Z hlediska manipulace s materiálem a dopravy se zemědělství liší od ostatních odvětví 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.
Zemědělství přitom patří k největším přepravcům v národním hospodářství. V tomto odvětví 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.
Hlavními kritérii pro volbu nakladače jsou především:
– oblast užití,
– největší zvedací síla,
– nejvyšší výška zdvihu s pracovním nářadím.
Pracovní cyklus a výkonnost nakladače
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 nakladače (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.
Rozdělení nakladačů
Pokud 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, je dobré se zamyslet nad jiným řešením. Využívání traktorového čelního nakladače pro příliš velké objemy je za dané situace 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 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 rychloupínačů. 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, 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. Nelze v takto pojatém přehledu popsat všechny stroje. Proto bude oproti smykem řízených nakladačů 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 větší 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 vyhledáváním 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 lopatových nakladačů je charakteristická 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 stroje 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.
Klíčové informace
- Nakladače jsou v zemědělství, vedle některých sklizňových strojů (sklízecích řezaček, sběracích návěsů, sklízecích mlátiček, sklízečů okopanin apod.), rozhodujícím technickým prostředkem pro ložné operace, protože nakládají většinu dopravovaných materiálů.
- Důležitým ukazatelem, který zdůrazňuje význam správně zvoleného technického prostředku pro nakládku, je součinitel nakládky.
- Součinitel nakládky charakterizuje, kolikrát je nutno v průběhu výrobního procesu určitý vyrobený, popř. nakoupený materiál nakládat. V zemědělství je jeho průměrná hodnota 1,8.
Ing. Jiří Mašek, Ph.D.
Česká zemědělská univerzita v Praze
Technická fakulta Katedra zemědělských strojů
Pro přidávání komentářů se musíte nejdříve přihlásit.
To jsou mi tedy věci toto... Vůbec se v tom nevyznám a nikdy mě ani nenapadlo, že se z toho dá udělat tak dlouhý článek. Já raději zůstanu u svého domácího nářadí z webu https://www.ynaradi.cz/ a nebudu se do tohoto míchat, protože to bych se toho musel ještě přiučit tolik, že by mi hlava pukla. Každopádně pěkný a zajímavý článek.