Радиус поворота машины: как измерить и можно ли изменить

Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен?

• Главная
• Статьи
• Что такое радиус разворота, каким он бывает, и почему он важен?

Автор:
Алексей Кокорин

При выборе автомобиля обычно смотрят на его ключевые характеристики: размер, объем и мощность двигателя, тип трансмиссии и так далее. Однако в повседневной жизни есть и другие показатели, которые оказываются весьма важными – к примеру, радиус разворота. На что влияет это значение, как его замеряют, и почему важно не запутаться в этом, казалось бы, элементарном понятии?

Что такое радиус разворота?

Как нетрудно догадаться, радиус разворота – это радиус полуокружности, которую описывает автомобиль при развороте с места на 180 градусов при условии, что руль повернут до упора. Правда, как мы убедимся чуть ниже, само словосочетание «радиус разворота» весьма коварное.

На что влияет радиус разворота?

Радиус разворота – показатель, во многом отражающий маневренность автомобиля. Чем он больше, тем больше места требуется автомобилю для совершения полного разворота на 180 градусов – то есть, в условиях, когда ширина дороги известна и ограничена, этот показатель отражает то, сможете ли вы развернуться на ней в один прием, или же придется сдавать назад и быстро крутить рулем на втором (а то и третьем) заходе. Однако очевидно, что сам по себе радиус разворота говорит не только о способности развернуться, но и о том, насколько маневренным является автомобиль: чем меньше это значение, тем удобнее будет управлять машиной в стесненных условиях и легче парковаться.

Как замеряется радиус разворота?

Даже для замера этого элементарного на первый взгляд показателя существует две методики: «от бордюра до бордюра» и «от стены до стены».

Первый отражает радиус полуокружности, которую описывают колеса автомобиля при развороте: то есть, чтобы его замерить, нужно отметить мелом стартовое положение наружного (относительно поворота) колеса, затем вывернуть руль до упора, развернуться на 180 градусов, отметить мелом конечную точку, замерить расстояние между ними и разделить его пополам. Соответственно, эта методика замера отражает, какой должна быть ширина гладкой дороги, чтобы автомобиль смог развернуться, не съехав с нее.

Однако в реальной жизни стоит учитывать тот факт, что у автомобиля есть передний свес – то есть, расстояние от оси передних колес до конца переднего бампера. И если дорога, к примеру, ограничена высокими бордюрами, то развернуться на ней, даже «укладываясь» по показателю от бордюра до бордюра, не выйдет: автомобиль упрется в препятствие выступающим вперед бампером. Для отражения этого «реального» радиуса разворота используют показатель «от стены до стены»: соответственно, чтобы замерить его, нужно закрепить мел на стержне, установленном на наружном (относительно поворота) углу бампера автомобиля, затем выполнить разворот, замерить диаметр получившейся полуокружности и разделить его пополам.

Разумеется, автопроизводители стремятся показать свои автомобили максимально маневренными, так что в брошюрах и списках характеристик практически всегда указывается радиус разворота от бордюра до бордюра, так как он меньше, чем от стены до стены. В реальной жизни, сравнивая машины по показателю маневренности, стоит учитывать не только на эту цифру, но и длину переднего свеса.

В чем часто ошибаются при указании радиуса разворота?

Главная проблема, связанная с радиусом разворота, заключается в том, что само словосочетание «радиус разворота» является скорее разговорным, ведь реальный показатель, отражающий расстояние, необходимое для разворота «от упора до упора» – это диаметр. Соответственно, при перечислении габаритных и технических характеристик автомобиля зачастую указывают именно его, хотя можно встретить и радиус. Но главное при этом – не перепутать эти два показателя. Ведь даже сами производители порой ошибаются: к примеру, в пресс-релизе о новом Land Cruiser Prado в Toyota говорят о том, что он «сохранил удобный диаметр разворота, составляющий всего 5,8 м», что для машины длиной в 4,84 метра выглядит явно невозможным. А вот в брошюре по модели указано, что это «минимальный радиус разворота по колесам», что уже похоже на правду. Чтобы в этом убедиться, можно заглянуть, к примеру, на австралийский официальный сайт, где указан уже не радиус, а диаметр разворота, равный 11,6 метра.

Можно ли изменить радиус разворота автомобиля?

Несложно догадаться, что радиус разворота зависит прежде всего от габаритных размеров автомобиля и угла поворота передних колес. Габариты машины поменять, очевидно, нельзя, а угол поворота колес на гражданских автомобилях ограничен параметрами работы рулевого управления, а на машинах с приводом на переднюю ось еще и рабочими диапазонами шарниров равных угловых скоростей (ШРУС, или «гранат»), которые крайне не любят работать при вывернутых колесах. Поэтому, не углубляясь в теорию, можно ответить так: без вмешательства в конструкцию с потерей гарантии нормальной работоспособности изменить радиус разворота машины нельзя.

Наглядным примером «вмешательства в конструкцию» можно считать автомобили, подготовленные для соревнований по дрифту: у них угол поворота передних колес («выворот») стараются сделать максимальным. Но нужно это уже не для уменьшения радиуса разворота, а для того, чтобы поддерживать как можно больший угол заноса при движении в повороте – то есть, это делается отнюдь не для улучшения показателей «гражданской» эксплуатации.

популярные вопросы

Новые статьи

Статьи / Практика

Вечная молодость: как не дать постареть кузову автомобиля

Те, кто хотя бы раз в жизни покупал новый автомобиль, испытал чувство, которое можно описать расхожей фразой «лишь бы с ласточкой ничего не случилось». Но жизнь так погано устроена, что с ла…

1985

0

4

27. 12.2022

Статьи / Популярные вопросы

Зона действия дорожных знаков: как ее определить

Дорожные знаки хорошо знают практически все водители. Но многие спустя годы после автошколы иногда задаются вопросом: «докуда действует вот тот знак, который я только что проехал?». В голову…

1397

0

1

27.12.2022

Статьи / Авто с пробегом

5 причин покупать и не покупать Kia Cerato III (YD)

Довольно большой, но недорогой седан в России не мог не понравиться покупателям. И Cerato понравился. Автомобили третьего поколения появились в 2013 году, и с каждым годом продажи только рос…

5561

3

1

25. 12.2022

Популярные тест-драйвы

Тест-драйвы / Тест-драйв

Haval Dargo против Mitsubishi Outlander: собака лает, чужестранец идет

В дилерском центре Haval на юге Москвы жизнь кипит: покупатели разглядывают машины, общаются с менеджерами и подписывают какие-то бумаги. Пока я ждал выдачи тестового Dargo, такой же кроссов…

20539

7

205

13.09.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв

Мотор от Mercedes, эмблема от Renault, сборка от Dacia: тест-драйв европейского Logan 1,0

Казалось бы, что нового можно рассказать про Renault Logan второго поколения, известный каждому российскому таксисту, что называется, вдоль и поперёк? Однако конкретно в этом автомобиле есть.. .

16309

10

41

13.08.2022

Тест-драйвы / Тест-драйв

Geely Coolray против Haval Jolion: бесплатный сыр? Если бы!

Хотите купить сегодня  машину с полноценной гарантией, в кредит по адекватной ставке, без диких дилерских накруток? Сейчас это та еще задачка, ведь полноценную цепочку «представительство – з…

13766

26

30

10.08.2022

Радиус поворота – важный параметр для автомобилей

Каждый из нас сталкивался с трудной задачей маневрирования в узком пространстве — например, на парковке торгового центра. Чем длиннее машина, тем сложнее парковаться. Вот почему в городах наиболее полезны автомобили с небольшим радиусом поворота.  Помимо колесной базы, для нее важны и другие факторы.

Что такое радиус поворота автомобиля

Под радиусом поворота автомобиля подразумевается полукруг, который описывает транспортное средство, выполняя маневр. При этом рулевое колесо полностью вывернуто в ту или иную сторону. Знать этот параметр необходимо, чтобы определить, сможет ли машина полностью развернуться на конкретном участке дороги или водителю нужно будет несколько раз переключаться с первой скорости на задний ход.

Причем водитель должен понимать, что малый и большой радиус это разные понятия, и их нужно учитывать. В технической литературе некоторых моделей авто указывается оба эти параметра (цифры пишутся через дробь).

Под малым или минимальным радиусом поворота подразумевается так называемое расстояние от бордюра до бордюра. Это след, который оставляет колесо, описывающее наружную часть полукруга при развороте. По этому параметру можно определить, какой ширины должно быть дорожное полотно с невысокими бордюрами по краям, чтобы автомобиль смог спокойно развернуться.

Большой радиус это полукруг, который описывается уже кузовом машины. Этот параметр также называется радиус от стены до стены. Даже если у разных автомобилей будет одинаковая колесная база (расстояние от передних до задних колес, если мерить от самых удаленных друг от друга частей покрышек), у них может быть разный радиус разворота от стены до стены. Причина в том, что габариты разных машин могут серьезно отличаться.

Каждому водителю лучше ориентироваться на второй параметр, так как при развороте на не огражденной дороге можно выехать колесами и на грунтовку. Но если дорожное полотно имеет ограждение или машина разворачивается между заборами или какими-то постройками, то водителю крайне важно «чувствовать» габариты своего транспорта.

Вот еще один фактор, касающийся положения авто во время маневра или разворота. Когда автомобиль поворачивает, передняя его часть описывает окружность несколько больше по сравнению с задней частью. Поэтому, выезжая из парковки, гаража или на перекресток, необходимо переднюю часть машины немного протягивать вперед, чтобы в определенные размеры вписалась задняя часть. Передок автомобиля всегда более маневренный, и чтобы вместиться в поворот, водителю достаточно определить, до какой степени вывернуть рулевое колесо.

Что влияет на радиус поворота

При повороте на 360 градусов каждая машина «рисует» внешний и внутренний круг. Предполагая, что поворот идет по часовой стрелке, внешний круг описывается шинами на стороне водителя, а внутренний — теми, что справа.

При движении по кругу радиус поворота каждого автомобиля может быть определен индивидуально, будь то фургон или компактный автомобиль. Наименьший радиус поворота эквивалентен наибольшему повороту рулевого колеса, которое допускают оси машины. Это важно при парковке или движении задним ходом.

Как измерить радиус поворота автомобиля

Конечно, знать точные цифры, касающиеся радиуса, а если быть точнее, то диаметра, разворота машины, этого недостаточно. Водитель не будет бегать по дороге с рулеткой, чтобы определить, можно ли ему выполнить здесь разворот или нет. Чтобы определять это максимально быстро, нужно привыкнуть к габаритам своего транспортного средства.

Измеряется радиус разворота двумя способами. Для начала выбирается пустая площадка, на которой достаточно места, чтобы автомобиль выполнил полный разворот на первой передаче на 360 градусов. Далее нужно обзавестись конусами или бутылками с водой, мелом и рулеткой.

Вначале измеряем, какое расстояние необходимо машине, чтобы при развороте на дороге поместились передние колеса. Для этого останавливаем авто, рулевые колеса находятся в прямолинейном направлении. С наружной стороны колеса, которое будет описывать внешнюю окружность, на асфальте наносится отметка. На месте выворачиваются колеса в сторону разворота, и автомобиль начинает движение, пока наружное рулевое колесо не окажется на стороне, противоположной от отметки. Ставится на асфальте вторая отметка. Полученное расстояние – радиус разворота от бордюра к бордюру. Точнее, это будет диаметр. Радиус – это половинное значение этой величины. Но когда в руководстве к автомобилю указываются эти данные, в основном подается именно диаметр.

Похожие измерения выполняются по принципу «от стены до стены». Для этого ставится машина ровно. На асфальте делается отметка на уровне крайней угловой части бампера, которая будет описывать внешний круг. В стоящем автомобиле полностью выворачиваются колеса, и авто разворачивается, пока внешний угол бампера не окажется на противоположной стороне от отметки (180 градусов). Ставится отметка на асфальте, и измеряется расстояние между метками. Это будет большой радиус разворота.

Так выполняются технические измерения. Но, как мы уже обратили внимание, водителю не удастся постоянно бегать по дороге, чтобы определить, сможет он развернуть свое авто или нет. Поэтому сами по себе полученные цифры ни о чем не говорят. Чтобы водитель мог визуально определять возможность разворота, ориентируясь на габариты транспорта, ему нужно к ним привыкнуть.

Для этого и нужны конусы, бутылки с водой или любые другие вертикальные переносные ограничители. У стены лучше этого не делать, чтобы не повредить кузов машины. Принцип тот же: у наружной части бампера ставится ограничитель, машина разворачивается на 180 градусов, и ставится второй ограничитель. Далее водитель может повторить разворот в тех же границах, не выходя из автомобиля, чтобы переставить конусы. По этому принципу проходит обучение навыкам парковки и маневрирования в автошколах.

Влияет ли изменение угла кастора на радиус поворота автомобиля

Вначале коротко разберемся с тем, что такое кастер (или кастор) в автомобиле. Это угол между условной вертикальной линией и осью, относительно которой поворачивается колесо. В большинстве автомобилей колеса поворачиваются не по вертикально направленной оси, а с небольшим смещением.

Визуально этот параметр практически незаметен, ведь максимум он отличается от идеальной вертикали всего на десять градусов. Если эта величина будет больше, то инженерам нужно проектировать совершенно другую подвеску автомобиля. Чтобы легче было понять, что такое кастер, достаточно взглянуть на вилку велосипеда или мотоцикла.

Чем сильнее видно ее наклон относительно условной вертикальной линии, тем выше показатель кастора. Максимальный этот параметр у мотоциклов типа чоппер, изготовленных по индивидуальному заказу. В таких моделях очень длинная передняя вилка, благодаря чему переднее колесо сильно вынесено вперед. У таких мотоциклов впечатляющий дизайн, но при этом и внушительный радиус разворота.

Стрелкой указано направление движения автомобиля. Слева положительный кастер, по центру — нулевой, справа — отрицательный.

Вполне логично, что угол кастора относительно вертикали может быть нулевым, положительным или отрицательным. В первом случае направление стойки имеет идеально вертикальное положение. Во втором случае верхняя часть стойки находится ближе к салону авто, а ось колеса – немного дальше (поворотная ось, если ее визуально продлить до пересечения с дорогой, будет находиться перед контактным пятном колеса). В третьем случае поворотное колесо находится немного ближе к салону, чем верхняя часть стойки. При таком касторе поворотная ось (при условном продлении до пересечения с дорожным покрытием) будет за контактным пятном колеса с дорогой.

Практически во всех гражданских автомобилях кастер имеет положительный угол. Благодаря этому поворотные колеса в процессе движения автомобиля способны самостоятельно возвращаться в прямолинейное положение, когда водитель отпускает руль. Это основное значение кастора.

Второе значение данного наклона заключается в том, чтобы развал поворотных колес менялся, когда машина входит в поворот. Когда в транспортном средстве кастер положительный, то развал при выполнении маневра меняется в отрицательную сторону. Благодаря этому контактное пятно и положение колес правильное с точки зрения геометрии, что благоприятно сказывается на управляемости автомобиля.

Теперь что касается того, влияет ли угол кастора на радиус разворота. От любого параметра, который используется в рулевом управлении, зависит поведение автомобиля на дороге, а если быть точнее, то его маневренность.

Если немного изменить наклон стойки относительно вертикали, конечно, это повлияет на радиус разворота авто. Но это будет настолько несущественная разница, что водитель ее даже не заметит.

Гораздо большее значение для разворота машины имеет ограничение поворота каждого поворотного колеса, чем величина кастера. Например, изменение угла поворота колеса только на один градус почти в пять раз сильнее влияет на поворот авто по сравнению с тем же изменением угла наклона стойки относительно идеальной вертикали.

В некоторых тюнингованных машинах угол поворота колес может достигать 90 градусов.

Чтобы кастер существенно уменьшил радиус разворота транспортного средства, он должен быть настолько отрицательным, что передние колеса будут находиться почти под креслом водителя. А это повлечет за собой серьезные последствия, в том числе и приличное ухудшение плавности движения авто и стабильности при торможении (авто будет намного сильнее «клевать» передком). К тому же нужно будет вносить серьезные изменения в подвеску авто.

Преимущества авто с небольшим радиусом поворота

Радиус поворота можно определить, можно рассчитать по формуле D = 2 * L / sin. D в этом случае — диаметр круга, L — колесная база, а — угол поворота шин.

Автомобили с небольшим радиусом поворота легче маневрируют, чем габаритные автомобили. Это особенно актуально при движении в стесненных условиях, например в городе. С меньшим радиусом, парковка легче, а также вождение в труднодоступных местах, таких как бездорожье.

Производители предоставляют информацию о так называемом радиусе поворота для своих автомобилей. Это в среднем от 10 до 12 метров на дороге. Радиус сильно зависит от колесной базы.

Ограничения для машин с большим радиусом

В некоторых европейских странах, например, в Германии, согласно закону автомобили должны иметь радиус поворота не более 12,5 метров. В противном случае они не будут зарегистрированы. Причиной этого требования являются повороты и перекрестки с круговым движением, которые автомобили должны проезжать, не задевая бордюры.

В других странах нет жестких ограничений по данному параметру. В правилах дорожного движения разных регионов может лишь указываться правило, как проезжать в узком повороте на габаритном транспорте. Например, одно из правил гласит:

«Поворот может начинаться с другой части полосы движения (если радиус поворота автомобиля намного больше ширины самой дороги), но водитель поворачивающего транспортного средства обязан проезжать мимо проезжающих автомобилей справа от них».

Различные требования предъявляются к грузовым автомобилям, автобусам и другой тяжелой технике. Их значения более 12 метров. Чтобы пересечь узкие дороги, часто приходится выезжать на полосу встречного движения, чтобы колеса задней оси правильно вошли в поворот, и не выезжали на тротуар.

В завершение обзора предлагаем небольшое пояснение, по какой траектории правильно выполнять разворот на перекрестках:

Когда делать разворот по большой траектории, а когда по маленькой?

Смотрите это видео на YouTube

Вопросы и ответы:

Как измерить радиус поворота дороги. Обычно в технической литературе указывается диаметр разворота автомобиля, потому что при развороте машина описывает целую окружность. А вот что касается поворота, то это будет радиус, так как поворот описывает лишь часть окружности. Существует метод измерения от бордюра к бордюру или от стены к стене. В первом случае определяется расстояние, необходимое для того, чтобы все колеса транспортного средства остались на дороге. Во втором случае определяется, достаточно ли габаритов машины, чтобы поместиться при развороте на территории, огражденной забором.

Как измерить радиус поворота автомобиля на парковке. Чтобы измерить расстояние от бордюра к бордюру, на асфальте рисуется отметка, на которой находится наружная часть колеса, которое будет описывать наружный радиус. После этого колеса выворачиваются до упора, и машина поворачивается на 180 градусов. После поворота на асфальт наносится еще одна отметка со стороны того же колеса. Эта цифра будет указывать минимальную ширину дороги, на которой авто спокойно развернется. Радиус – половина этого расстояния, но автомобилисты привыкли называть диаметр разворота именно радиусом. Второй способ (от стены к стене) учитывает еще и передний свес транспорта (это расстояние от передней части колеса до наружной части бампера). В этом случае палка с мелом крепится на наружной части бампера, и автомобиль поворачивает на 180 градусов. В отличие от предыдущего параметра, данная величина на том же автомобиле будет несколько больше, так как добавляется расстояние от колеса до наружной части бампера.

Минимальный радиус поворота проезда. Для легкового автомобиля минимальный радиус разворота составляет от 4.35 до 6.3 метра.

Главная » Статьи » Радиус поворота – важный параметр для автомобилей

Минимальный радиус поворота оборудования.

• Дом/
• Радиус поворота

• Сельскохозяйственная техника

• Строительные машины

• Подъем и обработка грузов

• Горнодобывающая промышленность

• Дорожно-строительная техника

• Транспортировка

Сельскохозяйственная техника

• Полноприводный трактор
• Трактор общего назначения

• Разбрызгиватель
• Трактор с механическим передним приводом

• Двухколесный трактор

Строительные машины

• Навесное оборудование
• Грейдер

• Экскаватор-погрузчик
• Грузовик повышенной проходимости

• Погрузчик с бортовым поворотом
• Колесный погрузчик

Подъем и обработка грузов

• Подъемник с шарнирно-сочлененной стрелой

• Автопогрузчик

• Ножничная платформа

• Телескопический вилочный погрузчик

Горнодобывающая промышленность

• Колесный погрузчик

Дорожно-строительная техника

• Вибрационный каток с гладкими барабанами

• Статический гладкий валец

Транспортировка

• Тяжелый тягач

• Самосвал

Искусство рытья ямы

Туннелепроходческие машины (ТБМ) могут стать лучшим электроинструментом. Они чудовищны, весят миллионы фунтов и прилагают усилия, измеряемые тысячами тонн, и они могут прорываться сквозь самые твердые породы на земле. Кроме того, большинство из них поставляются со всей железной дорогой и поездом в качестве вспомогательного оборудования. Чего еще желать властолюбивым разнорабочим?

В некоторых случаях, таких как туннель под Ла-Маншем, машины настолько велики и построены с такими уникальными характеристиками, что после завершения работы их лишают пригодного для использования оборудования и бросают под землю. Компании также модернизируют и перепродают некоторые ТБМ, обычно это машины стандартного размера диаметром от 6,5 до 13 футов. Но для большинства проектов ТБМ изготавливаются по индивидуальному заказу. Как сказал один производитель ТБМ: «Каждая наша машина — это прототип». Одним из наиболее важных критериев при проектировании машины является определение того, через что она будет копаться.

В крепких породах
ТБМ в твердых породах проще, чем те, что предназначены для мягкого грунта, потому что однажды прорытый туннель поддерживает сам себя. Нет необходимости в футеровке, чтобы предотвратить обрушение туннеля, а ТБМ может отталкиваться от стен, создавая прямое давление. Конечно, есть ограничения. Породы с прочностью на сжатие более 30 000 фунтов на квадратный дюйм, такие как плотные кварциты с прочностью до 60 000 фунтов на квадратный дюйм, по-прежнему более экономичны для бурения и взрывных работ, чем для выемки грунта с помощью ТБМ.

В передней части ТБМ находится режущая головка, представляющая собой вращающийся барабан с свободно вращающимися режущими дисками, установленными на плоской поверхности. Режущие диски, изобретение компании The Robbins Co., Солон, Огайо, имеют насадку или обод из карбида вольфрама, который окружает колесо из закаленной инструментальной стали. Диски расположены на расстоянии около 3 дюймов друг от друга и расположены по схеме, покрывающей поверхность туннеля. Колеса вращаются за счет трения, когда режущая головка вращается, а гидравлические цилиндры толкают сзади. Эта тяга зависит от количества и размера режущих дисков.

По словам Джона Тернера, главного инженера Robbins, тяга, которую ТБМ может приложить к диску, зависит от квадрата его диаметра. «И хотя когда-то самые большие диски были только 12-дюймовыми, сейчас мы используем в основном 17- и 19-дюймовые диски». диски рассчитаны на 60 000 фунтов каждый, а 19-дюймовые. диски могут выдерживать 70 000 фунтов. «Но отдельные фрезы могут выдерживать импульсные нагрузки, в 10 раз превышающие их номинальные значения», — отмечает Тернер.

«Не совсем понятно, как на самом деле работают диски, — добавляет Тернер. «Мы думаем, что диски раскалывают камень при вращении, как стеклорез забивает стекло. Диски создают круглые зоны дробления. Трещины распространяются от одной зоны дробления к другой, а затем выпадает стружка. Таким образом, машины фактически дробят от 20 до 30 раз. % рока, а фишки приходят бесплатно».

Скорость дисков, измеряемая по окружной скорости, с годами увеличилась по мере совершенствования подшипников. Когда-то скорость была ограничена 300 футами в минуту, но теперь диски движутся до 650 футов в минуту. Для режущей головки длиной 11,5 футов скорость 650 футов/мин соответствует 18 об/мин, а с дисками, проникающими со скоростью от 0,125 до 0,5 дюйма/об, ТБМ может прокладывать тоннель со скоростью от 11 до 45 футов/час.

Диски проверяются ежедневно и меняются каждые 500 000–1 500 000 футов катания, в зависимости от твердости и абразивности породы. Изношенные фрезы заменяют кольцеобразными битами. У современных туннелепроходцев есть место за режущей головкой, что позволяет выполнять техническое обслуживание и замену резцов, пока ТБМ все еще находится у забоя туннеля.

Регулируемые экраны на передней части режущей головки определяют, сколько вынутой породы, обычно называемой навозом, проходит за головкой. Винтовой конвейер или скребковые лезвия внутри режущей головки поднимают навоз на конвейер, который проходит через главный подшипник. Лента выводит навоз из туннеля или переносит его в железнодорожный вагон.

В простейших машинах для твердых пород используется Келли, вертикальная балка, которая выдвигается и прижимается к потолку и полу туннеля для закрепления ТБМ. Главная балка станка, которая удерживает режущую головку и главный подшипник, проходит через Келли и использует ее в качестве опоры. Упорные цилиндры балки отталкиваются от Келли и прижимают режущую головку к скале. Может быть до 10 цилиндров тяги с ходом от 4 до 25 футов. Когда цилиндры тяги достигают полного выдвижения, Келли перемещается, и процесс повторяется — ход, сброс, ход, сброс — перемещение до 0,6 мили в месяц. .

ТБМ на базе Келли позволяют режущей головке двигаться только вперед и назад. Машины не могут управляться во время работы. Поэтому, если кто-то наткнется на особенно твердую скалу с левой стороны забоя туннеля, головка и остальная часть ТБМ захотят согнуться, но не смогут. Это создает огромные изгибающие нагрузки на конструкцию, которые стремятся разрушить ТБМ.

Роббинс усовершенствовал подход Келли и поместил захваты непосредственно на главную балку. «Мы устанавливаем захваты на цапфах, чтобы обеспечить шесть степеней свободы между машиной и захватами», — говорит Тернер. «Он полностью плавающий, поэтому оператор может поворачивать ТБМ вверх, вниз, влево, вправо и катить во время бурения». Захваты выталкивают наружу с усилием, в 2,4–2,8 раза превышающим общее усилие, прикладываемое к главной балке. (Общая приложенная тяга рассчитывается путем умножения количества режущих дисков на тягу, которую может выдержать каждый, затем добавляется вес машины, плюс коэффициент трения для учета контакта между ТБМ и стенками туннеля и дополнительный коэффициент безопасности.)

«По сравнению с машиной Келли пути загрузки с плавающими захватами более эффективны, но их работа требует больше навыков оператора», — добавляет Тернер.

Существуют тоннели из твердой породы, требующие облицовки, например, для пригородных поездов или автомагистралей. Никто не хочет рисковать тем, что случайный камень упадет на гусеницы или через лобовое стекло. Для таких работ некоторые компании строят ТБМ с одинарным экраном. На них цилиндрическое металлическое покрытие или экран окружает оборудование за режущей головкой. За щитом по периметру туннеля система перегонки бережно закрепляет сборные железобетонные или стальные футеровки. Упорные домкраты на задней кромке щита отталкивают последнее кольцо вкладыша, чтобы вдавить режущую головку в почву. Проблема с этой установкой заключается в том, что она использует вкладыши для тяги, а это означает, что вы не можете рассверливать во время установки вкладышей, а это приводит к пустой трате времени.

«Это привело к созданию ТБМ с двойным экраном», — говорит Тернер. «У этих ТБМ есть второй щит прямо за режущей головкой. Этот второй щит имеет захваты или упорное кольцо, которые доходят до стенок туннеля, поэтому он не зависит от облицовки для упора, поэтому бригады могут устанавливать сегменты во время бурения».

Эти длинные экранированные ТБМ облегчают управление за счет установки сочленений между щитами и, в некоторых случаях, на дополнительной хвостовой части. Они позволяют щитам перемещаться от 2 до 3 и уменьшают вероятность того, что ТБМ «сцепится с железом», состояние, при котором щит цепляется за футеровку, когда оператор меняет курс. Металлические ТБМ застревают в ловушке и не могут двигаться вперед или назад, что дает строительным бригадам несколько альтернатив, ни одна из которых недорогая или быстрая.

TBM могут совершать повороты, но они не совсем шпильки. Аккуратно прикладывая большее давление к одной стороне режущей головки, машины могут изменять курс примерно на 0,125 дюйма/фут. «Типичный радиус поворота составляет от 300 до 400 футов», — говорит Тернер. «Но мы строим специальные ТБМ, если работа требует более крутых поворотов. Самый узкий радиус, который мы когда-либо выкапывали, был 90 поворотов на 75 футах на золотом руднике в Южной Африке. … Его туннель постоянно поворачивается с постоянно меняющейся скоростью. К счастью, это большой эллипс диаметром семь миль».

В мягком грунте
«В твердых породах трудность заключается в выемке материала в забое. Стены являются самонесущими. Однако в мягком грунте трудность заключается не в выемке забоя, а в поддержке туннеля, — говорит Марко Джорелли, менеджер по продукции компании Lovat в Этобико, Канада. Lovat специализируется на ТБМ с мягким и смешанным забоем, но производит машины для всех типов грунтов, включая твердые породы.

Как и машины для твердых пород, ТБМ для мягкого грунта используют вращающуюся режущую головку, но для нее требуется гораздо меньшая тяга вперед и не используются режущие диски. Вместо этого на голове есть рыхлители и лопаточные зубы. Рыхлители проникают в почву и выкапывают ее, а зубья лопаты собирают и перемещают ее.

Но ТБМ с мягким грунтом должны поддерживать забой туннеля, а также кровлю и стены туннеля до тех пор, пока бригада не сможет установить сегменты футеровки, удерживающие окружающий грунт. Без этой постоянной поддержки TBM может создать «чрезмерную выемку грунта», ситуацию, при которой выкапывается слишком много земли или породы. «Я видел, как при раскопках открывались пещеры высотой 300 метров над ТБМ, и вся эта грязь попадала прямо на машину», — говорит Тернер. «И обвал может выйти на поверхность, что является настоящей катастрофой. Фермеры раздражаются, когда их коровники исчезают».

«Раскопки могут быть особенно вредными в городах», — отмечает Джорелли. «Они ведут к поселению, а чтобы повредить здания, не нужно много времени для оседания».

Компания Lovat использует навозную жижу в качестве жидкости под давлением в полунапорном режиме для удержания забоев в некоторых тоннелях с мягким грунтом. Грязь проталкивается в камеру за режущей головкой, где она собирается и создает давление, поддерживающее забой. Отводное кольцо удерживает навоз на месте до тех пор, пока дверца, сбрасывающая давление заслонка, не будет периодически открываться, чтобы сбрасывать навоз на конвейер.

Если для забоя туннеля требуется дополнительная поддержка, используются ТБМ с балансировкой давления грунта (EPB). Они используют навозную жижу под давлением вместе с силой режущей головки. Винтовой конвейер удаляет грязь, не допуская падения давления внутри головки. Если оператор прикладывает слишком много усилий к головке, грязь собирается и выталкивается вверх, к поверхности, создавая вздутие. Надавите слишком мало, и поверхность осядет. Оператор контролирует продвижение вперед и давление на почву, чтобы определить правильный уровень усилия.

Альтернативой EPB, заимствованной из буровой промышленности, является перекачивание пульпы перед режущей головкой и позади нее для поддержки. Шлам обычно содержит бентонит, тиксотропный материал, т. е. материал, который течет под давлением, но затвердевает, когда стоит на месте.

По словам Тернера, некоторые проекты должны проходить через «продавливание грунта», при котором туннель сжимается до 300 тонн на квадратный метр.

Хитрость, по его словам, заключается в том, чтобы продолжать двигаться и не позволять земле заманить машину в ловушку. Чтобы помочь, компании создают режущие головки, которые механически расширяются, чтобы просверливать туннели, немного превышающие размер ствола ТБМ. Режущие головки также спроектированы так, что режущие диски расположены ближе друг к другу по внешнему краю и направлены наружу, чтобы сделать отверстие больше, чем TBM.

«Как видите, полезно знать, по какой земле вы проходите», — говорит Тернер. «Если машина для твердых пород натыкается на мягкую почву, она застревает, потому что не может оттолкнуться от стен туннеля, если за ней также не возводится подходящая крепь. Бригаде придется копать ТБМ и использовать раствор и цемент для наращивания стены до тех пор, пока они не смогут выдержать давление. В противном случае этот ТБМ никуда не денется». Чтобы еще раз проиллюстрировать ценность знания того, что вам предстоит копать, он рассказывает о печально известном ирригационном туннеле в Якамбе, Венесуэла. «Они начали работу над ним 25 лет назад и столкнулись с трудностями. Насколько мне известно, они отказались от проекта».

Выбор источника энергии
Некоторые компании, такие как Lovat, используют гидравлику для привода ТБМ. «У них высокий крутящий момент на низких скоростях, а это как раз то, что нам нужно для проходки туннелей в мягком грунте», — говорит Джорелли. «В некоторых случаях гидравлика также снижает риск проблем с электричеством во влажной среде под землей».

Опыт инженеров Robbins связан с электроприводами. Они обнаружили, что управление с переменной частотой с широтно-импульсной модуляцией позволяет электрическим приводам вести себя так же, как гидравлические. «Мы обычно используем трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором, соединенные муфтой с коробкой передач 30:1. Муфта предотвращает повторяющиеся запуски и остановки двигателей и позволяет запускать их по очереди», — говорит Тернер. «Мы можем установить дюжину двигателей мощностью 315 кВт на режущую головку ТБМ. Одновременный ввод их всех в эксплуатацию создает огромную нагрузку и действительно привлекает внимание вашей электрической компании. А двигатели, управляемые ПЛК, изготовлены в соответствии со стандартами, которые предотвращают утечку и обеспечить защиту от замыкания на землю, поэтому безопасность не является большой проблемой. С другой стороны, гидравлика занимает много места, она неэффективна и может загрязнить площадку».

Одним из последних достижений в области проходки туннелей в мягком грунте является подготовка грунта. По словам Джорелли из Lovat, строительные бригады вводят мыльную пену или полимеры с длинной цепью, чтобы пластифицировать песок и другие рыхлые грунты, заставляя их вести себя как глина. Они также впрыскивают воду в глину, чтобы сделать ее более управляемой. И если бригады подозревают, что впереди находится подземное озеро или ручей, они проверяют это с помощью передовых буровых установок. Если они обнаруживают слишком много воды, они закачивают раствор и бетон в участок, чтобы построить землю и сделать ее водонепроницаемой, а затем прокладывают через нее туннель.

Обеспечение безопасности
Когда проекты требуют прокладки наклонных туннелей, бригады предпочитают начинать бурение снизу и подниматься вверх. Он предотвращает скопление воды в буровой части туннеля и облегчает перемещение грузов вниз по склону системой перемещения грунта. Конечно, ТБМ требуется больше сцепления и тяги для противодействия гравитации, а также прочные ограничители, чтобы гарантировать, что ТБМ не выскользнет из туннеля.

«Четырехпроцентный уклон является пределом для большинства стандартных ТБМ из-за пределов тяги поездов», — говорит Джорелли. «Но мы сделали машины для гораздо более крутых туннелей. Мы построили водовод для подачи воды на гидроэлектростанцию ​​в Сионе в Швейцарии. Он имеет наклон 35°. около 100 футов в день, если бурить горизонтально».

Доводя ТБМ до предела по вертикали, одна компания работала с правительством во время холодной войны над созданием машины, которая могла бы бурить

прямо вверх. План состоял в том, чтобы машины стояли на шахте, готовые к бурению на поверхность. Тогда, в случае войны, ТБМ прорывались на поверхность, а шахта служила ракетной шахтой, которую нельзя было разрушить до пуска своей ракеты.

Другие функции безопасности на ТБМ включают детекторы газа, которые выявляют опасные газы, такие как метан. Если газ обнаружен, в туннель закачивается больше воздуха, чтобы разбавить его. Имеются также системы пожаротушения электрических шкафов и гидравлических резервуаров. Гидравлический резервуар также имеет аккумулятор азота, который поддерживает давление в системе в случае, если гидравлическая система не заблокирует двери и конвейеры.

Для проходки тоннелей метро диаметром 18,8 фута в Казани, Россия, была построена ТБМ с мягким грунтом и компенсацией давления грунта от Ловат. Он использует 31-футовый винтовой конвейер для перемещения грязи от режущей головки к конвейеру и может использовать бентонит или пену для обработки почвы перед ТБМ. 409-тонная машина имеет длину 230 футов и общую тягу 4400 тонн. Облицовка, которую он возводит, состоит из семи частей и замкового камня, каждая длиной около 3 футов и толщиной 0,75 фута.