Specifičnost dopravy a manipulace v zemědělském resortu určuje strukturu používané dopravní a také manipulační techniky. Vzhledem k relativně krátkým přepravním vzdálenostem v rámci technologického postupu (v průměru do 4 km u vnitřní dopravy) jsou dopravní cykly rovněž poměrně krátké. Pro dosažení vysoké dopravní výkonnosti zejména u dopravních souprav s vysokou užitečnou hmotností a přepravní rychlostí je třeba redukovat i časy nakládání a vykládání materiálu. Z tohoto pohledu se stávají nakladače v zemědělství rozhodujícím technickým prostředkem pro ložné operace.
Je třeba si uvědomit, že v zemědělství se ročně přepraví asi 97 milionů tun nejrůznějších materiálů, které se vyznačují nejen různým skupenstvím, ale i rozmanitou objemovou hmotností (50 až 1800 kg/m3). Často se při hodnocení manipulačních procesů uvádí 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.
Za nejdůležitější kritérium pro volbu nakládacích a manipulačních prostředků lze považovat možnost jeho využití v rámci technologií užívaných v podniku (univerzálnost). Z tohoto základního kritéria potom logicky odvozujeme všechny další požadavky:
– zvedací sílu,
– výšku zdvihu s pracovním nářadím,
– jízdní vlastnosti a manévrovací schopnosti.
V současné době je v naších podnicích využívána celá škála nakládacích a manipulačních prostředků. Jsou to smykem řízené nakladače a kompaktní (mini)nakladače (především v živočišné výrobě), čelní samojízdné nakladače (v linkách, kde je požadovaná vysoká nakládací výkonnost), traktorové čelní nakladače a především pak jsou to díky svojí vysoké výšce zdvihu a dobrým manévrovacím schopnostem nakladače s teleskopicky výsuvným ramenem (manipulátory).
Manipulátory
Jak u nás, tak i v zahraničí získávají manipulátory v zemědělských podnicích značnou oblibu a postupně vytlačují samojízdné čelní nakladače nejen v živočišné výrobě a při ložných operacích ve skladech, ale i při manipulaci s materiálem přímo na poli.
Manipulátory, které byly původně konstruovány pro stavebnictví, jsou pro využití v zemědělském provozu upravovány a řadou výrobců i přímo konstruovány. Vyznačují se nejen výbornými manévrovacími schopnostmi, dostatečnou výškou zdvihu, odpovídající silou při zasunutém i vysunutém rameni výložníku, ale i možností agregace se specializovanými nástavbami.
Manipulátory lze rozdělit na malé teleskopické manipulátory a klasické teleskopické. Malé teleskopické manipulátory tvoří přechod mezi teleskopickými manipulátory a malými nakladači. Stejně jako klasické manipulátory jsou vybaveny teleskopickým výložníkem obvykle se zdvihem do 4 m a zvedací silou do dvou tun. Tyto manipulátory bývají vybaveny motory o výkonu 80 až 100 koní. Pojezd bývá hydrostatický. Klasické manipulátory se vyznačují zdvihem ramene 7 až 10 m a zvedací silou 3 až 4,5 t. Důležitou podmínkou pro práci manipulátoru nejen v zemědělství, ale i v komunální sféře, jsou dobré trakční schopnosti, které zaručují bezpečný pohyb stroje nejen na zpevněných a upravených komunikacích, ale také na nezpevněných plochách.
Základ každého manipulátoru tvoří robustní rám a kvalitní podvozek. Rám manipulátorů bývá žebřinového nebo příhradového typu a slouží nejen k připojení náprav, motoru, výložníku a kabiny, ale také je významným stabilizačním prvkem, který ovlivňuje boční pohyb stroje, což je důležité především při požadavku na přesné uložení nákladu.
Rameno výložníku
Rameno manipulátoru (výložník) sestává ze dvou až čtyř sekcí, záleží na potřebném maximální dosahu. Posuv sekcí ramen může být ovládán hydraulicky, mechanicky (řetězy) nebo kombinací hydrauliky a mechaniky. Bod uchycení ramene výložníku ovlivňuje výšku těžiště stroje a výhled obsluhy z kabiny. Zpravidla je rameno uloženu nízko a vzadu za kabinou obsluhy. Posunutí bodu otáčení ramene do zadní části konstrukce zlepšuje také stabilitu stroje. Poloha uchycení ramene na stroji ovlivňuje nutnost používání dodatečných závaží. Přesné vedení sekcí ramen zaručují kluzáky vyráběné z materiálů vysoce odolných proti opotřebení s velmi nízkým koeficientem tření.
Kluzáky na koncích každé sekce umožňují optimální nastavení sekcí ramene jak při montáži, tak i přesné vymezení vůlí při provozní údržbě.
Výložník manipulátoru je navržen pro vysoké provozní zatížení. Maximální nosnost manipulátoru je až 4500 kg a maximální zvedací výška 9 m i větší. Stabilita ramene při práci v terénu bývá zajištěna aktivním svahovým vyrovnáváním celého stroje, případně u strojů bez svahového vyrovnávání hydraulickým systémem aktivního odpružení ramene (např. systém B. S. S. u strojů Merlo). Odpružení ramene znamená zlepšení práce stroje minimalizováním ztrát přepravovaného materiálu.
Motor
V závislosti na výrobci jsou manipulátory poháněny motory různých značek (John Deere, Perkins, Deutz, IVECO). Výkon motoru manipulátorů se pohybuje od 70 do 110 kW. Umístění motoru bývá v závislosti na konstrukci vedle kabiny nebo za ní. Obě řešení mají své výhody a nevýhody. Vzadu uložený motor působí jako protiváha vysunutého ramene, při bočním umístění je pak možné uložit rameno co nejdále v zadní části stroje a vylepšit tak silové poměry na rameni výložníku. Většina výrobců využívá právě boční umístění motoru. V současné době je považováno za standard použití motoru, který splňuje normu ISO 9249 (TIER 3).
Pohon pojezdu
Výrobci manipulátorů volí různý způsob pohonu pojezdu. Využívá se pohon s mechanickou převodovkou a hydrodynamickým měničem (hydrodynamický pohon) anebo hydrostatický pohon.
U hydrodynamického pohonu energie a točivý moment z motoru přechází do hydrostatického měniče, ve které se zvýší točivý moment a sníží otáčky motoru. Za hydrodynamickým měničem je napojena převodovka s rozvodovkou, odtud je pohon přenášen na přední, zadní, případně obě nápravy. Hydrodynamický měnič ve spojení s klasickou převodovkou s mechanickým řazením nebo s převodovkou řazenou pod zatížením zabezpečuje stroji vždy plynulý rozjezd po zvýšení otáček motoru. Reverzace chodu pod zatížením je nutnou samozřejmostí. Nejčastěji jsou používané převodovky čtyřstupňové, ale u některých typů manipulátorů se používají i převodovky pětistupňové. Na přání je možno vybavit převodovky některých typů manipulátorů i plazivými rychlostmi. Hydrodynamickému pohonu ovšem chybí samobrzdicí efekt systému. Proto je třeba vybavovat manipulátory lepším brzdovým systémem. Používají se kapalinové brzdy.
Hydrostatický pohon bývá většinou motor, který jednou částí své energie pohání hydrogenerátor pro pohon pracovního zařízení a druhou částí pohání hydrogenerátor určený pro pojezd stroje. Z regulačního hydrogenerátoru jde tlaková kapalina rozváděčem do rotačního hydromotoru, který je napojen na převodovku a rozvodovku, z níž je točivý moment přenášen na přední, zadní nebo obě nápravy. Přenos točivého momentu může být také realizován dvourozsahovým hydrogenerátem (méně časté provedení). Hydrostatický pohon zajišťuje plynulou reakci stroje v všech pracovních podmínkách. Výhodou je, že motor může pracovat vždy v oblasti nejvyššího točivého momentu a pneumatiky jsou vždy v optimální tahové síle vůči terénu. Využití systému load sensing zajišťuje automatické přizpůsobení výkonu hydrogenerátoru odporu stoje. Například při jízdě do prudkého stoupání hydrogenerátor snižuje průtok, ale zvyšuje tlak do hydromotoru. Tím se sníží rychlost jízdy, ale zvýší se točivý moment přenášený na pneumatiky. Hydrostatický pohon je také charakteristický samobrzdicím efektem. Snížení otáček motoru způsobí, že hydraulický systém začne sám brzdit.
Výhodou hydrostatického pojezdu může být citlivější ovládání a jednoduchost. Nevýhodou tohoto pohonu jsou větší ztráty přenášeného výkonu motoru.
Řízení náprav manipulátorů je hydrostatické s možností volby řízení jedné nápravy, řízení všech kol a tzv. krabí chod, který umožňuje stranový pojezd. To dává manipulátorům vysokou manévrovací schopnost nejen v jakémkoliv terénu, ale i v uzavřených prostorách se sloupy. Stopový poloměr otáčení se pohybuje po-dle velikosti manipulátoru od 3 m výše. Nasazení manipulátoru v členitějším terénu vyžaduje vybavit stroj možností svahového vyrovnání. Nejjednodušším typem vyrovnávání je systém blokování zadní nápravy při práci na svahu. U nejnovějších konstrukcí je využíván systém automatického vyrovnávání řízeného mikroprocesorem. Pro lepší vedení stroje při vyšších přepravních rychlostech jsou nabízeny i odpružené přední nápravy.
Hydraulická soustava
Ovládání všech funkcí manipulátoru je řešeno ve většině případů hydraulicky. Jako zdroj tlakového oleje se používají buďto zubové hydrogenerátory s tlakem asi 23 MPa a průtokem 110 l/min, nebo pístové axiální hydrogenerátory s tlakem 24 MPa a průtokem 150 l/min. Součástí hydraulické soustavy většiny manipulátorů s regulačním axiálním pístovým hydrogenerátorem je i systém load sensing. Tento systém zajišťuje optimální (právě potřebný) výkon hydrogenerátoru, kterým je zajištěn optimální průtok oleje ve všech současně pracujících prvcích. Je běžné, že jsou prováděny dvě i tři funkce výložníku současně.
Kabina obsluhy
Základním požadavkem na kabinu obsluhy je zajištění dokonalého výhledu. samozřejmostí je zajištění dokonalého výhledu vpřed, na čelní nářadí. Zde je třeba posuzovat výhled i v případě nakládky do dopravních prostředků s vysokými bočnicemi. Méně samozřejmé je posuzování výhledu z kabiny do boků a dozadu (s ohledem na uchycení ramene).
Významným činitelem při práci s manipulátorem je umístění ovládacích prvků. V konstrukci manipulátoru se stejně jako u ostatních samojízdných strojů uplatňuje trend ovládání levou ruka na volantu, ovládání ostatních funkcí pravou rukou pomocí sdruženého ovládače (joystick), integrovaného v posuvné sedačce. Obsluhu pomocí joysticku zabezpečuje nejen ovládání výložníku (zvedání/spouštění, zasouvání vysouvání, vyklápění/sklápění), ale i ovládání směru jízdy, zapínání uzávěrky diferenciálu a další funkce. Konstrukce joysticku kombinuje zpravidla hydraulický křížový rozváděč (pro čtyři základní pohyby) s dalšími ovládači a na jeho hlavici.
Tyto ovládače mohou fungovat nejen jako spínače, ale také jako proporcionální ovládače, umožňující plynulou regulaci průtoku oleje.
Bez elektroniky to nejde ani u manipulátorů, a proto i zde nalezneme integrovanou elektronickou jednotku, jež usnadňuje obsluhu a pomáhá řešit vzniklé problémy při případné poruše.
Příslušenství
Klíčem k univerzálnosti manipulátorů je přídavné nářadí, které je připevňováno na konci výložníku a díky jeho hydraulické soustavě může být i aktivně poháněno. Pro rychlou výměnu nářadí se používají rychloupínací rámy s ruční nebo automatickou fixací připojeného nářadí. Doba připojení a odpojení nářadí se obvyk-le pohybuje v rozmezí jedné až tří minut podle konstrukce připojovacího zařízení.
Rychloupínací systém nářadí umožňuje zpravidla výměnu adaptéru bez vystupování řidiče z kabiny (u pasivních adaptérů).
Pro manipulátory je k dispozici široký sortiment adaptérů od lopat přes vidle až po různé speciální zařízení, jako jsou žací lišty, rozdružovače balíků, kleště na válcové a hranolové balíky, vykusovače silážních bloků apod.
Lopaty se používají pro manipulaci se sypkými, popř. kusovými materiály. Často se také využívají pro těžební práce což ale, vzhledem ke konstrukci ramene manipulátoru, není úplně ideální. Základní lopatou, kterou je obvykle vybaven každý čelní nakladač, je univerzální lopata s břitem určená pro manipulaci se sypkými materiály (do objemové hmotnosti 2 t/m3). Pro manipulaci se zeminou je vhodnější lopata se zuby, pro manipulaci s bulevninami je k dispozici roštová lopata. Pro nakládání kompostů, chlévského hnoje, siláže a podobné materiály lze použít také lopatu s drapákem.
Pro manipulaci s objemnými hmotami se využijí vidle. K dispozici jsou jak jednoduché, tak drapákové vidle. Pro manipulaci s lisovanými pícninami a slámou se používá řada nářadí jako různé druhy vidlí a vykusovačů siláže. Uplatnění také pochopitelně najdou vidle na nakládání kulatiny, adaptéry pro manipulaci s válcovými a hranolovými balíky se uplatní nejen při manipulaci s balíky slámy, ale lze je s výhodou využít například při manipulaci s lisovaným separovaným odpadem. V zemědělském provozu najde uplatnění také jeřábový hák. Do zvláštní kategorie uplatnění manipulátoru připadá využití dálkově ovládané pracovní plošiny. Pro práci s plošinou musí být manipulátor vybaven sadou bezpečnostních prvků. Předpokládáme-li využití manipulátoru s pracovní plošinou, je třeba s touto alternativou počítat již při jeho pořízení. (Vybavení manipulátoru bezpečnostními prvky se projeví pochopitelně také na jeho ceně).
Široká paleta adaptérů umož-ňuje nasadit manipulátor také při údržbě komunikací a jejich okolí. Pro zimní údržbu komunikací lze manipulátor vybavit shrnovací radlicí a samonakládacím sypačem. Pro letní údržbu je možné na rameno výložníku připojit různé typy rotačních kartáčů (válcový s horizontální osou rotace nebo kotoučový s vertikální osou rotace), které lze využít pro úklid komunikací, zpevněných ploch nebo stájových prostor. Pro údržbu travnatých ploch lze využít vertikální mulčovače, případně nástavby pro ořezávání větví a jejich shrnování.
V posledním období se rozšiřuje nabídka manipulátorů upravených pro zemědělství. Základní výbava předpokládá doplnění manipulátoru o tažné zařízení pro připojení přívěsu nebo návěsu. Hmotnost přípojného vozidla se řídí typem závěsu a je dána homo-logací (až do hmotnosti 27 000 kg). Připojení přípojného vozidla předpokládá také vybavení manipulátoru odpovídajícím brzdovým systémem. Některé typy manipulátorů jsou také vybaveny zadním tříbodovým závěsem. Firma Merlo vybavuje svoje manipulátory tímto závěsem s užitečnou hmotností 4300 kg a elektronickým proporcionálním ovládáním, které je plně srovnatelné s traktorovými závěsy. Díky elektronickému řídicímu systému lze velmi snadno předprogramovat nastavení horní a dolní hranice zvedací síly a rychlost reakce systému, který potom funguje jako regulační hydraulika traktoru. Pro zvýšení možnosti použití manipulátoru lze u některých typů nalézt i vývodový hřídel, díky kterému se ještě více rozšiřuje oblast použití manipulátorů.
Základním technickým parametrem každého manipulátoru je jeho zvedací síla. Výrobcem uváděné hodnoty značí nejvyšší zvedací síly při zasunutém rameni výložníku. S vysouváním výložníku se jeho zvedací síla postupně snižuje. Při výběru manipulátoru je třeba sledovat diagram nosnosti každého typu. Při studiu tohoto diagramu je třeba věnovat pozornost poloze ramene vzhledem k čelu stroje. Řada manipulátorů je konstrukčně řečena tak, že maximální zdvih dosáhnou na úrovni čela stroje. Vzhledem k nutnosti zachovat určitý odstup stoje může být potom prakticky využitelná výška o něco nižší.
Výhodná univerzálnost
Pořízení kvalitní manipulační techniky patří k výhodným investicím. Teleskopický manipulátor lze zásluhou jeho univerzálnosti využít účelně v průběhu celého roku. Volbu vhodného stroje je třeba přizpůsobit konkrétním podmínkám a prováděnému typu prací. Tedy tomu faktoru, který má při rozhodování největší váhu.
Tím může být třeba průjezdnost, tedy rozměry a manévrovací schopnosti, a to zejména při použití v zúžených prostorech.
Při použití mimo uzavřené prostory nejsou rozměry ani manévrovací schopnosti tak podstatné a je třeba více hledět na výkonnost stroje, přičemž není tak rozhodující, kolik uzvedne, ale jak má výkonný motor a hydrauliku.
V některých případech může být limitem zdvihová výška. Při volbě typu manipulátoru je vhodné sledovat i to, v jaké kategorii je příslušný typ homologován. Některé typy manipulátoru jsou homologovány v kategorii traktor (T1), většina jich je ale homologována v kategorii pracovní stroj. S ohledem na změnu zákona o pojišťovnictví platnou od 1. 8. 2008 může být pro uživatele zajímavá i výše sazeb povinného ručení.
Závěr
Pořízení kvalitní manipulační techniky bývá jednou z výhodných investic. Teleskopický manipulátor lze díky jeho univerzálnosti využít v průběhu celého roku. Volbu vhodného stroje je třeba přizpůsobit konkrétním podmínkám a prováděnému typu prací. Tedy tomu faktoru, který má při rozhodování největší váhu. K vyššímu využití teleskopického manipulátoru přispívá, i když zatím výjimečně, jeho využití jako energetického prostředku pro pracovní stroje a dopravní prostředky.
Klíčové informace
- Pořízení kvalitní manipulační techniky bývá jednou z výhodných investic.
- Teleskopický manipulátor lze díky jeho univerzálnosti využít v průběhu celého roku.
- Volbu vhodného stroje je třeba přizpůsobit konkrétním podmínkám a prováděnému typu prací, tedy tomu faktoru, který má při rozhodování největší váhu.
- K vyššímu využití teleskopického manipulátoru přispívá, i když zatím výjimečně, jeho využití jako energetického prostředku pro pracovní stroje a dopravní prostředky.
Ing. Jiří Pospíšil, CSc.Mendelova zemědělská
a lesnická univerzita v Brně
Agronomická fakulta
Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
