Miksi pyöräalustaisia puskutraktoreita on olemassa — Nopeusetu telaketjupuskutraktoreihin verrattuna
Useimmat puskutraktorit käyttävät telaketjuja. Pyöräpuskutraktorit (kumipyöräpuskutraktorit) hallitsevat kuitenkin kolmea erityistä käyttötarkoitusta: hiilikasojen hallinta, kunnallisten kaatopaikkojen tiivistys ja laajamittainen maansiirto, jossa työalueiden välinen nopeus on tärkeämpää kuin suurin puskutraktorin teho. Pyöräpuskutraktori kulkee työpaikkojen välillä 15–35 km/h nopeudella – 3–5 kertaa nopeammin kuin telaketjupuskutraktori – mikä tekee siitä paljon tuottavamman työmailla, joissa puskutraktorin matka on yli 100–200 metriä.
The planeettavaihteisto Pyöräalustaisella puskutraktorilla on käsiteltävä nopeusaluetta, johon mikään telaketjukone ei pysty: 2–5 km/h puskutyönopeudesta (terän suurin työntövoima, pyörän pienin nopeus) 35 km/h siirtonopeuteen (pienin työntövoima, pyörän suurin nopeus) – nopeussuhde 7:1–17:1 yhden hydrostaattisen tai powershift-voimansiirron kautta. Puskutyötila vaatii suurimman vääntömomentin pienimmällä nopeudella; siirtotila vaatii pienimmän vääntömomentin suurimmalla nopeudella. Vaihteiston on siirryttävä näiden ääripäiden välillä sujuvasti ja nopeasti – koska puskutraktori vaihtelee puskutyön ja uudelleenasennon välillä 30–90 sekunnin välein kasatöiden aikana.
Puskutraktorin käyttöjakso on ainutlaatuinen pyöräalustaisten koneiden joukossa. Tyypillisessä 60 sekunnin syklissä puskutraktori käyttää 30–45 sekuntia materiaalin työntämiseen nopeudella 2–5 km/h (suurin vääntömomentti, eteenpäinajovaihde), sitten 10–15 sekuntia peruutukseen nopeudella 5–10 km/h (kohtalainen vääntömomentti, peruutusvaihde) ja 5–10 sekuntia asentoon 10–20 km/h (alhainen vääntömomentti, eteenpäinajovaihde). Tämä nopea eteen-taakse-eteen-sykli tuottaa 40–60 suunnanvaihtoa tunnissa – jokainen aiheuttaa vääntömomentin suunnanvaihdon aiheuttaman iskun vaihteiston hampaisiin ja laakereihin. 4 000 tunnin vuosittaisessa käytössä suunnanvaihtojen kokonaismäärä on 160 000–240 000 vuodessa – väsytyskuormitus, joka on 10–100 kertaa suurempi kuin minkään puimurin tai maanrakennuskoneen pyörävetojärjestelmän ja toiseksi suurin syklien kokonaismäärässä vain kastelutornin käynnistys-pysäytyssyklin (WD-08) jälkeen.
Vääntömomentin suunnanvaihto ei tapahdu asteittain – kuljettaja vaihtaa täydestä eteenpäin suunnasta täyteen taaksepäin suunnattuun työntövoimaan 1–2 sekunnissa powershift- tai hydrostaattisen järjestelmän avulla. planeettavaihteisto on vaimennettava tämä suunnanvaihto ilman hammaspyörän ja hampaan välistä välystä. Jos hammaspyöräkytkennässä on 0,05–0,10 mm välystä (normaali valmistustoleranssi), jokainen suunnanmuutos aiheuttaa hetkellisen kuormittamattoman ja kuormitetun välisen iskun hampaan pintaan – ja aiheuttaa jännityspiikin, joka on 1,5–2,5 kertaa hampaan vakiokuormitus. Yli 200 000 suunnanvaihtoa vuodessa aiheuttaa tämän iskuväsymyksen, joka voi aiheuttaa hampaan juurihalkeamia tavallisissa teollisuusvaihteissa 3 000–5 000 tunnissa. Pyöräpuskutraktorikäyttöön tarkoitetut vaihteet on suunniteltava suunnanvaihdosta johtuvaa iskuväsymystä varten – ei pelkästään vakiotilan puskutraktorivääntömomenttia varten.
| Luokka | Paino (t) | Teho (hv) | Terän työntövoima | Joukkoliikenne |
|---|---|---|---|---|
| Keskikokoinen (20–30 tonnia) | 20–30 | 200–350 | 150–250 kN | 25–30 km/h |
| Suuri (35–55 tonnia) | 35–55 | 350–550 | 250–400 kN | 30–35 km/h |
| Kaivostoiminta (55–75 t) | 55–75 | 550–850 | 350–550 kN | 25–35 km/h |
Pyöräpuskutraktorin vetovoiman raja määräytyy koneen painon ja renkaan ja maan välisen kitkakertoimen mukaan. Kuivalla, tiivistetyllä materiaalilla (hiilikasan pinta, kaatopaikan peite) kerroin on 0,5–0,7 – eli 50 tonnin puskutraktori voi kehittää 245–343 kN vetovoiman. Märällä tai irtonaisella materiaalilla kerroin laskee arvoon 0,3–0,5 – mikä vähentää käytettävissä olevaa pitoa 30–50%. Pyöräveto ei saa tuottaa vääntömomenttia, joka ylittää vetovoiman rajan, koska hiilikasan tai kaatopaikan pinnalla pyörivä rengas tuhoaa pintakerroksen ja luo uria, jotka vaikeuttavat seuraavia ajokertoja.
Tasauspyörästön lukko (tai rajoitetusti luisuva tasauspyörästö) on välttämätön pyöräalustaisissa puskutraktoreissa. Kulmapuskutyössä (materiaalin työntäminen 20–45 asteen kulmassa ajosuuntaan nähden) terän reaktiovoima työntää konetta sivuttain, mikä vapauttaa sisäpyörien kuorman ja ylikuormittaa ulommat pyörät. Ilman tasauspyörästön lukkoa sisäpyörät (joilla on pienempi kuorma ja siten heikompi pito) pyörivät vapaasti, mikä tuhlaa vetovoimaa ja antaa koneen ajautua sivuttain sen sijaan, että se työntyisi eteenpäin. Kun tasauspyörästö on lukittu, vääntömomentti jakautuu tasaisesti kaikkiin pyöriin kuorman jakautumisesta riippumatta, jolloin eteenpäin suuntautuva työntövoima säilyy myös kulmapuskutyössä. Pyöränvedon on sopeuduttava tasauspyörästön lukon kytkentään ja irtikytkentään sujuvasti – äkillinen lukon kytkentä kuormituksen alaisena aiheuttaa vääntömomenttipiikin aiemmin luistavaan pyörään, mikä voi murtaa vetoakselin tai vahingoittaa pyöränvedon ulostulolaakeria, jos voimansiirtoa ei ole suunniteltu iskua varten.
Käyttöympäristöt — hiili, kaatopaikat ja kaivosten peitemaa
Hiilikasojen hallinta on yleisin pyöräalustaisen puskutraktorin sovellus. Puskutraktori työntää juuri toimitetun hiilen kasaan, muotoilee kasan tyhjennystä varten ja ottaa hiilen kasasta kuljettimelle lastattavaksi. Hiilen pintalämpötila voi nousta 50–80 celsiusasteeseen itsestään lämpenemisen (hapettumisen) seurauksena suurissa kasoissa – ja puskutraktorin renkaat ja pyöränvetolaitteet toimivat tällä kuumalla pinnalla 8–16 tuntia päivässä. Hiilipöly on hienoa (10–100 mikronia), lievästi hankaavaa (Mohs 1–2) ja tunkeutuu jokaiseen tiivisteeseen ja kotelon liitokseen. Lämmön ja hiilipölyn yhdistelmä kiihdyttää tiivisteiden kulumista 2–3 kertaa nopeammin kuin normaalissa rakennustyömaan toiminnassa. Lisäksi hiilikasat aiheuttavat palovaaran itsesyttymisen vuoksi – ja pyöräalustainen puskutraktori, jota käytetään kasan palavalla tai kytevällä osuudella, voi altistaa pyöränvetolaitteen yli 100 celsiusasteen pintalämpötiloille, ja paikalliset kuumat pisteet voivat saavuttaa 200 celsiusasteen tai enemmän. Renkaan kumi pehmenee ja kuluu yli 80 celsiusasteen lämpötilassa – ja vetopyörän tiivisteet, jopa FKM-luokitelluissa malleissa, rasittavat renkaasta vanteen läpi napaan ja ulostulolaakeriin johtuvaa lämpöä. Vetopyörän kotelon lämpötilan lämpötilan valvonta on turvallisuusvaatimus hiilivarastotraktoreissa – koska jatkuva ylilämpötila voi aiheuttaa renkaan rikkoutumisen (renkaan puhkeamisen sisäisen paineen kertymisen vuoksi) sekä vaihteiston vaurioitumisen.
Kaatopaikkajätteen tiivistäminen on rankin sovellus. Puskutraktori ajaa yhdyskuntajätteen yli ja läpi, joka sisältää teräsbetonitankoja, lasia, lankaa, nauloja, lääkejätettä, kemikaalisäiliöitä ja kaikkea muuta materiaalia, jota nyky-yhteiskunta hävittää. Renkaiden ja vetopyörän tiivisteitä vahingoittavat jatkuvasti terävät esineet, jotka puhkaisevat, leikkaavat ja hankaavat niitä. Jätemateriaali on myös kemiallisesti arvaamatonta – suotoveden (maatuvasta jätteestä valuvan nesteen) pH vaihtelee 4:stä 9:ään, ja se sisältää liuenneita metalleja, orgaanisia happoja ja biologisia epäpuhtauksia, jotka hyökkäävät tavallisten tiivisteiden ja koteloiden materiaalien kimppuun.
Kaivoksen maa-aineksen käsittely käyttää puskutraktoria erittäin kuluttavissa olosuhteissa. Maa-aines (kivi ja maa-aines, jotka on poistettu malmin paljastamiseksi) sisältää teräviä, kulmikkaita, 5–300 mm:n kokoisia kivipalasia, joita puskutraktori työntää, kiipeää yli ja ajaa niiden läpi. Pyörän vetoakselin tiivisteet altistuvat akseliterästä kovemmille kivihiukkasille, mikä aiheuttaa saman Mohsin kovuusasteen mukaisen tiivisteiden leikkausongelman kuin kivenmurskaimille (WD-07). Kaivosympäristöön kuuluu myös pölyä, dieselin nokea ja (joillakin kohteilla) happamaa tai emäksistä valumavettä, joka lisää kemiallista hyökkäystä fyysiseen kulumiseen.
Pyöräalustaisten puskutraktoreiden käyttöaste on yksi korkeimmista kaikista liikkuvista laitteista: 3 000–5 000 tuntia vuodessa hiilivarastointityössä, 2 000–4 000 tuntia kaatopaikkatyössä ja 2 500–4 000 tuntia kaivostyössä. Nämä luvut ovat verrattavissa sokeriruokokorjuukoneiden (WD-05) lukuihin – ja niillä on sama seuraus: pyöränvetokomponenttien on oltava suunniteltu 8 000–12 000 tunnin kokonaiskäyttöiälle, jotta vaihtoväli olisi yhdenmukainen vuosittaisen seisokkiajan kanssa. Vaihteisto, joka kestää 4 000 tuntia koneessa, jota käytetään 4 000 tuntia vuodessa, on vaihdettava käyttökauden aikana – suunnittelematon seisokki, joka maksaa 5 000–15 000 Yhdysvaltain dollaria menetettynä tuotantona sekä 3 000–10 000 Yhdysvaltain dollaria vaihteistosta ja työvoimasta. Alikokoisen vaihteiston kokonaiskustannukset ovat siis 8 000–25 000 Yhdysvaltain dollaria vikaantumistapausta kohden – mikä ylittää reilusti oikein mitoitetun yksikön hintapreemion.
Kolme pyöräpuskutraktorin käyttölaitteille ominaista vikaantumistapaa
Raskaan puskutyön aikana terä osuu tiivistettyyn materiaaliin tai kiinteään esteeseen. Kuljettaja pitää kaasua täydellä kaasulla – ja pyöränveto tuottaa maksimaalisen vääntömomentin lähes nollapyörän nopeudella (sammutustilassa) 5–30 sekunnin ajan. Sammutuksen yhteydessä pyöränveto tuottaa maksimaalisen lämmön ilman jäähdytysilmavirtausta. 50 tonnin puskutraktorissa, jonka vetoteho on 400 kW, 30 sekunnin sakkaus johtaa noin 12 MJ lämpöä pyöränvetojen kautta, mikä nostaa öljyn lämpötilaa 30–50 celsiusastetta. Hiilen varastoinnissa, jossa öljyn lähtölämpötila on jo 80–95 celsiusastetta (kuumasta hiilen pinnasta), sakkaus voi nostaa lämpötilan 120–145 celsiusasteeseen, mikä ylittää mineraaliöljyn lämpörajan ja kiihdyttää laakereiden ja vaihteiston heikkenemistä. Useat sakkaustapahtumat tunnissa (yleisiä raskaan repimisen tai tiivistämisen aikana) aiheuttavat kumulatiivisia lämpövaurioita, joita mikään öljynvaihto ei voi korjata. Lämpövaurion merkki on havaittavissa öljyanalyysillä: kohonneet rauta- ja kuparihiukkasten määrät osoittavat, että laakeri- ja vaihteistopinnat ovat ylittäneet päästökynnyksensä ja vapauttavat materiaalia. Öljyanalyysiohjelma, jossa näytteenottoväli on 250 tuntia, voi havaita lämpövaurion alkamisen 500–1 000 tuntia ennen vaihteiston vikaantumista – tämä antaa aikaa ajoittaa vaihteiston vaihto suunnitellun seisokin aikana sen sijaan, että koettaisiin suunnittelematon rikkoutuminen huipputuotannon aikana.
Kaatopaikkajäte sisältää teräslankaa, raudoitustankoja, lasinsirpaleita ja teräviä muovinsirpaleita, jotka iskevät vetoakselin koteloon ja kietoutuvat ulostuloakselin ympärille – samalla tavalla kuin sokerinkorjuukoneiden sokeriruokojätteen kääre, mutta paljon kovemmista ja terävämmistä materiaaleista. Akselin ympärille kiedottu teräslanka voi leikata läpi tavallisen huulitiivisteen yhden kahdeksan tunnin työvuoron aikana. Jätteeseen upotetut lasinsirpaleet toimivat leikkaavana yhdisteenä, kun ne jäävät loukkuun tiivisteen huulen ja akselin väliin. Kemiallinen liuos (pH 4–9, sisältää liuenneita metalleja ja orgaanisia happoja) hyökkää sekä tiivistemateriaaliin että kotelon pinnoitteeseen. Yhdistetty fysikaalinen ja kemiallinen hyökkäys tekee kaatopaikkaympäristöstä tuhoisimman vetoakselin tiivisteille kaikista tämän sarjan sovelluksista.
Kun pyöräpuskutraktori ajaa maanalaisen kiven, betonilohkon tai teräspalkin yli siirtonopeudella (15–30 km/h), rengas välittää pystysuoran ja pitkittäisen iskun pyöränvedon ulostulolaakeriin ja hammaspyörästöön. Iskun suuruus riippuu esineen koosta, siirtonopeudesta ja renkaan jäykkyydestä – ja se voi olla 3–8 g pyöränvedon kiinnityslaipalla. 30 km/h nopeudella pyöränvedolla on 0,05–0,10 sekuntia aikaa vaimentaa isku – liian nopeasti hydrauliikkajärjestelmälle ja liian lyhyen aikaa kuljettajalle. Nämä siirtonopeudella tapahtuvat törmäykset aiheuttavat laakerin Brinell-reaktiota ja hammaspyörän hampaan juurien jännityspiikkejä, jotka kerryttävät väsymisvaurioita 5–10 kertaa nopeammin kuin vakiotilassa tapahtuvassa puskutyössä – mikä tekee siirtonopeudella ajamisesta epätasaisilla pinnoilla vahingollisempaa pyöränvedolle kuin itse suuren vääntömomentin puskutyö. Tämä epälooginen havainto (siirto on vahingollisempi kuin puskutraktorin pysähtyminen) on vahvistettu suurten puskutraktorikalustojen laakerivikojen analyysitiedoilla: 55–65%:ssä toisiolaakerivioista on iskuväsymysten aiheuttamia oireita (Brinell-muodostuma, pinnanalainen halkeilu) eikä jatkuvan kuormituksen aiheuttamia väsymysoireita (lohkeilemista, mikropittingiä), jotka viittaisivat puskutraktorin aiheuttamaan vikoon. Johtopäätös on selvä: tasaisten kuljetusteiden ylläpitäminen ja kuljetusnopeuden rajoittaminen käsittelemättömillä pinnoilla pidentää vetolaakerien käyttöikää 40–60%:llä – huoltokäytäntö, joka ei maksa mitään, mutta pidentää merkittävästi vaihteiston käyttöikää.
Usein kysytyt kysymykset
Korea Ever-Power tarjoaa pyöräpuskutraktorien käyttölaitteita 15 000–80 000 Nm:n vääntömomentilla, joilla on jatkuva pysäytysmomentin lämpökapasiteetti, kaatopaikkaluokan tiivistys ja iskunkestävyys kuljetusnopeuksilla.
Toimittaja: Cxm
