Ako dizajn podvozka ovplyvňuje stabilitu stroja na svahoch

Rozloženie tlaku na povrchu zeme a stabilita na svahoch

Správne rozloženie hmotnosti je veľmi dôležité pre bezpečný prevádzkový režim na svahoch. Keď sa tlak na povrch nie je rovnomerný, vznikajú problémy s nestabilitou, ktoré sa zhoršujú so stúpajúcim sklonom. Väčšina ľudí vie, že toto nastáva, keď sú valčeky mimo zarovnania alebo keď sa na otáčacích bodoch prejavuje opotrebovanie spôsobené trvalým používaním. Následkom je nerovnomerné rozloženie hmotnosti na stroji, čo v skutočnosti zníži treciu silu medzi povrchmi. Testy na nakláňacích stoloch ukázali, že to môže zvýšiť pravdepodobnosť bočného šmyku o viac ako 40 percent. Súčasne sa stroj stáva náchylnejší na prevrátenie, pretože sa jeho ťažisko neočakávane posunie. Veľkí výrobcovia veľkých strojov riešia tieto problémy špeciálnymi systémami napínania pásov a starostlivým umiestnením napínacích kolies po celej dĺžke podvozku. Tieto úpravy pomáhajú udržať tlak vyvážený cez všetky kontaktné body pod strojom a výrazne zvyšujú jeho schopnosť zvládať náročné terénne podmienky.

Ako nerovnomerný tlak na povrch zvyšuje riziko bočného šmyku a prevrátenia na svahoch

Problémy s tlakom na svahoch môžu viesť k vážnej nestabilitě dvoma hlavnými spôsobmi: keď sa pôda lokálne zrúti a keď sa hmotnosť nerovnomerne posunie po stroji. Tento problém sa zhoršuje, keď ťažké časti pôsobia silnejším tlakom, než je pôda schopná zniesť, najmä za podmienok mokrej ílovitej pôdy alebo uvoľneného kameňa. Vznikajú tak slabé miesta priamo pod oblasťami, kde sa uplatňuje najväčší tlak. Súčasne sa oblasti s nižším tlakom viac šmýkajú a pôsobia ako osi otáčania, čo spôsobuje neočakávané prevrátenie strojov. Podľa testov podľa normy ISO 5010 z roku 2021 aj malé rozdiely majú veľký význam. Už rozdiel tlaku o 15 % na svahu približne 20 stupňov zvyšuje pravdepodobnosť prevrátenia šesťkrát. Na boj proti týmto problémom začali výrobcovia vybavenia používať napríklad kývacie vyrovnané tyče a nastaviteľné pásové dosky. Tieto komponenty pomáhajú rozložiť sily po rôznych častiach stroja počas pohybu, čo sa ukázalo ako veľmi dôležité pre udržanie stability bagriek bez ohľadu na ich veľkosť alebo šírku nastavenia.

Plávacie výhody optimalizovanej šírky stopy: údaje z testu ISO 10266 o schopnosti udržať sa na svahu

Širšie profily stôp zlepšujú výkon na svahoch prostredníctvom fyziky plávania. Rozšírením plochy kontaktu s povrchom zeme optimalizované konfigurácie znížia záťaž na povrchu až o 35 % oproti štandardným návrhom. Tým vzniká efekt vysávania, ktorý kompenzuje gravitačné sily spôsobujúce šmyk – tento princíp bol potvrdený v certifikačných skúškach podľa normy ISO 10266:2023:

Údaje sa vzťahujú na pôdne podmienky podľa ASTM F1637 pri vlhkosti 30 %

Širší rozstup stôp pomáha lepšie rozdeliť krútiaci moment po celom podvozku a udržiava stroj stabilný počas pohybu. Toto v skutočnosti zabráni nadmernému zhutneniu pôdy na jednom mieste pri zákrutách, čo je mimoriadne dôležité pre udržanie sa na trase pri práci na svahoch s náklonom väčším ako 30 stupňov. Najhoršie dôsledky sa prejavujú za mokrého počasia, keď stroje s úzkymi pásmi majú tendenciu šmýkať sa približne o 70 percent častejšie. V súčasnosti sa vybavenie navrhované pre náročné svahy úspešne využíva vzťah medzi šírkou a tlakom, aby prekonalo problémy s terénom, ktoré by iné stroje úplne zastavili.

Taha Interakcia materiálov a povrchu na klzavých svahoch

Oceľové vs. gumové pásy: porovnanie koeficientov adhézie (ASTM F1809) za mokrých, bahnatých a ľadových podmienok na svahoch

Keď ide o suché svahy, oceľové pásové podvozky poskytujú v skutočnosti približne o 18 % lepšiu priľnavosť v porovnaní s gumou, pričom podľa štandardu ASTM F1809-22 je koeficient priľnavosti pre oceľ 0,42 a pre gumu 0,35. Avšak situácia sa výrazne mení, keď sa pozrieme na mokrý ílovitý povrch. Tu sa guma naozaj prejavuje výnimočne – vďaka svojej prispôsobivej priľnavosti prekonáva oceľ takmer o 27 %. Na ľadových svahoch s náklonom 25 stupňov však aj vulkanizovaná guma stále dosahuje pomerne dobrú priľnavosť k povrchu s koeficientom približne 0,28, čo je spôsobené jej mierne deformáciou na mikroskopickom úrovni. Oceľ nemá také šťastie – za podobných podmienok klesne jej koeficient priľnavosti len na 0,19. Tieto rozdiely majú veľký význam pre návrh podvozku a celkovej stability stroja. Pružnosť gumy pomáha znížiť problémy so šmykmi v prípadoch akvaplaningu, zatiaľ čo stroje s oceľovými pásmi sa na zamrznutých povrchoch, kde je priľnavosť už tak oslabená, ľahšie šmykajú.

Strata stability spôsobená opotrebovaním: krivky degradácie priľnavosti gumových pásov pri svahoch nad 30°

Gumové pásy začínajú výrazne strácať priľnavosť po približne 2 000 hodinách prevádzky, najmä pri stúpaní kopcov s náklonom väčším ako 30 stupňov. Koeficient priľnavosti klesne v bahenných podmienkach dramaticky z približne 0,38 na len 0,23, čo výrazne zvyšuje riziko prevrátenia strojov. Čo je príčinou tohto javu? Predovšetkým sa časom stlačujú výstupky (lugs) a na povrchu gumy vznikajú drobné trhliny, čo znamená, že už nedokážu efektívne odstraňovať bahno v pôdach bohatých na íl. Stroje s týmito opotrebovanými pásmi sa na svahoch nad 35 stupňov šmykajú dvakrát častejšie ako úplne nové stroje. Na boj proti tomuto problému väčšina výrobcov vybavenia navrhuje svoje pásy s posunutými blokmi, ktoré zachovávajú medzi sebou dostatočnú medzeru, aby spĺňali základné bezpečnostné požiadavky pre prácu na prudkých svahoch podľa odborných odporúčaní priemyslu.

Kine-matická geometria a riadenie prenosu hmotnosti

Konfigurácia konečného prevodu (nízky/vysoký prevod) a jej vplyv na vektorovanie krútiaceho momentu a posun ťažiska počas stúpania/zostupu

Poloha konečného prevodu rozhoduje o všetkom, keď ide o udržanie stabilít strojov pri pohybe po svahoch. Pri nízkych prevodových usporiadaniach sa hnací kolesový reťazový koliesko nachádza pod rámovou konštrukciou pásovej sústavy, čo v skutočnosti zníži ťažisko (CoG) o 12 až 18 percent v porovnaní s vysokými prevodovými usporiadaniami. Toto usporiadanie pomáha znížiť neprijemné pohyby okolo pozdĺžnej osi (pitch) pri stúpaní do kopca, pretože krútiaci moment sa rovnomerne rozdeľuje pozdĺž podvozku namiesto toho, aby sa sústredil v jednom bode. To znamená, že nedochádza k náhlym posunom rozloženia hmotnosti, ktoré by mohli spôsobiť prevrhnutie stroja dozadu na svahoch s náklonom väčším ako približne 25 stupňov. Pri zjazde z kopca tieto systémy využívajú špeciálne planetové prevody na udržanie konštantného napätia pásky, čo znižuje riziko nekontrolovateľného šmyku stroja. Skutočné testovanie v reálnych podmienkach tiež ukázalo niečo pomerne impresívne – stroje s nízkym prevodom sa na škrupinových svahoch bočne šmykujú približne o 40 % menej. Dosahujú to tak, že proti odstredivým silám využívajú základné mechanické princípy páky, čo ich robí v zložitých terénnych podmienkach výrazne bezpečnejšími a predvídateľnejšími.

Otočný a vidlicový kĺbový spoj: vyváženie prispôsobivosti terénu a štrukturálnej tuhosti pre prevádzku na strmých svahoch

Otočné kĺby v členitých systémoch umožňujú strojom ohýbať sa a pružiť sa pri pohybe po nerovnom teréne bez rozpadnutia. Tieto kĺby zvyčajne obsahujú y-kľúčové konštrukcie so sférickými valivými ložiskami, ktoré umožňujú približne 15 stupňov vertikálneho pohybu pre každé koliesko podvozku. To pomáha udržať pásové prevody v kontakte s povrchom zeme bez skrútenia rámu. Avšak tu existuje aj kompromis: nadmerná pružnosť môže v skutočnosti spôsobiť nestabilitu. Podľa testovacích noriem sa stroje vybavené tuhými členitými systémami prevracajú o 28 % menej často na svahoch s náklonom 30 stupňov. Chytrí inžinieri nachádzajú kompromis použitím kužeľových valivých ložísk, ktoré lepšie zvládajú bočné sily a zároveň zachovávajú uhlový pohyb v rámci stanovenej hranice. Dobrá konštrukcia udrží deformáciu rámu pod piatimi milimetrami aj pri maximálnych bočných zaťaženiach, čím zabezpečí správne rozloženie hmotnosti medzi pásovým prevodom a povrchom zeme – čo je najdôležitejšie pre udržanie stability na strmých svahoch.

Pásové vs. kolieskové systémy: Prečo Nosný systém Návrh určuje výkon pri jazde do kopca

To, čo skutočne odlišuje stopy (pohyblivé podvozky) od ich kolesových protikusov, sa v podstate redukuje na spôsob, akým sa rozdeľuje ich hmotnosť na povrchu zeme – a to je rozhodujúci faktor pri práci na svahoch. Pri strojoch so stopami sa hmotnosť stroja rozdeľuje na oveľa väčšiu plochu, čím sa na povrch pôdy vyvíja výrazne menší tlak než pri kolesových strojoch. Toto usporiadanie tiež znamená, že stroj je nižšie nad povrchom zeme a lepšie sa zachytáva proti sile gravitácie, čo znižuje pravdepodobnosť bočného šmyku na kopcoch. Kolesové stroje však predstavujú iný prípad: celá ich hmotnosť sa prenáša len na niekoľko malých kontaktových bodov, čo môže spôsobiť ich zanáranie do mäkkej pôdy a znížiť ich schopnosť udržať polohu, ak uhol svahu presiahne približne 15 stupňov. Odborníci z odvetvia pozorovali, že stroje so stopami udržiavajú kontakt s povrchom zeme približne o 40 percent dlhšie na svahoch s náklonom 30 stupňov – čo zrejme výrazne prispieva k stabilitě pri prevádzke na týchto náročných bočných svahoch. Pri práci na veľmi strmých terénoch, kde je riziko prevrátenia výrazne zvýšené, je správna voľba podvozku absolútne nevyhnutná na zabezpečenie bezpečnosti pracovníkov.

Často kladené otázky

Aké sú hlavné riziká spojené s nerovnomerným tlakom na povrchu na svahoch?

Nerovnomerný tlak na povrchu na svahoch zvyšuje riziko bočného šmyku a prevrátenia. Ťažké miesta môžu spôsobiť lokálny zrútenie povrchu, zatiaľ čo nerovnomerné rozloženie hmotnosti môže viesť k neočakávanému prevrhnutiu a nestabilitě.

Ako výrobcovia vybavenia riešia problémy so stabilitou na svahoch?

Výrobcovia používajú systémy napínania pásov, vyrovnanie tyče, nastaviteľné pásy a širšie profily pásov, aby udržali vyvážený tlak na povrchu a zvýšili stabilitu na svahoch.

Aké sú výhody používania gumových pásov oproti oceľovým pásovo na rôznych terénoch?

Gumové pásy poskytujú lepšiu trakciu vo vlhkom a bahnnom prostredí vďaka ich priliehajúcemu úchytu, zatiaľ čo oceľové pásy ponúkajú vyššiu trakciu na suchých povrchoch. Gumové pásy tiež znížia šmyk na ľadových povrchoch.

Ako ovplyvňuje konfigurácia konečného prevodu stabilitu stroja na svahoch?

Nastavenia s nízkym pohonom znížia ťažisko, čím sa znižujú klopné pohyby a posuny rozloženia hmotnosti, a tým sa zvyšuje stabilita pri jazde do kopca aj z kopca.