จากมอเตอร์ไฮดรอลิกสู่เฟืองขับ — ระบบเกียร์ดาวเคราะห์แบบขับเคลื่อนด้วยสายพานขับเคลื่อนรถขุดได้อย่างไร
ระบบส่งกำลังในรถขุดไฮดรอลิกทุกคันทำงานตามลำดับเดียวกัน คือ เครื่องยนต์ดีเซลหมุนปั๊มไฮดรอลิกแบบปรับปริมาตรได้ ปั๊มส่งน้ำมันผ่านวาล์วควบคุมทิศทาง วาล์วจะส่งน้ำมันไปยังมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่บนโครงช่วงล่าง และมอเตอร์ขับเคลื่อนจะหมุนด้วยความเร็ว 2,000 ถึง 3,500 รอบต่อนาที ด้วยแรงบิด 200 ถึง 800 นิวตันเมตร แรงบิดของมอเตอร์นั้นไม่เพียงพอที่จะเคลื่อนเครื่องจักรหนักหลายตันผ่านโคลนได้ เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์ เติมเต็มช่องว่าง
ชุดเฟืองดาวเคราะห์ที่ติดตั้งอยู่ภายในดุมล้อขับเคลื่อน ซึ่งโดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 400 ถึง 600 มม. จะลดความเร็วของมอเตอร์ลงในอัตราส่วน 40:1 ถึง 120:1 ในขณะที่เพิ่มแรงบิดในอัตราส่วนเดียวกัน กำลังขับของมอเตอร์ 500 นิวตันเมตรที่ 3,000 รอบต่อนาที จะกลายเป็น 40,000 นิวตันเมตรที่ 37 รอบต่อนาที ผ่านการลดรอบแบบสองขั้นตอนของเฟืองดาวเคราะห์ในอัตราส่วน 80:1 แรงบิด 40,000 นิวตันเมตรนี้จะหมุนเฟืองขับ ซึ่งจะไปเกี่ยวเข้ากับโซ่ตีนตะขาบ และโซ่ตีนตะขาบจะดันพื้นเพื่อเคลื่อนเครื่องจักรทั้งหมดไปข้างหน้า
ทำไมถึงใช้เฟืองดาวเคราะห์แทนเฟืองตรงหรือเฟืองตัวหนอน? เพราะเรื่องพื้นที่ ชุดขับเคลื่อนรางต้องพอดีกับดุมเฟือง การจัดเรียงเฟืองดาวเคราะห์จะกระจายภาระไปยังเฟืองดาวเคราะห์สามหรือสี่ตัวที่ขบกันพร้อมกัน ทำให้ได้ความหนาแน่นของแรงบิดสูงสุด (นิวตันเมตรต่อกิโลกรัม) เมื่อเทียบกับโครงสร้างเฟืองแบบอื่นๆ ชุดเฟืองตรงที่อัตราส่วน 80:1 จะต้องใช้สี่ขั้นตอนและกินพื้นที่มากกว่า 3 ถึง 4 เท่า ส่วนเฟืองตัวหนอนที่อัตราส่วน 80:1 จะสูญเสียพลังงานขาเข้า 40% ในรูปของความร้อน การจัดเรียงเฟืองดาวเคราะห์ให้ผลลัพธ์อัตราส่วนดังกล่าวในสองหรือสามขั้นตอนด้วยประสิทธิภาพ 94 ถึง 97% ภายในตัวเรือนที่ยึดติดกับโครงช่วงล่างโดยตรง
ระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุดทั่วไป: มอเตอร์ไฮดรอลิกยึดติดกับด้านบน; ชุดเกียร์ทดกำลังแบบดาวเคราะห์อยู่ภายในตัวเรือน; ตัวส่งกำลังจะขับเคลื่อนดุมเฟือง
การหมุนสวนทาง — กรณีรับแรงที่กำหนดวิศวกรรมระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุด
เครื่องจักรแบบตีนตะขาบทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็นรถดันดิน เครนตีนตะขาบ หรือรถตักขนาดเล็ก ล้วนใช้ระบบขับเคลื่อนแบบตีนตะขาบ แต่มีเพียงรถขุดเท่านั้นที่มักต้องการให้ระบบขับเคลื่อนทั้งสองทำงานด้วยแรงบิดสูงสุดในทิศทางตรงกันข้ามพร้อมกัน การหมุนสวนทางนี้จะทำให้เครื่องจักรหมุนอยู่กับที่ ผู้ควบคุมสั่งให้ตีนตะขาบด้านซ้ายหมุนไปข้างหน้าและตีนตะขาบด้านขวาหมุนถอยหลัง และรถขุดจะหมุนอยู่ภายในรอยเท้าของตีนตะขาบเอง
ในทางกลไก การหมุนสวนทางกันก่อให้เกิดสภาวะการรับน้ำหนักที่รุนแรงที่สุดเท่าที่เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์ของระบบขับเคลื่อนรางใดๆ จะต้องเผชิญ:
เครื่องจักรจะหยุดนิ่งในระหว่างการหมุน — ไม่มีแรงส่งช่วยในการหมุน มอเตอร์ขับเคลื่อนแต่ละตัวจะทำงานจนถึงแรงดันสูงสุด (แรงบิดหยุดนิ่ง) และชุดเกียร์ดาวเคราะห์จะส่งภาระสูงสุดนี้ไปยังเฟืองอย่างต่อเนื่องตลอดการหมุน
ฟันเฟืองดาวเคราะห์แต่ละซี่จะรับแรงที่ด้านหนึ่งขณะขับเคลื่อนไปข้างหน้า และรับแรงที่ด้านตรงข้ามขณะขับเคลื่อนถอยหลัง ตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร 15 ปี โดยมีการหมุน 300 ครั้งต่อกะ และ 300 กะต่อปี ฟันเฟืองจะทนต่อการกลับทิศทางรับแรงเต็มรูปแบบได้ถึง 1.35 ล้านครั้ง
ตลับลูกปืนแบบพินดาวเคราะห์ต้องรับแรงรัศมีในทิศทางตรงกันข้ามทุกจุดหมุน ลูกกลิ้งของตลับลูกปืนต้องสร้างพื้นที่สัมผัสใหม่บนด้านตรงข้ามของรางวิ่ง ซึ่งเป็นสภาวะความล้าที่ตลับลูกปืนเข็มในระบบขับเคลื่อนทิศทางเดียวไม่เคยพบเจอ
การกลับทิศทางแรงบิดอย่างฉับพลันจะสร้างแรงดันน้ำมันภายในไปที่ขอบซีลด้านหนึ่ง จากนั้นแรงดันจะเปลี่ยนทิศทางไปยังอีกด้านหนึ่งภายในเวลาไม่กี่มิลลิวินาที ซีลที่ออกแบบมาสำหรับการหมุนทิศทางเดียวจะเริ่มรั่วซึมน้ำมันภายในไม่กี่เดือนหลังจากใช้งานกับรถขุด
ผลกระทบทางด้านวิศวกรรม: ชุดขับเคลื่อนตีนตะขาบที่รับแรงบิดได้ 40,000 นิวตันเมตร ในการใช้งานต่อเนื่องแบบทิศทางเดียว ซึ่งเหมาะสำหรับสายพานลำเลียง รอก หรือระบบขับเคลื่อนล้อ จะเสียหายก่อนกำหนดหากใช้งานกับรถขุด หากการวิเคราะห์การดัดงอของเฟืองดาวเคราะห์ไม่ได้รับการตรวจสอบความล้าแบบสองทิศทางที่แรงบิดเดียวกัน กรณีการหมุนสวนทางของรถขุดนั้นสร้างภาระที่แตกต่างจากเครื่องจักรตีนตะขาบประเภทอื่น ๆ ที่ความถี่นี้
การเลือกชุดขับเคลื่อนแบบตีนตะขาบตามระดับน้ำหนักของรถขุด — แรงบิด ความเร็ว อัตราทด และความสามารถในการปีนทางลาดชัน
ข้อกำหนดของระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบสำหรับรถขุดนั้นขึ้นอยู่กับน้ำหนักใช้งานของเครื่องจักรเป็นหลัก ซึ่งเป็นตัวกำหนดทั้งแรงบิดที่จำเป็นสำหรับการปีนทางลาดชันและแรงบิดที่เกิดขึ้นระหว่างการหมุนทวนเข็มนาฬิกา ตารางด้านล่างแสดงความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักมาตรฐานของรถขุดทั้งห้าประเภทกับพารามิเตอร์ของระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบที่สอดคล้องกัน
| รุ่นน้ำหนัก | เครื่องจักร (ต) | แรงบิดเอาต์พุต (นิวตันเมตร) | ความเร็วในการเดินทาง | ช่วงอัตราส่วน | เวที | ความสามารถในการปีนป่าย |
|---|---|---|---|---|---|---|
| มินิ | 1.5 – 8 | 5,000 – 15,000 | 2.5 – 4.5 กม./ชม. | 40 – 65:1 | 2 | 30 – 35% |
| เล็ก | 8 – 15 | 15,000 – 28,000 | 3.0 – 5.0 กม./ชม. | 55 – 80:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| ปานกลาง | 15 – 30 | 28,000 – 50,000 | 3.5 – 5.5 กม./ชม. | 65 – 90:1 | 2 – 3 | 30 – 35% |
| ใหญ่ | 30 – 50 | 50,000 – 80,000 | 3.5 – 5.5 กม./ชม. | 75 – 100:1 | 3 | 25 – 30% |
| การทำเหมือง | 50 – 90 | 80,000 – 140,000 | 3.0 – 4.5 กม./ชม. | 90 – 120:1 | 3 | 20 – 25% |
ความสามารถในการไต่ระดับ หมายถึง ความลาดชันสูงสุดที่รถขุดสามารถปีนขึ้นไปได้โดยที่น้ำหนักใช้งานไม่เกิดการลื่นไถลของสายพาน ความสามารถในการไต่ระดับที่แท้จริงนั้นถูกจำกัดด้วยค่าที่ต่ำกว่าระหว่างสองข้อจำกัด ได้แก่ แรงบิดของเกียร์ที่มีอยู่ หรือค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานระหว่างสายพานกับพื้น (โดยทั่วไปอยู่ที่ 0.5 – 0.7 บนดินเหนียว และ 0.8 – 1.0 บนหินบด)
การคำนวณความสามารถในการปีนทางลาดชัน — การเลือกขนาดระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบสำหรับรถขุดขนาด 35 ตัน
ตัวอย่างที่แสดงด้านล่างนี้แสดงให้เห็นถึงกระบวนการคำนวณแรงบิดอย่างครบถ้วนสำหรับรถขุดขนาดกลาง นี่คือการคำนวณที่วิศวกรออกแบบของ OEM และผู้จัดการกองยานทุกคนควรตรวจสอบก่อนที่จะระบุชิ้นส่วนขับเคลื่อนตีนตะขาบทดแทน และเป็นการคำนวณที่มักถูกละเลยมากที่สุด โดยเลือกที่จะจับคู่หมายเลขชิ้นส่วนของ OEM แทน
หากไม่มีตัวคูณ SF = 2.0 วิศวกรจะระบุเกียร์บ็อกซ์ที่มีพิกัดแรงบิด 17,365 Nm ซึ่งเป็นหน่วยในระดับ 20,000 Nm ในระหว่างการทำงานแบบหมุนทวนเข็มนาฬิกาในกะแรก แรงบิดจริงจะพุ่งสูงถึง 35,000 Nm (แรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ในทั้งสองทิศทาง) เกียร์บ็อกซ์ทำงานที่ 175% ของความจุพิกัดในแต่ละจุดหมุน หลังจากเหตุการณ์เช่นนี้หลายพันครั้ง ความล้าของพื้นผิวเฟืองดาวเคราะห์จะเริ่มเกิดขึ้นที่ด้านข้างฟันทั้งสองด้าน ระยะห่างระหว่างฟันเฟืองจะเพิ่มขึ้น และเครื่องจักรจะเริ่มดึงไปด้านใดด้านหนึ่งขณะเคลื่อนที่ตรง รูปแบบความเสียหายนี้มักเกิดขึ้นระหว่าง 3,000 ถึง 5,000 ชั่วโมง ซึ่งสั้นกว่าอายุการใช้งานเป้าหมาย 10,000 ชั่วโมงมาก
ระบบขับเคลื่อนสองความเร็ว — เหตุใดรถขุดส่วนใหญ่ที่มีน้ำหนักเกิน 8 ตันจึงมีเกียร์สูง/ต่ำในระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบ
ระบบขับเคลื่อนแบบตีนตะขาบความเร็วเดียวมีข้อจำกัดพื้นฐานอยู่ข้อหนึ่ง คือ อัตราส่วนลดสูงจะให้แรงบิดสูงสุดสำหรับการปีนป่ายและการหมุนทวนเข็มนาฬิกา แต่จะจำกัดความเร็วในการเคลื่อนที่สูงสุด ในขณะที่อัตราส่วนลดต่ำจะให้การเคลื่อนที่ที่เร็วกว่า แต่ไม่สามารถสร้างแรงบิดที่จำเป็นสำหรับงานปรับระดับได้ รถขุดส่วนใหญ่ที่มีน้ำหนักมากกว่า 8 ตันจึงแก้ปัญหานี้ด้วยกลไกสองความเร็วที่ติดตั้งอยู่ภายในตัวเรือนเกียร์แบบเฟืองดาวเคราะห์โดยตรง
อัตราส่วน 80 – 120:1 แรงบิดเอาต์พุตสูงสุด ใช้สำหรับการปีนทางลาดชัน การหมุนทวนเข็มนาฬิกา และการทำงานบนพื้นดินอ่อนหรือหลวม ความเร็วในการเดินทางโดยทั่วไป 2.5 – 3.5 กม./ชม. นี่คือเกียร์ที่รถขุดใช้ในระหว่างการขุด ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งในระยะสั้นและความเร็วต่ำระหว่างรอบการทำงานของบุ้งกี๋
อัตราทดเกียร์ 40 – 60:1 แรงบิดลดลง แต่ความเร็วรอบเฟืองสูงขึ้น ใช้สำหรับการเดินทางบนพื้นราบระหว่างจุดทำงาน เช่น การสร้างถนนจากปลายด้านหนึ่งของไซต์ก่อสร้างไปยังอีกด้านหนึ่ง ความเร็วในการเดินทางโดยทั่วไปอยู่ที่ 4.5 – 5.5 กม./ชม. วาล์วลดเกียร์อัตโนมัติจะเปลี่ยนกลับไปเป็นเกียร์ต่ำเมื่อแรงดันมอเตอร์ขับเคลื่อนเกินเกณฑ์ที่กำหนด เพื่อป้องกันเกียร์จากการโอเวอร์โหลดแรงบิด
กลไกความเร็วสองระดับทำงานผ่านลูกสูบไฮดรอลิกภายในตัวเรือนเฟืองดาวเคราะห์ ซึ่งจะเลื่อนชุดเฟืองดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างชุดเฟืองอัตราทดสูงหรืออัตราทดต่ำ ความสามารถในการเปลี่ยนความเร็วแบบบูรณาการนี้เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของระบบขับเคลื่อนแบบราง ซึ่งแตกต่างจากระบบอื่นๆ เกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์สำหรับขับเคลื่อนการหมุน สำหรับการหมุนโครงสร้างส่วนบนของรถขุด ซึ่งทำงานที่อัตราส่วนคงที่เพียงค่าเดียว เนื่องจากความต้องการความเร็วในการหมุนไม่เปลี่ยนแปลงตามสภาพภูมิประเทศ ระบบขับเคลื่อนแบบตีนตะขาบจะต้องปรับให้เข้ากับโหมดการทำงานที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานสองโหมดภายในกะเดียวกัน
ซีลสำหรับช่วงล่าง — เหตุใดซีลระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุดจึงมีความสำคัญมากกว่าการใช้งานในระบบเกียร์อื่นๆ
ระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุดทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดเมื่อเทียบกับเกียร์ทดรอบแบบอื่นๆ ดุมเฟืองอยู่ระดับพื้นดิน จมอยู่ในโคลน น้ำ ทราย และสารกัดกร่อนบางส่วนหรือทั้งหมดตลอดอายุการใช้งานของเครื่องจักร ไม่มีเกียร์ทดรอบแบบอื่นใดที่ต้องเผชิญกับสภาวะการจมอยู่ใต้น้ำอย่างต่อเนื่องและการหมุนสองทิศทางด้วยแรงบิดสูงเช่นนี้
ซีลหน้าสัมผัสโลหะที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของระบบขับเคลื่อนแบบราง ประกอบด้วยวงแหวนเหล็กชุบแข็งสองวง ขัดเงาจนเรียบระดับแสง (0.3 – 0.9 แถบแสง) ประกบเข้าด้วยกันด้วยโอริงยางยืด ซีลจะหมุนไปพร้อมกับเฟืองขับในขณะที่ยังคงรักษาแรงกดสัมผัสกับหน้าตัวเรือนที่อยู่กับที่ การออกแบบนี้สามารถทนต่อการจุ่มลงในสารละลายขัดถูได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งซีลยางยืดทั่วไปไม่สามารถใช้งานได้นานเกินสองสามร้อยชั่วโมง
ต่างจากเกียร์ทดกำลังแบบปิดผนึกที่ใช้จาระบี เกียร์ทดกำลังของรถขุดใช้ระบบหล่อลื่นแบบแช่น้ำมัน โดยทั่วไปจะใช้น้ำมันเกียร์ 75W-90 หรือ 80W-90 GL-5 ปริมาณ 1.5 ถึง 4.0 ลิตร น้ำมันนี้ทำหน้าที่ทั้งหล่อลื่นและระบายความร้อน ระยะเวลาการเปลี่ยนถ่ายน้ำมัน: 1,000 ถึง 2,000 ชั่วโมง หรือปีละครั้ง ทุกครั้งที่เปลี่ยนถ่ายน้ำมัน ให้ตรวจสอบน้ำมันที่ถ่ายออกมาว่ามีน้ำปนเปื้อนหรือไม่ (ลักษณะขุ่น) และมีอนุภาคโลหะหรือไม่ (บ่งชี้การสึกหรอของแบริ่งหรือเกียร์)
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว—ตั้งแต่เริ่มใช้งานในสภาพอากาศเย็นจัดในตอนเช้าตรู่ไปจนถึง 80-100 องศาเซลเซียสระหว่างการทำงานหนัก—ทำให้ความดันภายในเปลี่ยนแปลง วาล์วระบายอากาศหรือวาล์วชดเชยความดันจะช่วยป้องกันซีลรั่วซึมระหว่างการอุ่นเครื่องและการปนเปื้อนที่เกิดจากสุญญากาศระหว่างการเย็นตัวลง ควรติดตั้งวาล์วระบายอากาศไว้เหนือระดับน้ำมันสูงสุดในทุกทิศทางการติดตั้งเพื่อป้องกันน้ำมันรั่วซึม
สามสาเหตุหลักที่ทำให้ต้องเปลี่ยนชุดขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุดจำนวน 801,000 ตัน
หน้าสัมผัสซีลที่สึกหรอหรือเสียหาย แรงดึงในการติดตั้งที่ไม่ถูกต้อง หรือแรงกระแทกจากหินและเศษวัสดุ อาจทำให้น้ำใต้ดินและโคลนเข้าไปในอ่างน้ำมันเกียร์ น้ำจะทำให้น้ำมันเกียร์แตกตัวเป็นอิมัลชัน (ทำให้มีลักษณะขุ่นมัวที่รูระบายน้ำมัน) ทำลายฟิล์มหล่อลื่น และก่อให้เกิดการกัดกร่อนบนพื้นผิวแบริ่ง การหลุดลอกของแบริ่งจะเกิดขึ้นภายใน 500 – 1,500 ชั่วโมงหลังจากน้ำเข้าไป
ระบบขับเคลื่อนแบบรางที่มีขนาดเล็กเกินไป — ซึ่งระบุค่าโดยไม่ได้คำนึงถึงปัจจัยการใช้งานสำหรับการรับน้ำหนักแบบสองทิศทาง — จะเกิดความล้าของตลับลูกปืนแบบเข็มบนแกนเฟืองดาวเคราะห์เร็วขึ้น ตลับลูกปืนจะรับแรงโหลดในแนวรัศมีเต็มที่ในทุกจุดหมุนสวนทางกัน อาการที่พบได้แก่ เสียงการเคลื่อนที่ดังขึ้น มีอนุภาคโลหะในตัวอย่างน้ำมัน และมีระยะห่างมากขึ้นที่ดุมเฟือง
โคลนที่อัดแน่นระหว่างแผ่นตีนตะขาบทำให้แรงตึงของตีนตะขาบเพิ่มขึ้น 20 – 401 ตัน สูงกว่าค่าที่ออกแบบไว้ เฟืองขับต้องดึงแรงขึ้นเพื่อประกบแผ่นตีนตะขาบแต่ละแผ่น ทำให้เกิดภาระเกินพิกัดแบบเป็นจังหวะบนฟันเฟืองวงแหวนที่ความถี่การประกบกันของฟันเฟืองขับ เมื่อใช้งานในสภาพดินเหนียวเป็นเวลาหลายเดือน จะเกิดรอยสึกกร่อนที่มองเห็นได้บนพื้นผิวฟันเฟืองวงแหวน
กลุ่มผลิตภัณฑ์เกียร์ทดรอบแบบดาวเคราะห์ Ever-Power จากเกาหลี สำหรับงานรถขุด
ชุดเกียร์ดาวเคราะห์สำหรับระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุด — คำถามที่พบบ่อย
บริษัท Korea Ever-Power จำหน่ายเกียร์ทดรอบแบบเฟืองดาวเคราะห์สำหรับระบบขับเคลื่อนตีนตะขาบของรถขุด ตั้งแต่ 5,000 ถึง 140,000 นิวตันเมตร ครอบคลุมตั้งแต่รถขุดขนาดเล็กไปจนถึงเครื่องจักรระดับเหมืองแร่ โปรดระบุรุ่นเครื่องจักร น้ำหนักใช้งาน และหมายเลขชิ้นส่วน OEM ปัจจุบันของคุณ เพื่อรับคำแนะนำการเทียบเคียงโดยไม่มีค่าใช้จ่าย
บรรณาธิการ: Cxm
