Miksi pyöräalustaiset kaivinkoneet ovat olemassa – tieliikenne tärkeimpänä etuna
Tela-alustainen kaivinkone on kuljetettava työmaalle lavetilla – prosessi, joka kestää 30–90 minuuttia siirtoa kohden ja maksaa 200–800 Yhdysvaltain dollaria kuljetusta kohden. Pyöräalustainen kaivinkone ajaa itse työmaalle yleisillä teillä 20–40 km/h nopeudella – saapuen samaan aikaan kuin kuorma-auto, ilman kuljetusajoneuvoa, ilman tielupia ja ilman lastaus- ja purkuliikenteen estämistä. Kaupunkien kunnallisteknisten töiden (kaasu, vesi, viemäri, sähkö, tietoliikenne) yhteydessä, joissa kaivinkone liikkuu 5–30 kaivupistettä päivässä tiekäytävää pitkin, pyöräalustainen kaivinkone säästää 2–10 kuljetussiirtoa päivässä – 400–8 000 Yhdysvaltain dollaria päivittäisissä kuljetuskustannuksissa.
Tämä tieliikenteen etu asettaa ainutlaatuisia vaatimuksia planeettavaihteisto. Vetolaitteen on täytettävä samat tieliikenneajoneuvoja koskevat määräykset kuin kuorma-auton (ECE R13 -jarrutus, melurajat, akselipainorajoitukset, valaistus ja merkinanto) ja samalla sen on tarjottava tarkkuus alhaisilla nopeuksilla, joita tarvitaan 20 tonnin koneen sijoittamiseen 100 mm:n päähän kaivantoon ruuhkaisella kaupungin kadulla. Mikään muu kaivinkonetyyppi ei vaadi tieliikennemääräysten noudattamista – eikä mikään muu tieliikenneajoneuvo vaadi kaivinkonetason paikannustarkkuutta.
Pyöräalustaisten kaivinkoneiden markkinat keskittyvät Eurooppaan (jossa tieliikennesäännöt suosivat itseliikkuvia koneita kuljetettavien koneiden sijaan), Japaniin (jossa kompaktit kaupunkikaivinkoneet ovat hallitsevia) ja yhä enemmän Pohjois-Amerikkaan ja Australiaan hyötykäyttö- ja tienpitosovelluksiin. Koneiden paino vaihtelee 9–25 tonnin välillä – 15–20 tonnin luokka on yleisin kaupunkien hyötykäyttötöissä.
Työsykli eroaa perustavanlaatuisesti tela-alustaisesta kaivinkoneesta. Tela-alustainen kaivinkone seisoo yhdessä asennossa ja kaivaa tuntikausia – alavaunu on staattisesti kuormitettu. Pyöräalustainen kaivinkone liikkuu kaivupisteiden välillä 15–30 kertaa vuorossa – käyttäen 30–60% käyttöajastaan ajamiseen ja uudelleensijoittamiseen, ja vain 40–70% varsinaiseen kaivamiseen. Pyöräveto kerryttää siis 800–1 500 ajotuntia vuodessa – verrattavissa jakeluautoon – kun taas kaivumekanismi kerryttää 1 000–2 000 tuntia. Pyöräveto ei ole apujärjestelmä; se on ensisijainen työkomponentti, jota käytetään yhtä intensiivisesti kuin kaivuvarsi.
Ylärungon kääntyminen (ylärungon 360 asteen kierto) lisää ainutlaatuisia kuormitusolosuhteita tiellä siirron aikana. Kaivinkoneen ylärunko (ohjaamo, puomi, moottori) on lukittava eteenpäin tiellä ajon aikana, koska sivulle suunnattu ylärunko siirtää ajoneuvon painopistettä sivusuunnassa ja muuttaa ohjausvastetta. Käännön lukituksen on pidettävä ylärunkoa tuulikuormia, tien tärinää ja kaarrevoimia vastaan tiellä siirron aikana. Jos käännön lukitus pettää tiellä ajon aikana, ylärunko kiertyy hallitsemattomasti – siirtäen painopistettä ja mahdollisesti aiheuttaen ajoneuvon kallistumisen tai kaatumisen. Vetopyörän jarrujärjestelmän on kyettävä pysäyttämään ajoneuvo turvallisesti, vaikka painopiste siirtyisi sivuttaissuunnassa käännön lukituksen vikaantumisen vuoksi – hätätilanne, joka ECE R13 -jarrujärjestelmän suunnittelun on otettava huomioon.
Pyöräalustaisen kaivinkoneen vastapaino (2–5 tonnia terästä ylärungon takaosassa) tarjoaa kaivuvakautta, mutta siirtää ajoneuvon kokonaispainopistettä taaksepäin, jolloin paino jakautuu taka-akselille 55–65% maantieajossa. Tämä epätasainen jakautuminen tarkoittaa, että takavetoiset pyörät kantavat enemmän painoa, tuottavat enemmän jarrutusvoimaa ja niiden laakerit väsyvät enemmän kilometriä kohden kuin etuvetoiset pyörät – ja se on määriteltävä raskaampaan käyttöön, vaikka etu- ja takavaihteistot ovat usein samoja osanumeroita varastoinnin yksinkertaistamiseksi.
Työmaan uudelleensijoittelu — tarkkaa ajamista kaupunkitiloissa
Pyöräalustaisen kaivinkoneen on sijaittava 100–200 mm:n etäisyydellä kaivukohdasta – joka voi olla kaasuputken, vesiputken tai valokuitukaapelin vieressä. Kaupungin kadulla paikannustarkkuutta rajoittavat pysäköidyt autot, reunakiveykset, jalankulkijat, liikennemerkit ja ilmajohdot – kaikki nämä rajoittavat käytettävissä olevan liikkumistilan jopa 3–4 metrin kapeisiin käytäviin.
Nelipyöräohjaus (etu- ja taka-akselit ohjaavat) pienentää kääntösädettä 30–40% verrattuna pelkällä etuohjausjärjestelmällä varustettuihin kokoonpanoihin – tämän ansiosta 8–10 metriä pitkä kone voi kääntyä tiloissa, jotka vaatisivat monipistekäännöstä perinteisellä ohjauksella. Joissakin malleissa on rapuohjaus (kaikki pyörät samaan suuntaan) sivuttaisasentoa varten – konetta liikutetaan sivuttaissuunnassa kohti reunakivetystä kääntymättä. Pyörävedon on tuettava kaikkia ohjaustiloja tasaisella, suhteellisella vääntömomentilla 1–3 km/h:n asemointinopeudella – koska vääntömomentin pulssi tai heilahtelu tällä nopeudella aiheuttaa nykivää liikettä, jota on vaikea hallita ahtaissa kaupunkitiloissa.
Siirtyminen ajamisesta kaivamiseen tapahtuu tukijalkojen käyttöönoton yhteydessä. Kuljettaja ajaa kaivupisteeseen, laskee terän (takatukijalan) ja tukijalat (sivutuet) ja siirtää koneen painon renkailta tukijaloille. Tämän siirtymän aikana planeettavaihteisto Seisontajarrun on pidettävä kone paikallaan – vaikka kadun poikittais- tai pitkittäiskaltevuus olisi 5–10%. Kun tukijalat on kuormitettu täyteen, pyörät ovat osittain tai kokonaan kevennettyjä – ja pyöränveto on käytännössä tyhjäkäynnillä kaivuvaiheen aikana. Tämä tarkoittaa, että pyöränveto vaihtelee intensiivisen ajokäytön (uudelleenasennus) ja täydellisen lepotilan (kaivaminen) välillä – käyttötapa, joka tuottaa lämpövaihteluita, jotka ovat samanlaisia kuin pyöräkuormaajan V-sykli, mutta hitaammalla taajuudella (15–30 siirtymistä vuoroa kohden verrattuna kuormaajan 400 siirtymään).
Kaupunkiympäristö tuo mukanaan myös ainutlaatuisia vaaroja vetolaitteille. Kaupungin kaduilla on salaojitusritilöitä, tarkastuskaivojen kansia, reunakivetyksiä ja kunnallistekniikan kulkusuojia, joiden yli pyörien on ajettava uudelleenasennuksen aikana. Jokainen näistä pinnan ominaisuuksista tuottaa hetkellisen iskukuormituksen vetolaakeriin – ja 500–2 000 pinnan ominaisuuden ylityksen päivittäinen kumulatiivinen isku lisää laakerin väsymisbudjettia. Veto on mitoitettava tätä kaupunkipinnan iskukäyttöä varten – joka eroaa sekä tasaisen tien maantieajosta että pehmeän maan maastoajosta. Kaupunkipinnan iskut ovat teräviä (kesto 5–15 ms), kohtalaisen amplitudisia (2–5 g) ja korkeataajuisia (10–50 tunnissa) – väsymisprofiilia, jota tavalliset rakennuskoneiden laakerien käyttöikälaskelmat eivät kata, koska ne olettavat joko jatkuvaa tasaista kuormitusta (valtatie) tai harvinaisia voimakkaita iskuja (maasto).
Tieliikenne — Rakennuskone, jonka on oltava tieliikenneajoneuvo
Tieliikennettä koskeva vaatimus muuttaa pyöränvedon rakennuskoneen osasta autoteollisuuden osaksi. Pyöräkaivukoneen on täytettävä samat tieliikenneajoneuvoille asetetut määräykset kuin kuorma-auton: ECE R13 -jarrutus (hidastuvuus 5,0 m/s2 huippunopeudesta), ECE R51 -melurajat (80 dBA ohiajossa 7,5 metrin etäisyydellä), akselipainorajoitukset (tyypillisesti 10–13 tonnia akselia kohden) ja valaistus-/merkinantovaatimukset. Pyöränvedon on tarjottava jarrutuskyky, vaihteiden kytkennän melulaatu ja akselipainon yhteensopivuus näiden määräysten – jotka ovat tiukempia kuin mikään rakennustyömaastandardi – täyttämiseksi.
Suurin tienopeus vaihtelee markkina-alueittain: 20 km/h joissakin Euroopan maissa (rekisteröinti liikkuvana työkoneena), 37 km/h Saksassa (rekisteröinti itseliikkuvana työkoneena) ja 40–50 km/h joillakin markkinoilla, kun ajoneuvo on täysin rekisteröity. 37 km/h nopeudella ja 20 tonnin painolla jarrutusenergia on noin 2,1 MJ – huomattavasti vähemmän kuin mönkijällä 80 km/h nopeudella, mutta se vaatii silti autokäyttöön tarkoitetut levyjarrut ja kaksipiirisen jarrujärjestelmän, jossa on kuormantunteva tehonsäätö.
Vaihteiden kytkentömelun on maantienopeudella oltava 80 dBA:n ohiajomelun raja-arvo. 37 km/h nopeudella vetoakselin kierrosluku on 150–250 rpm (rengaskoosta ja välityssuhteesta riippuen), mikä tuottaa 3 000–7 500 Hz:n vaihteiden kytkentötaajuuden (lähtökierrosluku x hammasluku). Näillä taajuuksilla vaihteiden kytkentömelu säteilee tehokkaasti kotelon läpi – ja DIN-luokan 6 vaihteet ovat meluvaatimusten mukaisuuden vähimmäislaatu. Luokan 8 vaihteet voivat tuottaa 82–85 dBA:n ohiajomelun, mikä ylittää sallitun rajan ja estää koneen rekisteröinnin tielle. Meluvaatimus on erityisen haastava, koska pyöräalustaisen kaivinkoneen kotelo on tyypillisesti kompaktimpi (ohuempi seinämän paksuus painonsäästön vuoksi) ja akustisesti vähemmän optimoitu (rakenne on etusijalla, ei autoteollisuudessa) kuin kuorma-auton akselikotelo – mikä tarkoittaa, että melutaso vaihdetta kohden on luonnostaan korkeampi kuin tarkoitukseen suunnitellussa autoakselissa. Vaihteiston valmistajan on siksi tehtävä yhteistyötä kaivinkoneen alkuperäisvalmistajan kanssa kotelon akustiikan suunnittelussa – optimoitava ripakuvio, seinämän paksuus ja kiinnityksen eristys, jotta ohiajomelun tavoitearvo saavutetaan määritellyllä vaihteiston laatutasolla.
Kolme pyöräalustaisten kaivinkoneiden käyttölaitteille ominaista vikaantumistapaa
Pyöräkaivukonetta, joka ei läpäise ECE R51 -ohjeen mukaista ohiajomelun testiä, ei voida rekisteröidä tieliikennekäyttöön – tämä poistaa sen ensisijaisen kilpailuedun tela-alustaisiin kaivinkoneisiin verrattuna. Vaihteiden kytkentömelu on suurin ohiajomelun aiheuttaja maantienopeudella ajettaessa: vaihteiden kytkentötaajuus (3 000–7 500 Hz) on taajuusalueella, jolla ihmiskorva on herkin ja jolla melumittarin painotus (A-painotus) vaimentaa vähiten. Kahden dBA:n lasku vaihteiden kytkennässä (saavutetaan päivittämällä luokasta 8 luokkaan 6) voi olla ratkaiseva tekijä tyyppihyväksyntätestin läpäisyn ja hylkäämisen välillä – ja vaihteiston laadun päivityksen kustannukset (vaihteiston hinnasta 15–25%) ovat mitättömät verrattuna koko konemallin tieliikennerekisteröinnin menettämisen seurauksiin.
Kaupungin kaduilla on 2–4%:n poikittaiskaltevuus (viemäröintiä varten) ja jopa 10–15%:n pitkittäiskaltevuus mäkisessä maastossa. 30–60 sekunnin mittaisen tukijalkojen käyttöjakson aikana seisontajarrun on pidettävä 20 tonnin kone paikallaan painovoimaa vasten – noin 10–30 kN:n voimaa kaltevuudesta riippuen. Jos jarrupala on kulunut alle 60%:n alkuperäisestä paksuudestaan, pitomomentti ei välttämättä riitä jyrkimmillä rinteillä – ja kone ryömii hitaasti alamäkeen tukijalkoja käytettäessä. Kaupungin kadulla, jolla on pysäköityjä autoja, jalankulkijoita ja kunnallistekniikan ojia, ryömivä kaivinkone tukijalkojen asennuksen aikana on vakava turvallisuusriski, joka voi johtaa omaisuusvahinkoihin, loukkaantumisiin tai viranomaisten määräämiin seuraamuksiin (käyttöluvan menetys).
Kaivuvaiheen aikana (käyttöaikaa 40–70%) pyöränveto on paikallaan ja pyörät ovat osittain tai kokonaan kuormittamattomia (koneen painoa kannattelevat tukijalat). Toisiolaakeri on liikkumatta pienennetyllä tai nollakuormituksella – ja vaihteistoon (hengityksen, tiivisteiden vuotamisen tai kondensaation kautta) päässyt kosteus laskeutuu laakeripinnoille ja käynnistää seisontakorroosion. Toisin kuin kausityökoneet, jotka seisovat varastoinnin aikana, pyöräalustainen kaivinkone kokee 20–40 seisontajaksoa päivässä – kukin kestää 10–30 minuuttia. Yli 2 000 kaivutunnin aikana vuodessa kumulatiivinen seisonta-aika on 1 000–1 500 tuntia – riittävän pitkä aika, jotta seisontakorroosio voi käynnistää mikropittingin laakereissa, joita ei ole suojattu korroosiota estävällä öljylisäaineella. Kuormituksen ajoittainen luonne (ajo-pysähdys-ajo-pysähdys) on erityisen vahingollista, koska jokainen uudelleenkäynnistys jauhaa korroosiotuotteet vierintäradan pintaan ennen kuin öljykalvo ehtii muodostua kokonaan uudelleen.
Usein kysytyt kysymykset
Korea Ever-Power tarjoaa pyöräalustaisten kaivinkoneiden käyttölaitteita 5 000–30 000 Nm:n vääntömomentilla, jotka on varustettu moottoritiemelun hyväksynnällä, kaupunki- ja katujarrutuksella sekä täysohjausjärjestelmällä kaupunkiajossa.
Toimittaja: Cxm
