Využitie mobilných pracovných strojov v praxi a kritéria ich výberu

• Foto

Zemné stroje sú určené na rozpojovanie zemín (ťažbu), ich manipuláciu – nakladanie, prepravu na krátke vzdialenosti a prípadne ich rozprestieranie a zhutňovanie. Pri veľkom rozsahu prác sú obyčajne nasadzované v zostavách strojov, pričom stroje na ťažbu určujú technológiu a organizáciu práce a ich výkonu by mali byť kapacitne prispôsobené následné nakladacie, dopravné, rozprestieracie, prípadne zhutňovacie stroje. Rozdelenie do veľkostných tried je objektivizované každým výrobcom, ktorí potom nezávisle na sebe ponúkajú ucelené stavebné, alebo veľkostné rady pokrývajúce spektrum mikro, mini, malých, stredných, veľkých a v niektorých prípadoch aj tzv. XL veľkostí. Súčasný vývoj v oblasti mobilných pracovných strojov je charakterizovaný zvyšovaním výkonnosti strojov, využívaním nových pracovných princípov, modulárnosťou konštrukcií, využívaním systémov riadenia stroja, ich monitorovania, ergonómiou riešení a tiež zvyšovaním kvality, životnosti a bezpečnosti.

Medzi základné skupiny zemných strojov patria:

• stroje na ťažbu: rýpadlá, dozéry, rýpadlo-nakladače, scrapery, rozrývače, zemné frézy;
• stroje na manipuláciu a dopravu: nakladače, manipulátory;
• zhutňovacie stroje (niektoré sú technologicky prítomné vo viacerých skupinách strojov).

Kritérií rozdelenia týchto strojov je niekoľko. Napríklad podľa spôsobu práce ich rozdeľujeme na stroje pracujúce nepretržito a na stroje pracujúce cyklicky. Podľa pohybu pri práci ich delíme na stroje pracujúce pojazdom: nakladače, manipulátory, dozéry, rozrývače a na stroje, ktoré pri práci stoja: rýpadlá. Podľa druhu podvozku sa stretávame so  strojmi pásovými s dvomi, alebo viacerými pásmi, s kráčajúcim podvozkom, s kolesovým podvozkom (s oceľovými, alebo pneumatikovými kolesami), s koľajovým podvozkom, s automobilovým podvozkom, s podvozkom kombinovaným či inými napríklad plávajúcimi rýpadlami.

Podľa druhu pohonu pojazdu stroje rozdeľujeme na:

• mechanickým pojazdom;
• s hydrostatickým pojazdom (s centrálnym hydromotorom, hydromotormi v nápravách, hydrokolesami);
• s hydrostatickým pojazdom s mechanickým premostením;
• s hydrodynamickým pojazdom.

Vo všeobecnosti možno konštatovať, že v používateľskej praxi sa najčastejšie pri nasadení využívajú rýpadlá, nakladače, rýpadlo- nakladače a manipulátory, menej časté sú pracovné technológie, ktoré realizujú dozéry, scrapery, gradery, zemné frézy a zhutňovacie stroje. Z hľadiska využitia v železničnom staviteľstve možno označiť za preferovanú práve skupinu rýpadiel, nakladačov, rýpadlo-nakladačov a manipulátorov.

RÝPADLÁ
Sú cyklicky pracujúce mobilné stroje, ktoré počas pracovného cyklu svojím pracovným orgánom (výškovou, alebo hĺbkovou lyžicou) v tvare otvorenej nádoby s reznou hranou zeminu rozpojujú, naberajú a prostredníctvom pracovného zariadenia a otočnej nadstavby manipulujú na následný dopravný prostriedok, alebo zeminu v rámci svojho pracovného dosahu len premiestňujú. Počas pracovného cyklu stroj stojí, pohybuje sa len pri premiestňovaní na nové pracovné stanovisko.

V kategórii stredných veľkostí sa tieto stroje zväčša vyhotovujú ako univerzálne, základnú lyžicu možno vymeniť za iné špeciálny typy (skalná, drenážna, triediaca, roštová, profilová a pod.), alebo možno použiť rôzny sortiment prídavných pracovných zariadení, ktoré umožňujú realizáciu iných pracovných technológií (drapák, manipulačné vidly, hydraulické rozrušovacie kladivo a pod.). Rýpadlá s väčším objemom nástroja sú konštruované ako jednoúčelové, po opotrebení sa pracovný nástroj vymení za nový. Základné stavebné časti rýpadla sú podvozok, horná otočná nadstavba a pracovné zariadenie. Konštrukcia podvozku umožňuje spoľahlivú prevádzku stroja v určených pracovných podmienkach., manévrovateľnosť a stabilitu. Rýpadlo možno pri nasadení použiť len za podmienok a v zeminách, ktoré stanovuje výrobca. V teréne často pracujú v stiesnených podmienkach, prekonávajú rôzne stúpania a často sa pohybujú v teréne s priečnym sklonom, čo viedlo k vývoju špeciálnych konštrukcií týchto strojov (kráčajúce, automobilové, s duálnym podvozkom a pod.)

NAKLADAČE
Majú nezastupiteľné miesto v oblasti manipulácie s voľne uloženými sypkými materiálmi, alebo kusovými, či paletizovanými bremenami. Nakladače svojim pracovným nástrojom v tvare otvorenej nádoby – lopaty materiál naberajú, manipulujú, premiestňujú na kratšie vzdialenosti, resp. nakladajú do následných transportných prostriedkov. Základný pracovný nástroj – lopatu možno spravidla vymieňať za iné druhy určené pre špeciálne materiály, alebo pracovné technológie, alebo ju vymieňať za iný druh nástroja (manipulačné vidly, drapák, zdvíhací hák, kliešte na sudy a podobne) umožňujúci realizáciu iných pracovných technológií, čo umožňuje lepšie využitie nosiča a radí ho potom do kategórie univerzálnych pracovných strojov. Pre používateľa z hľadiska praktického využitia týchto pracovných strojov sú dominujúce hlavne druhy a rozsah realizovaných pracovných technológií. Tieto definujú potom konkrétny typ nakladača, resp. jeho veľkosť tak, aby spĺňal tieto požiadavky.

Vo všeobecnosti možno rozdeliť nakladače na pásové a kolesové. Pásové nakladače sa v minulosti používali len v špeciálnych prípadoch, dnes však nachádzajú širšie uplatnenie hlavne v oblasti nakladačov riadených preklzom kolies. Z hľadiska základnej koncepcie rozdeľujeme nakladače na tri základné skupiny: čelné, kĺbové a otočné. Čelné nakladače sú ovládané riadením kolies zadnej (menej zaťaženej nápravy), alebo tzv. preklzom kolies. Pracovný nástroj je privádzaný „do záberu“ manévrovaním celého stroja. Zlepšenie manévrovacích vlastností možno dosiahnuť použitím otočných nakladačov, ktoré majú pracovné zariadenie umiestnené na kozlíku otočnom v rozsahu ±90º. Konštrukcie týchto nakladačov sú však zložitejšie, ale stroje dosahujú vyššie hodinové výkonnosti z dôvodu skrátenia pracovných cyklov. Kĺbové nakladače sú charakteristické kĺbovým spojením predného a zadného rámu umožňujúcim ich vzájomné natočenie o cca ±40º vzhľadom na zvislú os prostredníctvom hydraulických valcov ovládaných servoriadením.
Táto koncepcia umožňuje nosičom náradia pomerne dobrú manévrovateľnosť na minimálnom priestore. Za základné časti nakladačov možno označiť nosič pracovného zariadenia (rám, predná a zadná náprava, motor s príslušenstvom, pohon, hydraulická sústava, riadenie, ovládacie a kontrolné systémy, a pod.) a pracovné zariadenie, ktoré môže byť s lomeným výložníkom (jeho súčasťou je kinematický mechanizmus ovládania nástroja a nástroj), alebo v niektorých prípadoch s teleskopickým výložníkom (najčastejšie dvojdielny skladajúci sa z pevnej a výsuvnej časti, mechanizmu ovládania nástroja a nástroja).

MANIPULÁTORY
Práve koncepcie nakladačov využívajúcich teleskopický výložník sa prispôsobili manipulačným operáciám s paletizačnými vidlami a vznikla tak samostatná skupina tkz. manipulátorov, ktoré sa niektorými konštrukčnými znakmi a prevádzkovými vlastnosťami líšia od skupiny nakladačov. Sú prevažne konštruované ako terénne stroje umožňujúce prácu na nerovných a nespevnených podložiach. Pozostávajú z nosiča a teleskopického pracovného zariademnia s nominálnou nosnosťou prevažne v rozsahu 2,5 až 6 t. Pracovné zariadenie pozostáva z dvojdielneho alebo viacdielneho teleskopického výložníka (pre väčšie dosahy), kinematiky ovládania nástroja a pracovného nástroja – manipulačných vidiel s rýchloupínačom. Z dôvodu väčšieho využitia nosiča sa používa široký sortiment prídavných pracovných zariadení (lopata, žeriavové zariadenie, montážna plošina, kliešte na guľatinu a pod.).

RÝPADLO-NAKLADAČE
Predstavujú skupinu univerzálnych pracovných strojov, ktorá v sebe účelne integruje vlastnosti rýpadiel a nakladačov. Ich použitie je vhodné tam, kde sa realizujú zemné práce menšieho a stredného rozsahu so zameraním na rozpojovanie, manipuláciu a úpravu terénu. Nosič náradia je tzv. traktorového typu s pevným alebo kĺbovým rámom. V prednej časti stroja je inštalované nakladacie zariadenie a v zadnej časti otočne uchytené podkopové rýpacie zariadenie. Stroj môže pracovať v režime nakladača alebo rýpadla. Z hľadiska pohonu nesú tieto stroje znaky nakladačov, veľmi častá je koncepcia pohonu a riadenia všetkých kolies.

ZÁVER
Z hľadiska používateľov mobilných pracovných strojov v procese ich zaobstarávania a nákupu je dôležité, aby stroj vhodne zapadol do zostavy strojov používateľa, tak aby bol časovo a výkonovo efektívne využitý vzhľadom na ostatné disponibilné technologické, skladovacie alebo transportné zariadenia. Splnenie týchto podmienok je možné analyzovať a v praxi podložiť technickými výpočtami. Jednotlivé typy rodukovaných mobilných strojov sa líšia konštrukčným riešením podvozkových častí nosiča a pracovného zariadenia. Za základné technické parametre, ktoré sú dôležité pre správne rozhodnutie používateľa v procese zaobstarávania nových strojov, považujeme:

• výkon motora (tiež typ) [kW]
• maximálnu a nominálnu nosnosť [kg]
• prevádzkovú hmotnosť [kg, t]
• reznú, trhaciu a zdvíhaciu silu [N]
• objem pracovného nástroja [m3, l]
• pracovné časy (zdvíhania, spúšťania priklápania nástroja) [s]
• pracovné dosahy [m]
• rázvor [m]
• rozchod [m]
• minimálny polomer zatáčania [m]
• hlavné rozmery stroja [m]
• pracovné tlaky a pod. [Pa]

Pri posudzovaní vlastností a vhodnosti uvedených typov strojov, ktoré majú pracovný nástroj typu lopata alebo lyžica, teda pri porovnávaní
možných typov v procese nadobúdania je treba zohľadňovať aj druh a charakteristiku pohonu, druh podvozku, riadenia, bŕzd, prvkov  hydraulickej sústavy a podobne. Pri celkovom posudzovaní a porovnávaní viacerých možných typov je vhodné ak používateľ vyhodnotí ponuku na trhu aj porovnaním tzv. rozhodovacích kritérií R_i, udávajúcich pomer vybraných základných technických parametrov, napríklad:

kde:
Ri – rozhodovacie kritérium [kW.m^–3, kg.m^–3, N.m^–3, kg.kW^–1]
P – výkon motora [kW]
m – pohotovostná hmotnosť [kg]
V – geometrický objem nástroja [m³]
F – rezná alebo trhacia sila [N]

Výkonnosť cyklicky pracujúcich mobilných pracovných strojov závisí od veľkosti pracovného nástroja a počtu pracovných cyklov za jednotku času. To znamená, že veľkosť stroja, teda jeho technické parametre musia byť prispôsobené rozsahu a druhu prác, ktoré bude stroj v praxi prevažne vykonávať. Tieto skutočnosti musí pochopiteľne používateľ zvažovať už v etape nadobúdania (zaobstarávania) stroja. Z hľadiska efektívneho využitia strojov v praxi má dôležitý význam aj výrobcom ponúkaný sortiment prídavných pracovných zariadení, ktorý umožňuje prostredníctvom konkrétneho nosiča realizovať niekoľko pracovných technológií. Tento sortiment býva obyčajne tvorený rôznymi typmi lyžíc, lopát, drapákov, vidiel, radlíc, komunálnych nástrojov a nástrojov pre rôzne typové technológie. Všeobecne je známe, že rozsah pracovných technológií je veľmi široký nielen v stavebníctve, ale aj v poľnohospodárstve, lesnom a drevospracujúcom priemysle, komunálnej sfére a podobne. Tomuto stavu odpovedá aj rôznorodosť sortimentu pracovných nástrojov a prídavných pracovných zariadení. V minulosti tieto skutočnosti a tendencie viedli práve k vzniku nových skupín strojov, ktorých typicky úspešnými predstaviteľmi sú rýpadlo-nakladače a manipulátory.

V poslednom období výrobcovia mobilných strojov zo zákonných dôvodov a tiež z dôvodu konkurencie schopnosti svojich výrobkov venujú pozornosť komfortu obsluhy, vplyvu strojov na životné prostredie a otázkam ich bezpečnosti. Tieto stroje sú už projektované tak, aby z pohľadu ich celkovej bezpečnosti minimalizovali počet nebezpečenstiev, ohrození a rizík pri ich samotnom nasadení – prevádzke, údržbe, opravách alebo v procese ich likvidácie. Tieto ohrozenia a riziká však treba minimalizovať aj správnou činnosťou obslužného personálu, ktorý musí poznať konštrukciu strojov, pravidlá používania a dodržiavania bezpečnosti týchto strojov a tiež špecifiká jednotlivých typov strojov a s nimi realizovaných pracovných technológii.

Doc. Ing. Ladislav Gulan, PhD.,
vyštudoval Slovenskú vysokú školu technickú v Bratislave, študijný odbor Stroje a zariadenia pre stavebníctvo, úpravníctvo a poľnohospodárstvo. Pracuje ako vysokoškolský učiteľ na Ústave dopravnej techniky a konštruovania Strojníckej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave. Jeho výskumné zameranie je oblasť modulárneho projektovania mobilných pracovných strojov, ktorá je predmetom prevažnej väčšiny jeho publikácií.

Ing. Gregor Izrael
vyštudoval Slovenskú technickú univerzitu v Bratislave, študijný program Stroje a zariadenia pre stavebníctvo, úpravníctvo a poľnohospodárstvo. V súčasnosti je interným doktorandom v študijnom programe Dopravná technika na Ústave dopravnej techniky a konštruovania Strojníckej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.

Utilization of Mobile Work Tools in Practice and Their Selection Criteria
Current development in the area of mobile work tools is characterized by increasing machine efficiency, utilizing new work principles, modularity of constructions, utilizing system of machine management, their monitoring, solution ergonomics as well as increase in quality, lifespan and safety. In general we can state that in practice, the most frequently used are excavators, loading machines, excavator-loaders and handlers, less frequent are work technologies performed by dozers, scrapers, graders, earth cutters and compacting machines. From the point of view of utilizing in the railway construction, we can say that the group of excavators, loading machines, excavator-loaders and handlers is preferred.

Autoři

• Doc. Ing. Gulan Ladislav PhD.
• Ing. Izrael Gregor