Как конструкцията на ходовата част влияе върху устойчивостта на машината по наклони

Разпределение на налягането върху земята и устойчивост на наклони

Правилното разпределение на теглото е от голямо значение за безопасна работа по наклони. Когато налягането върху земята не е равномерно, възникват проблеми с нестабилността, които се усилват с увеличаване на наклона. Повечето хора знаят, че това се случва, когато ролерите са извън подравняване или опорните точки показват износване поради постоянната употреба. Следващият ефект е дисбаланс в разпределението на теглото върху машината, който всъщност намалява триенето между повърхностите. Изпитания върху наклонни маси показват, че това може да увеличи вероятността от страничен плъзгане с повече от 40 процента. Едновременно с това машината става по-склонна към преобръщане, тъй като центърът ѝ на тежест се премества неочаквано. Големите производители на тежка техника решават тези проблеми чрез специални системи за регулиране на напрежението на гусениците и внимателно позициониране на водещите ролки по цялата рама. Тези корекции помагат да се запази балансирано налягане върху всички контактни точки под машината, което значително подобрява нейната способност да се справя с трудни теренни условия.

Как неравномерното налягане върху земята увеличава риска от страничен плъзгане и преобръщане по наклони

Проблемите с налягането по склоновете могат да доведат до сериозна нестабилност по два основни начина: когато почвата се огъва локално и когато тежестта се разпределя неравномерно по машината. Проблемът се влошава, когато тежките участъци оказват по-голямо налягане, отколкото почвата може да поеме, особено при влажна глина или рыхъл камък. Това създава слаби зони точно под местата, където се прилага най-голямото налягане. Едновременно с това участъците с по-малко налягане имат тенденция да се плъзгат по-лесно и действат като оси на въртене, които предизвикват неочаквано преобръщане на машините. Според изпитанията по ISO стандарт 5010 от 2021 г. дори малките разлики имат голямо значение. Само 15% разлика в налягането по склон с ъгъл около 20 градуса прави преобръщането шест пъти по-вероятно. За борба с тези проблеми производителите на оборудване започнаха да използват елементи като люлеещи се уравнителни греди и регулируеми гумени стъпала за гусеници. Тези компоненти помагат да се разпредели силата по различните части на машината по време на движение, което се оказва изключително важно за поддържане на стабилността на екскаваторите, независимо от тяхната големина или широчина на настройката.

Плаваемостни предимства от оптимизирана ширина на колесната база: тестови данни според ISO 10266 за способността да се удержава наклон

По-широките профили на колесната база подобряват работата по наклон чрез физиката на плаваемостта. Чрез увеличаване на площта на контакт с повърхността оптимизираните конфигурации намаляват налягането върху земята до 35 % спрямо стандартните конструкции. Това създава ефект на смукане, който противодейства на силите на гравитационно плъзгане – принцип, потвърден в изпитанията за сертифициране според ISO 10266:2023:

Данните отразяват почвени условия според ASTM F1637 при съдържание на влага 30 %

По-широката опорна повърхност помага по-равномерно да се разпредели въртящият момент по цялата система на подвижната част и осигурява стабилност на машината при движение. Това всъщност предотвратява прекомерното уплътняване на почвата на едно място по време на завои — нещо изключително важно за поддържане на курса при работа по наклони, по-стръмни от 30 градуса. Особено неблагоприятни са условията при влажно време, когато машините с тесни гусеници имат склонност да се плъзгат около 70 процента по-често. В днешно време оборудването, проектирано за изискани наклони, успешно използва тази зависимост между широчината и налягането, за да преодолява сложни теренни предизвикателства, които биха спрели други машини на място.

Тяга Материали и взаимодействие с повърхността по хлъзгави наклони

Стоманени срещу гумени гусеници: сравнение на коефициентите на сцепление (ASTM F1809) при влажни, кални и ледени наклони

Когато става дума за сухи склонове, стоманените гусеници всъщност осигуряват около 18% по-добра сцепяемост в сравнение с гумени, като според стандартите ASTM F1809-22 коефициентът е 0,42 за стомана срещу 0,35 за гума. Но нещата се променят значително, когато разгледаме условията на мокра глина. Тук гумите наистина изпъкват, надвишавайки стоманените с почти 27% благодарение на своята конформна хватка. На онези ледени наклони от 25 градуса обаче вулканизираната гума все още успява да задържи добре машината на повърхността с коефициент около 0,28 поради лекото й деформиране на микроскопично ниво. Стоманените гусеници не са толкова щастливи — при сходни условия техният коефициент пада до само 0,19. Тези разлики имат голямо значение за проектирането на подвижната част и за общата устойчивост на машината. Еластичността на гумите помага да се намали проблемът със хлъзгането при хидроплануване, докато машините със стоманени гусеници имат тенденция да се плъзгат по-лесно по замръзналите повърхности, където сцеплението вече е ограничено.

Загуба на устойчивост поради износване: криви на деградация на сцеплението на гумени вериги при наклони над 30°

Гумените вериги започват значително да губят сцепление след около 2000 часа експлоатация, особено при изкачване по склонове с наклон над 30 градуса. Коефициентът на сцепление рязко намалява от около 0,38 до само 0,23 в кални условия, което прави машините много по-склонни към преобръщане. Каква е причината за това? Основно ламелите се компресират с течение на времето и върху гумената повърхност се образуват микроскопични пукнатини, поради което те вече не могат ефективно да отстраняват калта в почви, богати на глина. Машините, работещи с тези износени вериги, буксират два пъти по-често на склонове над 35 градуса в сравнение с нови машини. За борба с този проблем повечето производители на оборудване проектират своите вериги с разместени блокове, които осигуряват достатъчно разстояние помежду си, за да отговарят на основните изисквания за безопасност при работа на стръмни терени според отрасловите насоки.

Кинематична геометрия и контрол на прехвърлянето на тегло

Конфигурация на крайното предаване (ниско/високо предаване) и нейният ефект върху векторизирането на въртящия момент и преместването на центъра на тежестта при изкачване/слизане

Местоположението на крайното предаване има решаващо значение за поддържането на устойчивостта на машините, докато се придвижват по наклони. При конфигурациите с ниско разположено предаване звездата на предаването е разположена под рамката на гусеницата, което всъщност намалява центъра на тежестта (ЦТ) с около 12–18 % спрямо високоразположените предавания. Тази конфигурация помага да се намали неприятното люлеене по надлъжната ос при изкачване на склонове, тъй като въртящият момент се разпределя равномерно по цялата подвижна част, вместо да се концентрира в една точка. Това означава, че няма внезапни промени в разпределението на теглото, които биха могли да предизвикат преобръщане назад на машината по наклони, по-стръмни от около 25 градуса. При спускане надолу тези системи използват специални планетарни предавки, за да поддържат постоянна опън на гусеницата и по този начин намаляват риска от неконтролируемо плъзгане. Реалните изпитания показват нещо доста впечатляващо – машините с ниско разположено предаване се плъзгат напречно около 40 % по-малко по склонове от слан. Те постигат това, като противодействат на центробежните сили чрез основни механични принципи на лост, което прави машините значително по-безопасни и по-предсказуеми в трудни теренни условия.

Осева и вилкообразна шарнирна връзка: балансиране на съответствието с релефа и структурната твърдост за работа по стръмни склонове

Пантите с въртящо се движение в артикулираните системи позволяват на машините да се огъват и извиват при движение по неравен терен, без да се разпаднат. Тези панти обикновено имат вилки с топлоносни ролкови лагери, които осигуряват около 15 градуса вертикално движение за всяко колело на каросерията. Това помага гусениците да остават в контакт с повърхността на земята, без да усукват рамката. Но тук съществува и компромис: прекалено голямата гъвкавост всъщност може да предизвика нестабилност. Според изпитателните стандарти машините с жестки артикулирани системи преобръщат с 28 % по-рядко на склонове с наклон 30 градуса. Умните инженери намират баланс, като използват конични ролкови лагери, които по-добре понасят страничните сили, но все пак запазват ъгловото движение в зададените граници. Добро проектиране гарантира, че деформацията на рамката остава под пет милиметра дори при прилагане на максимални странични натоварвания, което осигурява правилно разпределение на теглото между гусениците и повърхността на земята – фактор, който е от решаващо значение за устойчивостта на стръмни склонове.

Гусенични срещу колесни системи: Защо Дъно Дизайнът определя производителността на наклона

Това, което наистина отличава машините с гусеници от техните колелести аналоги, е начинът, по който те разпределят теглото си върху земята — разликата е решаваща при работа по склонове. При гусеничните машини теглото се разпределя върху значително по-голяма повърхност, поради което налягането върху земята е много по-малко в сравнение с колелестите машини. Тази конфигурация освен това означава, че машината се намира по-ниско над земята и има по-добра сцепяемост срещу гравитацията, което намалява вероятността й да се плъзга странично по хълмовете. Колелестите машини обаче представят съвсем друга картина: те предават цялото си тегло върху само няколко малки точки, което може да доведе до потъване в меката почва и затруднено задържане на позицията им, когато наклонът надвиши приблизително 15 градуса. Според наблюденията на експерти от индустрията гусеничните машини поддържат контакт с повърхността около 40 % по-дълго време при склонове от 30 градуса, което очевидно допринася за по-добра стабилност при работа по тези трудни странични склонове. Когато се работи по изключително стръмни терени, където рисковете от преобръщане са значителни, правилният подбор на ходовата част става абсолютно задължителен за осигуряване на безопасността на работниците.

ЧЗВ

Какви са основните рискове, свързани с неравномерното налягане върху почвата по склоновете?

Неравномерното налягане върху почвата по склоновете увеличава риска от странично плъзгане и преобръщане. Тежките участъци могат да предизвикат локално срутване на почвата, докато несбалансираното разпределение на теглото може да доведе до неочаквано килване и нестабилност.

Как производителите на оборудване решават проблемите с устойчивостта по склоновете?

Производителите използват системи за регулиране на напрежението на гусениците, балансиращи лостове, регулируеми гусенични плочи и по-широка гусенична профилация, за да поддържат балансирано налягане върху почвата и да подобрят устойчивостта по склоновете.

Какви са предимствата на използването на гумени гусеници вместо стоманени гусеници на различни терени?

Гумените гусеници осигуряват по-добра сцепяемост при влажни и кални условия благодарение на конформалното им хващане, докато стоманените гусеници осигуряват по-висока сцепяемост на сухи повърхности. Гумените гусеници също намаляват плъзгането по ледени повърхности.

Как финалната предавка влияе върху устойчивостта на машината по склоновете?

Настройките с ниско разположен двигател намаляват центъра на тежестта, което намалява наклоните и преместванията в разпределението на теглото и по този начин подобрява стабилността както при изкачване, така и при слизане по наклони.