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अपने सरल स्वरूप के बावजूद—आगे और पीछे दोनों तरफ टायर लगे होने के बावजूद—व्हील लोडर की डिज़ाइन हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर और बुलडोजर से अलग है, क्योंकि यह मोड़ने और खुदाई करने में माहिर है। "आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग", जिसमें बॉडी का आगे और पीछे का हिस्सा एक हिंज की तरह मुड़ जाता है, और "लोडिंग यूनिट", जो हाइड्रोलिक सिलेंडर और लिंकेज के ज़रिए आगे की बाल्टी को उठाती है, इस मशीन की खासियत हैं।

कैलिफ़ोर्निया के पालो ऑल्टो में एक कार्यस्थल पर वोल्वो L90G व्हील लोडरसेवा में एक व्हील लोडर

छवि: Volvo पालो ऑल्टो में एक कार्यस्थल पर L90G लोडर (ग्रेंडेलखान, CC BY-SA 4.0), विकिमीडिया कॉमन्स। पाठ में चर्चा की गई कोमात्सु की WA श्रृंखला नहीं — यह आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग और बकेट लिंकेज लेआउट को समझने का एक प्रतिनिधि उदाहरण है।

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एक व्हील लोडर के Z-बार लिंकेज, पैरेलल लिंकेज और आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग को दर्शाने वाला आरेख

चित्र 1 — Z-बार प्रकार बल को पुनर्निर्देशित करने और अधिक क्राउड फोर्स प्राप्त करने के लिए बेल क्रैंक का उपयोग करता है। पैरेलल-लिंकेज प्रकार ऊर्ध्वाधर गति के दौरान भी बकेट कोण को लगभग स्थिर रखता है। निचला भाग आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग के आर्टिकुलेशन कोण को दर्शाता है।

0.30-सेकंड का सारांश

  • अधिकांश व्हील लोडर आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग का उपयोग करते हैं, जिसमें आगे और पीछे के फ्रेम मध्य में मुड़ जाते हैं। स्टीयरिंग सिलेंडरों के विस्तार और संकुचन से आर्टिकुलेशन कोण बनता है, जिससे पूरे बॉडी की दिशा बदल जाती है।
  • बकेट लिंकेज दो प्रकार के होते हैं: जेड-बार (जेड-लिंक) प्रकार, जो बल को पुनर्निर्देशित करने के लिए बेल क्रैंक का उपयोग करता है, और पैरेलल-लिंक प्रकार, जो बकेट कोण को लगभग स्थिर रखने के लिए चार-बार पैरेलल लिंकेज का उपयोग करता है। भीड़ बल, दृश्यता और समतल-वाहक प्रदर्शन के संतुलन में दोनों में अंतर होता है।
  • ब्रेकआउट बल (बकेट के कटिंग एज पर उत्पन्न बल) वह मात्रा है जिससे बकेट सिलेंडर का थ्रस्ट लिंकेज के मोमेंट आर्म के माध्यम से संचारित होता है, और यह समान हाइड्रोलिक दबाव पर भी लिंकेज कोण के साथ बदलता रहता है। SAE J732 इस प्रकार के आंकड़े की तुलना करने के लिए लोडर विनिर्देशन शब्दों की एक साझा शब्दावली प्रदान करता है।

  • हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर एक ही मशीन में "खुदाई और लोडिंग" का काम करता है, और बुलडोजर "धक्का देने और समतल करने" के लिए एक मशीन है, जबकि व्हील लोडर "स्कूपिंग, लोडिंग और ढुलाई" के लिए अनुकूलित है। कार्य त्रिज्या और भू-दबाव में अंतर भी भूमिकाओं के इस विभाजन को दर्शाता है।

  • कोमात्सु की WA श्रृंखला इंजन आउटपुट, बकेट क्षमता और ब्रेकआउट बल प्रकाशित करती है। मिनी क्लास से लेकर मीडियम क्लास तक, मॉडल चयन के लिए आधार प्रदान किया गया है।

1. आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग की गतिकी

सामने के पहियों को नियंत्रित करने के बजाय, कई व्हील लोडर "आर्टिकुलेटेड" स्टीयरिंग का उपयोग करते हैं, जिसमें वाहन का ढांचा सामने और पीछे के फ्रेम के बीच के मध्य बिंदु पर मुड़ जाता है। बाएँ और दाएँ स्टीयरिंग सिलेंडरों की एक जोड़ी सामने और पीछे के फ्रेम को जोड़ने वाले एक ऊर्ध्वाधर हिंज को धक्का देती और खींचती है, जिससे एक आर्टिकुलेशन कोण \gamma बनता है।

हिंज से सामने के एक्सल तक की दूरी को a और हिंज से पीछे के एक्सल तक की दूरी को b मानकर, एक सरलीकृत मॉडल जो कम गति (शुद्ध रोलिंग) पर नगण्य टायर स्लिप मानता है, हिंज स्थिति पर लगभग टर्निंग त्रिज्या देता है।

R_h \approx \frac{a+b}{2\sin(\gamma/2)}

आर्टिकुलेशन कोण जितना बड़ा होगा, टर्निंग त्रिज्या उतनी ही छोटी होगी, जिससे तंग जगह पर आगे-पीछे के पैंतरेबाज़ी की आवश्यकता कम हो जाती है। दूसरी ओर, सामने के और पीछे के फ्रेम के बीच ओवरलैप जितना अधिक होगा, टर्निंग त्रिज्या उतनी ही छोटी होगी। और रियर फ्रेम जितना अधिक होगा, न्यूनतम टर्निंग रेडियस और व्हीलबेस के बीच का समझौता उतना ही अधिक होगा। फ्रंट-व्हील स्टीयरिंग वाले वाहनों की तुलना में, आर्टिकुलेटेड मशीन में वाहन के गुरुत्वाकर्षण केंद्र और उसके ग्राउंड-कॉन्टैक्ट पॉइंट के बीच का संबंध मोड़ के दौरान अधिक आसानी से बदलता है, और मिट्टी से पूरी तरह भरी बाल्टी के साथ तेज मोड़ लेने से पलटने या लुढ़कने का खतरा बढ़ जाता है। यह स्थिरता-डिजाइन की एक विशिष्ट चुनौती है जो व्हील लोडर के लिए है, जो हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर या बुलडोजर के ट्रैक-आधारित टर्निंग से अलग है।

2. बकेट लिंकेज: Z-बार और पैरेलल-लिंक प्रकार

लिफ्ट आर्म के अंत में, बाल्टी एक बकेट सिलेंडर और लिंकेज (बेल क्रैंक) के माध्यम से ऊपर/नीचे चलती है, मिट्टी भरती है (स्कूप करती है) और खाली करती है (डिस्चार्ज करती है)। इसके दो प्रतिनिधि प्रकार निम्नलिखित हैं।

Z-बार (Z-लिंक) प्रकार: लिफ्ट आर्म के मध्य में एक बेल क्रैंक लगाया जाता है, जो बकेट सिलेंडर की गति को "कुनो-जी" (डॉगलेग) या "Z"-आकार के लिंक के माध्यम से पुनर्निर्देशित करता है। बकेट। बड़े लिंक अनुपात का उपयोग किए जाने के कारण, समान सिलेंडर थ्रस्ट पर अधिक क्राउड फोर्स (स्कूपिंग टॉर्क) प्राप्त करना आसान हो जाता है, जो खुदाई-केंद्रित कार्यों के लिए उपयुक्त है। दूसरी ओर, लिफ्ट-आर्म की उच्च स्थिति में, बकेट का कोण बदलने लगता है, जिससे दृश्यता और डंप-एंगल नियंत्रण कुछ हद तक जटिल हो जाता है।

पैरेलल-लिंक प्रकार: लिफ्ट आर्म के समानांतर चलने वाला एक सहायक लिंक बकेट को सहारा देता है, और एक चार-बार लिंकेज लिफ्ट-आर्म के कोण में परिवर्तन होने पर भी बकेट के कोण को लगभग स्थिर रखता है। यह ट्रक लोड करने जैसे कार्यों के लिए उपयुक्त है, जहाँ उच्च स्थिति में स्थिरता और दृश्यता आवश्यक होती है। क्राउड फोर्स के मामले में इसे आमतौर पर Z-बार प्रकार से कमतर माना जाता है, और अनुप्रयोग के आधार पर दोनों का उपयोग अलग-अलग तरीके से किया जाता है। कोमात्सु के अपने तकनीकी पत्रों में भी पैरेलल-लिंक मशीनों के कार्य-उपकरण प्रदर्शन के मूल्यांकन पर शोध प्रकाशित किया गया है।

दोनों ही प्रकारों में, बकेट सिलेंडर का थ्रस्ट लिंकेज के माध्यम से बकेट के घूर्णन अक्ष के चारों ओर टॉर्क में परिवर्तित हो जाता है। क्योंकि मोमेंट आर्म r_m(\phi) इसके साथ बदलता रहता है। लिंकेज कोण \phi पर, बकेट टिप पर उत्पन्न ब्रेकआउट बल सिलेंडर थ्रस्ट और लिंकेज ज्यामिति दोनों पर निर्भर करता है:

F_{breakout}(\phi) = \frac{F_{cyl}\, r_m(\phi)}{r_{edge}}

जहां r_{edge} बकेट के घूर्णन केंद्र से कटिंग एज तक की दूरी है। कैटलॉग में वर्णित "अधिकतम ब्रेकआउट बल" आमतौर पर बकेट की उस स्थिति के निकट मापा गया मान होता है जो इस अनुपात को अधिकतम करता है, और वास्तविक कार्य में प्रत्येक स्थिति में समान बल उत्पन्न नहीं होता है।

3. ब्रेकआउट बल और विनिर्देशों को कैसे पढ़ें

ब्रेकआउट बल को कटिंग एज पर उत्पन्न बल के रूप में परिभाषित किया जाता है, जब जमीन में धंसे हुए बकेट से लेकर सिलेंडर के रिलीफ प्रेशर तक लोड लगाया जाता है। SAE J732 एक मानक है जो लोडर विनिर्देश शब्दावली को समान रूप से परिभाषित करता है, जिससे निर्माताओं के बीच ब्रेकआउट बल और बकेट क्षमता जैसे आंकड़ों की तुलना करने के लिए एक साझा ढांचा मिलता है। हालांकि, क्योंकि किसी आंकड़े का अर्थ माप की स्थितियों (बकेट की स्थिति, लिफ्ट-आर्म कोण और कौन सा सिलेंडर प्राथमिक है) के साथ बदलता रहता है, तुलना करने से पहले यह पुष्टि करना आवश्यक है कि कैटलॉग मानों को समान परीक्षण स्थितियों के तहत मापा गया था या नहीं।

कोमात्सु के सार्वजनिक विनिर्देशों में, WA40-8 की अधिकतम बकेट ब्रेकआउट बल 29.4–29.9 kN (3000–3050 kgf) बताई गई है। एक ही श्रृंखला में भी, सिलेंडर बोर, हाइड्रोलिक दबाव और लिंक अनुपात के संयोजन के कारण मशीन के आकार के साथ ब्रेकआउट बल बढ़ता है।

4. हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर और बुलडोजर के साथ भूमिकाओं का विभाजन

इस साइट पर अन्यत्र वर्णित हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर और बुलडोजर दोनों मुख्य रूप से "जमीन को काटने और समतल करने" के लिए हैं। व्हील लोडर को अलग तरह से अनुकूलित किया गया है - "मौजूद मिट्टी, कुचले हुए पत्थर या एग्रीगेट को उठाकर, उसे ढुलाई वाहन या स्टॉकपाइल पर लोड करने" के लिए।

पहलू हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर बुलडोजर व्हील लोडर
मुख्य क्रिया खुदाई, लोडिंग, ग्रेडिंग मिट्टी धकेलना, समतल करना खोदना, लोड करना, ढोना
चलने का तरीका ट्रैक (घूम सकता है/विपरीत दिशा में मुड़ सकता है) ट्रैक टायर, आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग
ज़मीनी दबाव कम (ट्रैक) कम (ट्रैक, भारी भार के लिए उपयुक्त) अधिक (टायर, सड़क पर चलने के लिए)
चलने की गति धीमी धीमी अपेक्षाकृत तेज़ (साइटों के बीच/एक साइट के भीतर आवागमन)
किसके लिए सबसे उपयुक्त प्राकृतिक ज़मीन, ढलान, खाई खोदना भारी मात्रा में मिट्टी हटाना, समतल करना ढेर की हुई मिट्टी, कुचले हुए पत्थर, बर्फ आदि को लोड करना

व्हील लोडर टायरों का उपयोग इसलिए करता है क्योंकि यह अक्सर सार्वजनिक सड़कों या साइट के भीतर समतल की गई ज़मीन पर स्वयं चलता है, ट्रैक की तुलना में तेज़ होता है, और इसके घिसने वाले पुर्जे बदलना आसान होता है। दूसरी ओर, नरम या खुरदरी ज़मीन पर कर्षण और विपरीत दिशा में मुड़ने की तंग गतिशीलता के मामले में यह ट्रैक वाली मशीनों से कमतर होता है। साइट पर, काम का एक सामान्य विभाजन देखा जाता है जिसमें एक हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर खुदाई करता है और मिट्टी का ढेर लगाया जाता है, और एक व्हील लोडर उसे डंप ट्रक पर लाद देता है।

5. वर्तमान उत्पादों में देखे जाने वाले व्हील लोडरों की श्रेणी

मॉडल इंजन की रेटेड आउटपुट (नेट) बकेट क्षमता अधिकतम ब्रेकआउट बल (बकेट)
कोमात्सु WA40-8 (मिनी व्हील लोडर) 28.4 kW (38.6 PS) 0.5–0.6 m³ 29.4–29.9 kN (3000–3050 kgf)
कोमात्सु WA80 44.3 kW (60.2 PS) 0.9 m³ आधिकारिक स्पेसिफिकेशन शीट देखें

कोमात्सु WA100-8 | 73.1 kW (99.4 PS) | 1.3 m³ | आधिकारिक स्पेसिफिकेशन शीट देखें |

आउटपुट और बकेट क्षमता लगभग समानुपाती हैं, लेकिन चूंकि ब्रेकआउट बल लिंक अनुपात और सिलेंडर बोर से भी प्रभावित होता है, इसलिए एक ही आउटपुट श्रेणी में भी निर्माता और मॉडल के अनुसार रुझान भिन्न होते हैं। मॉडल का चयन करते समय न केवल आउटपुट और बकेट क्षमता, बल्कि आवश्यक लोडिंग ऊंचाई और साइट पर दृश्यता के साथ लिंकेज प्रकार (जेड-बार या पैरेलल-लिंक) को भी ध्यान में रखना आवश्यक है।

6. सारांश

एक व्हील लोडर के प्रदर्शन को केवल इंजन आउटपुट और बकेट क्षमता से नहीं मापा जा सकता। आर्टिकुलेटेड स्टीयरिंग की ज्यामिति, जो तंग गतिशीलता के लिए बॉडी को मोड़ती है, और वह अनुपात जिसके द्वारा लिंकेज सिलेंडर थ्रस्ट को कटिंग एज पर बल में परिवर्तित करता है, वास्तविक कार्यक्षमता निर्धारित करते हैं। जेड-बार और पैरेलल-लिंक प्रकार के बीच चुनाव खुदाई बल और ऊंचाई पर स्थिरता/दृश्यता के बीच एक संतुलन है, और हाइड्रोलिक एक्सकेवेटर और बुलडोजर के साथ भूमिकाओं के विभाजन को समझते हुए एक मॉडल का चयन करना ही समग्र साइट उत्पादकता निर्धारित करता है।

अपनी समझ की जाँच करें
क्या लोडर और एक्सकेवेटर समान परिस्थितियों के लिए उपयुक्त हैं? कार्य?

एक लोडर अपनी बाल्टी के साथ यात्रा करता है; एक एक्सकेवेटर अपनी भुजा से खुदाई करता है। खुदाई की स्थिति, यात्रा दूरी, आधार और चक्र समय की तुलना करें।

संदर्भ

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