KR101601567B1 - 이동 기계용 트랙 슈 - Google Patents

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로버트 리 메이어
마크 스티븐 디케버즈
그레고리 제롬 카우프만
윌리암 제이 얼리치
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캐타필라 인코포레이티드
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Abstract

이동 기계 트랙 슈(24)는 제1 그라우저 바(32) 및 상기 제1 그라우저 바(32)에 실질적으로 평행한 제2 그라우저 바(33)를 구비하는 지면 결합면(26)을 포함한다. 트랙 슈(24)는 지면 결합면(26)에 대향하는 베이스(28)를 추가로 포함한다. 상기 베이스(28)는 제1 그라우저 바(32)에 대향하여 배치되는 제1 릴리프(40), 및 상기 제2 그라우저 바(33)에 대향하여 배치되는 제2 릴리프(42)를 구비한다.

Description

이동 기계용 트랙 슈{MOBILE MACHINE TRACK SHOE}
본 발명은 일반적으로 이동 기계의 하부궤도(undercarriage)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 이동 기계용 트랙 슈에 관한 것이다.
트랙 타입 이동 기계는 그 양쪽에 트랙을 사용하며, 이들 트랙은 기계를 이동시키기 위해 트랙 슈로 공지된 지면 결합 요소에 연결된다. 구체적으로, 기계의 엔진에 의해 구동되는 스프로켓이 트랙의 링크와 결합하여 트랙을 이격된 풀리 기구 주위로 병진이동시킨다. 트랙이 풀리 기구 주위로 병진이동함에 따라, 연결된 트랙 슈가 기계 아래의 작업면과 결합하여 스프로켓으로부터의 토크를 기계의 소망 주행 방향에 반대되는 방향으로 표면에 전달함으로써, 기계를 추진한다.
공지된 트랙 슈가 1989년 2월 21일자로 Connerley에게 허여된 미국 특허 제4,805,968호('968 특허)에 논의되어 있다. '968특허는 지면-접촉부, 실질적으로 평탄한 본체부, 및 트랙 슈의 폭을 가로질러 횡방향으로 연장되는 그라우저(grouser)를 갖는 건설 차량용 트랙 슈를 개시하고 있다. '968 특허는 그라우저가 트랙 슈에 강도를 제공하고 트랙 슈와 지면 사이의 마찰을 증가시켜 차량 이동을 지원하는 것을 설명한다. '968 특허에 개시된 트랙 슈는 또한 트랙 슈의 길이를 따라 본체부를 보강하는 복수의 리브를 구비한다.
이러한 공지된 트랙 슈는 그러나, 관련 이동 기계의 성능을 방해하는 여러가지 결점을 안고 있다. 예를 들어, 이러한 트랙 슈는 일반적으로 표준 저탄소함량 스틸 및/또는 기타 유사 재료로 형성된다. 이러한 재료는 탄소 함량이 높은 재료보다 연성이 높지만(즉, 취성이 낮지만), 이러한 재료는 보다 마모되기 쉬울 수 있으며, 따라서 트랙 슈의 사용 수명을 감소시키고 이동 기계와 연관된 정비 비용을 증가시킨다.
이러한 재료로 제조된 트랙 슈는 또한 비교적 무거울 수 있으며, 이동 기계가 다수의 트랙 슈를 갖는 트랙을 사용하기 때문에, 트랙 슈는 하부궤도의 전체 질량의 상당한 퍼센티지를 구성한다. 따라서, 이러한 비교적 높은 질량의 트랙 슈의 사용은 이동 기계의 연료 소비에 역효과를 끼치며, 운영비를 더 증가시킨다. 이러한 트랙 슈의 비교적 높은 질량은 또한 이러한 트랙 슈의 교체 및/또는 수리를 더 번거롭게 만든다.
개시된 트랙 슈는 전술한 문제점들 중 하나 이상을 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 이동 기계용 트랙 슈는 제1 그라우저 바 및 상기 제1 그라우저 바에 실질적으로 평행한 제2 그라우저 바를 구비하는 지면 결합면을 구비한다. 상기 트랙 슈는 지면 결합면에 대향하는 베이스를 추가로 구비한다. 상기 베이스는 상기 제1 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제1 릴리프(relief), 및 상기 제2 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제2 릴리프를 구비한다.
본 발명의 다른 예시적 실시예에서, 이동 기계용 트랙 슈는 지면 결합면을 구비한다. 상기 지면 결합면은 실질적으로 편평한 제1 및 제2 평탄부(flat), 트랙 슈의 후연(trailing edge)과 제1 평탄부 사이에 배치되는 제1 그라우저 바, 및 상기 제1 평탄부와 제2 평탄부 사이에 배치되는 제2 그라우저 바를 구비한다. 지면 결합면은 또한 상기 제2 평탄부와 상기 트랙 슈의 전연(leading edge) 사이에 배치되는 제3 그라우저 바를 구비한다. 상기 제1 및 제3 그라우저 바는 제2 그라우저 바로부터 실질적으로 동일하게 이격되어 있다. 상기 트랙 슈는 또한 지면 결합면에 대향하는 베이스를 구비한다. 상기 베이스는 상기 제1 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제1 릴리프, 및 상기 제2 그라우저 바에 대향하고 상기 제1 릴리프에 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 릴리프를 구비한다. 또한, 상기 트랙 슈는 대략 0.3%를 초과하는 탄소 함량을 갖는 스틸을 구비한다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에서, 이동 기계용 트랙 슈는 제1 그라우저 바, 상기 제1 그라우저 바에 실질적으로 평행한 제2 그라우저 바, 및 상기 제2 그라우저 바에 실질적으로 평행한 제3 그라우저 바를 구비하는 지면 결합면을 구비한다. 상기 제1, 제2 및 제3 그라우저 바 중 적어도 하나는 대략 26mm 미만의 높이와, 대략 12.6mm 내지 대략 14.2mm의 폭을 갖는다. 제1, 제2 및 제3 그라우저 바의 조합된 폭은 트랙 슈의 전체 길이의 대략 사분의 일을 포함한다. 상기 트랙 슈는 또한 지면 결합면에 대향하는 베이스를 구비한다. 상기 베이스는 제1 릴리프 및 상기 제1 릴리프에 실질적으로 평행한 제2 릴리프를 구비한다. 상기 제1 릴리프는 제1 반경을 가지며 상기 제2 릴리프는 상기 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는다. 또한, 상기 제1 그라우저 바의 중심선은 상기 제1 릴리프의 중심선과 동일 선상에 있고 상기 제2 그라우저 바의 중심선은 상기 제2 릴리프의 중심선과 동일 선상에 있다.
도 1은 예시적 이동 기계의 도면이다.
도 2는 예시적 트랙 슈의 등각도이다.
도 3은 도 2에 도시된 예시적 트랙 슈의 측면도이다.
도 1은 트랙형 하부궤도(12)를 구동하는 전원(14)을 갖는 트랙 타입 이동 기계(10)를 도시한다. 이동 기계(10)는 광업, 건설업, 농업, 또는 당업계에 공지되어 있는 임의의 다른 산업과 같은 산업과 연관된 동작을 수행하는 기계일 수 있다. 예를 들어, 기계(10)는 불도저, 로더(loader), 굴삭기 또는 임의의 다른 토공(earth moving) 기계와 같은 토공 기계일 수도 있다.
전원(14)은 기계(10)의 트랙형 하부궤도(12)를 광범위한 출력 속도 및 토크로 구동할 수 있다. 전원(14)은 예를 들어 디젤 엔진, 가솔린 엔진, 가스 연료 동력식 엔진, 또는 임의의 다른 적절한 엔진과 같은 엔진일 수 있다. 전원(14)은 또한 예를 들어 연료 전지, 전력 저장 장치, 또는 당업계에 공지되어 있는 임의의 다른 전원과 같은 비연소 전원일 수도 있다.
트랙형 하부궤도(12)는 스프로켓(16)(도 1에는 하나만 도시됨)을 거쳐서 전원(14)에 의해 구동되는 트랙(20)(도 1에는 하나만 도시됨)을 구비할 수 있다. 각각의 트랙(20)은 트랙 슈(24)로 지칭되는 지면 제어 장치가 부착된 체인(22)을 구비할 수 있다. 각각의 체인(22)은 로드(rod) 조립체(25)에 의해 상호 연결되는 복수의 체인 링크(29)를 포함할 수 있다. 스프로켓(16)은 로드 조립체(25)에 결합하여 토크를 전달함으로써, 체인(22)을 이격된 풀리 기구(27) 주위로 이동시킬 수 있다. 각각의 체인 링크(29)는 두 개의 대향 측부를 구비할 수 있으며, 각각의 측부는 두 개의 트랙 링크를 구비할 수 있다. 예시적 실시예에서는 적어도 두 개의 이러한 트랙 링크가 각각의 트랙 슈(24)에 연결될 수 있으며, 추가 예시적 실시예에서는 체인 링크(29)의 각각의 대향 측부에서의 두 개의 트랙 링크(모두 네 개의 트랙 링크)가 각각의 트랙 슈(24)에 연결될 수 있다. 트랙 슈(24)는 복수의 나사식 체결구(도시되지 않음), 트랙 슈(24)에 형성된 대응 관통 구멍(30)(도 3) 및 트랙 링크에 형성된 나사 구멍(도시되지 않음)에 의해서 이러한 트랙 링크에 결합될 수 있다. 즉, 각각의 트랙 슈(24)는 트랙 슈(24)에 형성된 각각의 관통 구멍(30)을 통과하는 캡 나사-타입 체결구, 볼트 및/또는 다른 유사한 나사식 체결구에 의해 트랙 링크에 결합될 수 있다.
도 2에 도시하듯이, 트랙 슈(24)는 실질적으로 편평한 베이스(28), 및 상기 베이스(28)와 대향하는 지면-결합면(26)을 구비할 수 있다. 본 명세서에 개시된 실시예의 각각에서, 베이스(28)는 트랙 슈(24)의 제1 측부에 배치될 수 있으며, 지면 결합면(26)은 제1 측부와 대향하는 트랙 슈(24)의 제2 측부에 배치될 수 있다. 베이스(28)는 전술한 트랙(20)의 하나 이상의 트랙 링크 및/또는 다른 부품과 정합하도록 구성될 수 있다. 지면 결합면(26)은 한편, 기계(10)가 사용되는 작업현장 또는 다른 환경의 작업면에 작용하도록 구성될 수 있다.
전술했듯이, 트랙 슈(24)는 지면 결합면(26)으로부터 베이스(28)로 연장되는 하나 이상의 관통 구멍(30)을 구비할 수 있다. 관통 구멍(30)은 대응 체결구(도시되지 않음)를 수용하도록 형상화, 크기형성, 설치 및/또는 구성될 수 있으며, 이러한 체결구는 트랙 슈(24)를 하나 이상의 트랙 링크에 결합시키는 것을 보조할 수 있다. 트랙 슈(24)는 또한 지면 결합면(26)으로부터 베이스(28)로 연장되는 하나 이상의 통로(60)를 구비할 수 있다. 통로(60)는 트랙(20)의 작동 중에 예를 들어 흙, 진흙, 돌, 물, 및/또는 기타 유사한 작업면 재료가 통과할 수 있게 하는데 유용할 수 있다. 통로(60)는 도 2에서 실질적으로 장방형으로 도시되어 있지만, 다른 예시적 실시예에서는 트랙(20)의 작동 중에 이러한 재료의 통과를 촉진하기 위해 실질적으로 타원형이거나, 실질적으로 원형이거나, 및/또는 임의의 다른 형상, 크기 및/또는 구조일 수도 있다. 이러한 통로(60)는 도 2에 도시된 것과 유사한 크기, 형상 및/또는 구조일 수 있으며, 제1 통로(60)는 트랙 슈(24)의 제2 통로(60)와 다른 형상, 크기 및/또는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 통로(60)가 트랙 슈(24)의 제2 통로(60)보다 클 수 있다. 각각의 통로(60)는 작업면 재료의 통과를 촉진하기 위해 트랙 슈(24)의 중심 근처, 그 에지 근처, 및/또는 트랙 슈(24)의 지면 결합면(26)을 따르는 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다.
트랙 슈(24)는 또한 그 후연(38) 근처에 배치되는 하나 이상의 절취부(58)를 구비할 수 있다. 절취부(58)는 실질적으로 U-형, 실질적으로 정방형, 실질적으로 장방형, 및/또는 임의의 다른 유사 형상일 수 있다. 이러한 절취부(58)는 상기 작업면 재료 중 임의의 작업면 재료의 통과를 촉진하도록 구성 및/또는 배치될 수 있다. 또한, 절취부(58)는 트랙(20)의 작동 중에 체인(22)(도 1)의 일부를 수용하도록 구성될 수 있다. 트랙 슈(24)의 절취부(58), 통로(60) 및/또는 기타 요소는 기계식 절단, 레이저 절단, 스크라이빙, 밀링, 드릴링 및/또는 임의의 기타 공지된 공정을 통해서 형성될 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 트랙 슈(24)는 단조 또는 주조될 수 있으며, 이러한 예시적 실시예에서는 이러한 공정 중에 트랙 슈(24)에 하나 이상의 절취부(58) 및/또는 통로(60)가 형성될 수 있다. 다른 추가 예시적 실시예에서는, 소정 재료의 주괴(ingot) 또는 강편(bloom)이 소정의 트랙 슈 프로파일을 갖는 길이로 압연되거나 및/또는 다른 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 압연된 길이는 "특수 섹션"으로 지칭될 수 있으며, 이러한 특수 섹션은 100ft(30.48m) 또는 그 이상의 길이를 가질 수 있다. 예시적 실시예에서, 개별 트랙 슈(24)는 압연된 특수 섹션으로부터 절단될 수 있다. 트랙 슈(24)의 절취부(58), 통로(60) 및/또는 기타 요소는 이후 절단, 드릴링, 에칭 및/또는 기타 공지된 공정을 통해서 개별 트랙 슈(24) 내에서 형성될 수 있다.
트랙 슈(24)는 예를 들어 스틸, 알루미늄 및/또는 그 합금과 같은 당업계에 공지된 임의의 금속으로 형성될 수 있다. 예시적 실시예에서는, 전체 트랙 슈(24)가 단일 재료로 형성될 수 있다. 추가 예시적 실시예에서는, 트랙 슈(24)의 하나 이상의 부분이 제1 재료로 형성될 수 있고, 트랙 슈(24)의 잔여 부분은 제1 재료와 다른 제2 재료로 형성될 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서는, 트랙 슈(24)의 다양한 상이한 부분이 용접, 기계적 커플링, 및/또는 기타 공지된 접합 공정을 통해서 함께 결합될 수 있다.
추가 예시적 실시예에서, 트랙 슈(24)는 예를 들어 SAE 15B34 스틸, SAE 40BV40 스틸, SAE 15B27 스틸 및/또는 기타 유사 재료와 같은, 비교적 낮은 질량의 고항복강도 재료로 형성될 수 있다. 이러한 재료는 항복 강도를 더 증가시키기 위해 클래딩(cladding) 및/또는 기타 공지된 재료 경화 공정을 통해서 경화될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 용어 "항복 강도"는 트랙 슈(24)가 영구 변형되기 전에 일정 하중을 견딜 수 있는 정도를 의미한다. 높은 항복 강도를 갖는 트랙 슈는 상대적으로 낮은 항복 강도를 갖는 트랙 슈에 비해서, 영구 변형을 겪기 전에, 더 많이 편향될 수 있을 것이다. 예를 들어, SAE 15B34, SAE 40BV40 및 SAE 15B27 스틸은 표준 트랙 슈 스틸보다 탄소 함량이 높을 수 있으며, 따라서 상대적으로 높은 항복 강도, 보다 큰 경도, 및 향상된 내마모성을 가질 수 있다. 예시적 실시예에서, 이러한 고탄소함량 스틸은 대략 0.3중량%보다 높은 탄소 함량을 가질 수 있는 반면에, 표준 트랙 슈 스틸은 0.3% 미만의 탄소 함량을 가질 수 있다.
도 2에 도시하듯이, 지면 결합면(26)은 하나 이상의 그라우저 바를 구비할 수 있다. 예를 들어, 트랙 슈(24)의 지면 결합면(26)은 제1 및 제2 그라우저 바(32, 33)를 구비할 수 있으며, 예시적 실시예에서 트랙 슈(24)의 지면 결합면(26)은 또한 제3 그라우저 바(34)를 구비할 수 있다. 그라우저 바(32, 33, 34)의 각각은 상호 실질적으로 평행할 수 있으며, 그라우저 바(32, 33, 34)의 각각은 트랙 슈(24)의 폭(D3)을 따라서 배치될 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 그라우저 바(32, 33, 34) 중 적어도 두 개는 평행하지 않을 수도 있다. 그라우저 바(32, 33, 34) 각각의 형상, 크기 및 위치는 트랙 슈(24)의 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 그라우저 바(32, 33, 34) 각각의 높이, 폭 및/또는 위치는 트랙 슈(24)의 항복 강도를 유지 및/또는 증가시킬 수 있다. 그라우저 바(32, 33, 34)의 전체 크기가 클수록, 결과적인 트랙 슈(24)의 항복 강도는 커진다. 이러한 그라우저 바 구성은 또한 고탄소함량 트랙 슈(24)의 두께 및/또는 질량이 트랙 슈(24)에 대한 다양한 다른 수정을 통해서 감소될 수 있게 할 수 있다.
예를 들어, 트랙 슈(24)를 형성하기 위해 예를 들어 SAE 15B34, SAE 40BV40 및/또는 SAE 15B27 스틸과 같은 고탄소함량 스틸을 사용하는 것은, 결과적인 트랙 슈(24)의 항복 강도를 저해하지 않으면서, 종래의 그라우저 바에 비해 감소된 높이와 폭을 갖는 그라우저 바의 사용을 가능하게 할 수 있다. 그라우저 바(32, 33, 34)의 감소된 치수는 결과적으로 트랙 슈(24)의 전체 질량 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 표준 저탄소함량 스틸로 제조되고 표준 크기의 그라우저 바를 갖는 트랙 슈는 일반적으로 대략 1205 Mpa 내지 대략 1960 Mpa의 항복 강도를 가질 수 있으며, 일반적으로 대략 20 kg을 초과하는 질량을 가질 수 있다. 그러나, 본 명세서에 논의되는 감소된 그라우저 바 높이 및 폭과 결부하여, 예를 들어 SAE 15B34, SAE 40BV40 및/또는 SAE 15B27 스틸과 같은 고탄소함량 스틸을 사용하는 것은 대략 1205 Mpa 내지 대략 1960 Mpa의 항복 강도를 유지하는 한편 질량이 현저히 감소된 트랙 슈(24)를 초래할 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 이러한 트랙 슈(24)는 대략 1000 Mpa 내지 대략 2000 Mpa의 항복 강도를 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 고탄소함량 트랙 슈(24)의 질량은 트랙 슈(24)의 두께를 최소화함으로써 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 이러한 트랙 슈(24)는 대략 10 kg 내지 대략 15 kg의 질량을 가질 수 있다. 예시적 실시예에서 이러한 트랙 슈(24)는 대략 12.8 kg 미만의 질량을 가질 수 있으며, 추가 예시적 실시예에서 트랙 슈(24)는 대략 11.5 kg 미만의 질량을 가질 수 있다. 본 명세서에 기재된 고탄소함량 트랙 슈(24)의 질량은 표준 트랙 슈 스틸로 제조된 유사 트랙 슈의 대응 질량보다 대략 10% 내지 대략 30% 낮을 수 있다.
전술했듯이, 트랙 슈(24)의 결과적 항복 강도를 저해하지 않으면서 고탄소함량 스틸로 형성된 트랙 슈를 갖는 이러한 감소된 질량을 달성하기 위해, 그라우저 바(32, 33, 34)는 특정 높이 및/또는 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에서 그라우저 바(32, 33, 34)의 각각의 높이 및/또는 폭은 실질적으로 동일할 수 있으며, 추가 예시적 실시예에서 각각의 그라우저 바(32, 33, 34)는 상이한 각각의 높이 및/또는 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시하듯이, 제1 그라우저 바(32)는 대략 21.2mm 내지 대략 24.8mm의 폭(W1)을 가질 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제2 그라우저 바(33)는 대략 14.4mm 내지 대략 17.6mm의 폭(W2)을 가질 수 있다. 또한, 이러한 예시적 실시예에서, 제3 그라우저 바(34)는 대략 15.8mm 내지 대략 16.2mm의 폭(W3)을 가질 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 그라우저 바(32, 33, 34)의 적어도 하나는 대략 12.6mm 내지 대략 14.2mm의 폭을 가질 수 있다. 또 다른 예시적 실시예에서, 그라우저 바(32, 33, 34)의 적어도 하나는 대략 10mm 내지 대략 50mm의 폭을 가질 수 있다. 이들 치수는, 고탄소함량 트랙 슈(24)의 전체 질량을 최소화하는 동시에, 트랙 슈(24)의 항복 강도를 대략 1205 Mpa 내지 대략 1960 Mpa로 유지할 수 있다.
도 2에 도시하듯이, 지면 결합면(26)은 적어도 하나의 실질적으로 편평한 평탄부(44)를 구비할 수 있으며, 상기 평탄부(44)는 그라우저 바(32, 33, 34) 중 적어도 하나에 인접하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 지면 결합면(26)은 제1 및 제2 그라우저 바(32, 33) 사이에 배치되는 실질적으로 편평한 제1 평탄부(44)와, 제2 및 제3 그라우저 바(33, 34) 사이에 배치되는 실질적으로 편평한 제2 평탄부(46)를 구비할 수 있다. 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나는 또한 트랙 슈(24)의 폭(D3)을 따라서 배치될 수 있다. 각각의 그라우저 바(32, 33, 34)는 각각의 제1 및 제2 측벽(50, 52)을 구비할 수 있으며, 각각의 제1 및 제2 측벽(50, 52) 사이에서 각각의 폭(W1, W2, W3)이 연장될 수 있다. 도 3에 도시하듯이, 이러한 측벽(50, 52)은 지면 결합면(26)의 적어도 일부에 대해 실질적으로 수직하게 그로부터 상방 연장될 수 있다.
이러한 예시적 실시예에서, 각각의 그라우저 바(32, 33, 34)의 높이는 또한 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나로부터 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시하듯이, 제1 그라우저 바(32)의 높이(H1)는 대략 18.5mm 내지 대략 21.5mm일 수 있으며, 높이(H1)는 평탄부(44)로부터 그라우저 바(32)의 상면(48)까지 연장될 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제2 그라우저 바(33)의 높이(H2)는 대략 19.5mm 내지 대략 22.5mm일 수 있으며, 높이(H2)는 평탄부(46)로부터 제2 그라우저 바(33)의 상면(48)까지 연장될 수 있다. 또한, 제3 그라우저 바(34)의 높이(H3)는 대략 20mm 내지 대략 23mm일 수 있으며, 높이(H3)는 평탄부(46)로부터 그라우저 바(34)의 상면(48)까지 연장될 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 그라우저 바(32, 33, 34) 중 적어도 하나는 대략 26mm 미만의 높이를 가질 수 있다. 다른 추가 예시적 실시예에서, 그라우저(32, 33, 34) 중 적어도 하나는 대략 10mm 내지 대략 130mm의 높이를 가질 수 있다.
도 3에 도시하듯이, 트랙 슈(24)는 또한 후연(38)과 대향하는 전연(36)을 구비할 수 있다. 제1 그라우저 바(32)는 후연(38) 근처에 배치될 수 있고, 제3 그라우저 바(34)는 전연(36) 근처에 배치될 수 있으며, 제2 그라우저 바(33)는 전연(36)과 후연(38) 사이에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 그라우저 바(32)는 후연(38)과 제1 평탄부(44) 사이에 배치될 수 있고, 제2 그라우저 바(33)는 제1 및 제2 평탄부(44, 46) 사이에 배치될 수 있으며, 제3 그라우저 바(34)는 제2 평탄부(46)와 전연(36) 사이에 배치될 수 있다. 예시적 실시예에서, 제1 및 제3 그라우저 바(32, 34)는 제2 그라우저 바(33)로부터 실질적으로 동일하게 이격될 수 있다. 또한, 제2 그라우저 바(33)는 지면 결합면(26)을 따라 대략 중심에 배치될 수 있다. 예를 들어, 트랙 슈(24)는 대략 222.5mm 내지 대략 215.5mm의 전체 길이(D2)를 가질 수 있으며, 예시적 실시예에서 전체 길이(D2)는 대략 219mm일 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)은 전연(36)으로부터 대략 96mm 내지 대략 92mm의 거리(D1)에 배치될 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)은 예를 들어 전연(36)으로부터 대략 94mm의 거리에 배치될 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 제1 및 제3 그라우저 바(32, 34)의 유사 중심선(70, 74)은 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 임의의 소정 거리로 이격될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제3 그라우저 바(32, 34)의 중심선(70, 74)은 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 실질적으로 동일하게 이격될 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제3 그라우저 바(32, 34)는 각각 제2 그라우저 바(33)로부터 상이한 거리에 배치될 수도 있다. 이러한 간격은 본 명세서에 기재된 트랙 슈(24)의 추가적인 치수 요건 및/또는 재료 조성 요건이 주어질 경우 결과적인 트랙 슈(24)의 항복 강도를 최대화하기 위해 예를 들어 유한 요소 해석을 통해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 유한 요소 해석에 의하면, 제1 그라우저 바(32)의 중심선(70)을 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 대략 72.5mm 이격시키고 제3 그라우저 바(34)의 중심선(74)을 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 대략 73.7mm 이격시키는 것이 본 명세서에 논의된 그라우저 바 폭(W1, W2, W3) 및 높이(H1, H2, H3)를 갖는 결과적인 고탄소함량 트랙 슈(24)의 항복 강도를 대략 1205 Mpa 내지 대략 1960 Mpa로 유지시키는 것이 결정되었다.
예시적 실시예에서, 제1 평탄부(44)는 제1 그라우저 바(32)의 제2 측벽(52)과 제2 그라우저 바(33)의 제1 측벽(50) 사이에서 연장되는 폭을 가질 수 있다. 또한, 제2 평탄부(46)는 제2 그라우저 바(33)의 제2 측벽(52)과 제3 그라우저 바(34)의 제1 측벽(50) 사이에서 연장되는 폭을 가질 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제1 및 제2 평탄부(44, 46)의 폭은 대략 동일할 수 있다. 이러한 예시적 실시예에서, 제1 및 제2 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나의 폭은 트랙 슈(24)의 전체 길이(D2)의 대략 사분의 일을 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 평탄부(44, 46)의 조합된 폭은 전체 길이(D2)의 대략 절반을 포함할 수 있다. 또한, 제1 그라우저 바(32)의 폭(W1)은 제1 및 제2 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나의 폭의 대략 절반일 수 있다. 또한, 제1, 제2 및 제3 그라우저 바(32, 33, 34)의 조합된 폭은 제1 및 제2 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나의 폭과 대략 동일할 수 있다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 그라우저 바(32, 33, 34)의 조합된 폭은 전체 길이(D2)의 대략 사분의 일을 포함할 수 있다. 제1 그라우저 바(32)의 중심선(70)이 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 대략 72.5mm 이격되고 제3 그라우저 바(34)의 중심선(74)이 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)으로부터 대략 73.7mm 이격되는 예시적 실시예에서, 제1 평탄부(44)의 폭은 대략 51.3mm일 수 있으며 제2 평탄부(46)의 폭은 대략 56.8mm일 수 있다.
트랙 슈(24)는 또한 전연(36)에 실질적으로 원형의 팁(68)을 가질 수 있다. 팁(68)은 예를 들어 트랙 슈(24)의 전연(36)과 트랙(20)에 결합된 인접한 트랙 슈의 후연 사이의 간극을 감소시키는데 도움이 되도록 임의의 소정 반경을 가질 수 있다. 트랙 슈(24)는 또한 지면 결합면(26) 상의 팁(68) 근처에 실질적으로 수평한 선반(shelf)(66)을 구비할 수 있다. 선반(66)은 예를 들어 팁(68)을 제3 그라우저 바(34)의 측벽(52)에 연결할 수 있다. 예시적 실시예에서, 측벽(52)과 선반(66) 사이의 지면 결합면(26)은 소정 반경(R5)을 갖도록 라운딩될 수 있다. 이러한 반경(R5)은 또한, 예를 들어 사용 중에 인접한 트랙 슈 사이의 간극을 감소시키는데 도움이 될 수 있다.
트랙 슈(24)의 전체 두께는, 굴삭 및/또는 기타 트랙 슈 적용을 위해 충분한 항복 강도를 유지하면서 트랙 슈(24)의 질량을 감소시키는데 도움이 되도록 선택될 수 있다. 도 3에 도시하듯이, 이러한 두께(T)는 지면 결합면(26)과 베이스(28) 사이에서 측정될 수 있다. 특히, 트랙 슈(24)는 지면 결합면(26)의 제1 및 제2 평탄부(44, 46)로부터 베이스(28)의 대응하는 실질적으로 편평한 평탄부(62, 64)까지 연장되는 두께(T)를 가질 수 있다. 평탄부(44, 46, 62, 64) 중 하나 이상은 트랙 슈(24)의 거의 전체 폭(D3)을 따라서 배치될 수 있음을 알아야 한다. 예시적 실시예에서, 두께(T)는 평탄부(44, 46) 중 적어도 하나의 두께일 수 있으며, 두께(T)는 대략 6.5mm 내지 대략 8.5mm일 수 있다. 다른 예시적 실시예에서, 두께(T)는 대략 5mm 내지 대략 30mm일 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 두께(T)는 대략 7.5mm일 수 있다.
예시적 실시예에서, 베이스(28)는 트랙 슈(24)의 항복 강도를 크게 감소시키지 않으면서 그 질량을 감소시키도록 형상화, 크기형성 및/또는 배치되는 하나 이상의 릴리프(40, 42)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 이러한 릴리프(40, 42)는 항복 강도의 대응 감소를 초래하지 않으면서 트랙 슈(24) 형성에 사용되는 재료의 양을 최소화하기 위해 형상화, 크기형성 및/또는 베이스(28) 상에 배치될 수 있다. 트랙 슈(24)의 항복 강도는 주로 트랙 슈(24) 형성에 사용되는 재료, 및 그라우저 바(32, 33, 34)의 높이, 폭 및 상대 위치에 종속된다. 그라우저 바(32, 33, 34)의 하나 이상의 맞은 편에서 베이스(28)로부터 재료를 제거함으로써 릴리프(40, 42)를 형성하는 것은 한편으로는, 트랙 슈(24)의 결과적 항복 강도에 대해 비교적 효과가 적은 편이다. 따라서, 비교적 긴 그라우저 바의 경우에는, 대응하는 큰 릴리프가 트랙 슈의 항복 강도를 불리하게 감소시키지 않으면서 그라우저 바의 맞은 편에서 베이스(28) 상에 배치될 수 있다. 예시적 실시예에서, 릴리프(40, 42)는 제1 그라우저 바(32)의 중심선(70)이 제1 릴리프(40)의 중심선과 동일 선상에 있고 제2 그라우저 바(33)의 중심선(72)이 제2 릴리프(42)의 중심선과 동일 선상에 있도록 배치될 수 있다.
도 3에 도시하듯이, 그라우저 바(32, 33, 34)의 각각이 고유한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있는 것과 같이, 대응 릴리프(40, 42) 또한 고유한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 그러나, 릴리프(40, 42)의 형상 및/또는 크기는 릴리프(40, 42)에 대향하여 형성되는 그라우저 바(32, 33, 34)의 형상 및/또는 크기와 일치할 수도 있다. 예를 들어, 제1 릴리프(40)는 제1 반경(R1)을 가질 수 있으며, 제2 릴리프(42)는 제1 반경(R1)보다 작은 제2 반경(R2)을 가질 수 있다. 제2 릴리프(42)의 작은 반경(R2)은 제1 그라우저 바(32)의 대응 치수에 비해서 작은 제2 그라우저 바(33)의 높이(H2) 및/또는 폭(W2)에 대응할 수 있다. 예시적 실시예에서, 제1 반경(R1)은 대략 11mm 내지 대략 12mm일 수 있으며, 제2 반경(R2)은 대략 4mm 내지 5mm일 수 있다. 추가 예시적 실시예에서, 제1 반경(R1)은 대략 11.3mm일 수 있으며 제2 반경(R2)은 대략 5mm일 수 있다. 예시적 실시예에서, 릴리프(40, 42)는 트랙 슈(24)의 거의 전체 폭(D3)을 따라서, 대응 그라우저 바(32, 33)에 대향하여 배치될 수 있다.
베이스(28)는 또한 곡선 부분(54)을 구비할 수 있다. 곡선 부분(54)은 트랙 슈(24)의 거의 전체 폭(D3)을 따라서 제3 그라우저 바(34)에 대향하여 배치될 수 있다. 곡선 부분(54)은 임의의 소정 반경(R3)을 가질 수 있으며, 반경(R3)은 트랙 슈(24)와 인접한 트랙 슈(도 3에 도시됨)의 후연 사이의 간극을 감소시키도록 선택될 수 있다. 예시적 실시예에서 반경(R3)은 대략 54mm 내지 대략 58mm일 수 있으며, 추가 예시적 실시예에서 반경(R3)은 대략 56.5mm일 수 있다.
지면 결합면(26)은 또한 하나 이상의 곡선 부분을 구비할 수 있으며, 예시적 실시예에서 지면 결합면(26)은 제1 그라우저 바(32)에 인접하고 트랙 슈(24)의 후연(38)에 근접하는 곡선 부분(56)을 구비할 수 있다. 예시적 실시예에서, 지면 결합면(26)의 곡선 부분(56)은 곡선 부분(54)의 반경(R3)과 실질적으로 동일한 반경(R4)을 가질 수 있다. 이러한 반경(R4)은 예를 들어 인접한 트랙 슈(24) 사이의 간극을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 다른 추가 예시적 실시예에서는, 곡선 부분(54)의 반경(R3)이 곡선 부분(56)의 반경(R4)과 다를 수 있다. 예를 들어, 곡선 부분(54)의 반경(R3)은 대략 56.5mm일 수 있으며, 곡선 부분(56)의 반경(R4)은 대략 55mm일 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명의 트랙 슈(24)는 임의의 트랙 타입 이동 기계에 적용될 수 있다. 본 발명의 트랙 슈(24)는 표준 스틸 트랙 슈에 비해 큰 경도 및/또는 항복 강도 특징을 가질 수 있으며, 따라서 하부궤도(12)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 트랙 슈(24)는 이러한 트랙 슈(24)를 형성하기 위해 재료를 덜 사용함으로써 이동 기계(10)의 운영비를 낮출 수 있으며, 결국 감소된 하부궤도 질량으로 인해 연료를 절감할 수 있다. 이들 이점의 각각은 그라우저 바(32, 33, 34)와 릴리프(40, 42)의 고유 기하형태 및 상대 배치와 더불어 전술한 고탄소함량 스틸의 사용을 통해서 달성될 수 있다.
예를 들어, SAE 15B34, SAE 40BV40 및/또는 SAE 15B27 스틸과 같은 고탄소함량의 고항복강도 스틸로 제조된 트랙 슈(24)의 베이스(28) 상에 릴리프(40, 42)를 형성하게 되면 소정 항복 강도를 유지하면서 트랙 슈(24)의 결과적인 질량을 감소시키는데 도움이 될 수 있다. 따라서, 릴리프(40, 42)가 제조 공정에 일부 복잡성을 추가할 수 있지만, 결과적인 트랙 슈는 이러한 릴리프가 없는 트랙 슈보다 작동상 우수할 수 있다.
또한, 본 발명의 트랙 슈(24)를 압연 공정을 통해서 형성하는 것은 트랙 슈(24)를 단조, 주조 및/또는 기타 유사한 공정을 통해서 형성하는 것보다 저렴할 수 있다. 이러한 공정은 원통형 막대, 장방형 판, 및/또는 기타 길이 형태의 반완성된 스틸을 재가열하는 단계, 및 재가열된 스틸로부터 개별 트랙 슈를 형성하는 단계를 요구한다. 이러한 공정은 시간 소모적이고, 노동 집약적이며, 비교적 비싸다. 원료 스틸(raw steel)의 주괴 또는 강편을 본 명세서에 기재된 트랙 슈(24)의 프로파일을 갖는 길이 형태로 압연하는 것은 한편으로 이러한 재가열을 필요없게 만든다. 대신에, 원료 스틸을 압연하여 트랙 슈(24)의 릴리프(40, 42), 그라우저 바(32, 33, 34), 평탄부(44, 46, 62, 64) 및/또는 기타 부분을 갖는 특수 섹션으로 만들게 되면 제작자가 특수 섹션으로부터 개별 트랙 슈(24)를 간단히 절단할 수 있다. 따라서, 압연 공정을 통해서 트랙 슈(24)를 형성하게 되면 반완성된 스틸과 연관된 추가 시간, 노동 및 비용이 제거된다.
또한, 단조 또는 주조와 달리, 열간 압연과 같은 압연 공정은 스틸의 미세구조 내에 세장형 종방향 입자를 형성한다. 이러한 입자는 재료의 강도, 연성, 및 인성을 증가시킨다. 스틸 및 기타 유사 재료의 열간 압연은 또한 재료 내의 일체의 불순물을 재배향시키며, 따라서 재료의 압연된 표면에 대해 실질적으로 평행하게 정렬되는 "스트링거(stringer)"를 생성한다. 이러한 스트링거는 내파괴성이 높고, 재료의 내구성을 더 증가시키는 경향이 있다. 한편, 단조 또는 주조 공정 중에, 이러한 불순물은 랜덤하게 배향되며, 재료의 표면과 교차할 때 이러한 불순물은 크랙의 전파 지점이 될 수 있다. 그 결과, 열간 압연과 같은 압연 공정으로 형성된 트랙 슈(24)는 다른 공정으로 형성된 트랙 슈에 비해서 내마모성이 높고 통상적으로 더 긴 사용 수명을 갖는다.
예시적 실시예에서, 본 발명의 트랙 슈(24)는 전술한 나사식 체결구, 관통 구멍(30) 및 나사 구멍 중 하나 이상을 통해서 하부궤도(12)의 트랙 링크에 결합될 수 있다. 형성된 체인 링크(29)는 이후 하나 이상의 추가 유사 체인 링크(29)에 연결되어 완성된 체인(22)을 형성할 수 있다. 이러한 체인(22)은 전술한 용도 중 임의의 것을 위해 기계(10)의 트랙(20)에 통합될 수 있다.
상기 개시된 트랙 슈(24)에 대해 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 명세서 및 개시된 시스템의 실행을 고려할 때 다른 실시예가 당업자에게 자명할 것이다. 명세서와 예는 단지 예로서 간주되도록 의도되며, 진정한 범위는 하기 청구범위 및 그 등가물에 의해 제공된다.

Claims (19)

  1. 전연 및 후연이 구비된 이동 기계용 트랙 슈이며,
    실질적으로 편평한 평탄부, 평탄부에 실질적으로 수직으로 그리고 전연 및 후연에 실질적으로 평행하게 연장하는 제1 그라우저 바, 제1 그라우저 바에 실질적으로 평행하게 배향된 제2 그라우저 바, 및 후연에 배치되는 제1 곡선 부분을 포함하는 지면 결합면과,
    지면 결합면에 대향하는 베이스로서, 제1 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제1 릴리프, 제2 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제2 릴리프 및 전연에 배치되는 제2 곡선 부분을 포함하는 베이스를 포함하며,
    베이스부터 제1 릴리프의 가장 깊은 부분까지 측정된 깊이는 베이스부터 평탄부까지 측정된 트랙 슈의 두께보다 작고,
    제1 그라우저 바는 제1 중심선을 갖고, 제1 릴리프는 제1 중심선과 동일 선상에 있는 제2 중심선을 가지며,
    제1 릴리프는 제1 반경을 갖고, 제2 릴리프는 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 이동 기계용 트랙 슈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 제2 그라우저 바는 제1 그라우저 바에 대하여 제1 곡선 부분의 반대편에 배치되는 이동 기계용 트랙 슈.
  5. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 그라우저 바에 실질적으로 평행하고 전연 근처에 배치되는 제3 그라우저 바를 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  6. 제5항에 있어서, 평탄부는 제1 그라우저 바의 측벽과 제2 그라우저 바의 제1 측벽 사이에서 연장되는 폭을 갖는 제1 평탄부이며, 트랙 슈는 제3 그라우저 바의 측벽과 제2 그라우저 바의 제2 측벽 사이에서 연장되는 폭을 갖는 실질적으로 편평한 제2 평탄부를 더 포함하며, 제1 및 제2 평탄부의 폭은 동일한 이동 기계용 트랙 슈.
  7. 제6항에 있어서, 제1 및 제2 평탄부의 조합된 폭은 트랙 슈 전체 길이의 절반을 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  8. 제6항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 그라우저 바의 조합된 폭은 제1 및 제2 평탄부 중 적어도 하나의 폭과 동일한 이동 기계용 트랙 슈.
  9. 제1항에 있어서, 제1 릴리프는 트랙 슈의 전체 폭에 걸쳐 제1 그라우저 바에 대향하여 배치되는 이동 기계용 트랙 슈.
  10. 제1항에 있어서, 지면 결합면부터 베이스까지 연장하는 하나 이상의 관통 구멍을 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  11. 제10항에 있어서, 지면 결합면부터 베이스까지 연장하는 하나 이상의 세장형 통로를 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  12. 제1항에 있어서, 제1 곡선 부분은 제1 반경을 갖고, 제2 곡선 부분은 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 이동 기계용 트랙 슈.
  13. 전연 및 후연이 구비된 이동 기계용 트랙 슈이며,
    실질적으로 편평한 평탄부, 평탄부에 실질적으로 수직으로 그리고 전연 및 후연에 실질적으로 평행하게 연장하는 제1 그라우저 바, 및 제1 그라우저 바에 실질적으로 평행하게 연장하는 제2 그라우저 바를 포함하는 지면 결합면과,
    지면 결합면에 대향하는 베이스로서, 제1 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제1 릴리프 및 제2 그라우저 바에 대향하여 배치되는 제2 릴리프를 포함하는 베이스를 포함하고,
    베이스부터 제1 릴리프의 가장 깊은 부분까지 측정된 깊이는 베이스부터 평탄부까지 측정된 트랙 슈의 두께보다 작으며,
    상기 트랙 슈는 0.3%를 초과하는 탄소 함량을 갖는 스틸을 포함하고,
    제1 릴리프는 제1 반경을 갖고, 제2 릴리프는 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 이동 기계용 트랙 슈.
  14. 제13항에 있어서, 제1 및 제2 그라우저 바에 실질적으로 평행하고 전연 근처에 배치되는 제3 그라우저 바를 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  15. 제14항에 있어서, 제1, 제2 및 제3 그라우저 바의 조합된 폭은 트랙 슈 전체 길이의 사분의 일을 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  16. 제13항에 있어서, 후연에 배치되는 제1 곡선 부분과 전연에 배치되는 제2 곡선 부분을 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  17. 제16항에 있어서, 제2 그라우저 바는 제1 그라우저 바에 대하여 제1 곡선 부분의 반대편에 배치되는 이동 기계용 트랙 슈.
  18. 제13항에 있어서, 스틸의 미세구조 내에 형성된 종방향 입자를 더 포함하는 이동 기계용 트랙 슈.
  19. 이동 기계용 트랙 슈이며,
    제1 그라우저 바, 제1 그라우저 바에 실질적으로 평행한 제2 그라우저 바, 및 제2 그라우저 바에 실질적으로 평행한 제3 그라우저 바를 포함하는 지면 결합면과,
    지면 결합면에 대향하는 베이스로서, 제1 릴리프 및 제1 릴리프에 실질적으로 평행한 제2 릴리프를 포함하는 베이스를 포함하고,
    제1, 제2 및 제3 그라우저 바의 조합된 폭은 트랙 슈 전체 길이의 사분의 일을 포함하고,
    제1 그라우저 바의 중심선은 제1 릴리프의 중심선과 동일 선상에 있고, 제2 그라우저 바의 중심선은 제2 릴리프의 중심선과 동일 선상에 있으며,
    상기 트랙 슈는 0.3%를 초과하는 탄소 함량을 갖는 스틸을 포함하고, 스틸의 미세구조 내에 형성된 종방향 입자를 더 포함하고,
    제1 릴리프는 제1 반경을 갖고, 제2 릴리프는 제1 반경보다 작은 제2 반경을 갖는 이동 기계용 트랙 슈.
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