CN105730536A - 爆炸深度硬化履带板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及爆炸深度硬化履带板。具体地，公开一种制造用于具有履带组件的移动机器的履带板的方法。该方法包括由锰钢铸造履带板，履带板具有接合履带组件的至少一个磨损表面。该方法还可包括对履带板进行溶液处理以形成完全奥氏体锰钢，将爆炸材料施加到所述至少一个磨损表面，并引爆爆炸材料。

Description

爆炸深度硬化履带板

技术领域

本发明总体涉及一种履带板，并且更具体地，涉及一种通过爆炸物深度硬化的履带板。

背景技术

履带式移动机器采用定位在机器的每侧的履带来推进机器。履带分别包括具有端对端地销接以形成围绕驱动链轮和一个或多个空转轮延伸的环路的链节的链条以及连接到链条中的每对链节的地面接合垫。地面接合垫与一对链节一起通常称为履带板(crawlershoe)。在一些实施方式中，履带板是由钢制成的单个铸造和/或锻造部件。在操作期间，每个履带板遭遇由机器重量和来自发动机的用于驱动机器的转矩造成的力。力经过履带板传递并进入地面，由此形成牵引以推进机器。

随着时间推移，作用在履带板上的力会造成局部磨损和塑性变形，导致履带板的寿命缩短。钢履带板有时使用例如淬火和回火的热处理过程硬化来抵抗磨损并延长履带板的寿命。多个热处理步骤通常用来在履带板表面以下特定深度处实现最小硬度。这种类型的硬化过程的例子在2006年5月9日授权的Okawa等人的美国专利7040080中公开。但是，涉及多个回火和/或其他热处理步骤的硬化过程需要高的能量输入并且是昂贵的，这增加了履带板对于最终用户的价格。

本发明的履带板针对克服以上提出的一个或多个问题。

发明内容

在一个方面，本发明针对一种制造履带板的方法。该方法可包括由锰钢铸造履带板，履带板具有至少一个磨损表面。该方法还可包括对履带板进行溶液处理以形成完全奥氏体锰钢，将爆炸材料施加到所述至少一个磨损表面，并引爆爆炸材料。

在另一方面，本发明针对一种履带板，履带板具有由完全奥氏体锰钢形成的地面接合垫、布置在地面接合垫的底侧上的地面接合表面、与底侧相对的顶侧和布置在顶侧上的至少一个磨损表面。至少一个磨损表面可在大约5mm的深度处具有至少大约280HBW的硬度。

在又一方面，本发明针对一种履带板，履带板具有由完全奥氏体锰钢形成的地面接合垫、布置在地面接合垫的底侧上的地面接合表面、与底侧相对的顶侧和布置在顶侧上的至少一个硬化磨损表面。所述至少一个磨损表面可以通过爆炸深度硬化来硬化。

附图说明

图1是示例性公开移动机器的侧视图图示；

图2是可以与图1的移动机器结合使用的示例性公开履带板的立体图示；

图3是图2的履带板的顶视图；

图4是可以与图1的移动机器结合使用的第二示例性公开履带板的立体图示；以及

图5是示出可以用来形成图2-4的履带板的形成履带板的示例性公开过程的流程图。

具体实施方式

图1图示具有由框架支承并被构造成驱动带有履带的底架14的发动机12的履带式移动机器10。移动机器10可以是执行与诸如采矿、建造、畜牧的产业或本领域已知的另一产业相关的操作的任何机器。例如，机器10可以是材料运动机器，诸如前铲、绳铲、液压挖掘机、推土机、装载机或另一材料运动机器。

底架14可包括定位在机器10的相对侧并经由相应的驱动轮18(图1只示出一个履带组件16和一个驱动轮18)通过发动机12驱动的平行履带组件16。每个履带组件16可包括经由销22端对端地连接以形成环形环路的多个履带板20。履带板20的环形环路可以围绕相应的驱动轮18、一个或多个空转轮24以及至少一个辊子26卷绕。驱动轮18可接合销22(或接合包封销22的套筒)、驱动凸耳或履带板20的其他特征，并从而将来自发动机12的转矩传递到履带组件16。空转轮24和辊子26可在围绕驱动轮18的大致椭圆形轨迹内引导履带组件16。张紧器28可定位在空转轮24和驱动轮18之间以便将这些部件推开，并从而维持履带组件16的希望张紧。履带板20可用来将来自驱动轮18的转矩作为驱动线性(牵引)力30传递到地面。机器10的重量可从驱动轮18、空转轮24和辊子26经过履带板20作为支承力32传递到地面。

图2示出接合辊子26的示例性履带板20。履带板20可包括一对或多对间隔开的链节34，其大致彼此平行。每个链节34可包括至少一个销孔36，其形成在其端部处以连接到其他履带板的链节，从而形成链条。履带板20可包括地面接合垫38，并且链节34可布置在地面接合垫38的顶侧39上，从而刚性地彼此连接链节34。地面接合表面40可以与链节34相对地布置在地面接合垫38的底侧41。在此例子中，地面接合垫38和链节34一体形成为单个铸造和/或锻造部件。在其他实施方式中，链节34和地面接合垫38可单独形成并通过本领域已知的任何适当过程结合，如果希望，诸如通过焊接和/或使用螺纹紧固件。地面接合垫38可具有本领域已知的任何外部几何结构。例如，地面接合垫38可以是大致板形的，包括横向凸脊或锚定桩，具有开口，和/或包括本领域常见的任何其他特征。

地面接合垫38可包括布置在顶侧39上的辊子路径42。辊子路径42可布置在链节34之间并延伸经过履带板20。辊子路径42可限定将辊子26引导经过履带板20的表面。磨损表面43可布置在接合辊子26的辊子路径42上。特定履带组件16内的所有履带板20的辊子路径42和磨损表面43可形成辊子26在其上行进的大致连续平滑表面。机器10的重量可以从辊子26经过磨损表面43传递，在磨损表面43上施加支承力32。随着时间推移，支承力32可在磨损表面43处造成履带板20的塑性变形。磨损表面43可以是平面、弯曲的或具有任何适当形状以接合辊子26。例如辊子26可具有曲率C(见图2)，并且磨损表面43可成形有类似曲率。在机器10运动时，磨损表面43和辊子26之间的附加滚动和滑动力产生磨损表面43的摩擦磨损。诸如砾、污物、砂或其他地面材料的磨蚀碎屑可卡在辊子26和磨损表面43之间，并造成磨损表面43的附加磨损和/或研磨。

在图2的例子中，履带板20包括布置在接合履带组件16的驱动轮18的地面接合垫38的顶侧39上的一对驱动凸耳44。驱动凸耳44可在磨损表面43的任一侧上布置在链节34之间。在其他实施方式中，驱动凸耳44可定位在履带板20上的其他位置处，或者可以包括更少或更多的驱动凸耳44。驱动凸耳44可接触履带组件16内的驱动轮18的开口、袋口或齿，以接收来自发动机12的转矩，并为履带板20提供牵引力30以使机器10运动。驱动凸耳44可具有接触驱动轮18的一个或多个磨损表面46。在机器10运动时，磨损表面46经受来自驱动轮18传递的力的研磨和磨损，这种研磨和磨损在磨蚀碎屑变得卡在驱动凸耳44和驱动轮18之间时会增加。

图3示出履带板20的俯视图。磨损表面46可布置在驱动凸耳44的前侧和后侧上，使得机器10可以在向前和颠倒方向上驱动。在此例子中，驱动凸耳44邻近磨损表面43，但是可以在其他实施方式中定位在其他地方。辊子26也可被构造成随着它们沿着磨损表面43经过时接合驱动凸耳44的内侧和/或贴靠驱动凸耳44的内侧滑动，从而帮助在围绕空转轮24和驱动轮18的希望轨迹内引导履带组件16。

在其他实施方式中，驱动轮18可替代地接合销22以便将牵引力30提供给履带板20。例如，图4示出第二示例性履带板20，其包括大致彼此平行的一对间隔开的链节34。每个链节34可包括形成在其端部处的至少一个销孔36。链节34可以被构造成通过将相邻链节的销孔36对准并使销22经过销孔36来结合相邻履带板的链节34，从而形成链条。设想到其他构型也是可以的。

履带板20可包括布置在至少一个链节34上的磨损表面48。磨损表面48可被构造成接合与履带组件16的驱动轮18、空转轮24和/或辊子26相联的部件。磨损表面48可定位在履带板20的地面接合垫38的顶侧39上。在此例子中，除了经过辊子26之外，支承力32也可经过在每个链节34的磨损表面48上行进的辊子26的毂50传递到履带板20。磨损表面48可以是平面的，或者成形为与毂50、空转轮24和/或驱动轮18的形状匹配。随着时间推移，支承力32可造成磨损表面48的磨损和/或塑性变形。磨损可在磨蚀碎屑变得卡在磨损表面48和毂50、空转轮24和/或驱动轮18之间时增加。

为了承受支承力32而没有裂纹或破碎，履带板20可由具有高强度的金属形成，诸如锰钢。锰钢可铸造成产生具有任何适当形状和尺寸的履带板20，但是在铸造之后会很脆。因此，由锰钢铸造的履带板可以进行溶液处理以便在金属内实现奥氏体晶粒结构，改善总体韧性。在铸造之前，铬可以添加到锰钢内以促进奥氏体锰钢的更快加工硬化。由于奥氏体锰钢也是柔软的，履带板20可在使用期间在磨损表面43、46和48附近经历塑性变形。代替执行昂贵和费时的热处理过程来硬化履带板20，可以使用爆炸深度硬化来硬化履带板20的特定部分，诸如磨损表面43、46和48。爆炸深度硬化可局部硬化奥氏体锰钢以抵抗磨损，并预先硬化钢，这减小了使用期间的塑性变形。减小磨损塑性变形可增加履带板20的寿命并减小最终用户的总体成本。执行和硬化由锰钢形成的履带板的过程将参考图5在下面段落中描述。

工业实用性

本发明的履带板可适用于任何履带式移动机器。但是，本发明的履带板可特别适用于较大机器，其中经过履带组件的力是显著的，并可影响履带板的寿命。这对于连续不停操作的昂贵机器来说特别重要，其中停机和履带板更换成本对于所有者来说费用很高。现在将参考图5说明形成和硬化由锰钢制成的履带板的过程。

在过程500，履带板20可以根据本领域已知的任何适当铸造过程由锰钢铸造(步骤502)。如本文使用的，锰钢可指的是用于高强度应用的任何适当类型的锰钢或锰钢合金。在一些实施方式中，铬可在铸造之前添加到锰钢内以增加最终履带板20的加工硬化速率。例如，履带板20可以由含有大约1.0-3.5％之间的铬的锰钢铸造。由于加工硬化速率随着添加更多的铬而增加，履带板20可以由含有至少1.0％的铬的锰钢铸造，以减少履带板20的使用中的塑性变形。但是，铬的添加可局限于避免造成锰钢的碳化物脆化。例如含有14％的锰的锰钢可包括大约1.5％的铬。设想到含有其他量的铬的锰钢也可根据锰在钢中的含量以及希望影响加工硬化速率的程度来使用。可以进一步设想到可以使用其他锰钢合金。

由锰钢铸造的履带板20可以在铸造之后脆化。因此，履带板20可接着进行溶液处理(步骤504)以增加金属强度，并降低脆化。溶液处理可包括将锰钢的温度升高到高温(例如大约1000℃)长达1-6小时(根据履带板20的尺寸和厚度)，以便在锰钢合金内实现完全奥氏体晶粒结构。具有完全奥氏体晶粒结构的锰钢是柔韧的，但也相当“柔软”，并可以进一步硬化以降低现场的塑性变形，并在加工硬化期间抵抗表面磨损。但是，诸如传统用来增加金属硬度的进一步热处理过程对于硬化完全奥氏体锰钢来说不是希望的，因为重新加热完全奥氏体锰钢会导致脆化，这可导致履带板20在支承力32下失效。

如果希望，履带板20可接着在爆炸材料施加到一个或多个磨损表面(例如履带板20的磨损表面43、46和48)之前接收轻研磨制备(步骤506)并引爆(步骤508)。可以使用任何适当的塑性片爆炸物或其他类型的爆炸材料。例如，除了其他成分之外，适当爆炸材料可包括PETN、RDX、HMX、TNT或其组合。通过爆炸材料的引爆产生的能量波可在施加爆炸材料的磨损表面处和/或附近增加锰钢的局部硬化。参考图3，例如，爆炸材料52可施加到接触辊子26的磨损表面43和/或接触履带组件16的驱动轮18的驱动凸耳44的表面46。爆炸材料52也可施加到具有位于链节34上的磨损表面的履带板20，诸如接触辊子26的毂50的磨损表面48(参考图4)。可以想到爆炸材料可施加到任何类型的磨损表面或履带板20的经历塑性变形或表面磨损的其他表面。

在引爆之后，磨损表面43和46可以预先硬化，并因此可以在使用期间更加抵抗塑性变形和表面磨损。即，引爆的能量可在磨损表面43和46处或附近造成锰钢的局部塑性变形，使其比之前更硬。结果是履带板20可以在其用于履带组件16之前在磨损表面43和46处和/或附近塑性变形，这可降低使用期间出现的变形量。降低加工硬化期间的塑性变形可降低履带组件16在底架14内松动，由此降低会降低履带板20和底架14的其他部件的寿命的冲击力、振动和变形。

可以多次重复执行步骤508以便将锰钢充分硬化到履带板20的表面以下的一定深度(步骤510)。每次重复步骤508，锰钢可在履带板20的表面以下的连续更低深度处变硬。可以利用多次重复步骤508来代替通过更多爆炸材料执行步骤508的单次重复，以避免损坏履带板20。可以根据硬度的希望深度、希望的表面硬度和每次重复期间使用的爆炸材料量来使用步骤508的任何重复次数。例如，会需要最少两次、三次或更多次引爆来实现充分硬化。可以想到单次引爆可以在一些应用中是足够的。

希望的深度硬度和表面硬度可取决于机器10的尺寸和履带板20所使用的环境的磨蚀性。例如，履带板20可以进行爆炸深度硬化，直到它在一个或多个磨损表面(例如43、46和/或48)以下大约5mm的深度处具有至少大约20HBW硬度(通过碳化钨球测试的布氏硬度)。该深度硬化可预先硬化履带板20并减少使用期间的塑性变形。爆炸硬化还可继续，直到履带板20在一个或多个磨损表面(例如43、46和/或48)上具有至少大约350HBW的硬度。该表面硬化可改善履带板20对于例如由辊子26和磨损表面43之间的磨蚀材料研磨造成的研磨的抵抗能力。一旦履带板20的一个或多个磨损表面(例如43、46和48)已经充分硬化，履带板20可接收最终加工(步骤512)以准备与机器10一起使用。

过程500可用来以低于传统硬化过程的成本形成或硬化由锰钢制成的履带板20。通过仅仅一次进行锰钢的溶液处理来实现奥氏体晶粒结构，过程500可用来以较少输入能量硬化由锰钢制成的履带板。硬化履带板所花费的时间也可通过消除重复长时间热处理过程的需要来降低。硬化履带板20也会需要较少频率的维护研磨和履带调整，由此降低维护成本。因此，过程500可降低硬化锰钢制成的履带板的能量输入和花费的时间，由此改善履带板的使用寿命，并降低最终消费者的成本。

本领域普通技术人员将明白可以对本发明的履带板进行多种变型和改型。本领域普通技术人员从说明书的考量和本发明的履带板的实践中将明白其他实施方式。意图在于说明书和例子只是示例性的，并且真实范围通过权利要求及其等同物指明。

Claims (10)

1.一种制造履带板的方法，包括：

由锰钢铸造履带板，履带板具有至少一个磨损表面；

对履带板进行溶液处理以形成完全奥氏体锰钢；

将爆炸材料施加到所述至少一个磨损表面；以及

引爆爆炸材料。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括将爆炸材料再次施加到所述至少一个磨损表面，并一次或多次地引爆爆炸材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，由锰钢铸造履带板包括由含铬的锰钢铸造履带板。

4.根据权利要求1所述的方法，其中：

履带板还包括：

横向间隔开的链节；以及

位于横向间隔开的链节之间的磨损表面；并且

将爆炸材料施加到所述至少一个磨损表面包括将爆炸材料施加到位于横向间隔开的链节之间的磨损表面。

5.根据权利要求1所述的方法，其中：

履带板还包括：

横向间隔开的链节；以及

布置在横向间隔开的链节的至少一个上的磨损表面；并且

其中将爆炸材料施加到所述至少一个磨损表面包括将爆炸材料施加到布置在横向间隔开的链节的至少一个上的磨损表面。

6.一种履带板，包括：

由完全奥氏体锰钢形成的地面接合垫；

布置在地面接合垫的底侧上的地面接合表面；

与底侧相对的顶侧；以及

布置在顶侧上的至少一个硬化磨损表面，其中所述至少一个磨损表面通过爆炸深度硬化来硬化。

7.根据权利要求6所述的履带板，其中，地面接合垫由含有铬的完全奥氏体锰钢形成。

8.根据权利要求6所述的履带板，其中：

履带板还包括布置在顶侧上的至少一个驱动凸耳；并且

所述至少一个磨损表面布置在所述至少一个驱动凸耳上。

9.根据权利要求6所述的履带板，其中：

履带板还包括布置在顶侧上的辊子路径；并且

所述至少一个磨损表面布置在辊子路径上。

10.根据权利要求6所述的履带板，其中：

履带板还包括布置在顶侧上的横向间隔开的链节；并且

所述至少一个磨损表面布置在横向间隔开的链节上。