व्हील डोजर क्यों मौजूद हैं — ट्रैक डोजर की तुलना में गति का लाभ
अधिकांश बुलडोजर ट्रैक का उपयोग करते हैं। लेकिन पहिए वाले बुलडोजर (रबर के टायरों वाले बुलडोजर) तीन विशिष्ट कार्यों में सबसे अधिक उपयोग किए जाते हैं: कोयले के भंडार का प्रबंधन, नगरपालिका के लैंडफिल में मिट्टी को सघन बनाना और बड़े पैमाने पर मिट्टी की खुदाई, जहाँ कार्य क्षेत्रों के बीच यात्रा की गति अधिकतम खुदाई बल से अधिक महत्वपूर्ण होती है। पहिए वाला बुलडोजर एक कार्य स्थल से दूसरे कार्य स्थल तक 15 से 35 किमी/घंटा की गति से चलता है - जो ट्रैक वाले बुलडोजर से 3 से 5 गुना अधिक तेज़ है - जिससे यह उन स्थलों पर कहीं अधिक उत्पादक साबित होता है जहाँ खुदाई की दूरी 100 से 200 मीटर से अधिक होती है।
The व्हील ड्राइव प्लेनेटरी गियरबॉक्स पहिए वाले डोजर को ऐसी गति सीमा को संभालना पड़ता है जिसका सामना कोई भी ट्रैक वाली मशीन नहीं करती: 2 से 5 किमी/घंटा की डोजिंग गति (ब्लेड का अधिकतम थ्रस्ट, पहिए की न्यूनतम गति) से लेकर 35 किमी/घंटा की ट्रांजिट गति (न्यूनतम थ्रस्ट, पहिए की अधिकतम गति) तक — एक ही हाइड्रोस्टैटिक या पॉवरशिफ्ट ड्राइवट्रेन के माध्यम से 7:1 से 17:1 का गति अनुपात। डोजिंग मोड में न्यूनतम गति पर अधिकतम टॉर्क की आवश्यकता होती है; ट्रांजिट मोड में अधिकतम गति पर न्यूनतम टॉर्क की आवश्यकता होती है। गियरबॉक्स को इन दोनों चरम सीमाओं के बीच सुचारू रूप से और तेजी से परिवर्तन करना चाहिए — क्योंकि स्टॉकपाइल कार्य के दौरान डोजर हर 30 से 90 सेकंड में डोजिंग और रीपोजिशनिंग के बीच बदलता रहता है।
पहिएदार मशीनों में डोजिंग का कार्य चक्र अद्वितीय है। एक सामान्य 60-सेकंड के चक्र में, डोजर 30 से 45 सेकंड तक 2 से 5 किमी/घंटा की गति से सामग्री को धकेलता है (अधिकतम टॉर्क, फॉरवर्ड गियर), फिर 10 से 15 सेकंड तक 5 से 10 किमी/घंटा की गति से पीछे की ओर जाता है (मध्यम टॉर्क, रिवर्स गियर), और 5 से 10 सेकंड तक 10 से 20 किमी/घंटा की गति से पुनः स्थिति में आता है (कम टॉर्क, फॉरवर्ड गियर)। यह तीव्र फॉरवर्ड-रिवर्स-फॉरवर्ड चक्र प्रति घंटे 40 से 60 बार दिशा परिवर्तन उत्पन्न करता है - प्रत्येक परिवर्तन गियरबॉक्स के गियर के दांतों और बियरिंग पर टॉर्क-रिवर्सल झटका डालता है। 4,000 घंटे से अधिक की वार्षिक ड्यूटी में, दिशा-परिवर्तन की कुल संख्या प्रति वर्ष 160,000 से 240,000 तक पहुँच जाती है - यह थकान भार किसी भी हार्वेस्टर या निर्माण-उपकरण व्हील ड्राइव की तुलना में 10 से 100 गुना अधिक है और कुल चक्रों की संख्या के मामले में सिंचाई टॉवर स्टार्ट-स्टॉप साइक्लिंग (WD-08) के बाद दूसरे स्थान पर है।
प्रत्येक दिशा परिवर्तन पर टॉर्क का उलटफेर क्रमिक नहीं होता है — ऑपरेटर पॉवरशिफ्ट या हाइड्रोस्टैटिक सिस्टम के माध्यम से 1 से 2 सेकंड के भीतर पूर्ण फॉरवर्ड थ्रस्ट से पूर्ण रिवर्स थ्रस्ट में स्थानांतरित हो जाता है। व्हील ड्राइव प्लेनेटरी गियरबॉक्स गियर के दांतों में बैकलैश के प्रभाव के बिना इस दिशा परिवर्तन को अवशोषित करना आवश्यक है। यदि गियर मेश में 0.05 से 0.10 मिमी का बैकलैश (सामान्य विनिर्माण सहनशीलता) है, तो प्रत्येक दिशा परिवर्तन दांत की सतह पर क्षणिक रूप से भारहीन से भारित प्रभाव उत्पन्न करता है - जिससे स्थिर अवस्था में दांत पर लगने वाले भार का 1.5 से 2.5 गुना तनाव शिखर उत्पन्न होता है। प्रति वर्ष 200,000 से अधिक दिशा परिवर्तन होने पर, यह प्रभाव थकान मानक औद्योगिक गियर में 3,000 से 5,000 घंटों के भीतर दांत की जड़ में दरारें उत्पन्न कर सकती है। व्हील डोजर के लिए निर्दिष्ट गियर को दिशा परिवर्तन-प्रभाव थकान की स्थिति के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए - न कि केवल स्थिर अवस्था में डोजिंग टॉर्क की स्थिति के लिए।
| कक्षा | वजन (टी) | शक्ति (एचपी) | ब्लेड थ्रस्ट | पारगमन |
|---|---|---|---|---|
| मध्यम (20-30 टन) | 20–30 | 200–350 | 150–250 किलोटन | 25-30 किमी/घंटा |
| बड़ा (35–55 टन) | 35–55 | 350–550 | 250–400 किलोटन | 30-35 किमी/घंटा |
| खनन (55–75 टन) | 55–75 | 550–850 | 350–550 किलोटन | 25-35 किमी/घंटा |
व्हील डोजर की कर्षण सीमा मशीन के वजन और टायर-से-जमीन घर्षण गुणांक द्वारा निर्धारित होती है। सूखी, संकुचित सामग्री (कोयला भंडार की सतह, लैंडफिल कैप) पर, गुणांक 0.5 से 0.7 होता है - जिसका अर्थ है कि 50 टन का डोजर 245 से 343 किलोनाइट्रोजन का कर्षण उत्पन्न कर सकता है। गीली या ढीली सामग्री पर, गुणांक घटकर 0.3 से 0.5 हो जाता है - जिससे उपलब्ध कर्षण 30 से 50 किलोनाइट्रोजन तक कम हो जाता है। व्हील ड्राइव को कर्षण सीमा से अधिक टॉर्क नहीं देना चाहिए, क्योंकि कोयला भंडार या लैंडफिल की सतह पर घूमता हुआ टायर सतह की परत को नष्ट कर देता है और गड्ढे बना देता है जो आगे के आवागमन में बाधा उत्पन्न करते हैं।
व्हील डोजर में डिफरेंशियल लॉक (या लिमिटेड-स्लिप डिफरेंशियल) अत्यंत आवश्यक है। कोणीय डोजिंग (सामग्री को यात्रा की दिशा से 20 से 45 डिग्री के कोण पर धकेलना) के दौरान, ब्लेड की प्रतिक्रिया बल मशीन को बग़ल में धकेलती है - जिससे अंदर के पहियों पर भार कम हो जाता है और बाहर के पहियों पर भार बढ़ जाता है। डिफरेंशियल लॉक के बिना, अंदर के पहिए (कम भार और इसलिए कम कर्षण के साथ) स्वतंत्र रूप से घूमते हैं - जिससे ड्राइव पावर बर्बाद होती है और मशीन आगे बढ़ने के बजाय बग़ल में खिसकने लगती है। डिफरेंशियल लॉक होने पर, भार वितरण की परवाह किए बिना, सभी पहियों पर टॉर्क समान रूप से वितरित होता है - कोणीय डोजिंग के दौरान भी आगे की ओर बल बनाए रखता है। व्हील ड्राइव को डिफरेंशियल लॉक के सुचारू रूप से लगने और हटने को समायोजित करना चाहिए - भार के तहत अचानक लॉक लगने से पहले फिसल रहे पहिए पर टॉर्क में अचानक वृद्धि होती है जो हाफ-शाफ्ट को तोड़ सकती है या व्हील ड्राइव आउटपुट बेयरिंग को नुकसान पहुंचा सकती है यदि ड्राइव ट्रेन इस प्रभाव के लिए डिज़ाइन नहीं की गई है।
अनुप्रयोग परिवेश — कोयला, लैंडफिल और खदान ओवरबर्डन
कोयला भंडार प्रबंधन व्हील डोजर का सबसे आम उपयोग है। डोजर ताजा लाए गए कोयले को ढेर के रूप में धकेलता है, जल निकासी के लिए ढेर को आकार देता है, और कन्वेयर पर लोड करने के लिए ढेर से कोयला निकालता है। बड़े भंडारों में स्वतः तापन (ऑक्सीकरण) के कारण कोयले की सतह का तापमान 50 से 80 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, और डोजर के टायर और व्हील ड्राइव इस गर्म सतह पर प्रतिदिन 8 से 16 घंटे तक काम करते हैं। कोयले की धूल महीन (10 से 100 माइक्रोन) होती है, हल्की घर्षणकारी (मोह्स 1 से 2) होती है, और प्रत्येक सील और हाउसिंग जोड़ में प्रवेश कर जाती है। गर्मी और कोयले की धूल का संयोजन सील के घिसाव को निर्माण स्थल पर सामान्य संचालन की तुलना में 2 से 3 गुना अधिक बढ़ा देता है। इसके अलावा, कोयले के भंडारों में स्वतः दहन से आग लगने का खतरा होता है, और भंडार के जलते या सुलगते हुए हिस्से पर काम करने वाला व्हील डोजर व्हील ड्राइव को 100 डिग्री सेल्सियस से अधिक सतह के तापमान के संपर्क में ला सकता है, जिसमें स्थानीय हॉटस्पॉट 200 डिग्री सेल्सियस या उससे अधिक तक पहुंच सकते हैं। 80 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर टायर का रबर नरम होकर खराब हो जाता है और व्हील ड्राइव सील, यहां तक कि एफकेएम-रेटेड मॉडल भी, टायर से रिम के माध्यम से हब और आउटपुट बेयरिंग तक पहुंचने वाली ऊष्मा से प्रभावित होते हैं। कोयला भंडार डोजर में व्हील ड्राइव हाउसिंग के तापमान की थर्मल निगरानी एक सुरक्षा आवश्यकता है, क्योंकि लगातार अधिक तापमान के कारण टायर फट सकता है (आंतरिक दबाव बढ़ने से टायर फट सकता है) और साथ ही गियरबॉक्स को भी नुकसान हो सकता है।
लैंडफिल कम्पेक्शन सबसे कठिन प्रक्रिया है। डोजर नगरपालिका कचरे के ऊपर और उसके बीच से गुजरता है जिसमें स्टील रीइन्फोर्समेंट बार, कांच, तार, कीलें, चिकित्सा अपशिष्ट, रासायनिक कंटेनर और आधुनिक समाज द्वारा फेंकी जाने वाली हर तरह की सामग्री शामिल होती है। टायर और व्हील ड्राइव सील लगातार नुकीली वस्तुओं से टकराती रहती हैं जो उन्हें पंचर, काट और घिस देती हैं। अपशिष्ट पदार्थ रासायनिक रूप से भी अप्रत्याशित होता है - लीचेट (अपघटित कचरे से निकलने वाला तरल) का pH 4 से 9 तक होता है और इसमें घुली हुई धातुएं, कार्बनिक अम्ल और जैविक संदूषक होते हैं जो मानक सील और हाउसिंग सामग्री को नुकसान पहुंचाते हैं।
खदान के ऊपरी परत को हटाने का काम डोजर को सबसे अधिक घर्षणकारी परिस्थितियों में संचालित करता है। ऊपरी परत (अयस्क भंडार को उजागर करने के लिए हटाई गई चट्टान और मिट्टी) में 5 से 300 मिमी आकार के नुकीले, कोणीय चट्टान के टुकड़े होते हैं जिन्हें डोजर धकेलता है, उन पर चढ़ता है और उनके बीच से होकर गुजरता है। व्हील ड्राइव सील शाफ्ट स्टील से भी अधिक कठोर चट्टान के कणों के संपर्क में आती हैं - जिससे वही मोह्स कठोरता सील-कटिंग समस्या उत्पन्न होती है जिसका वर्णन स्टोन क्रशर (WD-07) के लिए किया गया है। खदान के वातावरण में धूल, डीजल का धुआँ और (कुछ स्थानों पर) अम्लीय या क्षारीय जल निकासी भी शामिल होती है जो भौतिक घर्षण के साथ-साथ रासायनिक क्षति भी पहुंचाती है।
व्हील डोजर की उपयोग दर किसी भी मोबाइल उपकरण की तुलना में सबसे अधिक है: कोयला भंडार के लिए प्रति वर्ष 3,000 से 5,000 घंटे, लैंडफिल के लिए 2,000 से 4,000 घंटे और खदान के लिए 2,500 से 4,000 घंटे। ये दरें गन्ना हार्वेस्टर (WD-05) के समान हैं और इसका परिणाम भी वही होता है: वार्षिक शटडाउन अवधि के साथ प्रतिस्थापन अंतराल को संरेखित करने के लिए व्हील ड्राइव घटकों को 8,000 से 12,000 घंटे के कुल जीवनकाल के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। एक गियरबॉक्स जो प्रति वर्ष 4,000 घंटे चलने वाली मशीन पर 4,000 घंटे चलता है, उसे परिचालन सीजन के दौरान बदलने की आवश्यकता होती है - एक अनियोजित डाउनटाइम घटना जिसकी लागत उत्पादन हानि में USD 5,000 से 15,000 और गियरबॉक्स और श्रम के लिए USD 3,000 से 10,000 है। इसलिए, कम आकार के गियरबॉक्स विनिर्देश की कुल लागत प्रति विफलता घटना 8,000 से 25,000 अमेरिकी डॉलर तक होती है - जो कि उचित रेटिंग वाली इकाई के लिए मूल्य प्रीमियम से कहीं अधिक है।
व्हील बुलडोजर ड्राइव से संबंधित तीन विशिष्ट विफलता मोड
भारी डोजिंग के दौरान, ब्लेड संकुचित सामग्री या किसी अचल अवरोध से टकराता है। ऑपरेटर पूरी गति बनाए रखता है और व्हील ड्राइव लगभग शून्य गति (स्टॉल स्थिति) पर 5 से 30 सेकंड के लिए अधिकतम टॉर्क प्रदान करता है। स्टॉल की स्थिति में, व्हील ड्राइव अधिकतम ऊष्मा उत्पन्न करता है और शीतलन के लिए कोई वायु प्रवाह नहीं होता है। 400 किलोवाट ड्राइव पावर वाले 50 टन के डोजर में, 30 सेकंड के स्टॉल के दौरान व्हील ड्राइव के माध्यम से लगभग 12 माइक्रो जूल ऊष्मा उत्सर्जित होती है, जिससे तेल का तापमान 30 से 50 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है। कोयले के भंडार पर काम करते समय, जहां कोयले की गर्म सतह से तेल का सामान्य तापमान पहले से ही 80 से 95 डिग्री सेल्सियस होता है, स्टॉल की स्थिति में तापमान 120 से 145 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, जो खनिज तेल की तापीय सीमा से अधिक है और बेयरिंग और गियर के क्षरण को तेज करता है। प्रति घंटे कई स्टॉल की स्थितियां (भारी रिपिंग या संपीड़न के दौरान आम) संचयी तापीय क्षति उत्पन्न करती हैं जिसे तेल बदलने से भी ठीक नहीं किया जा सकता है। तेल विश्लेषण के माध्यम से तापीय क्षति के संकेतों का पता लगाया जा सकता है: उच्च लौह और तांबे के कणों की संख्या यह दर्शाती है कि बियरिंग और गियर की सतहें अपनी ताप सीमा को पार कर चुकी हैं और पदार्थ छोड़ रही हैं। 250 घंटे के अंतराल पर नमूना लेने वाला तेल विश्लेषण कार्यक्रम गियरबॉक्स के खराब होने से 500 से 1000 घंटे पहले तापीय क्षति की शुरुआत का पता लगा सकता है - जिससे नियोजित शटडाउन के दौरान प्रतिस्थापन की योजना बनाने का समय मिल जाता है, बजाय इसके कि उत्पादन के चरम समय के दौरान अनियोजित खराबी का सामना करना पड़े।
नगरपालिका के लैंडफिल कचरे में स्टील के तार, सरिया के टुकड़े, कांच के टुकड़े और नुकीले प्लास्टिक के टुकड़े होते हैं जो व्हील ड्राइव हाउसिंग को प्रभावित करते हैं और आउटपुट शाफ्ट के चारों ओर लिपट जाते हैं - यह गन्ने के कचरे के लिपटने जैसा ही है, लेकिन इसमें इस्तेमाल होने वाली सामग्री कहीं अधिक कठोर और नुकीली होती है। शाफ्ट के चारों ओर लिपटा हुआ स्टील का तार एक ही 8 घंटे की शिफ्ट में एक मानक लिप सील को काट सकता है। कचरे में फंसे कांच के टुकड़े सील लिप और शाफ्ट के बीच फंसकर काटने वाले यौगिक का काम करते हैं। रासायनिक रिसाव (pH 4 से 9, जिसमें घुली हुई धातुएं और कार्बनिक अम्ल होते हैं) सील सामग्री और हाउसिंग कोटिंग दोनों पर हमला करता है। भौतिक और रासायनिक हमलों के इस संयुक्त प्रभाव के कारण लैंडफिल का वातावरण इस पूरी श्रृंखला में किसी भी अन्य उपयोग की तुलना में व्हील ड्राइव सील के लिए सबसे अधिक विनाशकारी होता है।
जब कोई व्हील डोजर 15 से 30 किमी/घंटा की गति से किसी दबी हुई चट्टान, कंक्रीट ब्लॉक या स्टील बीम के ऊपर से गुजरता है, तो टायर व्हील ड्राइव आउटपुट बेयरिंग और गियर ट्रेन को ऊर्ध्वाधर और अनुदैर्ध्य झटका पहुंचाता है। झटके की तीव्रता वस्तु के आकार, गति और टायर की कठोरता पर निर्भर करती है और व्हील ड्राइव माउंटिंग फ्लेंज पर 3 से 8 ग्राम तक पहुंच सकती है। 30 किमी/घंटा की गति पर, व्हील ड्राइव के पास झटके को अवशोषित करने के लिए 0.05 से 0.10 सेकंड का समय होता है - जो हाइड्रोलिक सिस्टम की प्रतिक्रिया के लिए बहुत कम और ऑपरेटर की प्रतिक्रिया के लिए बहुत छोटा होता है। इस तरह के गति-आधारित प्रभाव से बेयरिंग में ब्रिनेलिंग और गियर-दांतों की जड़ों में तनाव के चरम बिंदु उत्पन्न होते हैं, जो स्थिर-अवस्था डोजिंग कार्य की तुलना में 5 से 10 गुना अधिक दर से थकान क्षति का संचय करते हैं - जिससे असमान सतहों पर गति-आधारित ड्राइविंग व्हील ड्राइव के लिए उच्च-टॉर्क डोजिंग ऑपरेशन से भी अधिक हानिकारक हो जाती है। यह अप्रत्याशित निष्कर्ष (ट्रांजिट डोजिंग की तुलना में अधिक हानिकारक) प्रमुख डोजर फ्लीट से प्राप्त बेयरिंग विफलता विश्लेषण डेटा द्वारा पुष्ट होता है: 55 से 65% आउटपुट बेयरिंग विफलताओं में निरंतर भार थकान संकेतों (स्पैलिंग, माइक्रो-पिटिंग) के बजाय प्रभाव-थकान संकेत (ब्रिनेलिंग, सबसर्फेस क्रैकिंग) दिखाई देते हैं, जो डोजिंग-टॉर्क-प्रेरित विफलता का संकेत देते हैं। इसका निहितार्थ स्पष्ट है: चिकनी ढुलाई सड़कों को बनाए रखना और अप्रस्तुत सतहों पर ट्रांजिट गति को सीमित करना व्हील ड्राइव बेयरिंग के जीवन को 40 से 60% तक बढ़ाता है - एक रखरखाव प्रक्रिया जिसमें कोई लागत नहीं आती है, लेकिन गियरबॉक्स के जीवन में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों
कोरिया एवर-पावर 15,000 से 80,000 एनएम तक के व्हील डोजर ड्राइव प्रदान करता है, जिसमें निरंतर स्टॉल-टॉर्क थर्मल क्षमता, लैंडफिल-ग्रेड सीलिंग और ट्रांजिट-स्पीड प्रभाव प्रतिरोध शामिल हैं।
संपादक: सीएक्सएम
