Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Využitie nakladačov s teleskopicky výsuvným ramenom a moderné prvky v ich konštrukcii

31-05-2021
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Nakladače s teleskopicky výsuvným ramenom, pre ktoré sa v praxi zaužívali aj označenia „teleskopické manipulátory“, prípadne skrátene len „manipulátory“, sa v našich podmienkach vo väčšej miere využívajú od polovice deväťdesiatych rokov dvadsiateho storočia a do poľnohospodárskych prevádzok sa rozšírili zo sektoru stavebníctva. Aj v súčasnosti väčšina výrobcov tejto techniky ponúka stroje ako pre poľnohospodárske prevádzky, tak pre potreby stavebného sektora.

Pre rad podnikov a fariem ide o nenahraditeľnú techniku ​​využívanú 365 dní v roku, a to ako vďaka obratnosti a možnostiam manévrovania v rôznych typoch prevádzok, tak vďaka nespočetnému množstvu náradia a ďalšieho príslušenstva. Uplatňujú sa tak v rastlinnej, ako aj v živočíšnej výrobe, ale aj v ostatných činnostiach súvisiacich s vykonávaním poľnohospodárskej prvovýroby.

V poľnohospodárstve sa využíva manipulátor predovšetkým ako prostriedok pre manipuláciu s materiálom. Pomáha pri dvíhaní, premiestňovaní poľnohospodárskych produktov, nakladaní a vykladaní dopravných prostriedkov. Veľký sortiment prídavných zariadení zabezpečuje variabilnosť použitia a maximálnu univerzálnosť teleskopických manipulátorov.

Základné vlastnosti manipulátorov 

Rastlinná a živočíšna výroba predstavujú veľmi špecifické podmienky, s ktorými sa tento stroj musí vysporiadať. K základným vlastnostiam manipulátorov pôsobiacich v tejto oblasti patrí univerzálnosť, manévrovateľnosť, výkonnosť a bezpečnosť. Bezpochyby tieto vlastnosti zlepšujú inovatívne prvky, ktoré sa nachádzajú v konštrukcii strojov.

Univerzálnym robí manipulátor možnosť rýchlo a bez nejakých dlhých časových strát pripojiť široké množstvo príslušenstva, ktoré sa používa pri chode farmy. Súčasťou moderných manipulátorov je tiež inštalovanie vývodového hriadeľa, trojbodového závesu a ťažného zariadenia. Takto má manipulátor širšie uplatnenie a dokáže zastúpiť aj traktory.

Manévrovateľnosť je veľmi charakteristickou vlastnosťou strojov, ktorá je veľmi dôležitá pre jazdu v rôznych prírodných alebo umelo vytvorených podmienkach. Viaceré režimy riadenia kolies dokážu eliminovať sťažené podmienky, s ktorými sa obsluha musí vysporiadať. Inovatívny prvok svahové vyrovnávanie lopaty ešte viac zefektívňuje kvalitu práce v nepriaznivých svahových podmienkach.

Z pohľadu výkonnosti je na manipulátor kladený dôraz na čo najrýchlejšie premiestnenie materiálu za jednotku času. Musí mať predovšetkým dostatočnú výkonnosť motora a prietok oleja hydraulickým systémom. K týmto dvom parametrom musí byť správne zosynchronizovaná prevodovka alebo pohon. Ak sú správne zosúladené tieto tri prvky, sú vytvorené predpoklady pre dosiahnutie vysokej výkonnosti stroja pri manipulácii s materiálom. Moderné konštrukčné riešenia toto zabezpečujú. Ani v oblasti bezpečnosti teleskopické manipulátory nezaostávajú s dobou. Sú vybavené rôznymi zabezpečovacími funkciami, ktoré upozorňujú na prípadné poškodenie stroja.

Výkonové kategórie manipulátorov

Podobne, ako je tomu v prípade poľnohospodárskych kolesových traktorov, možno aj manipulátory rozdeliť do rôznych výkonových kategórií. Tieto kategórie môžeme vymedziť najmä výkonovými parametrami motora, dosahom výsuvného pracovného ramena, alebo údajmi o nosnosti.

Jednotlivé kategórie manipulátorov, ktoré zaraďujeme do pomerne rozvetvenej rodiny nakladačov s teleskopicky výsuvným ramenom, sa líšia taktiež celkovým poňatím konštrukcie a vonkajšími rozmermi. Pritom poľnohospodárske verzie sa od tých stavebných líšia vo viacerých parametroch a technických riešeniach.

Modely, pri ktorých v poľnohospodárskych prevádzkach počítame s využitím v náročnejšom teréne a na nespevnených plochách, sú vybavené rôznym prevedením ochrany podvozkových skupín a kolesá sú obuté pneumatikami so šípovým dezénom. Oproti niektorým stavebným verziám majú manipulátory využívané v poľnohospodárstve kratší rázvor s menším polomerom otáčania. Naopak poľnohospodárske verzie majú na rozdiel od stavebných manipulátorov obmedzený maximálny dosah ramena, spravidla do 10 až 11 m. Je to z toho dôvodu, aby nebolo nutné používať predné hydraulicky ovládané stabilizačné podpery. Stavebné manipulátory sa okrem variantov s prednými podperami ponúkajú napríklad aj s otočnou vežou a v určitých situáciách predstavujú alternatívu k stavebným žeriavom. Vonkajšie rozmery spolu s vyššie uvedenými technickými parametrami určujú, do akej výkonovej kategórie sa konkrétny typ manipulátora radí. Celkovému poňatiu konštrukcie tiež zodpovedá, alebo by malo zodpovedať, nasadenie týchto strojov.

Hoci je možné upínacie zariadenie teleskopických ramien osadiť prakticky všetkými možnými druhmi adaptérov (od univerzálnych lopát po drapákové vidly na siláž a maštaľný hnoj), predsa len majú manipulátory svoje limity. Takýto trend je zrejmý najmä u veľkých poľnohospodárskych podnikov, fariem a podnikov služieb.

Na menších a stredných farmách a podnikoch zastávajú manipulátory väčšinu prác spojených s manipuláciou - od nakladanie sypkých materiálov cez manipuláciu s podstielkou až po nakladanie maštaľného hnoja či plnenie, prípadne aj vyprázdňovanie silážnych žľabov. Naopak vo veľkých podnikoch sa manipulátory dopĺňajú výkonnými kĺbovými kolesovými nakladačmi. Kolesové nakladače disponujú výkonným motorom od 110, 118 kW (150-160 k) vyššie, pracovným náradím na veľké objemy a tiež dostatočnou vlastnou hmotnosťou. 

Práve vyššie uvedená výkonová hranica motora prestavuje v súčasnosti hornú výkonovú hranicu klasických manipulátorov. Manipulátory sa nasadzujú pre ľahšie a stredne ťažké práce, kde víťazia svojou obratnosťou. Okrem teleskopicky výsuvného ramena sú pre manipulátory charakteristické tiež obe riaditeľné nápravy. Môžeme sa stretnúť s dvoma režimami riadenia, a to s riadením kolies prednej nápravy alebo oboch náprav pre dosiahnutie minimálneho polomeru otáčania. Väčšina modelov, ktoré v našich podmienkach pracujú, však disponuje spravidla tromi režimami, kedy okrem oboch vyššie uvedených možností má ešte režim tzv. krabieho chodu. Tento režim stroju umožňuje nielen pohyb smerom vpred či vzad, ale aj do strany. Práca v režime krabieho chodu sa využíva najmä vo ustajňovacích prevádzkach či v silážnych žľaboch a všade tam, kde sa pracuje pozdĺž uzavretých stien.  

Príslušenstvo manipulátorov

Kľúčom k univerzálnosti manipulátorov je prídavné náradie, ktoré je pripevňované na konci ramena a vďaka jeho hydraulickej sústave môže byť aj aktívne poháňané. Pre rýchlu výmenu náradia sa používajú rýchloupínacie rámy s ručnou alebo automatickou fixáciou pripojeného náradia. Doba pripojenia a odpojenia náradia sa zvyčajne pohybuje v rozmedzí jednej až troch minút podľa konštrukcie pripojovacieho zariadenia. Rýchloupínací systém náradia umožňuje spravidla výmenu adaptéra bez vystupovanie vodiča z kabíny (u pasívnych adaptérov).

Pre manipulátory je k dispozícii široký sortiment adaptérov od lopát cez vidly až po rôzne špeciálne zariadenia, ako sú žacie lišty, rozdružovače balíkov, kliešte na valcové a pravouhlé balíky, vyberače silážnych blokov a pod.

Lopaty sa používajú pre manipuláciu so sypkými, popr. kusovými materiály. Často sa tiež využívajú pre ťažobné práce čo ale, vzhľadom ku konštrukcii ramena manipulátora, nie je úplne ideálne. Základnou lopatou, ktorou je zvyčajne vybavený každý čelný nakladač, je univerzálna lopata s britom určená pre manipuláciu so sypkými materiálmi (do objemovej hmotnosti 2 t.m-3). Pre manipuláciu so zeminou je vhodnejšia lopata so zubami, pre manipuláciu s okopaninami je k dispozícii roštová lopata. Pre nakladanie kompostov, maštaľného hnoja, siláže a podobné materiály možno použiť aj lopatu s drapákom.

Pre manipuláciu s objemnými hmotami sa využijú vidly. K dispozícii sú ako jednoduché, tak drapákové vidly.

Pre manipuláciu s lisovanými krmovinami a slamou sa používa množstvo náradia, ako napr. rôzne druhy vidlíc a vyberače siláže, uplatnenie tiež pochopiteľne nájdu vidly na nakladanie guľatiny.

Adaptéry pre manipuláciu s valcovými a hranolovými balíky sa uplatnia nielen pri manipulácii s balíkmi slamy, ale možno ich s výhodou využiť napríklad pri manipulácii s lisovaným separovaným odpadom. V poľnohospodárskej prevádzke nájde uplatnenie aj žeriavový hák.

Do osobitnej kategórie uplatnenia manipulátora pripadá využitie diaľkovo ovládanej pracovnej plošiny. Pre prácu s plošinou musí byť manipulátor vybavený radom bezpečnostných prvkov. Ak predpokladáme využitie manipulátora s pracovnou plošinou, je potrebné s touto alternatívou počítať už pri jeho obstarávaní. Vybavenie manipulátora bezpečnostnými prvkami sa prejaví pochopiteľne tiež na jeho obstarávacej cene.

Široká paleta adaptérov umožňuje nasadiť manipulátor tiež pri údržbe komunikácií a ich okolia. Pre zimnú údržbu komunikácií možno manipulátor vybaviť odhrňovacou radlicou a samonakladacím sypačom. Pre letnú údržbu je možné na rameno výložníka pripojiť rôzne typy rotačných kief (valcovú s horizontálnou osou rotácie, alebo kotúčovú s vertikálnou osou rotácie), ktoré možno využiť pri upratovaní komunikácií, spevnených plôch alebo ustajňovacích priestorov. Na údržbu trávnatých plôch možno využiť vertikálne mulčovače, prípadne nadstavby pre orezávanie konárov a ich zhrňovanie.

V poslednom období sa v základnej výbave manipulátorov upravených pre poľnohospodárstvo objavuje doplnenie manipulátora o ťažné zariadenie pre pripojenie prívesu alebo návesu. Hmotnosť prípojného vozidla sa riadi typom závesu a je daná požiadavkami na homologizáciu (až do hmotnosti 27 ton). Pripojenie prípojného vozidla predpokladá tiež vybavenie manipulátora zodpovedajúcim brzdovým systémom. Niektoré typy manipulátorov sú tiež vybavené zadným trojbodovým závesom. Pre zvýšenie možnosti použitia manipulátora možno u niektorých typov nájsť aj vývodový hriadeľ, vďaka ktorému sa ešte viac rozširuje oblasť použitia manipulátorov.

Základným technickým parametrom každého manipulátora je jeho zdvíhacia sila. Výrobcom uvádzané hodnoty označujú najvyššiu zdvíhaciu silu pri zasunutom ramene výložníka. S vysúvaním výložníka sa jeho zdvíhacia sila postupne znižuje. Pri výbere manipulátora je potrebné sledovať diagram nosnosti každého typu. Pri štúdiu tohto diagramu je potrebné venovať pozornosť polohe ramena vzhľadom k čelu stroja. Rad manipulátorov je konštrukčne navrhovaný tak, že maximálny zdvih dosiahnu na úrovni čela stroja. Vzhľadom na nutnosť zachovať určitý odstup stroja od miesta, na ktoré je potrebné materiál uložiť, môže byť potom prakticky využiteľná výška o niečo nižšia.

Vplyv moderných prvkov v konštrukcii manipulátorov na efektívnosť ich práce

Moderné poľnohospodárstvo kladie obrovské nároky na strojné vybavenie, pričom teleskopické manipulátory sú často kľúčovými prvkami pri prácach na poľnohospodárskych podnikoch. Svojou univerzálnosťou a kompaktnosťou spájajú niekoľko manipulačných prostriedkov do jedného, a tým dokážu ušetriť náklady na prevádzku, ktoré by podnik musel použiť na jemu podobné stroje. K ešte väčším úsporám nákladov a zmysluplnejšej efektívnosti práce prispievajú inštalované moderné prvky v konštrukcii teleskopických nakladačov. Dnes je už pravidlom, že jednotliví výrobcovia zakomponovávajú do svojich strojov moderné prvky, ktoré sa tak stávajú pevnou súčasťou výrobného programu techniky pre oblasť manipulácie s materiálom.

V oblasti konštrukcie teleskopických výložníkov sa napr. stretávame s modernými prvkami ako sú bočný posuv ramena, systém Easy Ride alebo automatické vyrovnávanie polohy náradia. Funkcia bočného posuvu ramena má jednoznačný benefit v posune materiálu do strán bez zmeny ťažiska. Tým pádom nie je potrebné stroj presúvať, čím dokážeme ušetriť čas, pohonné hmoty a predlžiť životnosť jednotlivých komponentov vykonávajúcich pohon stroja. Systém Easy Ride a automatické vyrovnávanie lopaty, dokážu zvýšiť životnosť výložníka, čím podnik dokáže ušetriť nemalé finančné prostriedky spojené s údržbou stroja. Ďalším benefitom je aj uľahčovanie a zrýchľovanie prejazdov po nerovnom teréne, čím dokáže stroj zvýšiť výkonnosť práce počas pracovnej doby obsluhy stroja.

Súčasťou pohonných jednotiek t.j. motorov sú inovatívne systémy ako napríklad ECO Power Drive, ktorý jednoznačne maximalizuje úsporu pohonných hmôt a s tým spojené finančné výdavky. Výhodou môže byť aj zaistenie prevádzky schopného stavu v rôznych pracovných podmienkach. Zabezpečuje tiež činnosť vyžadujúcu stále otáčky motora a pre prácu s príslušenstvom poháňaným zadným vývodovým hriadeľom alebo zadným hydraulickým okruhom, čím je možné vykonávať niekoľko úkonov  naraz a tým dochádza k efektívnejšiemu využívaniu stroja. Dôležitou časťou motora je aj chladenie motora spojené s reverzom ventilátora, ktoré majú podstatný vplyv na prevádzku stroja. Reverz ventilátora zabezpečuje odstránenie nečistôt z oblastí prístupu vzduchu k chladiču, čím nedochádza k prehriatiu motora a tak narušeniu pracovnej prevádzky stroja z dôvodu čistenia sacích plôch a možného poškodenia motora. EGR ventil má vplyv na efektívnosť práce z pohľadu skvalitňovania životného prostredia, čím rieši aj problematiku ekologickosti jednotlivých poľnohospodárskych strojov.

V oblasti konštrukcie pohonov ponúkajú jednotliví výrobcovia rôzne spôsoby riešenia, no všetky typy majú spoločný cieľ a tým je úspora paliva. Palivo je nevyhnutné pre pohon stroja a zároveň je jednou z položiek, ktoré treba takmer každodenne dopĺňať do strojov. Jedným z vplyvov na efektívnosť práce z pohľadu konštrukcie pohonu je aj skrátenie pracovného cyklu, čím sa zvýši výkonnosť manipulátorov.

Podvozok manipulátora má tiež veľký vplyv na efektívnosť práce a to z pohľadu manévrovateľnosti a obratnosti stroja. Jedným z prvkov v oblasti podvozku zvyšujúcich efektívnosť prevádzky manipulátora je svahové vyrovnanie lopaty. Zabezpečuje nevysypanie materiálu a tak dokáže stroj manipulovať s jeho väčším množstvom a tým pádom môže presúvať danú komoditu v rôznych svahových podmienkach.

Hydraulický systém je taktiež dôležitou súčasťou manipulátorov, bez ktorého by sme jednotlivé úkony pohybu ramena nemohli ovládať. Dôležitým parametrom hydraulickej sústavy je prietok oleja, ktorý má vplyv na rýchlosť ovládania výložníka. Hydrogenerátory so snímaním zaťaženia dodávajú toto prietokové množstvo oleja, čo má za následok vynikajúce schopnosti i výkonnosť pri nízkych otáčkach motora, a tým pádom dosiahneme skrátenie časov pri manipulovaní s materiálom a zníženie spotreby paliva. Systém Smart handling je jednou výnimočnou pomôckou pre efektívne ovládanie teleskopického výložníka. Skladá sa z troch režimov a pracovné kroky, spúšťanie a zasúvanie teleskopického ramena, sú vykonávané súčasne, pričom tiež dochádza k úspore času.

Kabína má dosť podstatný vplyv na celú prevádzku manipulátora. Svojou konštrukciou by mala vytvoriť čo najkomfortnejšie a najvhodnejšie prostredie pre obsluhu, ktorá riadi stroj počas pracovnej zmeny. Dôležitým znakom je prehľadnosť kabíny, čím zabezpečíme obsluhe perfektný rozhľad v určitom priestore a tak môže bez akýchkoľvek zdržaní stroj pracovať plynule. V vnútri kabíny sa nachádza veľké množstvo zabezpečovacích systémov, ako napríklad dynamická kontrola stability stroja, ktorá upozorní obsluhu na možné nebezpečenstvo spojené s prevrátením stroja. Tento systém automaticky rozpoznáva príslušenstvo pripojené ku stroju a následne po jeho skalibrovaní zaručuje bezpečnú prácu v závislosti od záťažového diagramu.

Manipulátor je možné využiť aj ako multifunkčného pomocníka počas chodu farmy. Multifunkčným a efektívnym ho robí už spomínané inštalovanie vývodového hriadeľa, trojbodového závesu a ťažného zariadenia. Týmito prvkami je možné vykonávať rôzne operácie jedným strojom, čím dochádza k ušetreniu finančných prostriedkov spojených s kúpou traktorov menších výkonových tried.

Moderným prvkom v konštrukcii nakladačov je aj systém váženia nákladu, ktorý šetrí finančné náklady z dôvodu nepotrebnosti zakúpenia mostovej váhy v určitom poľnohospodárskom podniku, pretože tieto vážiace systémy sú veľmi presné a pracujú s veľmi malými odchýlkami oproti skutočnosti.

Záver

Manipulátory konštruované pre poľnohospodárstvo sa vyznačujú výbornými manévrovacími schopnostiam, dostatočnou výškou zdvihu, zodpovedajúcou silou pri zasunutom alebo vysunutom ramene výložníka, ale aj možnosťou prispôsobiť sa a pracovať so špecializovanými nadstavbami. Tieto výnimočné stroje možno rozdeliť na malé teleskopické manipulátory a klasické teleskopické manipulátory. Malé teleskopické manipulátory tvoria prechod medzi teleskopickými manipulátormi a malými nakladačmi. Ich charakteristickým znakom je teleskopické rameno s výškou zdvihu 4 m a zdvíhacou silou 2 tony. Klasické manipulátory sa vyznačujú zdvihom ramena do výšky 7-10 metrov a zdvíhacou silou 3 až 4,5 tony.

Ďalším znakom manipulátorov je ich samotný tvar. Malá celková výška a bočné umiestnenie kabíny vodiča je veľmi typické pre tieto stroje. Pohon stroja zabezpečuje motor , ktorý môže byť umiestnený vzadu alebo z boku. V zadnej časti je uchytené teleskopické rameno, ktoré je v zasunutom stave položené cez celý stroj v pozdĺžnej rovine. Na jeho konci je pripojené prídavné zariadenie (náradie).

Na slovenskom trhu sa môžeme stretnúť s veľkým množstvom teleskopických manipulátorov, ktoré ponúkajú firmy z celého sveta. Spolu s manipulátormi ponúkajú aj veľké množstvo moderných inovačných prvkov, ktoré zefektívňujú priebeh práce. Každý z moderných prvkov má svoje opodstatnenie pre zaradení do konštrukcie stroja a je len na užívateľovi či tieto benefity dokáže aj čo v najväčšej miere využívať.