Kaip važiuoklės konstrukcija veikia mašinos stabilumą nuolydžiuose

Žemės slėgio pasiskirstymas ir nuolydžio stabilumas

Teisingai paskirstyti svorį yra labai svarbu saugiai veikti nuolydžiuose. Kai žemės slėgis nėra vienodas, kyla nestabilumo problemų, kurios dar labiau pasunkėja, kai nuolydis tampa stačiau. Dauguma žmonių žino, kad tai įvyksta, kai ritinėliai nesutvarkyti arba sukimosi taškuose matyti dėl nuolatinės naudojimo susidėvėjimo požymiai. Dėl to susidaro svorio pasiskirstymo netolygumas ant mašinos, kuris iš tikrųjų sumažina trintį tarp paviršių. Bandymai su pasviraisiais stalais rodo, kad tai gali padidinti šoninio slydimo tikimybę daugiau kaip 40 procentų. Tuo pačiu metu mašina tampa labiau linkusi apversti, nes jos masės centras netikėtai pasislenka. Didelės įrangos gamintojai šias problemas sprendžia specialiomis bėgių įtempimo sistemomis ir atidžiai išdėstydami vadinamuosius laisvuosius ratukus (idler) visame korpuso ilgyje. Šie reguliavimai padeda išlaikyti pusiausvyrą slėgio pasiskirstymą visuose mašinos kontaktuose su žeme, todėl ji geriau tvarkosi sudėtingose reljefo sąlygose.

Kaip netolygus žemės slėgis padidina šoninio slydimo ir apvertimo riziką nuolydžiuose

Slėgio problemos šlaituose gali sukelti rimtą nestabilumą dviem pagrindiniais būdais: kai žemė vietomis duoda, ir kai svoris pasiskirsto netolygiai per visą įrangą. Problema dar labiau paaštrėja, kai sunkios vietos spaudžia žemę stipriau, nei ji gali išlaikyti, ypač drėgnuose molio arba nesandaruose uolų sąlygose. Tai sukuria silpnas vietas tik po tose vietomis, kur taikomas didžiausias slėgis. Tuo pačiu metu mažesnio slėgio sritys dažniau slysta, veikdamos kaip sukimosi ašys, dėl kurių įranga netikėtai apverčiama. Pag according to 2021 m. ISO 5010 standarto bandymų, net nedidelės skirtumo reikšmės turi didelės reikšmės. Net 15 % slėgio skirtumas 20 laipsnių nuolydyje padidina apvertimo tikimybę šešis kartus. Šioms problemoms įveikti įrangos gamintojai pradėjo naudoti tokias dalis kaip svyruojančios išlyginamosios skersinės ir reguliuojamos keliauklių padėklai. Šios detalės padeda išsklaidyti jėgą į įvairias įrangos dalis judant, kas pasirodo esąs labai svarbus veiksnys, užtikrinantis ekskavatorių stabilumą nepriklausomai nuo jų dydžio ar nuotolio tarp atramų.

Plūdumo privalumai, pasiekiami optimizuojant ratų bazines: ISO 10266 bandymų duomenys apie nuolydžio laikymo gebėjimą

Plačiosios ratų bazės profiliai pakeičia nuolydžio našumą dėl plūdumo fizikos. Išplėsdamos žemės liečiamąją plotą, optimizuotos konfigūracijos sumažina žemės slėgį iki 35 % lyginant su standartinėmis konstrukcijomis. Tai sukuria siurbimo efektą, kuris kompensuoja gravitacinės slydimo jėgas – šis principas patvirtintas ISO 10266:2023 sertifikavimo bandymuose:

Duomenys atspindi ASTM F1637 dirvožemio sąlygas esant 30 % drėgmei

Platesnė pėdsako plotis padeda geriau paskirstyti sukimo momentą visoje važiuoklės sistemoje ir išlaikyti mašinos stabilumą judant. Tai iš tikrųjų neleidžia dirvožemiui per daug susispausti vienoje vietoje posūkių metu, kas yra itin svarbu, kad būtų išlaikyta kryptis dirbant kalnų šlaituose, kurių nuolydis viršija 30 laipsnių. Ypač blogai situacija susidaro drėgnomis sąlygomis, kai mašinos su siaurais bėgiais slysta apie 70 procentų dažniau. Šiuolaikinė įranga, skirta sunkiai įveikiamoms šlaitų sąlygoms, puikiai panaudoja šią ryšio tarp pločio ir slėgio priklausomybę, kad įveiktų sudėtingas vietovės problemas, kurios kitas mašinas sustabdytų vietoje.

Traukos jėga Medžiagų ir paviršiaus sąveika slidžiuose šlaituose

Plyštiniai prieš vs. gumos bėgiai: traukos koeficientų palyginimas (ASTM F1809) drėgnomis, purvinomis ir ledinėmis šlaitų sąlygomis

Kai kalbama apie sausas nuolydžio paviršius, plieninės grandinės iš tikrųjų užtikrina apie 18 % geresnį sukibimą nei gumos, o skaičiai rodo, kad ASTM F1809-22 standarto pagalba nustatytas sukibimo koeficientas yra 0,42 plienui ir 0,35 – gumai. Tačiau viskas labai pasikeičia, kai vertinamos drėgnos molio sąlygos. Šiuo atveju gumos tikrai išsiskiria, nugalėdamos plieną beveik 27 % dėl savo pritaikomojo sukibimo. Tačiau šaltose, leduotose 25 laipsnių nuolydžio sąlygose vulkanizuota gumа vis dar gana gerai laikosi ant paviršiaus, turėdama sukibimo koeficientą apie 0,28, nes ji mikroskopiniu lygiu šiek tiek deformuojasi. Plienas čia neturi tokios sėkmės ir panašiomis sąlygomis jo sukibimo koeficientas sumažėja iki tik 0,19. Šie skirtumai labai svarbūs konstruojant mašinos apačią ir užtikrinant bendrąją mašinos stabilumą. Gumos lankstumas padeda sumažinti slydimo problemas vandens planavimo (hydroplanavimo) situacijose, tuo tarpu mašinos su plieninėmis grandinėmis lengviau slysta šaltose paviršiaus vietose, kur sukibimas jau yra pažeistas.

Stovėjimo sukelta stabilumo praradimas: guminių bėgių sukibimo mažėjimo kreivės virš 30° nuolydžių

Guminiai bėgiai pradeda reikšmingai prarasti sukibimą po apytiksliai 2000 darbo valandų, ypač kildami kalnų šlaitais, kurių nuolydis didesnis nei 30 laipsnių. Sukibimo koeficientas drėgnuose sąlygose staigiai krenta nuo maždaug 0,38 iki tik 0,23, dėl ko įranga daug labiau linkusi apversti. Kuo tai sukelia? Pagrindinė priežastis – laikui bėgant išsiplošia profilio griovelio elementai („lugs“) ir gumos paviršiuje susidaro mikroskopinės plyšios, todėl jie nebegali taip efektyviai nuvalyti molingos dirvos. Įranga, veikianti su išnaudotais bėgiais, šlaituose, kurių nuolydis viršija 35 laipsnius, slysta dvigubai dažniau nei nauja įranga. Šiai problemai įveikti dauguma įrangos gamintojų projektuoja bėgius su išstumtais (nestandartinės išdėstymo schemos) blokais, kurie palieka tarpus tarp jų pakankamai didelius, kad atitiktų pradinius saugos reikalavimus dirbant stačiuose šlaituose pagal pramonės gaires.

Kineminė geometrija ir masės perkėlimo kontrolė

Galiausio pavaro konfigūracija (žema/aukšta pavara) ir jos poveikis sukimo momento vektorizavimui bei masės centro poslinkiui kildami/leisdami

Tas, kur yra galutinė pavara, lemia viską, kai kalbama apie mašinų stabilumą judant nuožulniomis. Žemosios pavartos konfiguracijose varomasis žvaigždės ratukas įrengiamas po bėgių rėmu, dėl ko masės centras (CoG) nusileidžia 12–18 procentų žemiau nei aukštosios pavartos konfiguracijose. Tokia konstrukcija padeda sumažinti nepatogius kampinius svyravimus („pitch“) kildami į kalnus, nes sukimo momentas paskirstomas tolygiai visoje važiuoklėje vietoj to, kad susikaup­tų vienoje vietoje. Tai reiškia, kad nepasitaiko staigių masės pasiskirstymo pokyčių, kurie galėtų priversti mašiną apsiversti atgal įkalnėje, kurios nuolydis viršija apytiksliai 25 laipsnius. Leisdamosi nuo kalno šios sistemos naudoja specialius planetinius reduktorius, kad išlaikytų nuolatinę bėgių įtempimą, todėl sumažėja nekontroliuojamo slydimo tikimybė. Realiojo pasaulio bandymai taip pat parodė gana įspūdingus rezultatus – mašinos su žemąja pavarta šonu slysta apie 40 % mažiau skaldočių nuolydžiuose. Jos tai pasiekia priešindamosi centrifūginėms jėgoms, remdamosi paprastais mechaninio svirties principais, todėl tampa žymiai saugesnės ir numatomesnės sudėtingose reljefo sąlygose.

Sukimosi ašies ir išlinkimo sąnario judėjimas: balansavimas tarp reljefo pritaikymo ir konstrukcinės standumo veikiant stačiuose šlaituose

Sujungtose sistemose esantys sukimosi jungtys leidžia mašinoms lenktis ir lankstytis judant per nelygų paviršių, neatskildant. Šios jungtys dažniausiai turi movas su sferiniais riedukliais, kurios leidžia kiekvienam velenui vertikaliai judėti apie 15 laipsnių. Tai padeda išlaikyti keltuvų kontaktą su žeme, neįtemptant rėmo. Tačiau čia taip pat yra kompromisas: per didelis lankstumas gali tikrai sumažinti stabilumą. Pagal bandymų standartus mašinos, sukurtos su standžiomis sujungimo sistemomis, nuvirto 28 % rečiau kalnų šlaite, kurio nuolydis yra 30 laipsnių. Išmintingi inžinieriai randą kompromisinį sprendimą naudodami kūginius riedulinius guolius, kurie geriau atlaiko šonines jėgas, tačiau vis tiek riboja kampinį judėjimą. Gerai suprojektuota sistema išlaiko rėmo deformaciją mažesnę nei penki milimetrai net ir veikiant maksimalioms šoninėms apkrovoms, užtikrindama tinkamą svorio pasiskirstymą tarp keltuvų ir žemės paviršiaus – tai labiausiai svarbu, kad mašina išliktų vertikali stačiuose šlaityse.

Keltuvai prieš ratines sistemas: kodėl Apmuiškinys Dizainas nulemia nuolydžio našumą

Tikroji skirtis tarp bėgiuotųjų ir ratuotųjų mašinų susijusi su tuo, kaip jos paskirsto savo svorį ant žemės paviršiaus – tai lemia viską, kai dirbama nuolydžiuose. Bėgiuotųjų mašinų svoris išsisklaido per daug didesnę paviršiaus plotą, todėl jos veikia žemę žymiai mažesniu slėgiu nei ratuotosios. Tokia konfigūracija taip pat reiškia, kad mašina yra žemiau žemės paviršiaus ir geriau „laikosi“ priešingai gravitacijos jėgai, todėl ji mažiau linkusi šliužti į šoną kalnų šlaitemis. Ratuotosios mašinos elgiasi kitaip: jos visą svorį perduoda tik kelioms mažoms vietoms, dėl ko gali įsmigti į minkštą dirvą ir pradėti slinkti, kai nuolydis tampa stovesnis nei apie 15 laipsnių. Pramonės ekspertai pastebėjo, kad bėgiuotųjų mašinų kontaktas su žeme 30 laipsnių nuolydžiuose trunka apytikriai 40 procentų ilgiau, kas, žinoma, padeda išlaikyti stabilumą dirbant sudėtingose šlaityse. Kai reikia dirbti labai stačiuose reljefuose, kur yra didelė galimybė apversti mašiną, tinkamai parinkti važiuoklę tampa absoliučiai būtina darbuotojų saugai užtikrinti.

DUK

Kokie yra pagrindiniai rizikos veiksniai, susiję su netolygiu žemės slėgiu nuošlaitėse?

Netolygus žemės slėgis nuošlaitėse padidina šoninio slydimo ir apvertimo riziką. Sunkūs taškai gali sukelti vietinį žemės žlugimą, o nebalansuota svorio pasiskirstymo – netikėtą apvertimą ir nestabilumą.

Kaip įrangos gamintojai sprendžia nuošlaitės stabilumo problemas?

Gamintojai naudoja grandinės įtempimo sistemas, išlyginamąsias skersines juostas, reguliuojamas grandinės padangas ir platesnius grandinės profilius, kad palaikytų subalansuotą žemės slėgį ir pagerintų nuošlaitės stabilumą.

Kokie yra guminių grandinių privalumai palyginti su plieninėmis įvairiose vietovėse?

Guminės grandinės užtikrina geriau sukibimą drėgnose ir purvinose sąlygose dėl jų lankstaus sukibimo, tuo tarpu plieninės grandinės suteikia didesnį sukibimą sausose paviršiuose. Be to, guminės grandinės sumažina slydimo riziką ledinėse sąlygose.

Kaip galutinio pavara konfigūracija veikia mašinos stabilumą nuošlaitėse?

Žemos varomosios schemos sumažina masės centrą, mažina pasvirimo judesius ir masės pasiskirstymo poslinkius, taip pagerindamos stabilumą tiek kildami, tiek leisdami nuo kalnų.