من المحرك الهيدروليكي إلى العجلة المسننة - كيف تدفع علبة التروس الكوكبية ذات نظام الدفع بالجنزير حفارة
تتبع آلية نقل الطاقة في جميع الحفارات الهيدروليكية نفس التسلسل: يقوم محرك الديزل بتشغيل مضخة هيدروليكية متغيرة الإزاحة، وتضخ المضخة الزيت عبر صمام تحكم اتجاهي، ثم يوجه الصمام الزيت إلى محرك الحركة المثبت على هيكل الحفارة، ويدور محرك الحركة بسرعة تتراوح بين 2000 و3500 دورة في الدقيقة بعزم دوران يتراوح بين 200 و800 نيوتن متر. لكن عزم دوران هذا المحرك غير كافٍ لتحريك آلة تزن عدة أطنان عبر الطين. علبة تروس كوكبية ذات دفع مجنزر يسد الفجوة.
تُركّب مجموعة التروس الكوكبية داخل محور العجلة المسننة - وهو تجويف يتراوح قطره عادةً بين 400 و600 ملم - حيث تُخفّض سرعة المحرك بمعامل يتراوح بين 40:1 و120:1، مع مضاعفة عزم الدوران بنفس النسبة. فعلى سبيل المثال، يتحوّل عزم دوران المحرك البالغ 500 نيوتن متر عند 3000 دورة في الدقيقة إلى 40000 نيوتن متر عند 37 دورة في الدقيقة من خلال تخفيض ثنائي المراحل بنسبة 80:1 باستخدام نظام التروس الكوكبية. هذا العزم البالغ 40000 نيوتن متر يُدير العجلة المسننة، التي بدورها تُشغّل سلسلة الجنزير، فتدفع سلسلة الجنزير الأرض لتحريك الآلة بأكملها إلى الأمام.
لماذا تُستخدم التروس الكوكبية بدلاً من التروس المستقيمة أو التروس الدودية؟ السبب هو المساحة. يجب أن يتناسب نظام نقل الحركة داخل محور العجلة المسننة. يوزع نظام التروس الكوكبية الحمل على ثلاثة أو أربعة تروس كوكبية تتعشق في آنٍ واحد، مما يوفر أعلى كثافة عزم دوران - نيوتن متر لكل كيلوغرام - مقارنةً بأي تصميم تروس آخر. يتطلب نظام التروس المستقيمة بنسبة 80:1 أربع مراحل ويشغل حجمًا أكبر بثلاث إلى أربع مرات. أما نظام التروس الدودية بنسبة 80:1 فيفقد 40% من طاقة الإدخال على شكل حرارة. يوفر نظام التروس الكوكبية هذه النسبة في مرحلتين أو ثلاث مراحل بكفاءة تتراوح بين 94 و97%، داخل غلاف يُثبّت مباشرةً على هيكل السيارة.
نظام الدفع النموذجي للحفارات المجنزرة: يتم تثبيت المحرك الهيدروليكي في الأعلى؛ وتوجد مراحل التخفيض الكوكبية داخل الغلاف؛ ويقوم حامل الإخراج بتشغيل محور العجلة المسننة.
الدوران المعاكس - حالة التحميل التي تحدد هندسة نظام الدفع المجنزر للحفارات
تستخدم جميع الآلات المجنزرة - الجرافات، والرافعات المجنزرة، واللوادر الصغيرة - محركات الجنزير. لكن الحفارات وحدها هي التي تتطلب بشكل روتيني تشغيل كلا المحركين بأقصى عزم دوران في اتجاهين متعاكسين في آن واحد. تُدير هذه المناورة الدورانية المعاكسة الآلة في مكانها: يُصدر المشغل أمرًا للجنازير اليسرى بالتحرك للأمام وللجنزير الأيمن بالرجوع للخلف، فتدور الحفارة ضمن مساحة مسارها.
من الناحية الميكانيكية، يفرض الدوران المعاكس أشد ظروف التحميل التي يمكن أن تتعرض لها أي علبة تروس كوكبية ذات محرك مسار:
تكون الآلة ثابتة أثناء الدوران المحوري - فلا يوجد زخم يساعد على الدوران. يصل كل محرك حركة إلى أقصى ضغط له (عزم التوقف)، وينقل صندوق التروس الكوكبي هذا الحمل الأقصى إلى العجلة المسننة باستمرار طوال فترة الدوران.
يتم تحميل كل سن من أسنان التروس الكوكبية على جانب واحد أثناء الحركة الأمامية وعلى الجانب المقابل أثناء الحركة العكسية. وعلى مدار عمر تشغيلي للآلة يبلغ 15 عامًا، بمعدل 300 دورة محورية لكل وردية و300 وردية سنويًا، تتحمل الأسنان 1.35 مليون دورة كاملة ثنائية الاتجاه لعكس الحمل.
تتعرض محامل دبابيس الكواكب لانعكاس كامل اتجاه الحمل القطري عند كل محور ارتكاز. يجب على بكرات المحمل إعادة تكوين منطقة التلامس على الجانب المقابل من مسار الكرات - وهي حالة إجهاد لا تواجهها محامل الإبر في المحركات أحادية الاتجاه.
يؤدي الانعكاس المفاجئ لعزم الدوران إلى ضغط حجم الزيت الداخلي على أحد طرفي مانع التسرب، ثم يعكس الضغط إلى الجانب الآخر في غضون أجزاء من الثانية. مانع التسرب المصمم للدوران أحادي الاتجاه سيتسرب منه الزيت في غضون أشهر من تشغيل الحفارة.
الآثار الهندسية: محرك الجنزير المصمم لتحمل عزم دوران 40,000 نيوتن متر في اتجاه واحد مستمر - وهو مناسب للناقلات والرافعات وأنظمة الدفع بالعجلات - سيتعرض للتلف المبكر في الحفارات إذا لم يتم التحقق من صحة تحليل انحناء تروسه الكوكبية لتحمل الإجهاد ثنائي الاتجاه عند نفس عزم الدوران. وتفرض حالة الدوران المعاكس في الحفارات أحمالاً لا تتطلبها أي آلة مجنزرة أخرى عند هذا التردد.
اختيار نظام الدفع المجنزر حسب فئة وزن الحفارة - عزم الدوران، السرعة، النسبة، والقدرة على صعود المنحدرات
تعتمد مواصفات نظام الجنزير للحفارة بشكل أساسي على وزنها التشغيلي، والذي يحدد عزم الدوران المطلوب لتسلق المنحدرات وعزم الدوران الناتج أثناء الدوران المعاكس. يوضح الجدول أدناه العلاقة بين فئات الوزن الخمس القياسية للحفارة ومعايير نظام الجنزير المقابلة لها.
| فئة الوزن | الآلة (ر) | عزم الدوران الناتج (نيوتن متر) | سرعة السفر | نطاق النسبة | مراحل | قابلية التدرج |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ميني | 1.5 – 8 | 5000 – 15000 | 2.5 – 4.5 كم/ساعة | 40 – 65:1 | 2 | 30 – 35% |
| صغير | 8 – 15 | 15000 – 28000 | 3.0 – 5.0 كم/ساعة | 55 – 80:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| واسطة | 15 – 30 | 28000 – 50000 | 3.5 – 5.5 كم/ساعة | 65 – 90:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| كبير | 30 – 50 | 50,000 – 80,000 | 3.5 – 5.5 كم/ساعة | 75 – 100:1 | 3 | 25 – 30% |
| التعدين | 50 – 90 | 80,000 – 140,000 | 3.0 – 4.5 كم/ساعة | 90 – 120:1 | 3 | 20 – 25% |
قدرة التسلق هي أقصى ميل يمكن للحفارة صعوده بوزن التشغيل دون انزلاق الجنزير. وتُحدَّد قدرة التسلق الفعلية بأقلّ قيمة من بين قيدين: عزم دوران علبة التروس المتاح أو معامل احتكاك الجنزير بالأرض (عادةً ما يكون 0.5 - 0.7 على الطين، و0.8 - 1.0 على الصخور المكسرة).
حساب قدرة الانحدار - تحديد حجم مسار الجنزير لحفارة وزنها 35 طنًا
يوضح المثال العملي أدناه عملية حساب عزم الدوران الكامل لحفارة متوسطة الحجم. هذا هو الحساب الذي يجب على كل مهندس تصميم ومدير أسطول من الشركات المصنعة الأصلية التحقق منه قبل تحديد محرك الجنزير البديل - وهو الحساب الذي يتم تجاهله في أغلب الأحيان لصالح مطابقة رقم القطعة الأصلية فقط.
بدون مُضاعِف SF = 2.0، يُحدد المهندس علبة تروس مُصممة لعزم دوران 17,365 نيوتن متر، وهي وحدة من فئة 20,000 نيوتن متر. خلال أول وردية عمل في اتجاه الدوران المعاكس، يرتفع عزم الدوران الفعلي إلى 35,000 نيوتن متر (عزم دوران توقف المحرك الكامل في كلا الاتجاهين). تعمل علبة التروس عند 175% من طاقتها المُصنفة على كل محور. بعد عدة آلاف من هذه العمليات، يبدأ إجهاد سطح التروس الكوكبية على جانبي الأسنان، ويزداد الخلوص، وتبدأ الآلة بالانحراف إلى أحد الجانبين أثناء الحركة المستقيمة. يظهر نمط العطل هذا عادةً بين 3,000 و5,000 ساعة، وهو أقل بكثير من العمر الافتراضي المُستهدف البالغ 10,000 ساعة.
نظام السير بسرعتين - لماذا تحتوي معظم الحفارات التي يزيد وزنها عن 8 أطنان على ترس عالي/منخفض في نظام الجنزير؟
يواجه نظام الدفع أحادي السرعة في الحفارات المجنزرة مفاضلة أساسية: فنسبة التخفيض العالية توفر أقصى عزم دوران للصعود والدوران المعاكس، لكنها تحد من سرعة السير القصوى، بينما توفر النسبة المنخفضة سرعة سير أعلى، لكنها لا تستطيع توليد عزم الدوران اللازم لأعمال التسوية. تتغلب معظم الحفارات التي يزيد وزنها عن 8 أطنان على هذه المشكلة بآلية ثنائية السرعة مدمجة مباشرة في علبة التروس الكوكبية.
نسبة التروس 80-120:1. أقصى عزم دوران. يُستخدم لتسلق المنحدرات، والدوران العكسي، والعمل على الأراضي الرخوة أو غير المتماسكة. سرعة الحركة عادةً 2.5-3.5 كم/ساعة. هذا هو الترس الذي تستخدمه الحفارة أثناء عمليات الحفر - حركات إعادة التموضع القصيرة والبطيئة بين دورات الجرافة.
نسبة التروس 40-60:1. عزم دوران منخفض ولكن سرعة تروس أعلى. يُستخدم للتنقل على أرض مستوية بين مواقع العمل - أي من أحد طرفي موقع البناء إلى الطرف الآخر. سرعة السير عادةً 4.5-5.5 كم/ساعة. صمام تخفيض السرعة التلقائي يعود إلى الترس المنخفض عندما يتجاوز ضغط محرك السير حدًا معينًا، لحماية علبة التروس من زيادة عزم الدوران.
تعمل آلية السرعتين من خلال مكبس هيدروليكي داخل غلاف التروس الكوكبية، والذي يقوم بتحريك مجموعة تروس شمسية، مما يؤدي إلى تشغيل إما نظام التروس عالي السرعة أو منخفض السرعة. وتُعدّ هذه القدرة المتكاملة على تغيير السرعة ميزة فريدة لأنظمة الدفع بالمسارات. على عكس علب تروس كوكبية ذات محرك دوار بالنسبة لدوران الهيكل العلوي للحفارة، والذي يعمل بنسبة ثابتة واحدة لأن متطلبات سرعة الدوران لا تتغير مع التضاريس، يجب أن يتكيف محرك الجنزير مع وضعين تشغيليين مختلفين بشكل أساسي خلال نفس الوردية.
مُحكمة الإغلاق للهيكل السفلي - لماذا تُعدّ موانع التسرب في محركات جنزير الحفارات أكثر أهمية من أي تطبيق آخر لعلبة التروس؟
يعمل نظام الدفع المجنزر للحفارة في أقسى بيئة مقارنةً بأي علبة تروس كوكبية أخرى. يقع محور العجلة المسننة على مستوى الأرض، مغمورًا جزئيًا أو كليًا في الطين والماء والرمل والمواد الكاشطة طوال فترة تشغيل الآلة. لا يوجد تطبيق آخر لعلبة التروس يواجه هذا المزيج من الغمر المستمر والدوران ثنائي الاتجاه عالي العزم.
يتميز هذا الختم المعدني الفريد من نوعه في محركات الجنزير بحلقتين فولاذيتين مقوىتين، مصقولتين بدقة عالية لتحقيق سطح مستوٍ بصريًا (0.3 - 0.9 نطاق ضوئي)، يتم ضغطهما معًا بواسطة حلقات مطاطية دائرية. يدور الختم مع العجلة المسننة مع الحفاظ على ضغط التلامس مع سطح الغلاف الثابت. يتحمل هذا التصميم الغمر الكامل في الطين الكاشط، وهو ما لا يمكن لأي ختم مطاطي أن يصمد لأكثر من بضع مئات من الساعات.
على عكس علب التروس الدقيقة ذات الشحم المغلق، تستخدم محركات الحفارات المجنزرة نظام تزييت بالزيت - عادةً من 1.5 إلى 4.0 لترات من زيت تروس GL-5 بدرجة لزوجة 75W-90 أو 80W-90. يوفر الزيت التزييت والتبريد معًا. فترة تغيير الزيت: من 1000 إلى 2000 ساعة أو سنويًا. عند كل تغيير للزيت، افحص الزيت المُصرّف للتأكد من خلوه من الماء (مظهر حليبي) والجسيمات المعدنية (مؤشر على تآكل المحامل أو التروس).
يؤدي التغير الحراري - من بدء التشغيل البارد عند الفجر إلى ارتفاع درجة الحرارة إلى 80-100 درجة مئوية أثناء العمل الشاق - إلى تغيرات في الضغط الداخلي. يمنع صمام التهوية أو صمام تعويض الضغط تلف مانع التسرب أثناء التسخين ودخول الملوثات الناتجة عن الفراغ أثناء التبريد. ضع صمام التهوية فوق أعلى مستوى للزيت في جميع أوضاع التركيب لمنع تسرب الزيت.
ثلاثة أنماط أعطال مسؤولة عن 80% من عمليات استبدال محركات جنزير الحفارات
تسمح أسطح منع التسرب البالية أو التالفة، أو شدّ التركيب غير الصحيح، أو اصطدام الصخور والحطام، بدخول المياه الجوفية والطين إلى حوض الزيت. تعمل المياه على استحلاب زيت التروس (مظهر حليبي عند سدادة التصريف)، وتدمر طبقة التشحيم، وتبدأ عملية التآكل على أسطح المحامل. ويحدث تقشر المحامل في غضون 500 إلى 1500 ساعة من دخول الماء.
تتعرض محركات الجنزير ذات الحجم الصغير - المصممة دون مراعاة عامل الخدمة للتحميل ثنائي الاتجاه - لإجهاد متسارع في محامل الإبر على دبابيس التروس الكوكبية. وتتعرض هذه المحامل لانعكاس كامل للحمل القطري عند كل محور دوران معاكس. وتشمل الأعراض زيادة ضوضاء الحركة، ووجود جزيئات معدنية في عينات الزيت، وتزايد الخلوص في محور العجلة المسننة.
يؤدي تراكم الطين بين جنازير الجنزير إلى زيادة شد الجنزير الفعال بمقدار يتراوح بين 20 و40% فوق القيمة المصممة. يجب على العجلة المسننة أن تسحب بقوة أكبر لتعشيق كل جنازير، مما يُنتج حملاً زائداً نابضاً على أسنان الترس الحلقي بتردد تعشيق أسنان الترس الحلقي. وبعد أشهر من التشغيل في ظروف طينية، تظهر حفر مرئية على جوانب أسنان الترس الحلقي.
خطوط إنتاج علب التروس الكوكبية من شركة إيفر-باور الكورية لتطبيقات الحفارات
علبة تروس كوكبية للجرارات المجنزرة - الأسئلة الشائعة
Korea Ever-Power provides excavator track drive planetary gearboxes from 5,000 to 140,000 Nm — covering mini excavators through mining-class machines. Provide your machine model, operating weight, and current OEM part number for a cross-reference recommendation at no charge.
المحرر: Cxm
