Το πρόβλημα του ολισθαίνοντος φορτίου — Υγρό σκυρόδεμα ως κίνδυνος δυναμικής CG
Ένα φορτηγό μπετονιέρας μεταφέρει το φορτίο του ως υγρό — 8 έως 10 κυβικά μέτρα υγρού σκυροδέματος με πυκνότητα 2.300 έως 2.400 kg/m3 και συνολική μάζα φορτίου 18 έως 24 τόνους. Σε αντίθεση με το στερεό φορτίο που παραμένει σταθερό σε σχέση με το πλαίσιο, το υγρό σκυρόδεμα κινείται σε απόκριση σε κάθε επιτάχυνση, επιβράδυνση, στροφή και αλλαγή κλίσης. Η κίνηση αυτή μετατοπίζει το φορτίο CG κατά 200 έως 500 mm πλευρικά κατά τη διάρκεια μιας στροφής και 100 έως 300 mm διαμήκως κατά το φρενάρισμα — επηρεάζοντας άμεσα τη σταθερότητα του οχήματος και το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με κίνηση στους τροχούς φόρτωση.
Το περιστρεφόμενο τύμπανο μετριάζει εν μέρει το σφύριγμα — τα εσωτερικά σπειροειδή πτερύγια που αναμειγνύουν το σκυρόδεμα αντιστέκονται επίσης στην κίνηση της ελεύθερης επιφάνειας. Ωστόσο, η ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου (12 έως 18 σ.α.λ. κατά τη μεταφορά) παρέχει μόνο μέτρια απόσβεση — και ένα ξαφνικό συμβάν φρεναρίσματος σε ταχύτητα αυτοκινητόδρομου μπορεί να προκαλέσει ένα πλάτος σφυρίσματος που υπερβαίνει την ικανότητα απόσβεσης του τυμπάνου. Η προκύπτουσα μετατόπιση του κέντρου βάρους προς τα εμπρός αυξάνει το φορτίο του μπροστινού άξονα κατά 10 σε 20% και μειώνει το φορτίο του πίσω άξονα κατά 15 σε 25% — αλλάζοντας την ισορροπία πέδησης μεταξύ των αξόνων και ενδεχομένως προκαλώντας μπλοκάρισμα των πίσω τροχών (σε ένα σύστημα χωρίς ABS) ή υπερθέρμανση των μπροστινών φρένων (σε ένα σύστημα ABS που πολώνει το φρενάρισμα στον μπροστινό άξονα με το μεγαλύτερο φορτίο).
Η κίνηση στους τροχούς πρέπει να προσαρμόζεται σε αυτές τις δυναμικές μεταφορές φορτίου χωρίς να προκαλεί διαταραχές ροπής που ενισχύουν τον θόρυβο. Μια αιχμή ροπής από την κίνηση στους τροχούς κατά τη διάρκεια μιας στροφής σε έναν κεκλιμένο δρόμο πρόσβασης στο εργοτάξιο μπορεί να διεγείρει τον θόρυβο του σκυροδέματος — και η συντονισμένη συχνότητα θόρυβου του τυμπάνου (συνήθως 0,3 έως 0,8 Hz ανάλογα με τη διάμετρο του τυμπάνου και το επίπεδο πλήρωσης) μπορεί να συμπέσει με τη φυσική συχνότητα της ανάρτησης του οχήματος — παράγοντας μια συζευγμένη ταλάντωση που ενισχύει την πλευρική μετατόπιση του κέντρου βάρους κατά 50 έως 100% πέρα από το αρχικό πλάτος θόρυβου. Αυτή η συζευγμένη λειτουργία είναι ο κύριος μηχανισμός για τις ανατροπές των φορτηγών μπετονιέρων σε δρόμους πρόσβασης στο εργοτάξιο.
Η στάθμη πλήρωσης επηρεάζει τη σοβαρότητα του κραδασμού. Ένα γεμάτο βαρέλι (95 έως 100%) έχει ελάχιστη ελεύθερη επιφάνεια και ελάχιστο κραδασμό. Ένα άδειο βαρέλι δεν έχει υγρό για κραδασμό. Η χειρότερη περίπτωση είναι ένα μισογεμάτο βαρέλι (πλήρωση 40 έως 60%) — όπου η ελεύθερη επιφάνεια μεγιστοποιείται και το πλάτος του κραδασμού μπορεί να φτάσει τα 400 έως 600 mm πλευρικής μετατόπισης κέντρου βάρους (CG) κατά τη διάρκεια ενός ελιγμού έκτακτης ανάγκης. Τα ταξίδια επιστροφής (μετά από μερική εκκένωση κατά την πρώτη έκχυση) με μισογεμάτο βαρέλι είναι επομένως οι συνθήκες οδήγησης με τον υψηλότερο κίνδυνο για τα φορτηγά μπετονιέρες — και οι απαιτήσεις ταχύτητας κίνησης στους τροχούς και ομαλότητας είναι οι πιο κρίσιμες κατά τη διάρκεια αυτών των διελεύσεων επιστροφής.
Ο περιορισμός του χρόνου παράδοσης προσθέτει επείγουσα σημασία σε κάθε απόφαση οδήγησης. Το έτοιμο σκυρόδεμα πρέπει να εκφορτώνεται εντός 60 έως 90 λεπτών από την παρασκευή του - πέρα από αυτό το χρονικό διάστημα, η ενυδάτωση του τσιμέντου προχωρά σε σημείο όπου το σκυρόδεμα αρχίζει να σκληραίνει στο τύμπανο, μειώνοντας την εργασιμότητά του και ενδεχομένως καθιστώντας το άχρηστο. Ένα φορτηγό μπετονιέρας που καθυστερεί λόγω προβλήματος κίνησης στους τροχούς - μια βλάβη πρόσφυσης σε μια ράμπα εργοταξίου, ένα σφάλμα συστήματος πέδησης που απαιτεί αργή κάθοδο ή ένας περιορισμός ταχύτητας από μια ανιχνευμένη αστάθεια λόγω τριβής - ενδέχεται να μην φτάσει στο σημείο ροής εντός του χρονικού παραθύρου. Το χαμένο φορτίο (8 έως 10 m3 στα 120 έως 200 δολάρια ΗΠΑ ανά m3) κοστίζει 960 έως 2.000 δολάρια ΗΠΑ ανά συμβάν - συν το κόστος καθυστέρησης στο έργο κατασκευής και το κόστος απόρριψης του επιστρεφόμενου σκυροδέματος. Η αξιοπιστία της κίνησης στους τροχούς στα φορτηγά μπετονιέρας έχει άμεση οικονομική συνέπεια ανά φορτίο που αυξάνεται σε 5 έως 10 φορτία την ημέρα.
Η ίδια η περιστροφή του τυμπάνου φορτίζει έμμεσα την κίνηση των τροχών. Το περιστρεφόμενο τύμπανο παράγει μια γυροσκοπική ροπή που αντιστέκεται στις αλλαγές στην κατεύθυνση του οχήματος — που σημαίνει ότι το φορτηγό απαιτεί ελαφρώς μεγαλύτερη προσπάθεια στο τιμόνι κατά τη διάρκεια των στροφών από ένα φορτηγό στατικού φορτίου ίδιου βάρους. Στην ταχύτητα ανάμειξης 12 έως 18 σ.α.λ., το γυροσκοπικό φαινόμενο είναι μέτριο. Στην ταχύτητα ανάδευσης 4 έως 6 σ.α.λ. που χρησιμοποιείται κατά τη μεταφορά, είναι ελάχιστο. Αλλά κατά την εκφόρτωση (όταν το τύμπανο αντιστρέφει για να ωθήσει το σκυρόδεμα προς τον αγωγό), η γυροσκοπική κατεύθυνση αντιστρέφεται — και ο χειριστής μπορεί να παρατηρήσει μια στιγμιαία αλλαγή στην αίσθηση του τιμονιού που μπορεί να ερμηνευτεί εσφαλμένα ως πρόβλημα διεύθυνσης. Η κίνηση των τροχών πρέπει να παρέχει συνεπή πρόσφυση και απόκριση πέδησης ανεξάρτητα από την κατεύθυνση και την ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου.
Πρόσβαση στο εργοτάξιο — Ανάβαση σε μη ασφαλτοστρωμένες πλαγιές με 32 τόνους και φορτίο sloshing
Οι δρόμοι πρόσβασης στο εργοτάξιο είναι προσωρινοί, μη ασφαλτοστρωμένοι, απότομοι και συχνά λασπωμένοι. Το φορτηγό μπετονιέρας πρέπει να ανεβαίνει κλίσεις από 10 έως 20% (περιστασιακά 25% σε κακώς σχεδιασμένη πρόσβαση στο εργοτάξιο) σε επιφάνειες με συντελεστές πρόσφυσης 0,3 έως 0,5. Με βάρος 32 τόνων σε κλίση 15%, η απαιτούμενη βαρυτική πρόσφυση είναι περίπου 47 kN — και η αντίσταση κύλισης σε μη ασφαλτοστρωμένο δρόμο προσθέτει 16 έως 32 kN — για μια συνολική απαιτούμενη κινητήρια δύναμη 63 έως 79 kN. Αυτή η δύναμη πρέπει να διατηρείται ενώ το σκυρόδεμα συνεχίζει να κυλάει στο τύμπανο και το κέντρο βάρους μετατοπίζεται συνεχώς με κάθε ανωμαλία της επιφάνειας.
Πολλά φορτηγά μπετονιέρες είναι μόνο με κίνηση στους πίσω τροχούς (διαμόρφωση 6×4 ή 8×4 με μη κινούμενο μπροστινό άξονα). Σε μια μη ασφαλτοστρωμένη πλαγιά 15% με τον πίσω άξονα να φέρει 60 έως 65% του βάρους του οχήματος (19 έως 21 τόνους), η μέγιστη πρόσφυση του πίσω άξονα με συντελεστή 0,4 είναι περίπου 77 έως 82 kN - ελάχιστα πάνω από τη ζήτηση 63 έως 79 kN. Αυτό αφήνει ένα περιθώριο πρόσφυσης 3 έως 19 kN - το οποίο μπορεί να καταναλωθεί εξ ολοκλήρου από ένα βρεγμένο σημείο, ένα λασπωμένο τμήμα ή μια μεταφορά βάρους που προκαλείται από τριβή που μετατοπίζει 2 έως 3 τόνους από τον κινητήριο άξονα στον μπροστινό άξονα.
Τα φορτηγά μπετονιέρας με κίνηση σε όλους τους τροχούς (6×6 ή 8×8) προσθέτουν κινητήριους μπροστινούς άξονες που αυξάνουν τη συνολική διαθέσιμη πρόσφυση κατά 35 σε 50% — παρέχοντας το περιθώριο που απαιτείται για αξιόπιστη πρόσβαση στους χειρότερους δρόμους εργοταξίου. Κάθε κινητήριος άξονας απαιτεί τον δικό του πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με κίνηση στους τροχούς — συνήθως 2 έως 4 μονάδες ανά όχημα, ανάλογα με τη διαμόρφωση του άξονα. Τα κιβώτια ταχυτήτων πρέπει να παράγουν την ίδια ταχύτητα εξόδου σε όλους τους κινητήριους άξονες, για να αποτρέπεται το τράβηγμα του συστήματος μετάδοσης κίνησης μεταξύ των αξόνων, το οποίο σπαταλά ισχύ και επιταχύνει τη φθορά των ελαστικών και του συστήματος μετάδοσης κίνησης.
Ο ελιγμός οπισθοπορείας στο σημείο ροής είναι συχνά το πιο απαιτητικό γεγονός πρόσφυσης. Το φορτηγό πρέπει να κάνει όπισθεν στη θέση ροής — συχνά σε ανηφόρα, σε μαλακό έδαφος, με το τύμπανο πλήρως φορτωμένο. Η οπισθοπορεία σε ανηφόρα με 32 τόνους απαιτεί την ίδια δύναμη πρόσφυσης με την ανάβαση προς τα εμπρός — αλλά ο οδηγός έχει λιγότερη ορατότητα, λιγότερη εξουσία ελέγχου και το φορτίο που κρέμεται προς τα πίσω μετατοπίζεται (φορτώνοντας τους κινητήριους άξονες πιο έντονα, κάτι που στην πραγματικότητα βοηθά την πρόσφυση αλλά αυξάνει τον κίνδυνο ανύψωσης του μπροστινού τροχού σε απότομες κλίσεις). Η κίνηση στους τροχούς πρέπει να παρέχει πλήρη ροπή στην όπισθεν χωρίς δισταγμό ή καθυστέρηση — επειδή μια σταματημένη προσπάθεια οπισθοπορείας σε μια πλαγιά με σκυρόδεμα στο τύμπανο είναι μια διπλή έκτακτη ανάγκη: το φορτηγό έχει κολλήσει ΚΑΙ το σκυρόδεμα πλησιάζει το όριο εργασιμότητάς του.
Έκθεση σε χημικά σκυροδέματος — pH 12 έως 13 Αλκαλική προσβολή σε στεγανοποιήσεις και περίβλημα
Το υγρό σκυρόδεμα είναι εξαιρετικά αλκαλικό — pH 12 έως 13 λόγω του υδροξειδίου του ασβεστίου (άσβεστος) που παράγεται κατά την ενυδάτωση του τσιμέντου. Κατά τη φόρτωση, τη μεταφορά και την εκφόρτωση, το σκυρόδεμα πιτσιλίζει στο πλαίσιο, τους άξονες και τα περιβλήματα κίνησης των τροχών. Το αλκαλικό σκυρόδεμα προσβάλλει τις τυπικές στεγανοποιήσεις NBR (προκαλώντας διόγκωση και μαλάκυνση), διαβρώνει τα εξαρτήματα αλουμινίου και χαράζει τις εκτεθειμένες χαλύβδινες επιφάνειες. Το αποξηραμένο σκυρόδεμα σχηματίζει μια σκληρή κρούστα ανθρακικού ασβεστίου που είναι δύσκολο να αφαιρεθεί και παγιδεύει την υγρασία στην μεταλλική επιφάνεια — διατηρώντας ένα συνεχώς υγρό, αλκαλικό μικροπεριβάλλον που επιταχύνει τη διάβρωση.
Το περίβλημα του συστήματος κίνησης των τροχών είναι ιδιαίτερα ευάλωτο επειδή βρίσκεται στο επίπεδο των τροχών — ακριβώς στη ζώνη πιτσιλίσματος κατά την εκκένωση και κατά την οδήγηση μέσα από διαρροές σκυροδέματος στο εργοτάξιο. Μία μόνο ημέρα πιτσιλίσματος σκυροδέματος χωρίς καθαρισμό εναποθέτει ένα στρώμα σκυροδέματος πάχους 1 έως 3 mm στην επιφάνεια του περιβλήματος. Μετά από 5 έως 10 ημέρες χωρίς καθαρισμό, η κρούστα σκυροδέματος φτάνει σε πάχος 5 έως 15 mm — περιβάλλοντας το συγκρατητήρα στεγανοποίησης, τον αναπνευστήρα και το πώμα αποστράγγισης σε ένα σκληρό κέλυφος που είναι δύσκολο να διαπεραστεί για τακτική συντήρηση. Ένας χειριστής που δεν έχει πρόσβαση στο πώμα αποστράγγισης παραλείπει την αλλαγή λαδιού — και το λάδι του κιβωτίου ταχυτήτων υποβαθμίζεται απαρατήρητο πίσω από την κρούστα σκυροδέματος.
Η μόλυνση του σκυροδέματος είναι πιο σοβαρή στο άκρο εκκένωσης του αγωγού του φορτηγού — όπου το υγρό σκυρόδεμα ρέει από το βαρέλι μέσω του αγωγού προς το σημείο ροής. Οι κινητήριοι τροχοί του πίσω άξονα βρίσκονται ακριβώς κάτω από τον αγωγό και δέχονται τα πιο έντονα πιτσιλίσματα σκυροδέματος. Οι κινητήριοι τροχοί του μπροστινού άξονα (εάν είναι κινούμενοι) δέχονται λιγότερα άμεσα πιτσιλίσματα, αλλά είναι εκτεθειμένοι στο σκυρόδεμα που πέφτει από το εξωτερικό του βαρελιού κατά τη μεταφορά. Το καθημερινό πλύσιμο με υδραυλικό νερό όλων των επιφανειών κίνησης των τροχών είναι η μόνη αξιόπιστη άμυνα — και το νερό πλύσης πρέπει να συλλέγεται (όχι να απορρίπτεται στο έδαφος) επειδή το νερό πλύσης σκυροδέματος είναι από μόνο του ένας ρυθμιζόμενος ρύπος στις περισσότερες δικαιοδοσίες.
Τρεις τρόποι βλάβης ειδικά για την κίνηση των τροχών των φορτηγών μπετονιέρας
Ένα ημιφορτωμένο φορτηγό αναμικτήρα (πλήρωση βαρελιών 40 έως 60%) που στρίβει σε εγκάρσια κλίση 10% αντιμετωπίζει συνδυασμένες ταλαντώσεις ανάρτησης οχήματος και ταλαντώσεων από το χτύπημα σκυροδέματος που μπορούν να ενισχύσουν την πλευρική μετατόπιση του κέντρου βάρους (CG) κατά 50 έως 100% πέρα από το στατικό πλάτος του χτύπημα. Σε έναν κρίσιμο συνδυασμό ακτίνας στροφής, ταχύτητας, κλίσης και επιπέδου πλήρωσης, η συνδυασμένη μετατόπιση του κέντρου βάρους υπερβαίνει το όριο ανατροπής - και το φορτηγό γέρνει στο πλάι του. Οι ανατροπές φορτηγών αναμικτήρων σκυροδέματος σε δρόμους πρόσβασης εργοταξίων προκαλούν 15 έως 30 θανάτους ετησίως μόνο στις ΗΠΑ - καθιστώντας αυτόν τον τρόπο βλάβης κύρια αιτία θανάτων από οχήματα έργων.
Τα πιτσιλίσματα σκυροδέματος που δεν ξεπλένονται καθημερινά στεγνώνουν και σχηματίζουν μια σκληρή κρούστα ανθρακικού ασβεστίου (pH 12 έως 13) που περιβάλλει το συγκρατητήρα στεγανοποίησης, τον αεραγωγό και τις επιφάνειες του περιβλήματος. Η αλκαλική κρούστα προσβάλλει το υλικό στεγανοποίησης από έξω, ενώ παράλληλα παγιδεύει την υγρασία που επιταχύνει τη διάβρωση του περιβλήματος από κάτω. Ο αεραγωγός φράσσεται από το αποξηραμένο σκυρόδεμα — μετατρέποντας το σφραγισμένο κιβώτιο ταχυτήτων σε δοχείο πίεσης που ανακυκλώνει την εσωτερική πίεση με τις αλλαγές θερμοκρασίας. Ο κύκλος πίεσης ωθεί το λάδι να περάσει από τις στεγανοποιήσεις (προκαλώντας διαρροές) και τραβάει την ατμοσφαιρική υγρασία στο κιβώτιο ταχυτήτων όταν το λάδι κρυώσει (προκαλώντας γαλακτωματοποίηση). Εντός 500 έως 1.000 ωρών έκθεσης σε ακάθαρτο σκυρόδεμα, η συνδυασμένη φθορά της στεγανοποίησης, το μπλοκάρισμα του αεραγωγού και η μόλυνση από λάδι μπορούν να μειώσουν τη λειτουργικότητα του κιβωτίου ταχυτήτων.
Ένας φορτωμένος μπετονιέρα με βάρος 32 τόνους που κατεβαίνει σε κλίση 6% μήκους 5 χλμ. και με ταχύτητα 60 χλμ./ώρα πρέπει να διαχέει περίπου 94 MJ ενέργειας πέδησης. Εάν το επιβραδυντικό του κινητήρα δεν επαρκεί, τα φρένα λειτουργίας των τροχών απορροφούν την πλεονάζουσα ενέργεια - και μπορούν να φτάσουν σε θερμοκρασίες εξασθένισης εντός 2 έως 3 χλμ. Το φορτίο σκυροδέματος καθιστά αυτό πιο επικίνδυνο από άλλα βαρέα οχήματα ίδιου βάρους: το φορτίο τριβής μετατοπίζεται προς τα εμπρός κατά το φρενάρισμα (αυξάνοντας το φορτίο του μπροστινού άξονα και την πίεση του μπροστινού φρένου) και το υψηλό κέντρο βάρους του φορτωμένου τυμπάνου αυξάνει την εμπρόσθια κλίση κατά το φρενάρισμα (επιβαρύνοντας περαιτέρω το μπροστινό μέρος). Τα φρένα κίνησης των τροχών του μπροστινού άξονα πρέπει επομένως να έχουν ονομαστική τιμή για ένα δυσανάλογο μερίδιο της συνολικής ενέργειας πέδησης - συνήθως 60 έως 70% της συνολικής ενέργειας πέδησης έναντι 50 έως 55% που θα υποδήλωνε η στατική κατανομή βάρους.
Συχνές ερωτήσεις
Η Korea Ever-Power παρέχει συστήματα μετάδοσης κίνησης τροχών για φορτηγά μπετονιέρας από 5.000 έως 40.000 Nm με σταθερότητα σε φορτία με κρούση, προστασία στεγανοποίησης από χημικά σκυροδέματος και φρενάρισμα κατάλληλο για αυτοκινητόδρομους.
Επιμέλεια: Cxm
