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.
Vzhledem ke krátkým přepravním vzdálenostem v rámci zemědělského podniku (v dopravě vnitřní), 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. Nakládají většinu všech 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.
Volba nakladače
Hlavními kritérii pro volbu nakladače jsou především:
– oblast užití,
– největší zvedací síla,
– nejvyšší výška zdvihu s pracovním nářadím.
Smykem řízené nakladače spolu s kompaktními (mini) nakladači jsou vhodné do uzavřených prostor, především v objektech živočišné výroby a ve skladech. Výkonné čelní samojízdné nakladače jsou určeny do dopravních linek s vysokou výkonností. Umožňují snížit na minimum dobu nakládky v dopravním cyklu. Výkonností se těmto nakladačům v poslední době přibližují traktorové čelní nakladače určené k traktorům s jmenovitým výkonem motoru nad 100 kW. Pro svoji vysokou výšku zdvihu a dobrou manévrovatelnost se těší stále větší oblibě v zemědělských podnicích teleskopické nakladače (manipulátory). Naproti tomu počet jeřábových nakladačů stále klesá. Příčinou je zřejmě jejich menší výkonnost, horší manévrovatelnost a nižší sortiment pracovních nářadí.
Pracovní cyklus je u všech konstrukčních řešení mobilních nakladačů v podstatě stejný: náběr materiálu do pracovního nářadí, zvedání nářadí, jízda (pohyb ramene jeřábového nakladače) 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.
Obvyklé dílčí časy pracovního cyklu čelních a teleskopických nakladačů uvádí tabulka 1.
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.
Čelní (lopatové) nakladače
Čelní (lopatové) nakladače dosahují obvykle vyšších výkonností než nakladače jeřábové. Jsou však energeticky náročnější a vyžadují větší prostor pro svou pracovní činnost. Řidič je u nich také více zatěžován.
Důležitými údaji pro volbu nakladače z technicko-technologického hlediska jsou:
l zvedací síla (kN); určuje největší objem pracovního nářadí vzhledem k objemové hmotnosti nakládaného materiálu;
l 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.;
l nosnost nakladače (kg); největší hmotnost materiálu při maximální výšce zdvihu (popř. při jiných výškách zdvihu);
l největší výška zdvihu se standardním nářadím (m); určuje největší výšku naskladnění materiálu;
l největší výška otočného bodu nářadí (m); je dána největší výškou bodu otáčení pracovního nářadí nad podložkou při nejvýše zdviženém rameni nakladače;
l 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;
l 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;
l největší vyklápěcí úhel nářadí (stupeň); určuje schopnost vyprázdnit materiál z pracovního nářadí;
l největší naklápěcí úhel nářadí (stupeň); určuje naklopení pracovního nářadí při náběru;
l výška nakládače (m); určuje potřebnou výšku vjezdu (dveří) do uzavřeného prostoru;
l největší výška se zvednutým standardním nářadím (m); určuje výšku prostoru pro pracovní činnost nakladače;
l světlá výška nakladače (m); určuje schopnost jízdy po nerovném povrchu;
l dosah nakládače (m); vzdálenost špice pracovního nářadí v nesklopení (popř. sklopení) od přední části nakladače při různé poloze výložníku;
l poloměr otáčení – bez nářadí, s nářadím – (m); určuje plochu potřebnou pro práci nakladače;
l doby jednotlivých fází pracovní činnosti nakladače (s); ovlivňují celkovou dobu pracovního cyklu (doba zdvihu a spouštění pracovního nářadí, doba náběru a vyklopení materiálu);
l hmotnost nakladače (kg); určuje spolu s ostatními silovými, rozměrovými a výkonnostními parametry potřebný výkon motoru;
l jmenovitý výkon motoru (kW); charakterizuje velikost a výkonnost nakladače, u traktorových nakladačů požadovaný výkon motoru traktoru.
Důležité technologické rozměry čelního (lopatového) nakladače jsou uvedeny na obrázku 1.
Traktorové čelní nakladače
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 je nutno brát zřetel na to, že:
l jízdní vlastnosti a stabilita traktoru se zhorší;
l přesunutí celkového těžiště soupravy vůči těžišti traktoru způsobuje, že nejvyšší svahová dostupnost (bezpečný způsob práce na svahu) se sníží až o 60 %;
l vzhledem k velkému zatížení přední nápravy je vhodný hydraulický posilovač řízení;
l 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;
l 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);
l tlak vzduchu v pneumatikách je nutno zvýšit;
l výkon hydraulického zařízení traktoru (tlak a průtok oleje) musí odpovídat požadavkům nakladače;
l traktor s čelním nakladačem je více namáhán;
l vzhledem k nižšímu využití jmenovitého výkonu pracuje motor v méně příznivé oblasti úplné charakteristiky, tedy s vyšší měrnou spotřebou nafty.
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 do 10 s při 3 jmenovitých otáček 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.
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, kdy lopata 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.
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 (l až 3 min.) 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, technickým provedením nakladače a jeho 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.
Orientační hodnoty exploatačních, energetických a ekonomických ukazatelů pro traktorové čelní nakladače jsou v tabulce 2.
Samojízdné čelní (lopatové) nakladače
Nejmenšími čelními samojízdnými nakladači jsou tzv. kompaktní, nádvorní, nebo také mini nakladače. Tyto nakladače bývají řízené smykem nebo kloubovým spojením přední a zadní části nakladače, výjimečně koly. Uplatňují se především v objektech živočišné výroby, skladech a při nádvorních pracích.
Smykem řízené nakladače potřebují pro svou práci velmi malý prostor a jsou schopné otočit se na místě. Vzhledem k malé světlosti a konstrukci podvozku nejsou vhodné pro práci v terénu. Mohou se používat i k překládacím pracím, není-li překládací (výsypná) výška větší než 2,5 m.
Kola (pásy) levé a pravé části jsou poháněna nezávislými uzavřenými hydraulickými okruhy s regulačním čerpadlem. Reverze je často řešena změnou směru toku oleje.
Převážně mají dvouramenný výložník, jehož ramena procházejí podél kabiny řidiče, která je z tohoto důvodu úzká.
Vyrábějí se obvykle v nosnosti 4 až 40 kN, největší výšce zdvihu 1,8 až 3,2 m a překládací (výsypné) výšce 1,3 až 2,5 m. Smykem řízené nakladače jsou vybavovány motory o jmenovitém výkonu motoru 4 až 70 kW, výjimečně i motory o vyšším jmenovitém výkonu.
Kompaktní čelní kloubové nakladače se svým konstrukčním řešením neliší od velkých kloubových nakladačů. Mají pouze menší rozměry, zdvihovou sílu a překládací výšku.
Pro kloubové nakladače je charakteristické spojení přední a zadní části kloubem. Tento kloub umožňuje vzájemné natáčení přední a zadní části nakladače kolem jeho svislé osy pomocí dvojice přímočarých hydromotorů. Tyto nakladače mají vynikající manévrovatelnost na minimálním prostoru.
Jejich nosnost se pohybuje v rozmezí 6,5 až 50 kN, největší výška zdvihu je 2,5 až 3,7 m a překládací (výsypná) výška 1,6 až 2,8 m. Mají obvykle motory o jmenovitém výkonu 10 až 60 kW. Kloubové nakladače o vyšším jmenovitém výkonu patří již svojí konstrukcí mezi běžné čelní kloubové nakladače.
Výkonné čelní samojízdné nakladače používané v zemědělství jsou určeny do strojových linek, kde je požadována vysoká výkonnost. Kromě nakládky hlavních zemědělských substrátů do dopravních prostředků se používají se speciálním nářadím k stohování slámy do výše 8 až 10 m, ukládání senáže a siláže až do výšky 6 m a pro vrstvení hnoje a cukrovky.
Jedním ze základních požadavků na čelní nakladače pro zemědělství je dobrá manévrovatelnost a nízká hodnota měrného tlaku na půdu.
Většina čelních samojízdných nakladačů používaných v českých zemědělských podnicích jsou stroje určené pro těžbu zeminy, písku a kamene a pro stavebnictví. Pro použití v zemědělství jsou vybaveny pracovním nářadím, které je vhodné pro zemědělské materiály.
Používají se jak nakladače s řízenou nápravou, tak i nakladače kloubové. Nakladače do zdvihové síly 50 kN mají mechanický, hydrostatický nebo kombinovaný pohon pojezdového ústrojí, u nakladačů s větší zdvihovou silou se používá nejčastěji hydrodynamický pohon s planetovou převodovkou a elektrohydraulickým řazením převodových stupňů pod zatížením.
Nosnost samojízdných čelních nakladačů používaných v českých zemědělských podnicích je 11 až 100 kN. Překládací výšku mají 2,5 až 3,7 m. Bývají vybaveny motory o jmenovitém výkonu 47 až 184 kW. Exploatační a energetické ukazatele samojízdných čelních nakladačů uvádí tabulka 3.
Samojízdné teleskopické nakladače (manipulátory)
Koncem sedmdesátých let minulého stolení přicházejí do zemědělských podniků prvé samojízdné čelní nakladače nové koncepce. Tyto nakladače jsou vybaveny teleskopickým výložníkem umožňujícím dosáhnout vysokých překládacích a především skladovacích výšek. Vyznačují se výbornou manévrovatelností a snadnou obsluhou. Prvými nakladači této koncepce u nás byly nakladače JCB 520 a JCB 524-4. Později se pro tyto stroje vžil název manipulátory.
Jak v zahraničí, tak i v českých zemědělských podnicích získávají manipulátory v posledním období značnou oblibu a postupně vytlačují samojízdné čelní nakladače zejména v živočišné výrobě a při ložných operacích ve skladech.
Základními parametry, které určují vhodnost manipulátoru do konkrétních provozních podmínek, jsou nosnost (zdvihová síla), výška zdvihu, popř. překládací (výsypná) výška, výkonnost daná dobou jednotlivých fází pracovního cyklu a hmotností náběru pracovního nářadí a schopnost práce v terénu. Důležité technologické a konstrukční údaje uváděné u teleskopických manipulátorů jsou znázorněny na obr. 2.
Základní technické údaje samojízdných teleskopických nakladačů (manipulátorů) jsou v tabulce 4.
Pracovní nářadí manipulátorů jsou do značné míry shodná nebo obdobná s pracovním nářadím čelních traktorových a samojízdných nakladačů. I u manipulátorů je běžné použití rychloupínacích zařízení pracovních nářadí.
Oproti čelním nakladačům mají manipulátory lepší manévrovatelnost, danou konstrukcí podvozku.
Hydromechanický, popř. hydrostatický pohon kol zajišťuje potřebný rozsah rychlosti i reverzaci pohybu a hydrostatické řízení umožňuje podle potřeby volit řízení jedné nápravy, řízení všech kol anebo zvolit tzv. krabí chod.
Vysokou výšku zdvihu zajišťuje stupňovitý výložník vysouvaný přímočarým hydromotorem. Manipulátory mají i značný dosah.
Činnost výložníku a pracovních nářadí se ovládá multifunkční pákou (joystickem).
Účelné řešení ovládacích prvků, jejich vhodné rozmístění a použitá elektronika usnadňují práci řidiče a komfortní kabina vytváří dobré pracovní prostředí.
Pořizovací cena teleskopického nakladače přibližně odpovídá jeho jmenovité zvedací síle.
Má-li být použití manipulátoru ekonomicky efektivní, je třeba vzhledem k jeho vysoké pořizovací ceně zajistit jeho vysoké využití.
Vzhledem ke značnému rozptylu pořizovacích cen teleskopických nakladačů je třeba považovat uvedené hodnoty jednotkových přímých nákladů za orientační nebo průměrné.
K vyššímu využití teleskopického nakladače přispívá, i když zatím výjimečně, použití manipulátoru jako energetického prostředku pro pracovní stroje a dopravní prostředky. Manipulátory jsou pak vybaveny vzadu umístěným závěsem, popř. tříbodovým závěsem a vývodovým hřídelem.
Pracovní nářadí
Pro dosažení vysokých výkonností při ložných operacích a kvality práce je důležitá správná volba pracovního nářadí.
Pro čelní a teleskopické nakladače je k dispozici široký sortiment pracovního nářadí od různého provedení lopat přes vidle konstruované pro rozličné účely až po různé speciální zařízení, jako jsou žací lišty, rozebírače balíků, kleště na válcové a hranolové balíky, stohovací zařízení, odebírače silážních bloků apod.
Lopaty se používají pro manipulaci se sypkými, popř. kusovými materiály a těžební práce. Jejich konstrukce je přizpůsobena účelu, ke kterému jsou určeny. Základní lopatou, kterou je obvykle vybaven každý čelní nakladač, je univerzální lopata s břitem (obr. 3a), určená pro sypké materiály, např. písek, zeminu, drobný štěrk; jsou-li písek a zemina ulehlé, uplatní se šípová lopata (obr. 3b). Pro nakládku štěrku, ale i ulehlého písku a zeminy je vhodná lopata se zuby (obr. 3c), pro bulevniny se dodává roštová lopata (obr. 3d).
Pro stájové práce, zejména vyhrnování hnoje, je stájová lopata (obr. 3e) a pro materiály s malou objemovou hmotností velkoobjemová lopata (obr. 3f). Pro nakládání kompostů, chlévského hnoje, siláže a podobné materiály se používá lopata s drapákem (obr. 3g).
Vidle jsou určeny pro manipulaci se zemědělskými objemnými hmotami. Pro nakládku hnoje slouží jednoduché vidle (obr. 5a) nebo drapákové vidle (obr. 5b), které se používají i pro senáž. Pro vybírání senáže, popř. siláže je však vhodnější kráječ (odřezávač), vybavený různými druhy nožů (obr. 5c), který zanechává po odebrání senáže hladkou stěnu, a tím zabraňuje druhotné fermentaci. Pro manipulaci s lisovanými pícninami a slámou se používá řada nářadí, jako různé druhy jednoduchých vidlí (obr. 5d, e), vidle s vysunovačem balíků (obr. 5f), vidle s přidržovačem (obr. 5h) nebo stohovací drapákové vidle (obr. 5ch). Pro válcové balíky jsou určeny i kleště (obr. 5i). Obdobně řešené vidle se používají i pro manipulaci s hranolovými balíky. Pro nakládku kmenů se používají speciální vidle (obr. 5g).
Zařízení pro manipulaci s paletami je principiálně shodné se zařízením používaným u vysokozdvižných vozíků. Jde zejména o vidle na palety (obr. 4a), které mohou být podle potřeby prodlouženy (obr. 4b). Pro posunování vidlí do stran při přesném ukládání palet, popř. jiných břemen se používá boční posuv (obr. 4c). Pro vyklápění palet jsou určeny otočné vidle vybavené přidržovačem palet (obr. 4d). Pro boční uchycení ohradových palet, ale i jiných břemen, se používají svěrací čelisti (obr. 4e).
Místa a způsob uchycení pracovního nářadí jsou u čelních nakladačů stejné výkonové třídy shodné, a proto je možné používat nářadí různých výrobců.
Pro rychlou výměnu nářadí se používají rychloupínací rámy s ruční nebo automatickou fixací připojeného nářadí. Doba připojení a odpojení nářadí se obvykle pohybuje v rozmezí 1 až 3 minut podle konstrukce připojovacího zařízení.
Pracovní nářadí se ovládá ručně, elektromagnetickým zařízením (vyklápění lžíce), nebo hydraulicky. Hydraulické ovládání se pro své výhody (dávkové vyprazdňování plynulým sklápěním lžíce, lepší naplnění lopaty naklopením při náběru apod.) používá především u výkonných nakladačů.
Závěr
V zemědělství, vzhledem k charakteru výrobních procesů, má své opodstatnění používání různých druhů nakladačů. Čelní kompaktní či mininakladače se uplatňují zejména v živočišné výrobě a skladovém hospodářství. Výkonné samojízdné čelní nakladače jsou vhodné především u dopravních souprav s vysokou výkonností. Traktorové čelní nakladače se vyznačují univerzálním použitím a vhodně zvyšují využití traktorů v průběhu roku, a tak přispívají ke snižování nákladů na hodinu jejich provozu.
Pro široké možnosti uplatnění se stále zvyšuje počet teleskopických nakladačů v zemědělských podnicích. Vzhledem k velkým výškám zdvihu jsou využívány pro vrstvení materiálu při naskladňování a pro jeho vyskladňování. Dobrá manévrovatelnost umožňuje jejich použití i v uzavřených prostorách a vyhovující výkonnost při nakládání dopravních prostředků o vyšší užitečné hmotnosti.
(obrazky a další přílohy najdete v tištěném Zemědělci)
