De kettingreactiekracht — De unieke belasting voor rupsbandaandrijvingen van sleuvengraafmachines
Een sleufgraafmachine bestaat uit een doorlopende lus van snijtanden, gemonteerd op een arm die zich naar beneden in de grond uitstrekt. De ketting roteert met een snelheid van 1 tot 3 m/s, waarbij elke tand een stukje grond of gesteente van de sleufwand afsnijdt. Volgens de wetten van de Newtoniaanse mechanica produceert de snijkracht die de tanden op de grond uitoefenen een gelijke en tegengestelde reactiekracht op de machine – naar achteren gericht, tegengesteld aan de rijrichting.
De planetaire tandwielkast met rupsaandrijving De machine moet met een gecontroleerde, constante snelheid vooruit worden geduwd tegen deze reactiekracht in. De reactiekracht is niet constant; deze fluctueert wanneer elke tand het snijvlak raakt en verlaat, en neemt dramatisch toe wanneer een tand hard gesteente, een rotsblok of een ondergrondse leiding raakt. De rupsaandrijving moet deze fluctuaties opvangen zonder de voorwaartse snelheid te veranderen.
De kettingtanden snijden naar boven (weg van de bodem van de sleuf, naar het oppervlak). De horizontale component van de snijkracht duwt naar achteren tegen het machineframe. Bij een grote pijpleidinggraafmachine die rots snijdt op een diepte van 1,5 m, kan de totale kettingreactiekracht 80.000 tot 150.000 N bedragen – vergelijkbaar met de trekkracht van een D7-klasse bulldozer. Maar in tegenstelling tot een bulldozer (die een bepaald materiaalvolume verplaatst), fluctueert de reactiekracht van de sleufgraafmachine met ±30 tot 50% van tand tot tand, afhankelijk van de variatie in materiaalhardheid over het sleufoppervlak.
De rupsbandaandrijving duwt vooruit, terwijl de snijketting achteruit duwt; de eindaandrijving zorgt voor het evenwicht tussen de krachten bij een gecontroleerde aanvoersnelheid.
Rots versus aarde — Twee fundamenteel verschillende gebruikscycli voor rupsbandaandrijvingen
Het verschil tussen het graven in grond en het graven in rots is niet slechts een kwestie van gradatie — het verandert de aard van de belasting op de rupsbanden volledig. Bij het graven in grond ontstaan gematigde, relatief constante reactiekrachten. Bij het graven in rots ontstaan hoge, heftig fluctuerende reactiekrachten met pieken die tot wel drie keer zo hoog kunnen zijn als het gemiddelde.
| Parameter | Grondgraven (klei/zand) | Rotsgraven (kalksteen/zandsteen) |
|---|---|---|
| Typisch machinegewicht | 5 – 25 t | 30 – 65 t |
| Sleufdiepte | 0,3 – 2,0 m | 0,5 – 3,0 m |
| Voedingssnelheid | 3 – 15 m/min | 0,3 – 3 m/min |
| Kettingreactiekracht | 15.000 – 50.000 N | 80.000 – 200.000 N |
| Krachtschommeling | ±10 – 20% | ±30 – 50% |
| Slagspijker (rotsblok/gereedschap) | 1,5x gemiddeld | 2,5 – 3 keer het gemiddelde |
| Aandrijfkoppel per rupsband | 8.000 – 25.000 Nm | 40.000 – 100.000 Nm |
| Aanbevolen SF | 1.5 | 2.0 – 2.5 |
Waarom de SF-waarde voor rotsgraven 2,0 tot 2,5 hoger ligt dan die van welke graafmachine of bulldozer dan ook: De krachtfluctuatie van ±50% als gevolg van materiaalvariaties tussen de tanden betekent dat het piekmomentum regelmatig 150% van het gemiddelde bereikt. Daar bovenop komen impactpieken van rotsblokken of harde insluitingen, die een vermenigvuldigingsfactor van 2,5 tot 3x toevoegen. Deze combinatie resulteert in een piek-tot-gemiddelde koppelverhouding van 3,7 tot 4,5x in rotsachtig terrein – de hoogste van alle rupsaandrijvingen voor continu gebruik. De SF van 2,0 tot 2,5 dekt de statistische verdeling van deze pieken af, zodat de versnellingsbak de zwaarste rotsomstandigheden gedurende de volledige levensduur kan doorstaan.
Consistentie van de voedingssnelheid — Waarom de rupsaandrijving de kwaliteit van de sleuf bepaalt
Een pijpleidingsleuf heeft drie cruciale afmetingen: diepte (bepaald door de positie van de giek), breedte (bepaald door de breedte van de ketting plus de voorwaartse aanvoersnelheid) en wandhoek (bepaald door de wisselwerking tussen kettingsnelheid en voorwaartse aanvoersnelheid). De rupsaandrijving regelt de voorwaartse aanvoersnelheid en daarmee direct de breedte en de kwaliteit van de sleufwand.
Als de rupsaandrijving de machine sneller vooruit duwt dan de ketting het materiaal kan verwijderen, worden de kettingtanden gedwongen een bredere boog te snijden, waardoor een sleuf ontstaat die breder is dan de breedte van de ketting. Een te brede sleuf vereist meer funderingsmateriaal, meer opvulmateriaal en meer verdichting, wat de kosten per meter aangelegde pijpleiding verhoogt.
Als de rupsaandrijving de beoogde aanvoersnelheid niet kan handhaven tegen de kettingreactiekracht (stilstand of vertraging bij piekbelasting), circuleert de ketting door reeds gegraven materiaal. Dit leidt tot energieverlies, oververhitting van de tanden en het gladmaken van de sleufwanden. Gladgemaakte wanden in kleigrond verliezen hun wrijvingsbinding met de aanvulling, die afhankelijk is van de ruwheid van de grond, waardoor de kwaliteit van de buisondersteuning afneemt.
Als de aandrijfsnelheid van de rupsbanden fluctueert door variaties in de kettingreactiekracht – versnellen in zachte zones en vertragen in harde zones – verandert de afstand tussen de giek en de grond met de voorwaartse helling van de machine. Het resultaat is een golvende sleufbodem die niet voldoet aan de tolerantie voor de helling van de pijpleiding (doorgaans ±25 mm over een lengte van 3 meter). De pijpleiding kan de golven niet volgen en er zijn opvulstukken of een herprofilering nodig – wat 10 tot 20 keer zo duur is per meter als wanneer het in één keer goed zou zijn gedaan.
Berekening van het koppel bij het graven van sleuven — Het dimensioneren van de rupsaandrijving voor een rotspijpleidingsleufgraver
Merk op dat de kettingreactiekracht 71% bijdraagt aan het totale benodigde koppel van de rupsaandrijving – veel meer dan de rolweerstand (16%) of de hellingsweerstand (13%). Dit is het bepalende kenmerk van de dimensionering van de rupsaandrijving van een sleufgraafmachine: de reactiekracht van het werkwerktuig, niet het machinegewicht of het terrein, is bepalend voor de specificatie. Een sleufgraafmachine op vlak terrein met nul rolweerstand heeft nog steeds 71% aan rupsaandrijvingscapaciteit nodig om de kettingreactie te overwinnen. Korea Ever-Power Biedt technische ondersteuning bij de toepassing om de specificaties van de rupsaandrijving af te stemmen op het specifieke kettingvermogen en het snijmateriaal voor elk sleuvengraafproject.
Drie unieke storingsmodi voor rupsbandaandrijvingen van sleuvengraafmachines
De kettingreactiekracht fluctueert met ±30 tot 50% bij de tandaangrijpfrequentie – typisch 5 tot 15 Hz. Dit produceert een koppeloscillatie van 5 tot 15 Hz bij de ingang van de rupsaandrijving, die direct via de spiebaan van het zonnewiel wordt overgebracht. In tegenstelling tot de eenmalige piek bij een boorinstallatie, is deze oscillatie continu gedurende de hele sleufgraafbewerking – mogelijk uren achter elkaar. De spiebaanwortel ondergaat miljoenen hoogfrequente spanningscycli per seizoen, wat leidt tot het ontstaan van vermoeidheidsscheuren in de spiebaanwortel. Zodra een scheur zich voortplant, breekt de spiebaantand en gaat de aandrijving verloren.
De fluctuerende kettingreactiekracht produceert een pulserende belasting op elke tand van het planeetwiel met dezelfde frequentie van 5 tot 15 Hz. Elk tandoppervlak ondergaat 18.000 tot 54.000 spanningscycli per uur rotsgraven. Gedurende een graafcarrière van 3.000 uur rotsgraven accumuleren de tandoppervlakken 54 tot 162 miljoen contactspanningscycli – een hoge vermoeiingsbelasting die de vermoeiingsgrens van standaard gehard 20CrMnTi-tandwielstaal overschrijdt als de contactspanning niet binnen de limieten wordt gehouden door adequate dimensionering (SF = 2,0+).
Het graven van rotsgeulen genereert een continue trilling met lage amplitude en hoge frequentie die zich via het machineframe voortplant naar de bevestigingsbouten van de rupsaandrijving. De trillingsfrequentie (5 tot 15 Hz van de kettingtanden, plus hogere harmonischen van de kettingrol) houdt de bevestigingsbouten in een continue staat van microbeweging, waardoor de voorspanning over honderden uren afneemt. Als de voorspanning van de bouten onder de gespecificeerde koppelwaarde komt, kan de behuizing van de rupsaandrijving verschuiven op het montagevlak, waardoor het tandwiel scheef komt te staan en snelle slijtage van de rupsbanden en mogelijk ontsporing optreedt.
Planetaire tandwielkast voor rupsbandaandrijving van sleufgraafmachines — Veelgestelde vragen
Korea Ever-Power levert planetaire tandwielkasten voor rupsbandaandrijvingen van 8.000 tot 100.000 Nm voor het graven van sleuven in grond en gesteente. De tandwielen zijn bestand tegen hoge cycli, de montage is trillingsbestendig en de spiebanen zijn kogelgestraald voor gebruik in pijpleidingsystemen. Geef uw sleuvengraafmachinemodel en het te bewerken materiaal door voor een specificatieadvies.
Redacteur: Cxm
