Prečo existujú kolesové buldozéry – výhoda rýchlosti oproti pásovým buldozérom
Väčšina buldozérov používa pásy. Kolesové buldozéry (buldozéry na pneumatikách) však dominujú v troch špecifických aplikáciách: správa zásob uhlia, zhutňovanie komunálnych skládok a rozsiahle zemné práce, kde je rýchlosť jazdy medzi pracovnými oblasťami dôležitejšia ako maximálna zhutňovacia sila. Kolesový buldozér sa pohybuje medzi pracovnými polohami rýchlosťou 15 až 35 km/h – 3 až 5-krát rýchlejšie ako pásový buldozér – vďaka čomu je oveľa produktívnejší na staveniskách, kde zhutňovacia vzdialenosť presahuje 100 až 200 metrov.
Ten/Tá/To planétová prevodovka pohonu kolies Kolesový buldozér musí zvládnuť rozsah rýchlostí, s ktorým sa žiadny pásový stroj nestretáva: od rýchlosti buldozéra 2 do 5 km/h (maximálny ťah radlice, minimálna rýchlosť kolesa) do prepravnej rýchlosti 35 km/h (minimálny ťah, maximálna rýchlosť kolesa) – prevodový pomer 7:1 až 17:1 prostredníctvom jedného hydrostatického alebo radiacej prevodovky. Režim buldozéra vyžaduje maximálny krútiaci moment pri minimálnej rýchlosti; prepravný režim vyžaduje minimálny krútiaci moment pri maximálnej rýchlosti. Prevodovka musí plynulo a rýchlo prechádzať medzi týmito extrémami – pretože buldozér počas práce na hromade strieda buldozéra a premiestňovanie každých 30 až 90 sekúnd.
Pracovný cyklus buldozéra je medzi kolesovými strojmi jedinečný. V typickom 60-sekundovom cykle strávi buldozér 30 až 45 sekúnd tlačením materiálu rýchlosťou 2 až 5 km/h (maximálny krútiaci moment, prevodový stupeň dopredu), potom 10 až 15 sekúnd cúvaním rýchlosťou 5 až 10 km/h (mierny krútiaci moment, prevodový stupeň dozadu) a 5 až 10 sekúnd premiestňovaním rýchlosťou 10 až 20 km/h (nízky krútiaci moment, prevodový stupeň dopredu). Tento rýchly cyklus dopredu-dozadu-dopredu spôsobí 40 až 60 zmien smeru za hodinu – každá z nich vyvolá rázový momentový náraz na zuby a ložiská prevodovky. Pri 4 000 hodinách ročnej prevádzky dosiahne celkový počet zmien smeru 160 000 až 240 000 za rok – čo je únavové zaťaženie, ktoré je 10 až 100-krát vyššie ako pri pohone kolies akéhokoľvek harvestora alebo stavebného zariadenia a z hľadiska celkového počtu cyklov je druhé najväčšie hneď po cykle štart-stop zavlažovacej veže (WD-08).
Zmena krútiaceho momentu pri každej zmene smeru nie je postupná – obsluha prepne z plného ťahu dopredu na plný ťah dozadu v priebehu 1 až 2 sekúnd pomocou systému radenia pod napätím alebo hydrostatického systému. planétová prevodovka pohonu kolies musí absorbovať toto spätné otáčanie bez vplyvu vôle medzi ozubeným kolesom a zubom. Ak má záber ozubeného kolesa vôľu 0,05 až 0,10 mm (normálna výrobná tolerancia), každá zmena smeru vyvolá krátkodobý náraz z nezaťaženého na zaťažené na povrchu zuba – čím sa vytvorí špičkové napätie 1,5 až 2,5-násobok ustáleného zaťaženia zuba. Pri viac ako 200 000 spätných otáčkach ročne môže táto únava z nárazu iniciovať praskanie koreňov zubov v štandardných priemyselných prevodoch v priebehu 3 000 až 5 000 hodín. Ozubené kolesá určené pre prevádzku kolesového dozéra musia byť navrhnuté pre prípad únavy z nárazu pri spätnom otáčaní – nielen pre prípad ustáleného krútiaceho momentu pri buldozéri.
| Trieda | Hmotnosť (t) | Výkon (HP) | Výpad čepele | Verejná doprava |
|---|---|---|---|---|
| Stredná (20 – 30 t) | 20 – 30 | 200 – 350 | 150 – 250 kN | 25–30 km/h |
| Veľké (35 – 55 t) | 35 – 55 | 350 – 550 | 250 – 400 kN | 30–35 km/h |
| Ťažba (55 – 75 t) | 55 – 75 | 550 – 850 | 350 – 550 kN | 25–35 km/h |
Trakčný limit kolesového buldozéra je určený hmotnosťou stroja a koeficientom trenia medzi pneumatikou a zemou. Na suchom, zhutnenom materiáli (povrch haldy uhlia, kryt skládky) je koeficient 0,5 až 0,7 – čo znamená, že 50-tonový buldozér dokáže vyvinúť trakciu 245 až 343 kN. Na mokrom alebo sypkom materiáli sa koeficient znižuje na 0,3 až 0,5 – čím sa dostupná trakcia znižuje o 30 až 501 kN. Pohon kolesa nesmie dodávať krútiaci moment presahujúci trakčný limit, pretože pretáčajúca sa pneumatika na povrchu haldy uhlia alebo skládky ničí povrchovú vrstvu a vytvára koľaje, ktoré bránia následným prejazdom.
Uzávierka diferenciálu (alebo diferenciál s obmedzeným preklzom) je nevyhnutná na kolesových buldozéroch. Počas šikmého buldozovania (tlačenie materiálu v uhle 20 až 45 stupňov k smeru jazdy) reakčná sila radlice tlačí stroj do strany – odľahčuje vnútorné kolesá a preťažuje vonkajšie kolesá. Bez uzávierky diferenciálu sa vnútorné kolesá (so zníženým zaťažením, a teda aj so zníženou trakciou) voľne pretáčajú – plytvajú hnací výkon a umožňujú stroju unášať sa do strany namiesto toho, aby sa tlačil dopredu. S uzamknutým diferenciálom sa krútiaci moment rovnomerne rozdeľuje na všetky kolesá bez ohľadu na rozloženie zaťaženia – čím sa zachováva ťah dopredu aj počas šikmého buldozovania. Pohon kolies musí zabezpečiť plynulé zapínanie a vypínanie uzávierky diferenciálu – náhle zapínanie a vypínanie uzávierky pod zaťažením spôsobí prudký nárast krútiaceho momentu na predtým prešmykovanom kolese, ktorý môže zlomiť poloos alebo poškodiť výstupné ložisko pohonu kolesa, ak pohon nie je navrhnutý na náraz.
Aplikačné prostredia – uhlie, skládky a nadložie bane
Správa uhoľných hald je najbežnejšou aplikáciou kolesového dozéra. Dozér tlačí čerstvo dodané uhlie do haldy, tvaruje haldu pre odvodnenie a získava uhlie z haldy na nakladanie na dopravník. Teplota povrchu uhlia môže dosiahnuť 50 až 80 stupňov Celzia v dôsledku samoohrevu (oxidácie) vo veľkých haldách – a pneumatiky dozéra a pohony kolies pracujú na tomto horúcom povrchu 8 až 16 hodín denne. Uhoľný prach je jemný (10 až 100 mikrónov), mierne abrazívny (Mohs 1 až 2) a preniká do každého tesnenia a spoja krytu. Kombinácia tepla a uhoľného prachu urýchľuje opotrebovanie tesnení 2 až 3-krát rýchlejšie ako pri štandardnej prevádzke na stavenisku. Okrem toho, uhoľné haldy predstavujú riziko požiaru v dôsledku samovznietenia – a kolesový dozér pracujúci na horiacej alebo tlejúcej časti haldy môže vystaviť pohon kolies povrchovým teplotám presahujúcim 100 stupňov Celzia, pričom lokalizované horúce miesta dosahujú 200 stupňov Celzia alebo viac. Guma pneumatiky mäkne a degraduje pri teplote nad 80 stupňov Celzia – a tesnenia pohonu kolies, dokonca aj modely s certifikáciou FKM, sú namáhané teplom vedeným z pneumatiky cez ráfik do náboja a výstupného ložiska. Tepelné monitorovanie teploty krytu pohonu kolies je bezpečnostnou požiadavkou na buldozéry na hromadenie uhlia – pretože dlhodobé prehriatie môže spôsobiť poruchu pneumatiky (prasknutie v dôsledku vnútorného tlaku), ako aj poškodenie prevodovky.
Zhutňovanie skládok je najnáročnejšou aplikáciou. Buldozér prechádza cez komunálny odpad obsahujúci oceľové výstuže, sklo, drôty, klince, zdravotnícky odpad, nádoby na chemikálie a všetky ostatné materiály, ktoré moderná spoločnosť likviduje. Tesnenia pneumatík a pohonu kolies sú neustále napádané ostrými predmetmi, ktoré ich prepichujú, režú a obrusujú. Odpadový materiál je tiež chemicky nepredvídateľný – výluh (kvapalina, ktorá odteká z rozkladajúceho sa odpadu) má pH od 4 do 9 a obsahuje rozpustené kovy, organické kyseliny a biologické kontaminanty, ktoré napádajú štandardné tesnenia a materiály krytov.
Manipulácia s nadložím v bani prevádzkuje buldozér v najabrazívnejších podmienkach. Nadložie (hornina a zemina odstránené na odkrytie rudného telesa) obsahuje ostré, hranaté úlomky hornín s veľkosťou 5 až 300 mm, ktoré buldozér tlačí, prelieza cez ne a prechádza nimi. Tesnenia pohonu kolies sú vystavené časticiam hornín tvrdším ako oceľ hriadeľa, čo spôsobuje rovnaký problém s prerezávaním tesnení podľa Mohsovej stupnice tvrdosti, aký je opísaný pre drviče kameňa (WD-07). Banské prostredie zahŕňa aj prach, sadze z nafty a (na niektorých miestach) kyslú alebo zásaditú drenážnu vodu, ktorá pridáva chemické pôsobenie k fyzickému oderu.
Miera využitia kolesových buldozérov patrí medzi najvyššie spomedzi všetkých mobilných zariadení: 3 000 až 5 000 hodín ročne pri skladovaní uhlia, 2 000 až 4 000 hodín pri skládkovaní a 2 500 až 4 000 hodín pri banskej práci. Tieto miery sú porovnateľné s ťažbou cukrovej trstiny (WD-05) – a majú rovnaký dôsledok: komponenty pohonu kolies musia byť navrhnuté na celkovú životnosť 8 000 až 12 000 hodín, aby sa interval výmeny zosúladil s ročným intervalom odstávky. Prevodovka, ktorá vydrží 4 000 hodín na stroji bežiacom 4 000 hodín ročne, si vyžaduje výmenu počas prevádzkovej sezóny – ide o neplánovaný prestoj, ktorý stojí 5 000 až 15 000 USD v stratenej produkcii plus 3 000 až 10 000 USD za prevodovku a prácu. Celkové náklady na poddimenzovanú prevodovku sú preto 8 000 až 25 000 USD na jednu poruchu – čo výrazne prevyšuje cenovú prémiu za správne dimenzovanú jednotku.
Tri režimy poruchy špecifické pre pohony kolesových buldozérov
Počas intenzívneho buldozovania radlica narazí na zhutnený materiál alebo na nepohyblivú prekážku. Obsluha udržiava plný plyn – a pohon kolies dodáva maximálny krútiaci moment pri takmer nulových otáčkach kolies (stav zastavenia) počas 5 až 30 sekúnd. Pri zastavení generuje pohon kolies maximálne teplo s nulovým prietokom vzduchu na chladenie. Na 50-tonovom buldozéri s výkonom pohonu 400 kW sa pri 30-sekundovom zastavení rozptýli približne 12 MJ tepla cez pohony kolies, čím sa zvýši teplota oleja o 30 až 50 stupňov Celzia. Pri práci na hromade uhlia, kde je základná teplota oleja už 80 až 95 stupňov Celzia (z povrchu horúceho uhlia), môže zastavenie zvýšiť teplotu na 120 až 145 stupňov Celzia, čím sa prekročí tepelný limit minerálneho oleja a urýchli sa degradácia ložísk a prevodov. Viacnásobné zastavenie za hodinu (bežné pri intenzívnom rytí alebo zhutňovaní) spôsobuje kumulatívne tepelné poškodenie, ktoré sa nedá zvrátiť žiadna výmena oleja. Príznaky tepelného poškodenia sú zistiteľné analýzou oleja: zvýšený počet častíc železa a medi naznačuje, že povrchy ložísk a ozubených kolies prekročili svoj prah popúšťania a uvoľňujú materiál. Program analýzy oleja s 250-hodinovými intervalmi odberu vzoriek dokáže odhaliť nástup tepelného poškodenia 500 až 1 000 hodín pred poruchou prevodovky – čo poskytuje čas na naplánovanie výmeny počas plánovaného odstavenia, namiesto toho, aby došlo k neplánovanej poruche počas špičkovej produkcie.
Komunálny odpad zo skládok obsahuje oceľové drôty, zvyšky výstuže, úlomky skla a ostré plastové črepy, ktoré narážajú do krytu pohonu kolies a ovíjajú sa okolo výstupného hriadeľa – podobne ako obal z cukrovej trstiny na zberačoch cukru, ale z oveľa tvrdších a ostrejších materiálov. Oceľový drôt omotaný okolo hriadeľa dokáže prerezať štandardné tesnenie na pere v priebehu jednej 8-hodinovej zmeny. Úlomky skla zabudované v odpade pôsobia ako rezná zmes, keď sa zachytia medzi perom tesnenia a hriadeľom. Chemický výluh (pH 4 až 9, obsahujúci rozpustené kovy a organické kyseliny) napáda materiál tesnenia aj povlak krytu. Kombinované fyzikálne a chemické pôsobenie robí z prostredia skládky najničivejšie prostredie pre tesnenia pohonu kolies zo všetkých aplikácií v celej tejto sérii.
Keď kolesový buldozér prechádza cez zakopanú skalu, betónový blok alebo oceľový nosník pri prepravnej rýchlosti (15 až 30 km/h), pneumatika prenáša vertikálny a pozdĺžny náraz na výstupné ložisko pohonu kolesa a ozubené koleso. Veľkosť nárazu závisí od veľkosti objektu, prepravnej rýchlosti a tuhosti pneumatiky – a môže dosiahnuť 3 až 8 g na montážnej prírube pohonu kolesa. Pri rýchlosti 30 km/h má pohon kolesa 0,05 až 0,10 sekundy na absorbovanie nárazu – príliš rýchlo na to, aby hydraulický systém zareagoval, a príliš krátko na to, aby obsluha zareagovala. Tieto nárazové udalosti pri prepravnej rýchlosti spôsobujú Brinellingovo poškodenie ložísk a špičky napätia v koreňoch ozubených kolies, ktoré sa hromadia v únavovom poškodení 5 až 10-násobkom rýchlosti pri ustálenom buldozéri – čo spôsobuje, že jazda prepravnou rýchlosťou na nerovnom povrchu je pre pohon kolesa škodlivejšia ako samotná operácia buldozovania s vysokým krútiacim momentom. Toto protiintuitívne zistenie (preprava je škodlivejšia ako dozér) potvrdzujú aj údaje z analýzy porúch ložísk z hlavných vozových parkov dozérov: 55 až 651T porúch výstupných ložísk vykazuje skôr známky únavy spôsobenej nárazom (Brinelling, podpovrchové praskanie) než známky únavy spôsobenej kontinuálnym zaťažením (odlupovanie, mikro-jamková tvorba), ktoré by naznačovali poruchu spôsobenú krútiacim momentom pri dozéri. Dôsledok je jasný: udržiavanie hladkých prepravných ciest a obmedzenie prepravnej rýchlosti na neupravených povrchoch predlžuje životnosť ložísk pohonu kolies o 40 až 601T – čo je údržbársky postup, ktorý nič nestojí, ale prináša výrazné predĺženie životnosti prevodovky.
Často kladené otázky
Spoločnosť Korea Ever-Power dodáva pohony kolesových buldozérov od 15 000 do 80 000 Nm s trvalou tepelnou kapacitou pri zastavenom krútiacom momente, tesnením na úrovni skládkovania a odolnosťou voči nárazom pri prepravnej rýchlosti.
Redaktor: Cxm
