Volba mobilního čelního nakladače

Manipulace s materiálem je velmi důležitá pracovní operace. Často je spojována s dopravou, ale v tomto spojení má manipulace výsostné postavení, neboť vždy stojí na počátku dopravního cyklu a najdeme ji i na jeho konci. Manipulace je přemisťování materiálu, pokud možno co největšího množství najednou, beze ztrát a jeho uložení na přesně vymezené místo bez poškození jak materiálu, tak okolí místa uložení.

Z hlediska manipulace s materiálem a dopravy se zemědělství liší od ostatních odvětví národního hospodářství zejména plošným charakterem, jednosměrnými materiálovými toky, různorodým povrchem dopravních tras a míst ložných operací, širokým sortimentem přepravovaných materiálů, krátkými přepravními vzdálenostmi a výraznou sezónností. Tyto skutečnosti se odrážejí i ve struktuře techniky vhodné pro nakládku v zemědělství.

Význam nakladačů

Vzhledem ke krátkým přepravním vzdálenostem v rámci zemědělského podniku (ve vnitřní dopravě), a tím i krátkým dopravním cyklům, má volba nakladače významnou roli pro dosažení vysokých výkonností v dopravě a z toho vyplývajících nízkých nákladů na dopravní operace. To platí zejména u dopravních prostředků a souprav s vysokou užitečnou hmotností. Nakladače jsou v zemědělství, vedle některých sklizňových strojů (sklízecích řezaček, sběracích návěsů, sklízecích mlátiček, sklízečů okopanin apod.), rozhodujícím technickým prostředkem pro ložné operace, neboť nakládají většinu dopravovaných materiálů.
Zemědělství přitom patří k největším přepravcům v národním hospodářství. V zemědělství se přepraví ročně 97 milionů tun nejrůznějších materiálů vyznačujících se různým skupenstvím (pevné, kapalné), objemovou hmotností (50 až 1800 kg/m3), náchylností k poškození apod. Důležitým ukazatelem, který zdůrazňuje význam správně zvoleného technického prostředku pro nakládku, je součinitel nakládky. Ten charakterizuje, kolikrát je nutno v průběhu výrobního procesu určitý vyrobený, popř. nakoupený materiál nakládat. V zemědělství je jeho průměrná hodnota 1,8.

Kritéria výběru

Hlavními kritérii pro volbu nakladače jsou především:
– oblast užití,
– největší zvedací síla,
– nejvyšší výška zdvihu s pracovním nářadím.
Pracovní cyklus je u všech konstrukčních řešení mobilních nakladačů v podstatě stejný: náběr materiálu do pracovního nářadí, zvedání nářadí, jízda s nákladem, vyložení (vyklopení, vypuštění materiálu), zpětná jízda (zpětný pohyb ramene jeřábového nakladače), spuštění pracovního nářadí k dalšímu záběru.
Doba pracovního cyklu nakladače závisí jednak na konstrukčním řešení nakladače, jednak na zručnosti a zkušenosti obsluhy.
Pro krátkou dobu pracovního cyklu, a tím i vysokou výkonnost v nakládce, je zejména důležité:
– zvolit vhodnou polohu místa vyložení materiálu z pracovního nářadí (umístění dopravního prostředku) vůči místu náběru;
– použít vhodné nářadí;
– pokud možno spojovat jednotlivé fáze dopravního cyklu (např. spojení zvedání plného nářadí s jízdou s nákladem, spouštění pracovního nářadí s jízdou k dalšímu náběru);
– zvolit optimální hmotnost náběru.
Důležitými údaji pro volbu nakladače z technicko-technologického hlediska jsou:
– zvedací síla (kN); určuje největší objem pracovního nářadí vzhledem k objemové hmotnosti nakládaného materiálu;
– odtrhová síla (kN); určuje největší sílu potřebnou k oddělení náběru materiálu od ostatního materiálu. Dostatečná velikost této síly je důležitá zejména při nakládce uleželého statkového hnoje z hnojiště, senáže a siláže z horizontálních skladů, u zemních prací apod.;
– nosnost nakladače (kg); největší hmotnost materiálu při maximální výšce zdvihu (popř. při jiných výškách zdvihu);
– největší výška zdvihu se standardním nářadím (m); určuje největší výšku naskladnění materiálu;
– největší výška otočného bodu nářadí (m); je dána největší výškou bodu otáčení pracovního nářadí nad podložkou při nejvýše zdviženém rameni nakladače;
– největší překládací (výsypná) výška (m); je dána výškou nejnižšího bodu sklopeného pracovního nářadí nad podložkou; určuje nejvyšší výšku bočnic nakládaného dopravního prostředku nad zemí, podle použitého pracovního nářadí a úhlu vyklápění je tato výška asi o 0,3 až 0,6 m menší než výška zdvihu;
– největší hloubka náběru (m); je dána vzdáleností mezi povrchem půdy a možným nejnižším bodem hrany lopaty pod povrchem půdy (obvykle je 10 až 20 cm); určuje hloubku, ze které je možné materiál nakládat nebo ve které je možné jej hrnout;
– největší vyklápěcí úhel nářadí (stupeň); určuje schopnost vyprázdnit materiál z pracovního nářadí;
– největší naklápěcí úhel nářadí (stupeň); určuje naklopení pracovního nářadí při náběru;
– výška nakládače (m); určuje potřebnou výšku vjezdu (dveří) do uzavřeného prostoru;
– největší výška se zvednutým standardním nářadím (m); určuje výšku prostoru pro pracovní činnost nakladače;
– světlá výška nakladače (m); určuje schopnost jízdy po nerovném povrchu;
– dosah nakladače (m); vzdálenost špice pracovního nářadí v nesklopení (popř. sklopení) od přední části nakladače při různé poloze výložníku;
– poloměr otáčení – bez nářadí, s nářadím – (m); určuje plochu potřebnou pro práci nakladače;
– doby jednotlivých fází pracovní činnosti nakladače (s); ovlivňují celkovou dobu pracovního cyklu (doba zdvihu a spouštění pracovního nářadí, doba náběru a vyklopení materiálu);
– hmotnost nakladače (kg); určuje spolu s ostatními silovými, rozměrovými a výkonnostními parametry potřebný výkon motoru;
– jmenovitý výkon motoru (kW); charakterizuje velikost a výkonnost nakladače, u traktorových nakladačů požadovaný výkon motoru traktoru.

Vytváření soupravy

Konstrukce traktorových čelních nakladačů vychází z jedné koncepce.  Zařízení se skládá z konzoly připevněné k traktoru pro uchycení nakladače a vlastního nakladače tvořeného rameny (výložníkem) s přímočarým hydromotorem a dalšími komponenty hydraulického zařízení. Rozdíly se projevují ve velikosti nakladače, především ve zdvihové síle a výšce zdvihu, jeho vybavení a způsobu uchycení na traktor.
Při vytváření soupravy traktoru s čelním nakladačem (Syrový, 2006) je nutno brát zřetel na to, že:
– jízdní vlastnosti a stabilita traktoru se zhorší;
– přesunutí celkového těžiště soupravy vůči těžišti traktoru způsobuje, že nejvyšší svahová dostupnost (bezpečný způsob práce na svahu) se sníží až o 60 %;
– vzhledem k velkému zatížení přední nápravy je vhodný hydraulický posilovač řízení;
– podélná stabilita traktoru omezuje zdvihovou sílu nakladače, proto je pro zabezpečení stability traktoru nezbytné, především u traktorů s jednou poháněnou nápravou, použít přídavné dotížení v zadní části traktoru;
– výhodné jsou traktory s jemně odstupňovanou reverzní převodovkou, řazením pod zatížením a traktory s pohonem obou náprav (větší dovolené zatížení přední nápravy, větší pneumatiky, menší prokluz);
– tlak vzduchu v pneumatikách je nutno zvýšit;
– výkon hydraulického zařízení traktoru (tlak a průtok oleje) musí odpovídat požadavkům nakladače;
– traktor s čelním nakladačem je více namáhán;
– vzhledem k nižšímu využití jmenovitého výkonu pracuje motor v méně příznivé oblasti úplné charakteristiky, tedy s vyšší měrnou spotřebou nafty.

Hydraulické zařízení

Pro činnost a ovládání čelního nakladače se používá hydraulické zařízení traktorů. Množstvím a druhem hydraulických komponentů nakladače je určen počet požadovaných připojení k hydraulickému zařízení traktoru.
Při dostatečném tlaku a průtoku oleje by se měla ramena nakladače zvednout do nejvyšší polohy v čase do 10 s při jmenovitých otáčkách motoru traktoru.
Pro některá pracovní nářadí je výhodné nebo dokonce nezbytné zachování stálé polohy vůči okolnímu prostoru při zvedání či spouštění ramen nakladače. To umožňuje paralelní vedení nářadí, a to mechanicky pomocí táhel nebo hydraulicky vyrovnávacími přímočarými hydromotory (Jelínek, 2006).
Kmitání ramen nakladače a rázům vznikajícím při jízdě nakladače po nerovných vozovkách a při nerovnoměrném, skokovém pohybu výložníku zabraňují hydropneumatické a elektrohydraulické systémy. Tím se snižuje namáhání traktoru i nakladače, zvyšuje pracovní rychlost, a tím i výkonnost nakladače a zlepšuje pracovní prostředí řidiče.
Pro snížení času potřebného na udělení pokynu k provedení jednotlivých úkonů, kterými se ovládá traktorový čelní nakladač, a pro ulehčení práce řidiče se používají různé systémy, např. jednopákové ovládání několika funkcí, elektrohydraulické ovládání apod.
I do řízení traktorových čelních nakladačů proniká automatika. Sem patří např. automatické nastavení lopaty, která je po vyprázdnění zpětně naváděna do nakládací polohy. Pro kontrolu hmotnosti naloženého materiálu se uplatňuje automatický vážicí systém, který zaznamenává, příp. sumarizuje hmotnost jednotlivých náběrů.
U materiálů, u kterých není nutné dávkování, se uplatňuje zařízení pro rychlé vyprazdňování lopaty. Naproti tomu u traktorů s výkonným hydraulickým zařízením se omezením průtoku oleje dosahuje pomalého pohybu ramen nakladače, který je potřebný při manipulaci s paletami.
Při montáži a demontáži nakladače, zejména při potřebě propojit víc hydraulických spojek, je vhodné využít bloku hydraulických přípojů, který umožňuje připojit a odpojit najednou všechny hydraulické okruhy, a to i v případě, že je vedení pod tlakem.

Zdvihová síla a výška zdvihu

Traktorové čelní nakladače rozšiřují využití traktorů v zemědělském podniku, a tím i snižují přímé náklady na hodinu jejich provozu. Krátká doba jejich montáže a demontáže umožňuje operativně využívat traktor podle potřeby.
V současné době se vyrábějí traktorové čelní nakladače pro traktory se jmenovitým výkonem motoru 20 až 200 kW o zdvihové síle 5 až 33 kN a výšce zdvihu 2,2 až 4,6 m a překládací výšce 2 až 4,2 m. Hmotnost nakladače závisí na nosnosti, pro kterou je konstruován, a pohybuje se mezi 150 až 1100 kg. Nakladače určené pro traktory nad 100 kW jsou již vážným konkurentem výkonným samojízdným čelním nakladačům.
Cenu traktorového čelního nakladače určuje jednak jeho největší zdvihová síla, kterou do značné míry charakterizuje požadovaný výkon motoru připojeného traktoru, dále pak největší výška zdvihu a standardně dodávané vybavení. Rozptyl cen je způsoben již zmíněnou různou nejvyšší výškou zdvihu nakladače, jeho technickým provedením a vybavením.
Zdvihová síla při největším zdvihu nakladače je rozhodujícím údajem pro optimální volbu traktoru. Z požadavků výrobců nakladačů na jmenovitý výkon motoru traktoru do soupravy s nakladačem byla určena závislost mezi touto zdvihovou silou a jmenovitým výkonem motoru připojeného traktoru. Velmi rozšířené traktorové čelní nakladače jsou vhodné spíše na menší farmy, kde nedochází k přesunům velkého množství materiálu. Pro svou jednoduchou konstrukci a především cenovou výhodu mají na těchto farmách budoucnost zajištěnu, a proto jsou a budou ve výrobních programech mnoha firem.

Klíčové informace

- Cenu traktorového čelního nakladače určuje jeho největší zdvihová síla, největší výška zdvihu a standardně dodávané vybavení. 
- Rozdílná úroveň ceny je dána výškou zdvihu nakladače, jeho technickým provedením a vybavením.
- Zdvihová síla při největším zdvihu nakladače je rozhodujícím údajem při volbě optimálního traktoru. 
- Velmi rozšířené traktorové čelní nakladače jsou vhodné spíše na menší farmy, kde nedochází k přesunům velkého množství materiálu.

Ing. Jiří Mašek, Ph.D.Česká zemědělská univerzita v Praze,
Technická fakulta,
katedra zemědělských strojů