessari per la trasmissione del moto alla cingolatura. Le boccole risultano quindi fisse rispetto alle maglie della catena. Le boccole fisse sono sottoposte a notevoli attriti di strisciamento, che ne provocano il rapido deterioramento sia della loro superficie cilindrica interna che di quella esterna.

Una parziale diminuzione dell’usura delle boccole si à ̈ ottenuta con l’ingresso sul mercato delle cosiddette catene lubrificate in cui, grazie alla circolazione di fluido lubrificante, à ̈ stata praticamente azzerata l’usura interna delle boccole nello strisciamento con i rispettivi perni. Tuttavia, il problema dell’usura della superficie cilindrica esterna delle boccole à ̈ rimasto inalterato anche nelle catene lubrificate.

Sono state quindi realizzate catene per veicoli cingolati in cui le boccole risultano libere di ruotare rispetto al relativo perno su cui sono avvolte. In questo modo, durante il movimento delle catene, le boccole sono sottoposte in prevalenza ad attriti di rotolamento anziché di strisciamento, con conseguente maggior resistenza ad usura delle boccole stesse.

Una catena per veicoli cingolati secondo la tecnica nota, del tipo provvisto di boccole rotanti, Ã ̈ descritta, ad esempio, nel brevetto statunitense N.

5,183,318 a nome Caterpillar Inc.

Tuttavia, anche le catene provviste di boccole rotanti sino ad oggi realizzate non sono esenti da alcuni inconvenienti.

Un primo inconveniente à ̈ dovuto alla riduzione della rigidezza strutturale dell’intera cingolatura rispetto alle catene provviste di boccole fisse. Questa riduzione della rigidezza strutturale à ̈ dovuta al fatto che le boccole rotanti non collegano rigidamente le maglie della catena.

Un altro inconveniente à ̈ dovuto al fatto che la presenza delle boccole rotanti impone che vi siano altri elementi di collegamento rigido tra le maglie della catena ed i relativi perni. Questi elementi di collegamento sono tipicamente costituiti da dei cuscinetti a strisciamento montati coassialmente attorno al perno ed all’interno di appositi fori passanti previsti su ciascuna maglia. Tali cuscinetti a strisciamento devono sopportare tutti gli sforzi a cui viene sottoposta la catena nelle fasi di lavoro del veicolo cingolato, senza pregiudicare l’integrità dei giunti. Devono essere altresì previsti dei sistemi di tenuta in grado di evitare l’ingresso nei giunti di misture corrosive ed abrasive di acqua, sporcizia, sabbia, pietra o altri elementi minerali o chimici ai quali la catena à ̈ esposta durante il suo utilizzo.

Risulta quindi evidente che, se da un lato le boccole rotanti sono soggette ad una minore usura rispetto alle boccole fisse piantate nelle maglie, dall’altro lato le catene a boccole rotanti richiedono la presenza di alcuni specifici elementi su cui gravano notevoli carichi e che hanno quindi una vita operativa inferiore a quella di altri elementi della catena.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di realizzare una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati in grado di incrementare, rispetto alle catene secondo la tecnica nota, non solo la vita ad usura delle boccole, ma anche quella degli altri elementi che compongono i giunti della catena.

Un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati che consenta di ottenere un grado di usura bilanciato per tutti i componenti appartenenti alla catena stessa, con conseguente possibilità di pianificare al meglio gli interventi di manutenzione sul veicolo cingolato.

Ancora un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di poter avere una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati che sia semplice da riparare e che risulti intercambiabile con altre catene analoghe di tipo noto.

Questi scopi secondo la presente invenzione vengono raggiunti realizzando una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati come esposto nella rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate dalle rivendicazioni dipendenti, che sono parte integrante della presente descrizione.

Le caratteristiche ed i vantaggi di una catena a boccole rotanti per veicoli cingolati secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

la figura 1 Ã ̈ una vista in pianta di una porzione di catena a boccole rotanti per veicoli cingolati realizzata secondo la presente invenzione;

la figura 2 Ã ̈ una vista in alzata laterale della porzione di catena a boccole rotanti di figura 1;

la figura 3 Ã ̈ una vista in prospettiva della porzione di catena a boccole rotanti di figura 1, abbinata ai pattini della cingolatura del veicolo;

la figura 4 Ã ̈ una vista in sezione, ottenuta lungo la linea A-A di figura 1, della catena a boccole rotanti realizzata secondo la presente invenzione;

la figura 5 Ã ̈ una vista in alzata laterale di una maglia appartenente alla catena a boccole rotanti realizzata secondo la presente invenzione;

la figura 6 Ã ̈ una vista in pianta, in sezione parziale, della maglia di figura 5; e

la figura 7 à ̈ un’altra vista in alzata laterale, in sezione parziale, della maglia di figura 5.

Con riferimento alle figure, viene mostrata una porzione di catena a boccole rotanti realizzata secondo la presente invenzione, indicata complessivamente con il numero di riferimento 10.

La catena 10 à ̈ sostanzialmente costituita da una sequenza continua di giunti articolati 12, 12’ del tipo a cerniera, orientati secondo un asse A-A sostanzialmente perpendicolare all’asse centrale longitudinale B-B di sviluppo della catena 10. I giunti articolati 12, 12’ sono collegati tra loro e mantenuti ad una distanza costante tramite coppie di maglie 14 a sviluppo longitudinale, disposte lateralmente e simmetricamente rispetto all’asse centrale longitudinale B-B della catena 10.

Ciascuna maglia 14 à ̈ del tipo asimmetrico, vale a dire provvista di una prima flangia di estremità 16 rivolta verso l’esterno della catena 10, se vista con riferimento all’asse centrale longitudinale B-B, e di una seconda flangia di estremità 18 rivolta verso l’interno della catena 10 o, in altre parole, verso l’asse centrale longitudinale B-B della catena 10 stessa.

Ciascuna maglia 14 à ̈ quindi provvista di una prima superficie superiore 20, sostanzialmente piana, destinata a supportare in maniera inamovibile i pattini 48 (figura 3) che completano la cingolatura del veicolo. A tale scopo, sulla prima superficie superiore 20 di ciascuna maglia 14 sono praticati uno o più fori passanti 22 destinati ad accogliere i mezzi di impegno 50, usualmente bulloni, tra la maglia 14 stessa ed il relativo pattino 48 destinato all’appoggio sul terreno.

Ciascuna maglia 14 à ̈ altresì provvista di una seconda superficie di guida inferiore 24, anch’essa sostanzialmente piana, contrapposta rispetto alla prima superficie superiore 20 e destinata all’impegno con le ruote condotte, i rulli inferiori e i rulli superiori di sostegno del cingolo, del veicolo cingolato.

Sulla prima flangia di estremità 16, rivolta verso l’esterno della catena 10, di ogni maglia 14 à ̈ realizzato un primo foro passante 26 orientato secondo un asse A-A ortogonale all’asse centrale longitudinale B-B della catena 10. In corrispondenza delle due estremità opposte del foro passante 26 sono quindi praticate rispettivamente una prima scanalatura anulare 28, rivolta verso l’esterno della catena 10, ed una seconda scanalatura anulare 30, rivolta verso l’interno della catena 10, le cui funzioni verranno specificate nel seguito. In particolare, le scanalature anulari esterna 28 ed interna 30 presentano un diametro interno maggiore rispetto al diametro interno del foro passante 26. Ancor più in particolare, la scanalatura anulare interna 30 presenta un diametro interno maggiore rispetto al diametro interno della scanalatura anulare esterna 28.

Similmente, sulla seconda flangia di estremità 18, rivolta verso l’interno della catena 10, di ogni maglia 14 à ̈ realizzato un secondo foro passante 32, orientato anch’esso secondo un asse A-A ortogonale all’asse centrale longitudinale B-B della catena 10. In corrispondenza di una delle due estremità opposte di tale foro passante 32, nella fattispecie l’estremità rivolta verso l’interno della catena 10, à ̈ quindi praticata una scanalatura anulare 34 il cui diametro interno à ̈ maggiore del diametro interno del foro passante 32 adiacente. In aggiunta, come si può vedere dalla sezione di figura 4, i diametri interni del secondo foro passante 32 e della scanalatura anulare interna 30 del primo foro passante 26 sono sostanzialmente uguali. Questa caratteristica consente l’inserimento, all’interno del secondo foro passante 32 e della scanalatura anulare interna 30 del primo foro passante 26, di particolari elementi della catena 10 che verranno specificati poco oltre.

Con riferimento ora ai giunti articolati 12, 12’, ciascuno di essi à ̈ costituito principalmente da un perno 36, 36’ sostanzialmente cilindrico, orientato lungo un asse A-A ortogonale all’asse centrale longitudinale B-B della catena 10. Ogni perno 36, 36’ à ̈ internamente provvisto di canalizzazioni 38 (figura 4) destinate alla circolazione di fluido lubrificante, necessario per il buon funzionamento della catena 10. Attorno a ciascun perno 36, 36’, e coassialmente rispetto ad esso, à ̈ montata una boccola 40 libera di ruotare rispetto al perno 36, 36’ stesso. Sulla superficie circonferenziale esterna delle boccole rotanti 40 ingranano i denti delle ruote motrici del veicolo cingolato, in maniera tale da mettere in movimento l’intero sistema di cingolatura.

Ciascuna delle maglie 14 à ̈ collegata ad un perno 36 corrispondente tramite accoppiamento per interferenza, cioà ̈ in maniera non ruotabile, della sua flangia di estremità 16 rivolta verso l’esterno con una delle estremità del perno 36 stesso. In altre parole, ogni maglia 14 à ̈ montata intorno al relativo perno 36 tramite inserimento di quest’ultimo all’interno del foro passante 26 previsto sulla prima flangia di estremità 16 rivolta verso l’esterno della maglia 14 stessa. In base ad un esempio di realizzazione preferito della catena 10, illustrato nelle figure, il bloccaggio in posizione tra la prima flangia di estremità 16 rivolta verso l’esterno della maglia 14 e l’estremità del perno 36 à ̈ realizzato tramite un anello 42 di tipo “Seeger†, reso solidale al perno 36 stesso ed alloggiato all’interno della scanalatura anulare esterna 28 prevista su tale flangia di estremità 16.

Ciascuna maglia 14 à ̈ altresì ruotabilmente collegata al perno 36’ successivo tramite inserimento di quest’ultimo all’interno del foro passante 32 previsto sulla seconda flangia di estremità 18 rivolta verso l’interno della maglia 14 stessa. Come mostrato nella sezione di figura 4, all’interno di ciascun foro passante 32 à ̈ poi alloggiato almeno un cuscinetto a strisciamento 44 di forma anulare. Più precisamente, ogni cuscinetto a strisciamento 44 à ̈ alloggiato, mediante inserimento a pressione, tra la superficie circonferenziale interna di ciascun foro passante 32 e la superficie circonferenziale esterna di uno dei perni 36, 36’, dei quali garantisce la libera rotazione attorno all’asse A-A.

I cuscinetti a strisciamento 44 sono realizzati in materiale metallico e dalle loro caratteristiche dimensionali dipende il loro valore di resistenza agli sforzi a cui viene sottoposta la catena 10 nelle fasi di lavoro del veicolo cingolato. Pertanto, secondo l’invenzione, il rapporto R0tra la lunghezza S ed il relativo diametro interno D di ciascun cuscinetto a strisciamento 44 à ̈ maggiore di 0,60. Preferibilmente, tale rapporto à ̈ maggiore di 0,65.

In sostanza, con riferimento alle quote riportate in figura 4:

SR0<= > 0, 60>D

Preferibilmente:

R0>0, 65

Come mostrato nella sezione di figura 4, nella configurazione montata della catena 10, ai lati di ciascun cuscinetto a strisciamento 44, sono previsti dei gruppi di tenuta 46, 46’ destinati a cooperare con le boccole rotanti 40, le maglie 14 e i cuscinetti a strisciamento 44 stessi per realizzare un sistema di tenuta dei giunti articolati 12, 12’. Nel dettaglio, per ciascun cuscinetto a strisciamento 44, uno dei gruppi di tenuta 46 à ̈ alloggiato all’interno della seconda scanalatura anulare 30, rivolta verso l’interno della catena 10, praticata in corrispondenza del primo foro passante 26 di ogni maglia 14, mentre l’altro gruppo di tenuta 46’ à ̈ interposto tra il cuscinetto a strisciamento 44 stesso e la boccola rotante 40 ed à ̈ alloggiato all’interno del secondo foro passante 32 di ogni maglia 14. I gruppi di tenuta 46 possono essere del tipo descritto nella domanda di brevetto internazionale N. WO2008/093160, a nome della stessa Richiedente, e non verranno pertanto dettagliati nel seguito.

Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, al fine di incrementare la rigidezza strutturale delle maglie 14 e, di conseguenza, dell’intera catena 10, si à ̈ riscontrato che il rapporto R1tra la larghezza complessiva L1della superficie di guida inferiore 24 di ciascuna maglia 14 e lo spessore complessivo L2della prima flangia di estremità 16, rivolta verso l’esterno della catena 10, della maglia 14 stessa deve essere maggiore di 1. Preferibilmente, tale rapporto R1à ̈ compreso tra 1,1 e 1,3.

Inoltre, il rapporto R2tra la larghezza complessiva L1della superficie di guida inferiore 24 di ciascuna maglia 14 e il disassamento L3tra la superficie esterna della prima flangia di estremità 16, in corrispondenza della prima scanalatura anulare 28, e il bordo esterno della superficie di guida inferiore 24 della maglia 14 stessa deve essere maggiore di 1,35. Preferibilmente, tale rapporto R2à ̈ compreso tra 1,4 e 1,65.

Infine, il rapporto R3tra lo spessore complessivo L2della prima flangia di estremità 16, e lo spessore complessivo L4della seconda flangia di estremità 18, rivolta verso l’interno della catena 10, della maglia 14 stessa deve essere minore di 1,25 . Preferibilmente, tale rapporto R3à ̈ compreso tra 1 e 1,1.

In sostanza, con riferimento alle quote riportate nelle figure 6 e 7:

<L L>L

R 1

<1 = >>1 R 1

<2 = >>1, 35R1

<3 = <>1, 25L2L3L4 Preferibilmente:

1,1< R1<1, 3 1,4< R2<1, 65 1< R3<1, 1

Le suddette caratteristiche geometrico/dimensionali delle maglie 14 consentono quindi di ottenere una sezione resistente complessiva superiore rispetto a quella delle maglie di tipo noto. Di conseguenza, pur in presenza di una boccola 40 di tipo rotante, la stabilità dei giunti articolati 12, 12’ non viene compromessa nonostante la boccola 40 stessa non costituisca più un corpo unico con le maglie ad essa collegate, come avviene invece per le catene di tipo convenzionale a boccola fissa. Le particolari caratteristiche dimensionali dei cuscinetti a strisciamento 44 consentono infine di ottenere una buona superficie di appoggio delle maglie 14 sui relativi perni 36, 36’ anche con tali elementi deformati in condizione di carico, come avviene quando i giunti articolati 12, 12’ vengono sollecitati nelle fasi di lavoro del veicolo cingolato.

Si à ̈ così visto che la catena a boccole rotanti per veicoli cingolati secondo la presente invenzione realizza gli scopi in precedenza evidenziati.

La catena a boccole rotanti per veicoli cingolati della presente invenzione così concepita à ̈ suscettibile in ogni caso di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonché le forme e le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

L’ambito di tutela dell’invenzione à ̈ pertanto definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Catena (10) per veicoli cingolati, costituita da una sequenza continua di giunti articolati (12, 12’) del tipo a cerniera, orientati secondo un primo asse (A-A) sostanzialmente perpendicolare all’asse centrale longitudinale (B-B) di sviluppo della catena (10), detti giunti articolati (12, 12’) essendo collegati tra loro e mantenuti ad una distanza costante tramite coppie di maglie (14) a sviluppo longitudinale, disposte lateralmente e simmetricamente rispetto a detto asse centrale longitudinale (B-B), ciascuna maglia (14) essendo provvista di una prima flangia di estremità (16) rivolta verso l’esterno della catena (10), con riferimento a detto asse centrale longitudinale (B-B), e di una seconda flangia di estremità (18) rivolta verso l’interno della catena (10), con riferimento a detto asse centrale longitudinale (B-B), ciascuna maglia (14) essendo provvista di una prima superficie superiore (20) e di una seconda superficie di guida inferiore (24), contrapposta rispetto a detta prima superficie superiore (20), su detta prima flangia di estremità (16) essendo realizzato un primo foro passante (26), orientato secondo detto primo asse (A-A), per il collegamento non ruotabile di detta maglia (14) con uno dei perni (36, 36’) di detto giunto articolato (12, 12’), e su detta seconda flangia di estremità (18) essendo realizzato un secondo foro passante (32), orientato secondo detto primo asse (A-A), per il collegamento ruotabile di detta maglia (14) con uno di detti perni (36, 36’), caratterizzata dal fatto che: - il rapporto (R1) tra la larghezza complessiva (L1) di detta seconda superficie di guida inferiore (24) e lo spessore complessivo (L2) di detta prima flangia di estremità (16) à ̈ maggiore di 1, - il rapporto (R2) tra la larghezza complessiva (L1) di detta seconda superficie di guida inferiore (24) e il disassamento (L3) tra la superficie esterna di detta prima flangia di estremità (16) e il bordo esterno di detta seconda superficie di guida inferiore (24) à ̈ maggiore di 1,35, e - il rapporto (R3) tra lo spessore complessivo (L2) di detta prima flangia di estremità (16) e lo spessore complessivo (L4) di detta seconda flangia di estremità (18) à ̈ minore di 1,25.
2. 2. Catena (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto rapporto (R1) tra la larghezza complessiva (L1) di detta seconda superficie di guida inferiore (24) e lo spessore complessivo (L2) di detta prima flangia di estremità (16) à ̈ compreso tra 1,1 e 1,3.
3. 3. Catena (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto rapporto (R2) tra la larghezza complessiva (L1) di detta seconda superficie di guida inferiore (24) e il disassamento (L3) tra la superficie esterna di detta prima flangia di estremità (16) e il bordo esterno di detta seconda superficie di guida inferiore (24) à ̈ compreso tra 1,4 e 1,65.
4. 4. Catena (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzata dal fatto che detto rapporto (R3) tra lo spessore complessivo (L2) di detta prima flangia di estremità (16) e lo spessore complessivo (L4) di detta seconda flangia di estremità (18) à ̈ compreso tra 1 e 1,1.
5. 5. Catena (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che all’interno di detto secondo foro passante (32) di ciascuna maglia (14) à ̈ alloggiato almeno un cuscinetto a strisciamento (44) di forma anulare, il rapporto (R0) tra la lunghezza (S) ed il relativo diametro interno (D) di detto cuscinetto a strisciamento (44) essendo maggiore di 0,60.
6. 6. Catena (10) secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che detto rapporto (R0) tra la lunghezza (S) ed il relativo diametro interno (D) di detto cuscinetto a strisciamento (44) Ã ̈ maggiore di 0,65.
7. 7. Catena (10) secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzata dal fatto che detto cuscinetto a strisciamento (44) à ̈ alloggiato, mediante inserimento a pressione, tra la superficie circonferenziale interna di detto secondo foro passante (32) e la superficie circonferenziale esterna di detto perno (36, 36’), del quale garantisce la libera rotazione attorno a detto primo asse (A-A).
8. 8. Catena (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, caratterizzata dal fatto che attorno a detto perno (36, 36’), e coassialmente rispetto ad esso, à ̈ montata una boccola (40) libera di ruotare rispetto a detto perno (36, 36’).
9. 9. Catena (10) secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che ai lati di ciascuno di detti cuscinetti a strisciamento (44) sono previsti due gruppi di tenuta (46, 46’) destinati a cooperare con detta boccola (40), dette maglie (14) e detti cuscinetti a strisciamento (44) per realizzare un sistema di tenuta dei giunti articolati (12, 12’).
10. 10. Catena (10) secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che un primo di detti gruppi di tenuta (46) à ̈ alloggiato all’interno di una scanalatura anulare (30) rivolta verso l’interno della catena (10), con riferimento a detto asse centrale longitudinale (B-B), praticata in corrispondenza di detto primo foro passante (26).
11. 11. Catena (10) secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto che un secondo di detti gruppi di tenuta (46’) à ̈ interposto tra detto cuscinetto a strisciamento (44) e detta boccola rotante (40), ed à ̈ alloggiato all’interno di detto secondo foro passante (32).
12. 12. Catena (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che il collegamento non ruotabile di detta maglia (14) con detto perno (36, 36’) à ̈ realizzato tramite un anello (42) di tipo “Seeger†, reso solidale a detto perno (36, 36’) ed alloggiato all’interno di una scanalatura anulare (28) rivolta verso l’esterno della catena (10), con riferimento a detto asse centrale longitudinale (B-B), praticata su detta prima flangia di estremità (16) in corrispondenza di detto primo foro passante (26), detto anello (42) realizzando il bloccaggio in posizione tra detta prima flangia di estremità (16) e l’estremità di detto perno (36, 36’).