Artykuł szczegółowo omawia zasady działania układów napędowych i sterowania w minikoparkach gąsienicowych, a także przedstawia różne koncepcje ich budowy, uwzględniając zarówno rozwiązania fabryczne, jak i propozycje konstrukcji amatorskich, często na potrzeby prac inżynierskich. Skupia się na technologiach hydraulicznych, mechanicznych oraz na wyzwaniach związanych z efektywnym sterowaniem pojazdami gąsienicowymi w różnorodnym terenie.
Podstawy Napędu Gąsienicowego
Napęd gąsienic odbywa się w bardzo prosty sposób. Gąsienice posiadają dwa duże koła na skrajach: jedno zębate i jedno proste, a także rolki prowadzące. To duże, proste koło jest kołem napinającym, które utrzymuje gąsienicę w stałym naciągu.
Hydrauliczny Układ Napędowy
Zębate koło to koło napędowe, napędzane bezpośrednio przez silnik hydrauliczny umiejscowiony zwykle w jego osi. Prosty silnik hydrauliczny działa jak zębata pompa, tyle że w odwrotną stronę - nie koła napędzają olej, tylko olej napędza koła. Można go obejrzeć, spoglądając na to koło z drugiej strony, od "wewnętrznej" strony gąsienicy. Z silnika wychodzą dwa przewody hydrauliczne, z których w jednym pod ciśnieniem olej napędza ów silnik hydrauliczny. Ciśnienie w przewodach nadaje pompa hydrauliczna napędzana przez silnik spalinowy. Zwykle napęd gąsienic jest napędem hydraulicznym. W starych koparkach, szczególnie tych linowych, spotyka się jeszcze napęd łańcuchowy z zespołem sprzęgieł, ale jest to rozwiązanie marginalne.
Animacja 3D - Turbina wiatrowa
Alternatywne Koncepcje Napędu Gąsienicowego
W poszukiwaniu ekonomicznych i innowacyjnych rozwiązań, pojawiają się propozycje wykorzystania części samochodowych do budowy pojazdów gąsienicowych.
Napęd z Wykorzystaniem Mostu Samochodowego
Można zastosować zwykły most napędowy z pojazdu, np. z Żuka. Sterowanie wówczas odbywać się może za pomocą układu hamulcowego - po prostu przyhamowuje się jedną stroną, a pojazd skręca. Koła napędowe można wykonać z felg od auta, od którego pochodzi most napędowy. Kwestia gąsienic może być trudniejsza; najlepsze byłyby gumowe. Można je wykonać z pasa transmisyjnego z taśmociągu, tylko w poprzek pasa trzeba przykręcić płaskowniki stalowe z przyspawanymi zębami, dzięki którym gąsienica będzie napędzana. Można jeszcze zastosować linę stalową, żeby całość była mocniejsza. Dobrym źródłem części może być złom, gdzie często złomuje się auta i można w miarę tanio zdobyć części do budowy.
Gąsienice z Opon Rolniczych
Gąsienice można zrobić z opon rolniczych. Wyciąć pas z opony jodełki, np. 28 cali. Długość byłaby dość znaczna.
Budowa Podwozia Gąsienicowego na Potrzeby Prac Inżynierskich
Projektowanie i budowa podwozia gąsienicowego na potrzeby pracy inżynierskiej to ambitne zadanie, stawiające wiele wyzwań.
Wyzwania związane z napędem i sterowaniem
W jednym z projektów rozważana jest budowa podwozia gąsienicowego z wykorzystaniem gąsienicy 180x72x33. Napędem mają być po dwa motoreduktory na gąsienicę. Problemem jest napęd takiej gąsienicy, ze względu na dostęp do motoreduktorów mniejszej mocy, zdecydowano się na dwa motoreduktory na gąsienicę. Początkowo chciano obsadzić na wałku motoreduktora koła z tulejkami, które pchają za "grzebień" wewnętrzny gąsienicy, aczkolwiek po kiepsko dopasowanym rozmiarze tego koła (odległości tulejek od siebie) pojawiły się wątpliwości, czy iść dalej w taki typ napędu, czy zastosować koło zębate napędowe na każdym z silników, tak jak w minikoparkach. Jeśli chodzi o prowadzenie gąsienicy, te same koła miałyby napędzać i prowadzić gąsienicę (brak innych podparć gąsienicy). Pojazd ten ma ważyć około 200 kilogramów i być przeznaczony na pracę inżynierską. Będzie zdalnie sterowany i z napędem elektrycznym. Cel to stworzenie rozwiązania, które będzie bezproblemowo pracować przez wymagany czas - zrobić raz, a dobrze. Jeśli zdecyduje się na zakup/wycięcie CNC kół zębatych, to i tak będą potrzebne koła bez tulejek napędowych. Napęd za wewnętrzny grzebień wydaje się obiecujący, ponieważ jest on pokryty gumą, ale w środku metalowy, co powinno zapewnić odpowiednią trakcję. Pomysł na napęd zaczerpnięto z miniladowarek Toro Dingo, choć tamte gąsienice są nieco inne i trudno dostępne w Polsce.
Rozwiązania dla napędu i sterowania
Sugeruje się poszukanie używanych zwolnic od minikoparki, które załatwiają temat przekazania napędu za pomocą gwiazdy i mają od razu wbudowaną przekładnię planetarną, eliminując potrzebę stosowania czterech motoreduktorów. Do tego można zastosować napęd hydrauliczny lub zamontowanie silników elektrycznych. Istnieją również gotowe podwozia gąsienicowe napędzane mechanicznie.
Sterowanie Hydrostatyczne Pojazdami Gąsienicowymi
Projektowanie układu hydrostatycznego do sterowania pojazdem gąsienicowym na potrzeby pracy inżynierskiej budzi wiele wątpliwości, szczególnie w kontekście rozwiązań stosowanych np. w czołgach.
Kwestie techniczne sterowania hydrostatycznego
Użytkownik zastanawia się, czy zakładając pięć kół z każdej strony pojazdu, wystarczy zasilić jedno, a inne użyć jako koła do hamowania. Alternatywnie, dlaczego nie zastosować napędu na jedno koło z każdej strony, ale połączyć je z pozostałymi pięcioma łańcuchem, jak to nieraz stosowano. Zasilanie pompy będzie za pomocą zwykłego silnika spalinowego, który będzie sprzężony z pompą. Co do sterowania prędkością, nie ma pewności, jak to zrobić: czy dzięki sterowaniu prędkością obrotową silnika spalinowego (co wydaje się mieć najmniejszą stratę energii), czy poprzez zastosowanie silnika hydraulicznego o zmiennej chłonności, czy też pompy o zmiennej chłonności (albo tych dwóch jednocześnie). Przy takiej konstrukcji, zwłaszcza jeśli jest to ciężki pojazd (np. 16 ton), sensownym rozwiązaniem jest zastosowanie dwóch pomp tłoczkowych o zmiennym wydatku w zestawieniu z dwoma silnikami tłoczkowymi (po jednym na stronę). Silnik hydrauliczny napędza tylne koła. Pozostałe koła prowadzą gąsienicę, a hamowanie mechaniczne jest zbędne (pompa ustawiona na zero zapewnia hamowanie). Pompę i silniki dobiera się w zależności od zapotrzebowania na moment obrotowy. Napędza się jedno koło, np. tylne.
Sterowanie Skrętem przez Hamowanie w Pojazdach Gąsienicowych
Sterowanie skrętem pojazdu gąsienicowego przez hamowanie jednej strony przy zachowaniu zwykłej skrzyni biegów i półosi jest pomysłem, który budzi wiele dyskusji.
Problemy z układem różnicowym i hamowaniem niezależnym
W jednym z projektów, z silnikiem z Fiata Uno 1.1 benzyna, planowano wzorować się na starych układach sterowania stosowanych w czołgach, czyli dwóch odrębnych układach hamowania niezależnego, gdzie każdy hamuje jedną stronę (gąsienicę), jednocześnie napędzając ją tak jak w samochodzie z zastosowaniem silnika i skrzyni z półosiami bez żadnych modyfikacji. Hamując jedną stronę (gąsienicę), włącza się napęd różnicowy i druga gąsienica pracuje, kierując pojazd w danym kierunku. Wykorzystanie układu różnicowego i hamowania niezależnego poszczególnych gąsienic jest jednak uważane za zły pomysł. Obciążenie poszczególnych gąsienic w czasie jazdy, nawet na wprost, będzie w różnych sytuacjach różne i będzie zależało od podłoża, pokonywanych przeszkód, nachylenia terenu. W czasie jazdy trzeba będzie stale manewrować hamulcami, aby utrzymać jazdę na wprost, co będzie tym trudniejsze podczas skomplikowanych manewrów. Przy tym rozwiązaniu niemożliwe będzie stabilne utrzymanie toru jazdy.
Potencjalne rozwiązania i alternatywy
Można by zamontować dwa niezależne sprzęgła na półosiach. W maszynach budowlanych, np. w tzw. Bobcatach, stosowane są sprzęgła olejowe, co wymaga dodatkowej instalacji ciśnieniowej, ale jest trwalsze niż sprzęgło mechaniczne. Jednak w tego typu pojeździe wystarczyłoby zwykłe sprzęgło. Obawy budzi żywotność sprzęgieł, ponieważ napęd gąsienicowy generuje znacznie większe obciążenia dla układu napędowego niż kołowy. Dwa sprzęgła mogłyby nie wytrzymać długo, podobnie jak skrzynia czy silnik, z uwagi na opory i skoki momentu obrotowego. Zęby przekładni w skrzyni są liczone na określony moment maksymalny, a tu obciążenia byłyby ekstremalne. Innym pomysłem, najprostszym i najwytrzymalszym, choć najdroższym, jest zastąpienie skrzyni pompą hydrauliczną połączoną z dwoma silnikami hydraulicznymi, po jednym na każdą gąsienicę.
Hamowanie jako metoda sterowania: dyskusja
Koncepcja sterowania hamowaniem niezależnie kół napędowych, co w efekcie przejawia się skrętem, nie uwzględnia jazdy po dziurach i różnym terenie. Jest to dywagacja czysto teoretyczna, bo w praktyce efekt może okazać się zupełnie inny, a przynajmniej pomijalny. Quady zbudowane na bazie układu różnicowego nie mają problemów z jazdą w terenie, a maluchy jeżdżą po drogach polnych i bezdrożach. Cały ten problem rozwiązuje wspomniana wcześniej szpera (blokada mechanizmu różnicowego). Taka 50% blokada mogłaby znacznie złagodzić niepożądany efekt. Nawet bez niej, dziury byłyby do przejechania, wystarczyłoby zahamować koło, które wisi w powietrzu. To kwestia umiejętnego operowania hamulcami. Hamulce mogą się zetrzeć w mgnieniu oka, ale być może efekt nie jest aż tak mocny, że trzeba cały czas cisnąć któryś hamulec. Dodatkowo, czy tak często występuje sytuacja, że jedziemy jedną stroną po dwóch diametralnie różniących się podłożach? Jeśli nawet byłyby kłopoty, to częściowa blokada znacznie by tu pomogła. Rozwiązanie z hamulcami stosowano z powodzeniem np. w czołgu T-34.
Zawieszenie w Pojazdach Gąsienicowych
W kontekście budowy podwozia gąsienicowego, kwestia zawieszenia jest równie istotna jak napęd i sterowanie.
Typy i konstrukcje zawieszenia
Co do zawieszenia, nie jest to żaden problem. Można wykorzystać pióra poprzeczne z malucha (amortyzacja kół parami), ale w rzeczywistości nie jest konieczna amortyzacja. Ewentualnie, jeśli już z amortyzatorami, to jedno koło powinno być ze sprężyną i napinać gąsienicę. Jednym z pomysłów jest zawieszenie skrętne. W wannie pojazdu osadza się prostopadle do podłoża łożyska, a w nie wprowadza drążek w kształcie spłaszczonej litery Z. W połowie "pionowej kreseczki" mocuje się amortyzator sprężynowy tak, by kąt drążka do płaszczyzny podłoża wynosił około 60 stopni, a kąt między drążkiem a sprężyną również około 60 stopni. Do dolnej, poziomej części owego Z mocuje się koło trakcyjne. Dzięki temu resor działa w jednej płaszczyźnie, dostosowuje ugięcie w zależności od nierówności i w czasie jazdy nie ma drgań. Zupełnie jak w czołgu PWK VI "Tygrys".
Naciąg gąsienicy
Sprawa napięcia gąsienicy jest w takim rozwiązaniu drugorzędna, a gąsienica nawet powinna mieć luz, by łagodnie spoczywać na górnych rolkach prowadzących. Napięcie gąsienicy wprowadza koło napędowe. Najlepiej umieścić je z tyłu pojazdu. Wtedy przy jeździe do przodu "zabiera" gąsienicę spod kół trakcyjnych, jednocześnie ją w ten sposób samo napinając. Wszelkie mechanizmy do kontroli naciągu gąsienic są zwykle skomplikowane, a efekt będzie bardzo podobny. Na "luźnej" gąsienicy nie ma problemu z ustawianiem jej naciągu, co wydłuża jej żywotność. Luz na górze ma być na tyle mały, by gąsienica nie spadała i nic ponad to. W tym przypadku gąsienica jest naciągnięta tylko tam, gdzie powinna, czyli pod kołami trakcyjnymi i między nimi a kołem napędowym. Przykłady, takie jak "wisząca" luźna gąsienica w T-55, czy luźne szpilki w T-34, pokazują praktyczność takich rozwiązań, które działały nawet przy sporych prędkościach. Na marginesie, istniał czołg BT-7 z ZSRR, który miał zakładane gąsienice tylko do trudnego terenu.
tags: #minikoparka #jada #dwie #gasienicie #na #raz