Množství materiálu, který je potřeba v zemědělském podniku naložit, přepravit, složit a uskladnit, se dostává do takových rozměrů, že traktor pracuje většinu dne s čelním nakladačem. Takovéto řešení vzniklé situace je neekonomické, protože tak nejsme schopni plně využít výkon traktoru – nepotřebujeme vývodový hřídel, množství převodů či jeho velkou tahovou sílu. Řešením je pořídit si speciální stroj pro manipulaci s materiálem.
K nakládání a manipulaci s materiálem je možné použít celou škálu strojů – nakladačů a manipulátorů. Nakladače jako takové je možné rozdělit na několik skupin, např. podle konstrukce, velikosti motoru nebo nosnosti. V praxi se však vžilo členění nakladačů na smykem řízené stroje a čelní nakladače lehké, střední nebo těžké řady, které bývají většinou kloubové konstrukce.
Smykem řízené
nakladače
Smykem řízené nakladače mají v podstatě podobnou koncepci strojů. Liší se jenom některými konstrukčními nebo ovládacími parametry. Pohon všech částí zajišťují tří nebo čtyřválcové vznětové motory o výkonu do 55 kW. Pohon pojezdových mechanismů je řešen pomocí uzavřeného hydraulického obvodu. Tento hydraulický obvod obsahuje dvě pístová axiální čerpadla, která jsou regulační, tzn. že je možné měnit jejich geometrický objem a následně i pojezdovou rychlost stroje od 0 do 20 km/h. Součástí uzavřeného hydraulického obvodu jsou dva pístové axiální hydromotory, které jsou neregulační nebo u některých strojů dvourychlostní. Dvourychlostní hydromotory se využívají pro rychlé nastavení pojezdové rychlosti při pracovním a přepravním režimu. Maximální tlak v uzavřeném hydraulickém obvodu pro pohon pojezdu je na tlakových ventilech nastaven na hodnotu až 45 MPa. Hydromotory pohání koncové převody, které jsou řešeny dvojím způsobem – jedna skříň, ve které jsou uloženy řetězové převody, nebo dvě skříně s ozubenými koly. Samozřejmě, že v obou výše uvedených případech jsou převody vloženy do olejové lázně. Na výstupní hřídele z koncových převodů jsou připojena kola, která mohou být buď klasické koncepce nebo ocelová kola, na kterých jsou nasazeny pryžové segmenty. Posledně jmenované řešení je zvlášť vhodné do pracovního prostředí, kde dochází často k proražení pneumatik. Některé stroje mohou být vybaveny i pásy, které snižují měrný tlak na podložku. Brzdění stroje při práci zajišťuje uzavřený hydraulický obvod. Parkovací brzda je tvořena lamelami s automatickým brzděním při uvolnění všech ovladačů a příslušných bezpečnostních snímačů, popř. vypnutí spalovacího motoru.
Ovládání a pohon
Ovládání a pohon pracovních mechanismů zajišťuje otevřený hydraulický obvod. Jeho součástí je zubové čerpadlo a u některých novějších typů strojů pístové axiální regulační čerpadlo s regulátorem LS (load sensing). Toto čerpadlo s regulátorem umožňuje regulovat průtok a tlak v hydraulickém obvodu podle zatížení pracovních mechanismů a snižovat tak příkon hydraulické soustavy. To vede i ke snížení spotřeby paliva. Součástí obvodu je blok rozváděčů, který bývá mechanicky, hydraulicky nebo elektromagneticky ovládaný. Tlak v obvodu pro ovládání a pohon pracovních mechanismů se pohybuje podle jednotlivých výrobců v rozmezí 15 až 20 MPa. Důležitým parametrem pro nakládání materiálu je maximální výsypná výška, která dosahuje až 2600 mm a dosah při této výšce může být až 790 mm. Ovládání stroje plně využívá předností hydraulických systémů. Všechny pohyby pracovních mechanismů a pojezd stroje jsou soustředěny do dvou ovládacích pák. Jedna slouží většinou pro ovládání pojezdu (vpřed, vzad a zatáčení) a druhá pro ovládání pracovního nástroje. Na přání je možné stroj dovybavit i nožním ovládáním.
Kabiny jsou v provedení FOPS--ROPS a vstup do nich je řešen předními prosklenými dveřmi. Komfort obsluhy téměř u všech strojů zajišťuje standardní výbava v podobě odpruženého sedadla s bezpečnostním pásem, přehlednou přístrojovou deskou a ovládacími prvky. Již delší dobu je kladen důraz na bezpečnost provozu těchto strojů, a proto jsou v hojné míře vybavovány prvky jako např. čidlem pod sedadlem, bezpečnostní závorou nebo ovladačem. Moderní stroje jsou standardně vybavovány elektronickými výstražnými systémy, které monitorují provozní parametry strojů a signalizují příslušné údržbářské úkony včetně diagnostických kódů pro servisní techniky v případě poruchy stroje.
Údržba a opravy smykem řízených nakladačů jsou poměrně jednoduché s dokonalým přístupem k důležitým místům. Je možné odklopit celou kabinu a umožnit přístup k převodovým částem a hydraulickým prvkům stroje. Po otevření zadního krytu stroje má obsluha také dostatečný přístup ke spalovacímu motoru. Přídavná zařízení se připojují k výložníku pomocí upínačů. Pracovních nástrojů, které je možné na tyto typy strojů použít, se vyrábí celá řada. Od lopat klasických nakládacích nebo univerzálních otevíracích přes paletizační vidle nebo vidle na hnůj, radlice, podkop, zametací zařízení, vrtací zařízení, bourací kladivo, přesazovače stromů, rotavátor, skrápěcí zařízení až po např. sněžné frézy.
Nejznámějším smykem řízeným nakladačem, který je v České republice dosud hojně používán, je pravděpodobně stroj UNC 060. Celosvětově je největším výrobcem této kategorie strojů firma Bobcat patřící do koncernu Ingersoll Rand. Můžeme se setkat však i s jinými výrobci, např. Novotný, Way Industry, Fiat-Hitachi, New Holland a další.
Čelní nakladače
Další skupinou strojů jsou čelní nakladače. Jedná se o velmi rozsáhlou skupinu strojů s množstvím rozmanitých konstrukčních a technických zajímavostí. V takto pojatém přehledu nelze popsat všechny stroje. Proto bude oproti smykem řízeným nakladačům tato kategorie strojů popsána poněkud stručněji.
Srdcem kolového nakladače je spalovací motor, který je vznětový, přeplňovaný a bývá čtyř a víceválcový s výkonem přesahujícím až 500 kW. V poslední době se stále zpřísňují emisní limity, a naopak se požaduje vyšší výkon při co nejnižší spotřebě paliva. To vede ke zdokonalování a vylepšování konstrukce spalovacích motorů a stále většímu využívání elektroniky k řízení přeplňovaných motorů. Dnes už běžnou součástí příslušenství spalovacího motoru bývá mezichladič plnicího vzduchu, výkonná řídicí elektronika pro optimalizaci spotřeby paliva a velikosti požadovaného výkonu v závislosti na vykonávané činnosti. Elektronické systémy spalovacích motorů též přispívají k jejich diagnostice, servisním úkonům a vyhledávání poruch. Výkon od motoru se u většiny nakladačů přenáší na všechna pojezdová kola – tj. přední i zadní nápravu. Pohon pojezdových kol je řešen několika způsoby. U menších strojů se používá klasický mechanický převod tzn. spojka, převodovka (nejčastěji předlohová), rozvodovka s diferenciálem a koncový převod. Dále je možné se setkat s mechanickým převodem doplněným hydrostatickým uzavřeným obvodem. U středních a vyšších typů nakladačů je pohon hydrodynamický (hydrodynamický měnič) doplněný mechanickou planetovou převodovkou s elektronickým řízením. To je vhodné zvláště pro řazení pod zatížením, plynulejší řazení převodových stupňů, snížení počtu mechanických částí včetně komfortu obsluhy a snížení únavy obsluhy při práci. Novým konstrukčním řešením je volnoběžka statoru hydrodynamického měniče, která přispívá ke zvýšení účinnosti měniče a snížení spotřeby paliva při převážení materiálu na delší vzdálenosti. Brzdy jsou dvouokruhové, přičemž I. a II. okruh současně brzdí přední i zadní nápravu. Používají se suché brzdy bubnové a kotoučové. U výkonnějších strojů mokré lamelové integrované do koncových převodů. Mokré lamelové brzdy jsou funkčně i technicky velmi dokonalé a používané v současné době u většiny nakladačů. Ovládání brzd je pneumatické, pneumaticko-kapalinové nebo kapalinové. Nakladače bývají vybaveny ovládáním brzd, které umožňuje brzdit celý stroj i s poklesem otáček motoru nebo pouze stroj bez poklesu otáček motoru, tzv. neutralizace.
Druhý způsob je zvlášť výhodný při práci stroje, protože nedochází k poklesu otáček spalovacího motoru a tím snížení průtoku kapaliny v hydrostatických obvodech pro ovládání pracovních mechanismů stroje. Řízení nakladačů je řešeno pomocí hydrostatického obvodu s jednotkou Orbitrol. Tento obvod bývá u kloubových strojů doplněn výkonovým obvodem, který zajišťuje vlastní natáčení stroje.
Ovládání a pohon pracovních mechanismů nakladačů tvoří hydraulická soustava s jedním až třemi zubovými čerpadly. V poslední době se často objevují hydraulické soustavy pouze s jedním pístovým axiálním čerpadlem doplněným LS regulátorem, jehož přednosti byly uvedeny výše. Ovládání pracovních činností je řešeno pomocí hydraulicky nebo elektromagneticky řízených rozváděčů, které opět přispívají ke zvýšení komfortu obsluhy a k přesným pohybům pracovních nástrojů. Samozřejmostí je doraz maximálního a minimálního zdvihu výložníku s tlumením, aby nedocházelo k rázovému zatížení nakládacího mechanismu. Maximální vylamovací síla se pohybuje až okolo 700 kN při objemu lopaty 12 m3.
Kabina bývá vybavena komfortním odpruženým sedadlem, loketními opěrkami, klimatizací a radiopřehrávačem. Ovládání je pro obsluhu velmi jednoduché a snadno přístupné. Přístrojová deska se blíží vzhledem i přístroji k moderním osobním automobilům. Ovladače důležitých funkcí jsou sdruženy do jediné konzoly s displejem elektronického monitorovacího systému tak, jak je známe z moderních traktorů a sklizňových strojů.
Velká většina současných kolových nakladačů se pyšní jednoduchou a snadnou údržbou. Má prodloužené intervaly výměny provozních kapalin – u motorového oleje až na 500 Mh a u hydraulického oleje na 4000 Mh. Denní údržba je jednodušší, protože výrobci nakladačů se snaží kontrolní a servisní místa umisťovat tak, aby byla snadno přístupná ze země a obsluha nemusela šplhat po stroji. Na přání zákazníka je také možné stroj vybavit centrálním mazacím systémem, jenž opět přispívá ke komfortu obsluhy a údržby stroje.
Z nejznámějších strojů u nás používaných jsou pravděpodobně UN 053, UNC 200 a KNB. Ze zahraničních strojů se na trhu dobře uvedly stroje Caterpillar, které jsou známé svou spolehlivostí a výkonností, dále pak např. stroje Liebherr, Case, Fiat-Hitachi a v neposlední řadě Volvo.
Pro zvýšení komfortu obsluhy a prodloužení životnosti se dnes již běžně nakladače dovybavují hydropneumatickým tlumením, čímž se snižují hydraulické i mechanické rázy. Toto tlumení bývá zakombinováno jako odpružení nosného rámu vůči podvozku a (nebo) výložníku vůči rámu. Dalším zkvalitněním ovládání pro obsluhu je možnost přednastavení polohy pracovního nástroje vůči podložce. Jedná se o funkci, která se využívá především při nakládání sypkého materiálu. Po vysypání materiálu z lopaty se tato funkce aktivuje a obsluha si nemusí všímat ovládání výložníku a může se plně věnovat řízení. Lopata bude tedy během času pro znovunajetí nakladače k nakládanému materiálu vrácena do polohy, kterou si zvolíme. Další velmi důležitou funkcí je možnost automatického vážení břemene. Je to nepřímá cesta odečtení hmotnosti břemene pomocí tlaku v hydraulickém obvodu nakladače pro zdvíhání výložníku. Zde je tedy vyzdvižena jedna z možností a to s určitou přesností měření odvážení materiálu, jenž je nakládán na odvozní soupravy, které jsou dnes již velmi přísně postihovány za nadměrné zatížení na pozemních komunikacích. Ve stavebnictví je též hojně využívána speciální funkce pro snímání výšky srovnávaného povrchu za pomoci laserových čidel a elektrického ovládání rozváděčů pracovních hydraulických obvodů. V zemědělství je prozatím u některých nakladačů tato funkce zčásti řešena mechanickým ukazatelem polohy vyklonění výměnného nářadí (jedná se hlavně o sledování polohy lopaty). Také rychlá výměna pracovních nástrojů je zkvalitněním pohody obsluhy. Klasicky je řešena mechanicky. Pro zrychlení výměny je zde přidán ještě jeden hydraulický otevřený okruh zakončený přímočarými hydromotory zajišťujícími upínací funkci.
Přednosti strojů
V krátkém obecném shrnutí tohoto příspěvku je možné vyzdvihnout vlastnosti smykem řízených, malých a středních kloubových nakladačů. Je to tuhá konstrukce rámu a výložníku odolných proti zkroucení, přesná práce a pozoruhodná výška zdvihu s poměrně vysokou zdvihací silou oproti velikosti a hmotnosti těchto nakladačů. Výkonný motor je dnes již doplněn různým vybavením a opatřením zajišťujícím nižší spotřebu paliva a ekologičtější přístup k životnímu prostředí, s čímž je též velmi úzce spojen příkon hydraulického systému, tedy jeho optimalizace pomocí LS-systému.
Dalšími důležitými přednostmi popisovaných strojů jsou:
l ergonomické pracoviště s vysokým komfortem a malými ovládacími silami na křížové multifunkční joysticky,
l obratný nakladač do úzkých prostor, tedy možnosti vyhrnování stájí, nakládání materiálu v menších skladových prostorech apod.,
l časové úspory díky hydraulickému blokování,
l velký výběr pracovních nástrojů a v neposlední řadě vysoký stupeň bezpečnosti při manipulaci a údržbě.
Ing. Jiří Mašek, Ph.D.
Česká zemědělská univerzita v Praze, Technická fakulta, katedra zemědělských strojů
