ブルドーザーのトラック駆動方式が他の最終駆動方式と異なる点とは？
履帯式機械（掘削機、クローラークレーン、小型ローダー、掘削リグなど）はすべて、 トラック駆動遊星歯車機構 モーターの回転速度をスプロケットのトルクに変換する。しかし、ブルドーザーはこのギアボックスに、他のどの機械も再現できない独特の要求の組み合わせをかける。
根本的な違いはブレードにある。2,000～8,000kgの重量を持つブルドーザーのブレードが地表の材料に接触し、エンジンは押し出される材料の抵抗に逆らって履帯を前進させる。この抵抗（牽引力）は、通常30～120メートルに及ぶ押し出し区間の全長にわたって、ほぼ最大トルクで維持される。履帯駆動ギアボックスは、この持続的なトルクを1回の通過につき1～4分間連続して伝達し、戻り時（ブレードが空になり、逆方向に走行する時）のみ、わずかにトルクが解放される。
これを油圧ショベルと比較してみましょう。油圧ショベルでは、移動モーターは位置調整中に数秒間フルトルクで動作した後、上部構造が旋回、掘削、排出を行う間は完全にアイドリング状態になります。油圧ショベルの履帯駆動のデューティサイクルは5～15%ですが、ブルドーザーの履帯駆動のデューティサイクルは60～85%です。このデューティサイクルの違いこそが、ブルドーザーを重機業界全体において、履帯駆動用遊星歯車装置にとって最も熱負荷の高い用途にしているのです。
デューティサイクル比較
ドローバープル ― ブルドーザーのトラック駆動部のサイズを決定する力
牽引力とは、機械の後方にある連結点において、地面との接触による転がり抵抗を差し引いた後の、水平方向の正味の力のことです。これはブルドーザーのエンジニアリングにおいて最も重要な数値であり、トラック駆動の遊星歯車機構が、あらゆる押し込み作業の間、維持しなければならない数値でもあります。
ブルドーザーの牽引力は、駆動系を通して履帯に伝達されるエンジントルクと、履帯と地面との間の最大摩擦力（トラクション限界）のうち、小さい方の値によって制限されます。固い地面では、通常はエンジン出力が制限要因となります。緩い地面や濡れた地面では、エンジンが最大出力に達する前に履帯が滑るため、トラクション限界が支配的になります。
| ブルドーザークラス | 重量（トン） | エンジン出力（kW） | 最大牽引力（kN） | トラック駆動トルク（Nm） | 継続勤務 |
|---|---|---|---|---|---|
| 小サイズ（D3～D5） | 7～14 | 55～75 | 60～110 | 18,000～33,000 | 60 – 75% |
| 中等度（D6～D7） | 18～28歳 | 120～185 | 140～240 | 42,000～72,000 | 65 – 80% |
| 大サイズ（D8～D9） | 35～52 | 230～310 | 280～420 | 84,000～126,000 | 70 – 85% |
| 採掘（D10～D11） | 65～115 | 430～700 | 500～850 | 15万～25万5千 | 75 – 85% |
トラック駆動トルクは、スプロケットPCD 600 mm（小型/中型）および750 mm（大型/鉱山用）で計算されます。表示値はトラックごとの値です（機械全体の牽引力は2つのトラックに分割されます）。持続運転とは、トラック駆動が定格出力の70%以上のトルクを伝達する各運転時間の割合です。
牽引力計算 ― D7クラスブルドーザーのトラック駆動装置のサイズ決定
以下の計算例は、中型ブルドーザーの生産作業における履帯駆動に必要なトルクを計算する方法を示しています。掘削機の登坂能力計算（短時間の登坂を想定した計算）とは異なり、この計算では、履帯駆動が数分間継続して支えなければならない持続的な押荷重を想定してトルクを計算します。
油圧ショベルのSF値2.0は、短時間ではあるものの激しい双方向の衝撃荷重（逆回転）を考慮したものです。ブルドーザーのSF値1.75は、ピーク時の荷重はそれほど激しくないものの、持続的な荷重がはるかに長いことを考慮したものです。熱的な影響は逆になります。ブルドーザーのトラック駆動部は、定格トルクの70～85%で数分間連続して動作し、オイルバスに蓄積される持続的な熱を発生させます。油圧ショベルのトラック駆動部は、100%で数秒間動作した後、アイドリング中に冷却されます。適切なトルクに合わせてサイズが決められていても、熱容量が不十分なブルドーザーのトラック駆動部は、瞬間トルクが機械的定格を超えることがなくても、ギアオイルを過熱して劣化させます。
熱管理 ― ブルドーザーの履帯駆動装置を他と区別する課題
トラック駆動式遊星歯車減速機は、外部冷却回路のない密閉型オイルバスです。放熱経路は、ハウジング壁を通る伝導と、ハウジング表面から周囲の空気（または泥）への対流のみです。ブルドーザーでは、熱入力が持続的である一方、放熱能力が限られているため、あらゆるトラック駆動用途の中で最も高い定常運転温度となります。
出力42,000 Nm、3段遊星減速機、効率94%の場合：熱＝出力×（1－効率）。出力37 rpmの場合：出力＝42,000×37×2×3.14159／60＝162.7 kW。熱＝162.7×0.06＝ 9.8 kW 押し込みのたびに、オイルバスに継続的に拡散した。
標準的なオイル量：3.0リットル。ギアオイルの比熱：約1.8 kJ/(kg x K)。オイル密度：0.88 kg/L。熱容量：3.0 x 0.88 x 1.8 = 4.75 kJ/K。9.8 kWでの1分あたりの温度上昇：9.8 x 60 / 4.75 = 毎分124℃ ハウジングを通して熱が放出されない場合、十分なハウジング表面積と地面との接触による冷却が不可欠となる理由が説明できます。
実際には、ハウジングは伝導によってトラックフレームへ、対流によって空気へ熱を放出します。持続的なドーザー作業中の平衡油温は、温帯気候では通常80～100℃、熱帯気候では90～115℃です。110℃を超えると、標準的なギアオイルの粘度が、歯面油膜を安定的に維持するための最低粘度を下回り、摩耗が加速します。
そのため、ブルドーザーの履帯駆動部は、より大きなオイル量（同じトルククラスの掘削機の1.5～3リットルに対し、3～6リットル）、より表面積の大きい重いハウジング、そして一部の鉱山用機械では、他の履帯駆動部には必要ない外部オイル冷却ループを使用している。 韓国エバーパワー遊星歯車装置 エンジニアリングチームは、熱帯および砂漠地帯での使用を想定し、ハウジングのフィン面積を拡大し、より高温に耐えるシール材を使用し、合成油仕様を採用した、ブルドーザー専用のトラック駆動装置を設計した。
トラックスリップ ― ブルドーザーが最終駆動部に意図的に課す過負荷状態
ほとんどの履帯式機械では、履帯の滑りは故障状態です。履帯がグリップを失い、機械が停止します。一方、ブルドーザーでは、制御された履帯の滑りは正常な動作状態です。ブレードが硬い材料や大きな障害物に遭遇すると、オペレーターはスロットルを全開にし、材料が変形するか機械の方向が変わるまで、履帯が地面に対して滑るのを許容します。滑りの間、履帯駆動部はモーターのストールトルクを最大まで伝達しますが、出力スプロケットはゆっくりと、または断続的に回転します。これは遊星歯車機構にとって最悪の熱状態です。
油圧モーターは最大圧力（ストールトルク）で回転する一方、スプロケットはほとんど動きません。遊星歯車は、ほぼゼロの出力速度で歯面荷重を全負荷します。オイルは循環するのではなく攪拌されるため、通常の回転による冷却効果が得られず、熱が発生します。遊星ピンベアリングは、回転速度に依存する流体潤滑油の楔作用なしに、ラジアル荷重を全負荷します。これが、ブルドーザーの履帯駆動部で最も急速にベアリングが摩耗する原因です。
ほとんどのトラック駆動装置メーカーは、連続停止（最大トルク、出力速度ゼロ）の最大時間を30秒としています。30秒を超えると、遊星軸受付近の油温が潤滑膜破壊の閾値を超えてしまいます。ブルドーザーのオペレーターは、凍結した材料を押したり、固く締まった層を破砕したりする際に、60秒から90秒間の連続スリップを日常的に経験しており、この限界を超えています。トラック駆動装置は、理論上の限界ではなく、こうした現実に対応できるように設計する必要があります。
ブルドーザーの履帯駆動装置に特有の3つの故障モード
ブルドーザー特有の最も一般的な故障。1シフトあたり数時間、80～100%のトルクで連続運転すると、油温が100℃を超えます。この温度では、オイルが酸化して粘度が低下します。ギア歯の油膜が薄くなり、遊星ギアの側面に微細なピッチングが発生します。2,000～3,000時間以上の高温運転により、ピッチングは剥離に発展し、負荷がかかるとギアボックスから異音が発生します。
軌道が滑ると、スプロケットはゆっくり回転するか停止しますが、モーターのトルクは最大のままです。遊星歯車はラジアル荷重を全負荷しますが、回転速度が遅すぎるため、通常ローラーと軌道面を分離する流体潤滑油のくさびが形成されません。ベアリングは境界潤滑、つまり薄い残留油膜を介した金属同士の接触で動作します。滑るたびに、ベアリング表面の微細な層が削り取られます。年間数千回の滑るたびにベアリングのクリアランスが蓄積され、遊星歯車がぐらつき、リングギアと不均一に接触するようになります。
ブルドーザーは、スプロケットハブが地表または地表より低い位置、多くの場合、押し出す土砂の中に埋まった状態で動作します。砂、砂利、砕石（クルサイト）の粒子がスプロケットとトラックの接触面に入り込み、研磨剤として作用します。ブルドーザーのスプロケットは、周囲に土砂が堆積している状態で常にトラックと接触しているため、同じ土砂を扱う掘削機に比べて、スプロケットの歯の摩耗速度は2～5倍になります。スプロケットの歯が使用限界を超えて摩耗すると、トラックチェーンの噛み合いが不安定になり、横方向の荷重がかかった際にトラックが脱線する可能性があります。
リッピングモード ― トラック駆動トルク要件を2倍にする第2のデューティサイクル
D6クラス以上のブルドーザーのほとんどは、後部にリッパーを装備しています。リッパーとは、ブレードの前方にある岩盤、凍土、または固く締まった材料を貫通して破砕する、1本または複数本のシャンクを備えた工具です。リッピング作業中、機械はゆっくりと前進し（時速1.5～2.5km）、リッパーのシャンクは300～800mmの深さまで地面を引きずりながら進みます。
掘削力は牽引力に直接加算されます。エンジンは、履帯の転がり抵抗と掘削対象物のせん断抵抗の両方を克服しなければなりません。この合計力は、ドーザー作業のみの牽引力の120～150%に達する可能性があります。つまり、掘削作業中は、履帯駆動部は持続ドーザートルクの120～150%で動作することになります。この負荷条件が履帯駆動部のピークトルク定格を決定し、持続ドーザートルクが連続定格を決定します。
サイズ決定への影響： ブルドーザーのトラック駆動部は、次の2つの独立した基準に基づいてサイズを決定する必要があります。(1) 連続トルクは、75～85%のデューティサイクルで持続するドーザーのドローバーの引張力に対応できる必要があり、(2) ピークトルクは、短時間の過負荷時にドーザーとリッピングの合計力に対応できる必要があります。ドーザーのトルクは満たしているものの、リッピングのピークに対応できないトラック駆動部は、リッピング中に油圧リリーフバルブを作動させ、リッピングの深さを制限し、生産性を20～30%低下させます。
韓国エバーパワー社製ブルドーザー用トラック駆動遊星歯車減速機
トラック駆動式遊星歯車装置 →
ブルドーザー用トラック駆動式遊星歯車減速機 ― よくある質問
韓国エバーパワー社製ブルドーザー用トラック駆動遊星歯車減速機は、最大機械トルクだけでなく、75～85%の負荷率での持続的なドーザー作業に対応する耐熱性能を備えています。お客様のブルドーザーの機種、運転重量、現場条件をお知らせいただければ、無料で耐熱性能評価と相互参照に関する推奨事項をご提供いたします。
編集者: Cxm
