Mobilné pracovné stroje na zemné práce

Zemné stroje majú v stavebnej praxi pri zakladaní stavieb, ich realizácii a následných terénnych úpravách nezastupiteľnú úlohu. Možno nimi realizovať pomerne veľmi široký rozsah prác. Druhovou a typovou skladbou predstavujú najpočetnejšiu kategóriu mobilných pracovných strojov. Zvyčajne sa nasadzujú v zostavách strojov, pričom stroje na ťažbu určujú technológiu a organizáciu ďalších prác.

Zemné stroje sú určené na rozpojovanie zeminy (ťažbu), jej nakladanie na dopravné prostriedky, prepravu, prípadne aj rozprestieranie a zhutnenie. Medzi základné typy zemných strojov patria tieto skupiny (niektoré sú technologicky prítomné vo viacerých skupinách):

• stroje na ťažbu – rýpadlá, dozéry, rýpadlo-nakladače, skrejpery, rozrývače, zemné frézy;
• stroje na manipuláciu a dopravu – nakladače, manipulátory, skrejpery;
• zhutňovacie stroje (tie však niektoré zdroje začleňujú medzi cestné stroje).

Skupina zemných strojov obsahuje viac ako niekoľko desiatok druhov určených na realizáciu rôznych pracovných technológií. Tieto stroje sa vyrábajú vo veľkostných triedach determinovaných obyčajne výkonom motora alebo pohotovostnou hmotnosťou, respektíve nosnosťou. Jednotlivé druhy strojov sa navzájom odlišujú pracovným zariadením a pracovným nástrojom prispôsobeným na realizáciu konkrétnej pracovnej technológie aj konštrukciou nosiča, ktorá umožňuje požadovanú pracovnú činnosť stroja. Pri realizácii konkrétnych prác s väčším rozsahom sa obyčajne nasadzujú v zostavách, pričom práve stroje na ťažbu určujú technológiu a organizáciu práce. Ich výkonu by mali byť kapacitne prispôsobené ďalšie nakladacie, dopravné, rozprestieracie, prípadne zhutňovacie stroje. Rozdelenie do veľkostných tried nie je dnes už záväzné, objektivizované je konkrétnymi výrobcami, ktorí potom v produkovanom sortimente ponúkajú ucelené stavebné alebo veľkostné rady pokrývajúce spektrum s označením mikro, mini, malé, stredné, veľké a v niektorých prípadoch aj tak­zvané XL veľkosti. Súčasný vývoj v oblasti zemných strojov je charakterizovaný zvyšovaním ich výkonnosti, využívaním nových pracovných princípov, modulárnosťou konštrukcií, využívaním systémov riadenia stroja, ich monitorovania, ergonómiou riešení, zavádzaním hybridných pohonov a zvyšovaním kvality, životnosti a prevádzkovej bezpečnosti.

Kritérií na rozdelenie zemných strojov je niekoľko. Podľa spôsobu práce sa rozdeľujú na stroje pracujúce nepretržito a stroje pracujúce cyklicky. Podľa pohybu pri práci ide o stroje pracujúce pojazdom (nakladače, manipulátory, dozéry, rozrývače) a stroje, ktoré pri práci stoja (rýpadlá). Podľa druhu podvozku (platí najmä pri rýpadlách) ide o stroje s podvozkom pásovým (s dvomi alebo viacerými pásmi), kráčajúcim, kolesovým (s oceľovými alebo pneumatikovými kolesami), koľajovým, automobilovým, kombinovaným a podobne (napríklad plávajúce rýpadlá). Podľa druhu pohonu pojazdu sa rozlišujú stroje s mechanickým, hydrostatickým (s centrálnym hydromotorom, hydromotormi v nápravách, hydrokolesami), hydrostatickým s mechanickým premostením alebo hydrodynamickým pohonom pojazdu.

Vo všeobecnosti možno konštatovať, že v používateľskej praxi sa najčastejšie pri nasadení využívajú rýpadlá, nakladače, rýpadlo-nakladače, manipulátory, dozéry, grejdery, skrejpery, ryhovače a zemné frézy.

Rýpadlá
Tieto cyklicky pracujúce zemné stroje počas pracovného cyklu pracujú svojím pracovným nástrojom (výškovou alebo hĺbkovou lyžicou) v tvare otvorenej nádoby s reznou hranou zeminu rozpojujú, naberajú a prostredníctvom pracovného zariadenia a otočnej nadstavby prenášajú na následný dopravný prostriedok alebo zeminu v rámci svojho dosahu len premiestňujú. Počas pracovného cyklu stroj stojí, pohybuje sa len pri premiestňovaní na nové stanovište. V kategórii stredných veľkostí sa tieto stroje zväčša vyhotovujú ako univerzálne, základnú lyžicu možno vymeniť za iné špeciálny typy (skalná, drenážna, triediaca, roštová, profilová a podobne) alebo možno použiť rôzny sortiment prídavných pracovných zariadení, ktoré umožňujú realizáciu iných pracovných technológií (drapák, manipulačné vidly, hydraulické rozrušovacie kladivo a podobne). Rýpadlá s väčším objemom nástroja sa konštruujú ako jednoúčelové, po opotrebovaní sa pracovný nástroj vymení za nový. Základné stavebné časti rýpadla sú podvozok, horná otočná nadstavba a pracovné zariadenie. Konštrukcia podvozku umožňuje spoľahlivú prevádzku stroja v určených pracovných podmienkach, dobré manévrovanie a stabilitu. Rýpadlo možno pri nasadení po­užiť len v podmienkach a v prípade zemín, ktoré stanovuje výrobca. V teréne často pracujú v stiesnených podmienkach, prekonávajú rôzne stúpania. Často sa pohybujú v teréne s priečnym sklonom, čo viedlo k vývoju špeciálnych konštrukcií týchto strojov (kráčajúce, s duálnym podvozkom a podobne).

Nakladače
Majú nezastupiteľné miesto v oblasti manipulácie s voľne uloženými sypkými materiálmi alebo kusovými, prípadne paletizovanými bremenami. Nakladače svojím pracovným nástrojom v tvare otvorenej nádoby – lopaty – materiál naberajú, premiestňujú na kratšie vzdialenosti, respektíve nakladajú do ďalších transportných prostriedkov. Základný pracovný nástroj (lopatu) možno spravidla vymieňať za iné druhy určené na špeciálne materiály, respektíve pracovné technológie alebo ju vymieňať za iný druh nástroja (manipulačné vidly, drapák, zdvíhací hák, kliešte na sudy a podobne), ktorý umožňuje realizáciu iných pracovných technológií. To dovoľuje lepšie využitie nosiča a zaraďuje ho do kategórie univerzálnych pracovných strojov. Pre používateľa sú z hľadiska praktického využitia týchto pracovných strojov dominujúce hlavne druhy a rozsah realizovaných pracovných technológií. Tie potom definujú konkrétny typ nakladača, respektíve jeho veľkosť tak, aby spĺňal dané požiadavky. Vo všeobecnosti možno rozdeliť nakladače na pásové a kolesové. Pásové nakladače sa v minulosti používali len v špeciálnych prípadoch, dnes však nachádzajú širšie uplatnenie hlavne v oblasti nakladačov riadených preklzom kolies. Z hľadiska základnej koncepcie sa rozdeľujú nakladače na tri základné skupiny – čelné, kĺbové a otočné.

Čelné nakladače sa ovládajú riadením kolies zadnej (menej zaťaženej) nápravy alebo takzvaným preklzom kolies. Pracovný nástroj sa privádza do záberu manévrovaním s celým strojom. Manévrovacie vlastnosti možno zlepšiť použitím otočných nakladačov, ktoré majú pracovné zariadenie umiestnené na kozlíku otočnom v rozsahu ±90°. Konštrukcie týchto nakladačov sú však zložitejšie, ale stroje dosahujú vyššie hodinové výkonnosti z dôvodu skrátenia pracovných cyklov.

Kĺbové nakladače sú charakteristické kĺbovým spojením predného a zadného rámu, ktoré prostredníctvom hydraulických valcov ovládaných servoriadením umožňuje ich vzájomné natočenie o ±40° vzhľadom na zvislú os. Táto koncepcia dovoľuje nosičom náradia pomerne dobrú manévrovateľnosť v minimálnom priestore. Za základné časti nakladačov možno označiť nosič pracovného zariadenia (rám, predná a zadná náprava, motor s príslušenstvom, pohon, hydraulická sústava, riadenie, ovládacie a kontrolné systémy a podobne) a pracovné zariadenie, ktoré môže mať lomený výložník (jeho súčasťou je kinematický mechanizmus ovládania nástroja a nástroj) alebo teleskopický výložník (najčastejšie dvojdielny skladajúci sa z pevnej a výsuvnej časti, mechanizmu ovládania nástroja a nástroja).

Manipulátory
Koncepcie nakladačov využívajúcich teleskopický výložník sa prispôsobili manipulačným operáciám s paletizačnými vidlami a vznikla tak samostatná skupina takzvaných manipulátorov, ktoré sa niektorými konštrukčnými znakmi a prevádzkovými vlastnosťami líšia od skupiny nakladačov. Sú prevažne konštruované ako terénne stroje, ktoré umožňujú prácu na nerovných a nespevnených podložiach.
Pozostávajú z nosiča a teleskopického pracovného zariadenia s nominálnou nosnosťou prevažne v rozsahu 2,5 až 6 t. Pracovné zariadenie tvorí dvojdielny alebo viacdielny teleskopický výložník (na väčšie dosahy), kinematika ovládania nástroja a pracovný nástroj – manipulačné vidly s rýchloupínačom. Z dôvodu väčšieho využitia nosiča sa používa široký sortiment prídavných pracovných zariadení (lopata, žeriavové zariadenie, montážna plošina, kliešte na guľatinu a podobne).

Rýpadlo-nakladače
Predstavujú skupinu univerzálnych pracovných strojov, ktoré v sebe účelne integrujú vlastnosti rýpadiel a nakladačov. Ich po­užitie je vhodné tam, kde sa realizujú zemné práce menšieho a stredného rozsahu so zameraním na rozpojovanie, manipuláciu a úpravu terénu. Nosič náradia je takzvaného traktorového typu s pevným alebo kĺbovým rámom. V prednej časti stroja je inštalované nakladacie zariadenie a v zadnej časti otočne, repsektívne posuvne uchytené podkopové rýpacie zariadenie. Stroj môže pracovať v režime nakladača alebo rýpadla. Z hľadiska pohonu majú tieto stroje znaky nakladačov, veľmi častá je koncepcia pohonu a riadenia všetkých kolies.

Dozéry
Dozéry predstavujú skupinu mobilných pracovných strojov určených na rozpojovanie a premiestňovanie zemín na kratšie vzdialenosti. Vzhľadom na charakter prác, ktoré vykonávajú, sú to konštrukčne robustné stroje, ktorých vývoj a výroba si vyžaduje pomerne veľké náklady. Ich zaradenie do určených pracovných technológií je však efektívne a ťažko zastupiteľné, preto ich možno nájsť takmer v každej zostave strojov zabezpečujúcich výstavbu alebo terénne úpravy väčšieho rozsahu. Základné technické parametre dozéra sú výkon motora, pohotovostná hmotnosť, ťažná sila, rozchod pásov, šírka pásu, dĺžka pásu, pojazdová rýchlosť a rozmery radlice a stroja. Konštrukcia dozéra sa skladá z traktorového nosiča (ten pozostáva z nosnej konštrukcie, motora s pohonom a príslušenstvom, stanovišťa obsluhy a podvozku), pracovného zariadenia s nástrojom a ovládacieho zariadenia.

Oblasť využitia dozérov vzhľadom na ich vlastnosti je pomerne široká a často sa využívajú nielen v stavebníctve, ale aj v iných odvetviach. Najčastejšie sa nasadzujú tam, kde treba zeminu plošne rozpojovať, rozhŕňať alebo premiestňovať na kratšie vzdialenosti. Sú to prevažne práce tohto charakteru:

• príprava terénu (odpratanie humusu, odstránenie kríkov, krovia, balvanov, vyvaľovanie pňov a stromov a podobne);
• prípravné práce na stavenisku (zrovnávanie terénu, zriaďovanie a údržba dopravných ciest a kanálov, plošná ťažba, rozprestieranie zeminy, hĺbenie zárezov, presuny štrku pri stavbe vozoviek a podobne);
• nakladanie vozidiel z rampových konštrukcií, prísun sypkých materiálov v betonárňach a podobne;
• postrkovanie a ťahanie rôznych prívesov, manipulácia s odpadom na skládkach, úprava búranísk a odstraňovanie sutín, odhŕňanie snehu a podobne.

Prevádzkový režim dozérov môže byť dobývací (charakterizuje ho veľký odpor proti pohybu a malé prepravné rýchlosti) a prepravný (menší odpor proti pohybu a vyššia prepravná rýchlosť). Dozéry možno rozlišovať podľa výkonových a hmotnostných tried. Najmenšie dozéry predstavujú hmotnostnú kategóriu 7 t s výkonom motora približne 50 kW a najväčší vyrobený dozér má hmotnosť 183 t a výkon motora 956 kW.

Podľa konštrukčného riešenia radlice sa dozéry rozdeľujú do týchto skupín:

• buldozéry – radlica je trvalo nastavená kolmo na pozdĺžnu os traktora s možnosťou zdvíhania a spúšťania a zmeny rezného uhla, brit radlice je rovnobežný s pojazdovou rovinou;
• angldozéry – brit radlice je rovnobežný s pojazdovou rovinou traktora, ale radlica je nastaviteľná od kolmice k pozdĺžnej osi traktora v obidvoch smeroch;
• tiltdozéry – radlica je nastavená kolmo k pozdĺžnej osi traktora, vo zvislej rovine je však natočená tak, že jeden koniec je nižšie ako druhý;
• univerzálne dozéry – radlicu možno nastavovať do všetkých uvedených polôh a dá sa nahradiť iným pracovným nástrojom.

Skrejpery
Skrejpery sú zemné stroje určené na efektívne nasadenie v oblasti ťažby, naberania a prepravy zeminy na väčšie vzdialenosti a jej následného rozprestretia a zhutnenia. Nasadenie skrejperov je ekonomicky opodstatnené hlavne v oblastiach, kde treba v pomerne krátkom čase vyťažiť zeminu v požadovanej hrúbke z väčších plôch a odviezť ju na väčšie vzdialenosti. Typickým príkladom vhodného nasadenia je výstavba letísk, terminálov, priemyselných parkov, diaľnic, nákupných a zábavných centier, hlavne na miestach, kde sa na vytýčenom stanovišti nachádza poľnohospodársky využiteľná pôda. Prepravovanie zeminy v korbe na väčšie vzdialenosti je oveľa výhodnejšie ako jej hrnutie radlicou dozéra (ekonomická hranica vzdialenosti na premiestňovanie zeminy radlicou dozéra je 60 až 80 m, v prípade U-radlice maximálne 100 m). Ich praktickému nasadeniu na stavenisku zodpovedajú nároky na organizáciu stavby a budovanie prevádzkových trás. Vo všeobecnosti možno skrejperami realizovať tieto pracovné technológie: odstraňovanie ornice a mačiny, ich odvoz na väčšie vzdialenosti a uloženie, vytváranie rôznych výkopov na zárezy a kanály, ťaženie a rozprestieranie zeminy pri vytváraní násypov, urovnávanie pláne, odoberanie zeminy na miernych svahoch a ich upravovanie, ťaženie materiálu z únosného dna tokov, zahrnovanie rýh a podobne. Rozdelenie skrejprov možno vykonať na základe rôznych prevádzkových a technických kritérií. Podľa obsahu korby sa tieto stroje delia na skrejpery s malým obsahom do 6 m3, so stredným obsahom od 6 do 15 m3 a s veľkým obsahom nad 15 m3. Podľa spôsobu spojenia ide o prívesné (vlečené) – jednoosové (s vysýpaním dopredu alebo dozadu) alebo dvojosové s vysýpaním dozadu (celá hmotnosť aj so zeminou sa prenáša na terén iba skrejperom a nie ťahačom), poloprívesné (sedlové) – k jednoosovému ťahaču alebo k dvojosovému ťahaču, ako aj samojazdné (motorové, korba skrejpera a ťahač tvoria kompaktný celok s vlastným pohonom). Sú mobilnejšie a majú lepšie manévrovacie schopnosti.

Grejdery
Grejdery sú stroje určené na zemné práce v nesúdržných a sypkých materiáloch. Ich pracovný nástroj môže vykonávať priestorový pohyb. Preto sa dajú použiť tam, kde iné zemné stroje nedokážu realizovať práce v plnom rozsahu. V zásade sa dá povedať, že z hľadiska technologického postupu zemných prác je grejder stroj, ktorý dokončuje povrch terénu pripravený inými zemnými strojmi. Grejdery sú vhodné na zhrnutie (odstránenie) ornice, respektíve zatrávnenej plochy, planírovacie práce, rozprestieranie materiálu, svahovacie práce, profilovanie a čistenie priekop, zahŕňanie výkopov, premiešavanie stavebných materiálov a ich rozprestieranie (stabilizácia zemného telesa), práce v komunálnom hospodárstve a pri údržbe ciest (odhŕňanie snehu, čistenie okrajov ciest, priekop a podobne).

Z hľadiska konštrukčného usporiadania stroja možno grejdery rozdeliť podľa týchto kritérií:

• spôsob pohybu – prívesné, ťahané a samopojazdné;
• výkon motora – malé (35 – 65 kW), stredné (65 – 90 kW), ťažké (90 – 140 kW), veľmi ťažké (140 – 200 kW);
• spôsob ovládania – mechanické a hydraulické;
• usporiadanie rámu – s pevným rámom, respektíve so zalamovacím rámom.

Ryhovače
Ryhovače sú strojnotechnologické zariadenia určené na hĺbenie rýh pri ukladaní potrubí, pri inštalácii závlahových systémov, optických, telefónnych a elektrických káblov do pôdy. V súčasnosti zohráva ryhovač pri týchto činnostiach nezastupiteľnú úlohu. Nahrádza ručné kopanie rýh, pracuje rýchlo a spoľahlivo. Tým sa ušetrí energia, čas a finančné náklady, ktoré by sa museli inak vynaložiť na pracovníkov realizujúcich výkopové práce. Zásah do pôdy je minimálny, pričom šírka a hĺbka ryhy závisí od veľkostnej triedy ryhovača. Napríklad na inštaláciu závlahových systémov sú vhodné malé ryhovače s nízkou hmotnosťou (jednoduchý transport a manipulácia aj v menej prístupných častiach záhrady) a s účinnou hĺbkou ryhy do 30 cm. Na inštaláciu závlahových systémov na športových ihriskách, inštaláciu telefónnych a iných káblov je už potrebná hlbšia ryha, a teda aj väčší stroj s výkonným motorom a pojazdom, ktorý je schopný rýchlo a plynulo vyhĺbiť ryhy s dĺžkou niekoľko stoviek metrov až kilometrov. Hlavným technickým údajom, ktorý určuje veľkosť stroja, je maximálna šírka a hĺbka vytváranej ryhy – drážky. Šírka sa pohybuje zvyčajne v rozpätí od 6 do 60 cm a hĺbka do 400 cm. Ryhovače sa podľa konštrukcie delia na dve základné skupiny – jednoúčelové mobilné pracovné stroje a prídavné pracovné zariadenia. Ryhovače sa vyrábajú buď s kolesovým, alebo pásovým podvozkom.

Zemné frézy
Zemné frézy sú mobilné pracovné stroje určené na rekultiváciu terénu. Používajú rotačný nástroj – bubon vybavený frézovacími hrotmi, ktorých charakter, veľkosť, počet a usporiadanie závisia od druhu rozrušovaného materiálu. V terénnych podmienkach je najčastejším kontaktným materiálom zemina s rôznym stupňom rozpojiteľnosti, v ktorej sa môžu nachádzať rôzne náhodné prekážky – korene, konáre, skaly. Najčastejšie ide o poľnohospodárske plochy, ktoré sa nepoužívajú dlhší čas alebo vôbec, v rôznom stave sa nachádzajúce lesné terény alebo terény, na ktorých sa budujú nové komunikácie alebo iné stavebné diela. Zemné frézy sa väčšinou konštruujú ako jednoúčelové mobilné pracovné stroje alebo sú to prídavné pracovné zariadenia, ktoré možno použiť ako adaptéry na rôzne typy zemných strojov (nakladače, dozéry) alebo poľnohospodárskych a lesníckych mobilných nosičov (traktory). Z hľadiska umiestnenia pracovného nástroja na nosiči možno zemné frézy rozdeliť na frézy s:

• pracovným nástrojom umiestneným pred prednou nápravou, obyčajne zaveseným na trojbodovom alebo inom závese;
• pracovným nástrojom umiestneným medzi nápravami, posuvne zavesený nástroj umožňuje niveláciu povrchu a používa sa v stavebníctve ako takzvaná stabilizačná fréza pri príprave podkladových vrstiev vozoviek alebo pri likvidácii starých ciest;
• pracovným nástrojom umiestneným za zadnou nápravou, prichyteným zvyčajne na trojbodovom závese. Táto kombinácia sa najčastejšie využíva v poľnohospodárstve alebo v lesníctve ako prídavné pracovné zariadenie na traktor.

Záver
Pri zaobstarávaní a nákupe zemných strojov je z hľadiska používateľov dôležité, aby vybraný stroj vhodne zapadol do zostavy strojov a aby sa vzhľadom na ostatné disponibilné technologické, skladovacie alebo transportné zariadenia časovo a výkonnostne efektívne využíval. Splnenie týchto podmienok sa dá analyzovať a podložiť technickými výpočtami.

Výkonnosť cyklicky pracujúcich mobilných pracovných strojov závisí od veľkosti pracovného nástroja a počtu pracovných cyklov za jednotku času. To znamená, že veľkosť stroja, teda jeho technické parametre, musí byť prispôsobená rozsahu a druhu prác, ktoré bude stroj v praxi prevažne vykonávať. Tieto skutočnosti musí pochopiteľne používateľ zvažovať už v etape nadobúdania (zaobstarávania) stroja. Z hľadiska efektívneho využitia strojov v praxi má dôležitý význam aj výrobcom ponúkaný sortiment prídavných pracovných zariadení, ktoré umožňujú prostredníctvom konkrétneho nosiča realizovať viacero pracovných technológií. V ostatnom období výrobcovia zemných strojov, respektíve mobilných pracovných strojov zo zákonných dôvodov a z dôvodu konkurencieschopnosti svojich výrobkov venujú pozornosť komfortu obsluhy, vplyvu strojov na životné prostredie a otázkam ich bezpečnosti. Tieto stroje sú už projektované tak, aby sa z hľadiska ich celkovej bezpečnosti minimalizovalo množstvo nebezpečných situácií, ohrození a rizík pri ich samotnom nasadení – prevádzke, údržbe, opravách, alebo v procese ich likvidácie. K minimalizácii týchto rizík nemalou mierou prispieva aj správna činnosť obslužného personálu, ktorý by mal dokonale poznať konštrukciu a špecifiká stroja i bezpečnostné pravidlá ich používania.

TEXT: prof. Ing. Ladislav Gulan, PhD.Ing. Gregor Izrael, PhD.
FOTO: archív autorov

Autori pôsobia v Ústave dopravnej techniky a konštruovania Strojníckej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.