Az alvázterv hatása a gép állékonyságára lejtőn

Talajnyomás-eloszlás és lejtőstabilitás

A súly megfelelő eloszlása nagyon fontos a lejtőkön történő biztonságos működéshez. Amikor a talajnyomás egyenetlen, instabilitási problémákat okoz, amelyek a lejtő meredekségének növekedésével egyre súlyosabbá válnak. A legtöbb ember tudja, hogy ez akkor fordul elő, ha a görgők nincsenek egy vonalban, vagy a forgópontok kopás jeleit mutatják a folyamatos használat miatt. Ennek következtében a gépen a súly egyenetlenül oszlik el, ami valójában csökkenti a felületek közötti súrlódást. A döntőasztalokon végzett tesztek azt mutatják, hogy ez több mint 40 százalékkal növelheti az oldirányú csúszás kockázatát. Ugyanakkor a gép felborulásának valószínűsége is megnő, mert a tömegközéppontja váratlanul elmozdul. A nagyobb berendezésgyártók ezen problémákat speciális futópálya-feszítő rendszerekkel és az irányítógörgők gondos elhelyezésével kezelik a gép alvázán keresztül. Ezek a beállítások segítenek fenntartani az egyenletes nyomást az összes érintkezési ponton a gép alatt, így lényegesen javítják a gép teljesítményét nehéz terepi körülmények között.

Hogyan növeli az egyenetlen talajnyomás az oldirányú csúszás és a felborulás kockázatát lejtőn

A lejtőkön fellépő nyomásproblémák két fő módon okozhatnak komoly instabilitást: amikor a talaj helyileg elmozdul, és amikor a terhelés egyenetlenül oszlik el a gépen. A probléma akkor válik súlyosabbá, ha a nehéz részek nagyobb nyomással nehezednek a talajra, mint amit az képes elviselni – különösen nedves agyag vagy laza kőzet feltételek mellett. Ez gyengülő pontokat hoz létre éppen azon a területen, ahol a legnagyobb a nyomás. Ugyanakkor a kisebb nyomás alatt álló területek jobban csúsznak, olyan forgáspontként működve, amelyek váratlan felboruláshoz vezethetnek a gépeknél. A 2021-es ISO 5010 szabvány szerinti tesztek szerint még a kis különbségek is nagyon jelentősek: csupán 15%-os nyomáskülönbség körülbelül 20 fokos lejtőn hatszorosára növeli a felborulás valószínűségét. E problémák kezelése érdekében a berendezésgyártók elkezdték alkalmazni például lengő kiegyenlítő rudakat és állítható futólapokat. Ezek a komponensek segítenek a terhelés elosztásában a gép különböző részein mozgás közben, ami különösen fontos az excavátorok stabilitásának fenntartásához – függetlenül attól, hogy mekkora a gép mérete vagy milyen szélesre van beállítva.

A megfelelő nyomtávolság úszási előnyei: az ISO 10266 szabvány szerinti lejtőn tartási képességre vonatkozó tesztadatok

A szélesebb nyomtáv-profilok a lejtőn való teljesítményt az úszási fizika elvei alapján javítják. A talajjal érintkező felület növelésével az optimalizált konfigurációk akár 35%-kal csökkentik a talajra gyakorolt nyomást a szokásos tervekhez képest. Ez egy szívóhatást eredményez, amely ellensúlyozza a gravitációs csúszási erőket – ezt az elvet az ISO 10266:2023 szabvány szerinti tanúsítási próbák is megerősítették:

Az adatok az ASTM F1637 szabvány szerinti talajviszonyokra és 30% nedvességtartalomra vonatkoznak

A szélesebb alapfelület segít jobban eloszlatni a nyomatékot az egész alvázrendszeren, és stabilan tartja a gépet mozgás közben. Ez valójában megakadályozza, hogy a talaj egy adott ponton túlságosan összetömörödjön kanyarodáskor, ami különösen fontos a 30 foknál meredekebb lejtőkön való munkavégzés során. Különösen rossz helyzet alakul ki esős időjárásban, amikor a keskeny futóművel rendelkező gépek kb. 70 százalékkal gyakrabban csúsznak. Napjainkban a nehéz terepviszonyokhoz tervezett berendezések jól kihasználják ezt a szélesség és nyomás közötti összefüggést, hogy átjussanak olyan bonyolult terepi problémákon, amelyek más gépeket teljesen megállítanának.

Vonóerő Anyagok és felületi kölcsönhatás csúszós lejtőkön

Acél- és gumifutómű: tapadási tényező összehasonlítása (ASTM F1809) nedves, sáros és jeges lejtőkön

Amikor száraz lejtőkről van szó, az acél futópántok ténylegesen körülbelül 18%-kal jobb tapadást biztosítanak a gumiknál, a számok szerint az acél tapadási együtthatója 0,42, míg a gumié 0,35 az ASTM F1809-22 szabvány szerint. Azonban a helyzet jelentősen megváltozik, ha nedves agyagkörülményeket vizsgálunk. Ebben az esetben a gumi valóban kitűnik: a rugalmas, illeszkedő tapadása miatt majdnem 27%-kal felülmúlja az acélt. Azon a 25 fokos jéggel borított lejtőn is a vulkanizált gumi meglehetősen jól tartja magát a talajon, tapadási együtthatója körülbelül 0,28, mivel mikroszkopikus szinten enyhén deformálódik. Az acél ezzel szemben nem jár annyira szerencsésen: hasonló körülmények között tapadási együtthatója csupán 0,19-re csökken. Ezek a különbségek nagy jelentőséggel bírnak a jármű alvázának tervezése és az egész gép stabilitása szempontjából. A gumi rugalmassága segít csökkenteni a csúszás problémáját a vízfelhordás (hydroplaning) helyzetében, míg az acél futópántokkal felszerelt gépek hajlamosabbak csúszni azokon a fagyott felületeken, ahol a tapadás már így is korlátozott.

A kopás okozta stabilitásvesztés: gumis pályák tapadáscsökkenési görbéi 30°-nál meredekebb lejtőkön

A gumis pályák tapadása jelentősen csökken kb. 2000 üzemóra elteltével, különösen akkor, ha 30 foknál meredekebb lejtőket másznak meg. A tapadási tényező drámaian csökken, például sáros körülmények között kb. 0,38-ről mindössze 0,23-ra, ami miatt a gépek sokkal nagyobb eséllyel borulnak fel. Mi okozza ezt? Főként azért, mert az élképződési elemek (lugs) idővel összenyomódnak, és apró repedések keletkeznek a gumifelületen, így nem tudják többé hatékonyan eltávolítani a sárt a agyagos talajból. A kopott pályákon üzemelő gépek valójában kétszer annyiszor csúsznak meg 35 foknál meredekebb lejtőkön, mint az új pályákkal felszerelt gépek. Ennek a problémának a kezelésére a legtöbb berendezésgyártó olyan pályákat tervez, amelyeknél a blokkok el van tolva egymáshoz képest, így elegendő tér marad köztük ahhoz, hogy megfeleljenek az ipari irányelvekben meghatározott alapvető biztonsági követelményeknek meredek terepen való munkavégzéshez.

Kinematikai geometria és súlyátadás-vezérlés

Végáttétel beállítása (alacsony/magas áttétel) és hatása a nyomaték-elosztásra és a tömegközéppont eltolódására emelkedés/lejtőn való haladás közben

A véghajtás elhelyezése döntően befolyásolja a gépek stabilitását lejtőn való mozgás közben. Az alacsony hajtású rendszerekben a hajtólánckerekek a futópálya keret alatt helyezkednek el, ami valójában 12–18 százalékkal alacsonyabbra helyezi a tömegközéppontot (CoG), mint a magas hajtású konfigurációk esetében. Ez a megoldás csökkenti az idegesítő hosszanti lengéseket emelkedőn való haladáskor, mivel a nyomaték egyenletesen oszlik el a jármű alvázán, nem pedig egyetlen pontban koncentrálódik. Ennek következtében elkerülhetők azok a hirtelen tömegeloszlás-változások, amelyek a gépet akár 25 foknál meredekebb lejtőn is hátrafelé boríthatnák. Lejtőn lefelé haladáskor ezek a rendszerek speciális bolygókerék-hajtóműveket használnak a lánctartás állandóságának biztosítására, így csökken a gép irányíthatatlan csúszásának kockázata. A gyakorlati tesztek is lenyűgöző eredményeket mutattak: az alacsony hajtású gépek oldalirányú csúszása körülbelül 40%-kal kisebb palésszirti lejtőkön. Ezt úgy érik el, hogy alapvető mechanikai erőkar-elvvel ellensúlyozzák a centrifugális erőket, így sokkal biztonságosabbak és előrejelezhetőbbek nehéz terepi körülmények között.

Forgó- és nyeregcsukló-kialakítás: terepilleszkedés és szerkezeti merevség kiegyensúlyozása meredek lejtőkön történő működtetéshez

A csuklós rendszerekben található forgócsuklók lehetővé teszik, hogy a gépek durva terepen való mozgás közben hajlítsanak és rugalmasan deformálódjanak anélkül, hogy szétesnének. Ezek a csuklók általában gömbgörgőscsuklókat tartalmazó yoke-okból (karokból) állnak, amelyek körülbelül 15 fokos függőleges mozgást engednek meg minden egyes bogie-kereknek. Ez segít fenntartani a lánctalpak talajjal való érintkezését anélkül, hogy a váz torzulna. Ugyanakkor itt is van kompromisszum: túlzott rugalmasság valójában instabilitást okozhat. A merev csuklós rendszerekkel készült gépek – a tesztelési szabványok szerint – 28%-kal ritkábban borulnak fel 30 fokos lejtőn. A jártas mérnökök középutat találnak a kúpos görgőscsuklók alkalmazásával, amelyek jobban képesek oldalirányú erők elviselésére, miközben továbbra is korlátozzák a szögmozgást. Egy jó tervezés akár maximális oldalirányú terhelés mellett is 5 milliméternél kisebb váztorzulást biztosít, így megfelelő súlyeloszlást ér el a lánctalpak és a talajfelület között – ami döntő fontosságú a meredek lejtőkön való egyensúlyozáshoz.

Lánctalpas vs. kerekes rendszerek: Miért Alsó sátr A tervezés határozza meg a lejtőn való teljesítményt

A pályás gépek és kerekes megfelelőik közötti lényeges különbséget alapvetően az határozza meg, hogyan oszlanak el a gépek súlya a talajon – ez pedig döntő jelentőségű lejtőn végzett munka esetén. A pályák segítségével a gép súlya jóval nagyobb felületre oszlik el, így a talajra gyakorolt nyomás lényegesen kisebb, mint a kerekek esetében. Ez a konstrukció azt is eredményezi, hogy a gép alacsonyabban helyezkedik el a talajhoz képest, és jobban ragad a gravitáció ellen, így kevésbé valószínű, hogy oldalirányban csúszik le a domboldalon. A kerekek más történetet mesélnek. Ezek a súlyt csak néhány kis területre koncentrálják, ami miatt behundorodhatnak a puha talajba, és amint a lejtő meredeksége eléri a kb. 15 fokot, egyre nehezebb megtartaniuk helyzetüket. A szakértők megfigyelték, hogy 30 fokos lejtőn a pályás gépek kb. 40 százalékkal hosszabb ideig maradnak érintkezésben a talajjal, ami nyilvánvalóan hozzájárul az állékonysághoz a nehézkes oldallejtőkön végzett munka során. Amikor rendkívül meredek terepre kell dolgozni, és a felborulás komoly veszélyt jelent, a jármű alváza megfelelő kialakítása elengedhetetlenül fontos a munkavállalók biztonságának megőrzése érdekében.

GYIK

Mik a fő kockázatok, amelyek az egyenetlen talajnyomással járnak lejtőkön?

Az egyenetlen talajnyomás lejtőkön növeli az oldirányú csúszás és a felborulás kockázatát. A nehéz területek helyi talajösszeomlást okozhatnak, míg az egyenetlen súlyeloszlás váratlan megdőlést és instabilitást eredményezhet.

Hogyan kezelik a gépgyártók a lejtőstabilitási problémákat?

A gyártók futópálya-feszítő rendszereket, kiegyenlítő rudakat, állítható futópálya-lapokat és szélesebb futópálya-profilokat alkalmaznak a kiegyensúlyozott talajnyomás fenntartására és a lejtőstabilitás javítására.

Milyen előnyök származnak a gumifutópályák használatából különböző terepek esetén a fémfutópályákhoz képest?

A gumifutópályák jobb tapadást biztosítanak nedves és iszapos körülmények között konform tapadásuk miatt, míg a fémfutópályák növelt tapadást nyújtanak száraz felületeken. A gumifutópályák csúszásmentesítő hatással is bírnak jéges felületeken.

Hogyan befolyásolja a véghajtás konfigurációja a gép stabilitását lejtőkön?

Az alacsony hajtású beállítások csökkentik a tömegközéppont magasságát, csökkentve így a billenési mozgásokat és a súlyeloszlás eltolódását, ami javítja a stabilitást mind emelkedőn, mind lejtőn.