コンパクトトラックローダーの操舵方法 ― そして、なぜトラック駆動部がすべての負荷を受けるのか
車輪付き車両は前輪を回転させることで操舵する。コンパクトトラックローダー（CTL）は、2つのトラックを異なる速度、または反対方向に動かすことで操舵する。操舵軸もタイロッドもアッカーマンジオメトリもない。 トラック駆動遊星歯車機構 両側には操舵機構が配置されている。この構造上の決定により、CTLは驚異的な操縦性を実現し、履帯の長さの範囲内で360度回転できるようになったが、同時に履帯駆動部が機械全体の中で最も疲労負荷のかかる部品となってしまった。
3つの操舵モードによって、CTLトラック駆動のデューティサイクルが定義されます。 徐々に方向転換する： 一方の履帯は80～1000TP3Tの速度で、もう一方の履帯は30～60%の速度で走行し、広い弧を描く。この速度差により、下部構造フレームを介して2つの履帯駆動装置間にねじり荷重が発生する。 ピボットターン： 一方の履帯は前進し、もう一方は静止している。機械は停止した履帯を中心に旋回する。停止した駆動部は、地面反力による逆駆動に耐えなければならない。 逆回転（半径ゼロの旋回）： 両方の履帯は逆方向に同じ速度で回転し、機械はその場で回転します。両方の駆動部は、掘削機の逆回転ピボットと全く同じように、同時に最大トルクで動作しますが、その動作頻度は1日あたり5～10倍です。
CTLとホイール式スキッドステアの比較 ― トラック駆動がホイール駆動に取って代わった理由
コンパクトトラックローダーは、ホイール式スキッドステアローダーから発展しました。どちらの機械も差動操舵（左右の速度差）を使用しています。根本的な変化は接地方法です。ゴムタイヤがゴムトラックになりました。この変化により、最終駆動の要件が変わりました。 ホイール駆動遊星歯車機構 トラック駆動式遊星歯車機構に置き換えると、その技術的な影響は出力インターフェースの交換にとどまらず、はるかに広範囲に及ぶ。
| パラメータ | ホイール式スキッドステア | コンパクトトラックローダー（CTL） |
|---|---|---|
| 地面との接触面 | タイヤ4本、合計約0.12平方メートル | 2つのトラック、合計約0.8～1.2平方メートル |
| 地面圧力 | 140～220 kPa | 25～45kPa（5～8倍低い） |
| 泥道・芝生道でのトラクション | ひどい - タイヤが地面に食い込む | 素晴らしい - 水面に浮かぶ |
| 駆動時の操舵力 | タイヤの摩擦抵抗（中程度） | トラックのせん断摩擦（2～3倍高い） |
| 最終駆動トルク | 5,000～12,000 Nm | 10,000～25,000 Nm（2倍） |
| ドライブタイプ | ホイール駆動プラネタリー | トラック駆動プラネタリー |
| 最高速度 | 12～18 km/h | 10～12 km/h |
| 表面損傷 | 重傷 - タイヤ痕、芝生の損傷 | 最小限 — 重量を分散します |
トラック駆動システムのエンジニアリングにおけるトレードオフ： CTLのゴムクローラーは、4本のタイヤの接地面積の6～10倍の面積に重量を分散させるため、接地圧が大幅に低減され、軟弱地盤、舗装された地形、屋内表面での作業が可能になります。しかし、接地面積が大きくなるということは、操舵抵抗も大きくなることを意味します。ゴムクローラーを地面上で旋回させるには、クローラー駆動装置が接地面全体と地面との間のせん断摩擦に打ち勝つ必要があります。この操舵摩擦は、ホイール式スキッドステアのタイヤ摩擦の2～3倍にもなるため、同等のホイール駆動装置の2倍のトルク容量を持つクローラー駆動装置が必要となります。
逆回転周波数 ― CTLトラック駆動装置が他のどの機械よりも双方向負荷サイクルを多く受ける理由
油圧ショベルは、1シフトあたり150～300回の逆回転旋回を行います。コンパクトトラックローダーは、1シフトあたり500～1,500回の逆回転に加え、片方のトラック駆動部がもう一方よりも速く動作する差動速度操舵イベントを1,500～3,000回行います。1シフトあたりの双方向または差動ローディングイベントの総数は2,000～4,500回で、これはあらゆる履帯式機械の中で最も多い回数です。
CTLは、裏庭の造園、建物の解体、農場の建物、倉庫の床など、狭い場所での作業に適しています。機械は常に障害物を避け、角を曲がったり、狭い場所で旋回したり、作業の合間に位置を変えたりしながら作業を進めます。方向転換のたびに、履帯が動きます。油圧ショベルは5～10分に1回位置を変えますが、CTLは積載や整地作業中は15～30秒ごとに位置を変えます。
1シフトあたり3,000回の操舵操作、年間250シフト、目標機械寿命5,000時間の場合、トラック駆動遊星歯車は約375万回の差動負荷サイクルに耐えます。遊星ピンベアリングも、同じ回数の部分的または完全なラジアル負荷反転に耐えます。これは、CTLが掘削機の10分の1の重量であるにもかかわらず、掘削機トラック駆動の疲労要件を2.5～3倍上回ります。CTLトラック駆動の設計の決定要因は、トルク定格ではなく、疲労定格です。
ゴムトラックとスチールトラック ― トラックの種類が駆動エンジニアリングにどのような影響を与えるか
ほとんどのCTL（クローラー式トラック）は、掘削機、ブルドーザー、クローラークレーンで使用されるようなスチール製のチェーンとシューを備えたトラックではなく、スチールコードが埋め込まれたゴム製トラックで走行します。ゴム製トラックは、スプロケットとトラックの噛み合い機構、張力制御、およびトラック駆動遊星歯車機構が受ける振動特性を変化させます。
ゴム製クローラーは、スプロケットの歯と噛み合う内部駆動ラグ（成形ゴム製の歯）を使用します。この噛み合いは、チェーン式クローラーの鋼鉄同士の噛み合いよりも柔らかく、衝撃音や振動が低減されます。しかし、ゴム製の駆動ラグは、特に硬い路面（コンクリート、アスファルト）では、鋼鉄製のシューよりも摩耗が早くなります。ラグが摩耗すると、スプロケットの有効噛み合い深さが減少し、硬い路面での激しい逆回転時にクローラーが外れるリスクが高まります。
ゴム製トラックは、油圧式またはスプリング式のアイドラーによって張力がかけられ、スプロケットに対して一定の予圧が維持されます。この予圧により、機械が静止しているときでも、スプロケットベアリング（ひいてはトラック駆動出力ベアリング）に連続的な半径方向の力が加わります。スチールチェーントラックも張力を保持しますが、ゴム製トラックの柔軟性により、方向転換時に張力がより動的に変化し、トラック駆動出力ベアリングに変動する半径方向の荷重が発生します。
CTLは、住宅地、商業施設、屋内空間など、騒音に敏感な環境で稼働します。ゴム製の履帯は地面からの騒音を低減しますが、走行速度では履帯駆動部の遊星歯車機構が主な騒音源となります。CTLの履帯駆動部は、オペレーターの快適性と近隣住民の騒音に関する期待に応えるため、油圧ショベルの履帯駆動部よりも歯の公差が厳しく、バックラッシュも小さくなければなりません。油圧ショベルでは聞こえない10km/hでのギアの唸り音も、比較的静かなCTLのキャビンでははっきりと聞こえます。
CTLトラックドライブのサイズ選定 ― 駆動トルクではなく操舵トルクが仕様を決定する
掘削機やブルドーザーでは、履帯駆動部は駆動トルク（勾配や転がり抵抗に逆らって機械を前進させるのに必要な力）に合わせて設計されます。一方、CTL（コンティニュアス・トラック・ライン）では、重要なサイズ決定条件が異なります。摩擦係数の高い路面で逆回転する際の操舵トルクは、直線走行時の駆動トルクの1.5～2.5倍になります。
ステアリングトルクと駆動トルクの比率は14:1です。 は、CTLトラック駆動装置のサイズ決定における決定的な特徴です。直線走行時のトルク（この例では155Nm）に基づいてトラック駆動装置のサイズを決定し、たとえ余裕のあるサービス係数3.0を適用したとしても、465Nmの装置を指定することになり、コンクリート上での最初の逆回転で破損してしまうでしょう。高摩擦路面における操舵トルクが支配的な負荷ケースであり、仕様決定の基礎となるべきものです。
CTLトラック駆動装置の交換決定を左右する3つの故障モード
CTLトラック駆動装置で最もよく発生する故障です。1シフトあたり3,000回以上の操舵動作により、プラネタリーピンベアリングの疲労サイクルは、油圧ショベルの3倍の速さで蓄積されます。ベアリングのニードルは、2,000～4,000時間で表面にピッチングが発生します。これは、同じトルク定格の他のトラック駆動装置よりも早い発生です。症状：低速走行時の走行音の増加、逆回転時のカチカチという音、オイル中の金属粒子。
トラックのゴム製駆動ラグが摩耗すると、ラグとスプロケット歯の噛み合い深さが減少します。残りの接触面積が駆動力と操舵力のすべてを支え、より小さなスプロケット歯面に応力が集中します。その結果、スプロケットの摩耗が加速し、摩耗したスプロケットとラグの接触面では、激しい逆回転時にトラックが滑ることがあります。積載バケットを装着したCTLでトラックが滑ると、即座に転倒の危険性があります。
油圧モーターを搭載したCTLトラック駆動装置には、通常、内部漏れオイルをタンクに戻すためのケースドレンラインが備わっています。埃っぽい、泥だらけの、または凍結した環境で稼働するCTLでは、ケースドレンラインが詰まったり、閉塞したりすることがあります。モーターとギアボックスハウジング内の圧力が上昇し、シール容量を超えると、デュオコーンシールまたはモーターシャフトシールが吹き飛び、油圧オイルが地面に漏れ出します。すると、機械はその側の走行駆動を即座に失います。
コンパクトトラックローダー用トラック駆動遊星歯車減速機 ― よくある質問
韓国エバーパワー社製CTLトラック駆動用遊星歯車減速機は、コンパクトトラックローダーが要求する超高頻度操舵サイクルに対応する疲労定格を備えています。トルクは3,000～25,000Nm、2段式と3段式があり、主要なCTLブランドすべてに対応するOEM互換品です。仕様に関する推奨事項については、お使いの機械モデルをお知らせください。
編集者: Cxm
