ZS1

Rýchlejšie, presnejšie, spoľahlivejšie, no predovšetkým lacnejšie a všetko s rastúcou kvalitou produktu a tiež servisných služieb. Tak by sa dali charakterizovať tendencie, na ktoré výrobcovia v snahe osloviť zákazníka kladú popri zaujímavom dizajne najväčší dôraz.

 

V  oblasti stavebnej techniky dokáže tieto podmienky plniť iba niekoľko svetových výrobcov. Vývojom a konštrukciou strojov sa zaoberajú nielen popredné firmy, ale aj pracoviská technických univerzít v rámci riešenia rôznych projektov a záverečných prác.

Ukázalo sa, že teleskopické rýpadlá, okrem stavebných technológií a v hutníctve, našli efektívne uplatnenie aj pri záchranných prácach, najmä pri likvidácii dôsledkov živelných pohrôm, ako sú povodne, zosuvy pôdy a pod. Veľký význam má vysoká mobilita týchto strojov. Výnimočne sa tu uplatnili automobilové podvozky, napriek tomu, že ich ekonomická efektivita je nepriaznivo ovplyvňovaná odvodovými povinnosťami, určenými legislatívnymi predpismi.

ZS2Spolupráca školy s praxou

Očakávame, že v budúcnosti sa prejaví snaha nahradiť automobilové podvozky inými kolesovými koncepciami pri zachovaní veľmi dobrej priechodnosti v teréne a s prepravnými rýchlosťami na ceste takmer na úrovni nákladných automobilov.

Využijúc poznatky z nedokončeného výskumu a vývoja univerzálneho dokončovacieho zemného stroja na pásovom podvozku pod typovým označením UDS 180p vo WUSAM, a. s., Zvolen, riešili študenti a učitelia Ústavu dopravnej techniky a konštruovania na Strojníckej fakulte STU v Bratislave v spolupráci s Ústavom dizajnu na Fakulte architektúry, koncepčnú štúdiu moderného pracovného stroja, ktorá okrem detailných technických riešení priniesla aj nový dizajn.

Výsledkom spolupráce je projekt mobilného pracovného stroja s pracovným názvom SUS SCROFA. Ide o dvojmotorové teleskopické rýpadlo, vyznačujúce sa zlepšenými dosahovými a manipulačnými vlastnosťami na vysoko priechodnom podvozku so štvornápravovou koncepciou. Projekt je okrem nadčasového dizajnu zaujímavý aj mnohými evolučnými technickými riešeniami.

ZS3Otočná nadstavba

Štruktúra otočnej nadstavby teleskopických rýpadiel z hľadiska použitých agregátov, prvkov hydraulických systémov, riadenia a ovládania vychádza z platformy klasických hydraulických rýpadiel rovnakej hmotnostnej kategórie. Rozdiel je vo vytvorení priestoru potrebného pre pohyb pracovného zariadenia.

Otočné zariadenie v hlavnej miere ovplyvňuje efektivitu teleskopického rýpadla. Vhodnou voľbou parametrov možno zvýšiť výkonnosť až o 20 %. Otočná nadstavba pozostáva z rámu na ktorom sú umiestnené hnacie agregáty s príslušenstvom, kabína obsluhy a pracovné zariadenie. Konštrukčné riešenie jednotlivých technických uzlov bolo predovšetkým zamerané na minimalizáciu zadného polomeru otáčania, zabezpečenia stability pri veľkých pracovných dosahoch, zvýšenie kvality, bezpečnosti, ekonomickej a pracovnej efektívnosti stroja pri súčasnom redukovaní jeho hmotnosti. Kabína obsluhy spĺňa všetky ergonomické požiadavky a výhľadové zóny požadované príslušnými normami. Je konštrukčné uspôsobená požiadavkám jazdy po cestných komunikáciách.

Nakoľko 70 % času pracovného cyklu pripadá na otáčanie je nutné, aby pohon pracoval spoľahlivo aj pri vysokých momentoch vznikajúcich v procese rýpania alebo pri preprave vyťaženého materiálu na určené miesto. Podvozok s nadstavbou je spojený pomocou špeciálneho veľkorozmerového ložiska so skríženými valčekmi, ktorého konštrukčné vyhotovenie umožňuje prenos vysokých radiálnych a axiálnych síl so zachovaním minimálnych odporov pri otáčaní. Výhodou koncepcie je autonómia podvozkovej a nadstavbovej hydrauliky. Túto skutočnosť umožňuje koncepcia dvoch nezávislých motorov umiestnených na podvozku a otočnej nadstavbe. Ako hnací agregát otočného zariadenia je navrhnutý motor Perkins radu 1 200, poháňajúci samostatný hydraulický okruh otočného zvršku.

Pracovné zariadenie je samostatným celkom, a jeho technické vyhotovenie umožní efektívnu prevádzku stroja pri jeho nasadení. Originálne koncepčné riešenie v tomto prípade nadväzuje na výskum technologickosti konštrukcií teleskopických výložníkov vo zvolenskej spoločnosti. Vyhovuje náročným požiadavkám pracovných technológií využívajúcich výhody teleskopického výložníka. Pracovné zariadenie pozostáva z pracovného nástroja, vonkajšieho a vnútorného výložníka, ktoré sú uchytené v náboji pomocou veľkorozmerného ložiska. Kinematický celok poháňa sústava priamočiarych hydromotorov, umiestnených vo vnútri konštrukcie.

Kinematika teleskopického výložníka má oproti klasickej kĺbovej koncepcii pracovného zariadenia rýpadiel dve podstatné výhody:

– kinematika pracovného zariadenia (priamočiary pohyb) umožňuje konštantnú rýpnu silu pri zasúvaní vnútorného výložníka

– pracovný pohyb pri rýpaní umožňuje aj prácu v stiesnenejších podmienkach (pod konštrukciami mostov, priemyselných stavieb či v zastavaných oblastiach a pod.).

Nosnú a funkčnú časť pracovného zariadenia tvoria vonkajší a vnútorný výložník. Ich konštrukcia pozostáva z tvarovaných plechov, ktoré sa zvárajú do tvaru šesťuholníka. Vnútorné rameno je v princípe dvojkomorový skriňový nosník, ktorého vnútorná prepážka výrazne zvyšuje odpor proti lokálnej deformácii spôsobenej účinkami vodiacich elementov. Návrh a optimalizovanie tvaru prebiehalo súčasne s pevnostnou analýzou jednotlivých variantov s využitím MKP. Výsledkom analýzy je profil, ktorý odoláva rádovo väčším ohybovým napätiam ako konvenčný trojuholníkový či štvorcový profil (vyskytujúci sa v podobných konceptoch teleskopických rýpadiel) pri rovnakých podmienkach zaťaženia.

Výsledkom inovácie je aj vedenie výsuvného ramena vnútorného výložníka. Vďaka kombinácii trecieho a valivého posuvného vedenia sa výrazne zredukoval počet vodiacich profilov a valivých elementov, v porovnaní s doteraz používanými systémami na teleskopických rýpadlách.

Ovládanie pracovného nástroja zabezpečuje štvorkĺbový mechanizmus. Tento typ kinematiky je vhodnejší pre extrémne podmienky rýpania vzhľadom na priaznivejšie zaťaženia čapov tiahla a preklápacích pák ako koncepcia s križiakovým mechanizmom.

Inováciou v oblasti teleskopických rýpadiel je aj koncepcia nesúoso uložených dolných čapov priamočiarych hydromotorov ovládajúcich zdvih pracovného zariadenia v kinematickom rozmedzí + 30 až – 60o. Týmto uložením sa dosiahne, že priamočiare hydromotory majú priaznivejší priebeh hnacích momentov, najmä v krajných polohách výložníka. Táto koncepcia umožňuje lepšiu kontrolu nad pohybmi pracovného nástroja v krajných polohách. Tento efekt v opačnom prevedení platí aj pre polohu – 60o.

Teleskop je v ráme výložníka uložený otočne okolo svojej pozdĺžnej osi v rozsahu +/– 110° a to vzadu na klznom ložisku a vpredu na veľkorozmerovom ložisku s vonkajším ozubením, do ktorého zaberá pastorok rotačného hydromotora. Rozsah uhla natáčania obmedzujú prívodné hadice pre teleskop, pretože sme vo výložníku nepoužili otočný prevádzač.

ZS4Podvozok

Podvozok navrhovaného 30-tonového teleskopického rýpadla je riešený prostredníctvom osemkolesového štvornápravového usporiadania, pričom iba zadná tandemová náprava zostáva hnaná. Podvozok ako konštrukčný celok je nutné vidieť ako samostatnú jednotku – nosič s pohonnou jednotkou riadenou z otočnej nadstavby. Vzniká tak možnosť aplikácie rôznych prídavných zariadení na mieste radlice rovnako ako na otočnej nadstavbe. Toto umožňuje širšie uplatnenie navrhnutého stroja vo všetkých oblastiach nasadenia mobilných pracovných strojov.

Pri konštruovaní podvozku boli dodržané okrem požiadaviek dobrých jazdných vlastností pri pomalej jazde v teréne tiež požiadavky zachovania odpovedajúcich jazdných vlastností pri preprave po cestných komunikáciách. Voľba pohonnej jednotky a naladenie prevodového ústrojenstva boli teda podriadené dosiahnutiu maximálnej rýchlosti 40 km/h s možnosťou jej ďalšieho zvyšovania. Zvolený motor Perkins radu 1 200 bol použitý v inom výkonovom variante aj pre pohon hydrogenerátorov otočného zvršku. Výkonový variant umiestnený v podvozku dosahuje maximálny výkon 186 kW pri 2 200 ot./min a krútiaci moment až 1142 Nm umožňuje stroju dosiahnuť stúpavosť 34° a maximálnu ťažnú silu viac ako 150 kN. Motory Perkins rady 1200 inovatívneho dizajnu spĺňajú prísne legislatívne požiadavky v oblasti emisií pre rok 2011 EPA Tier 4.

ZS5Používanie automobilových podvozkov pri rýpadlách bolo vynútené požiadavkami na dosiahnutie vyšších prepravných rýchlostí pri zachovaní dobrej priechodnosti terénom. Trakciu a priechodnosť podvozku možno ešte zvýšiť aplikáciou oceľových pásov na hnané neriadené kolesá, čo umožňuje konštrukcia zadnej nápravy tandemového typu. Koncepcia podvozku je charakteristická práve nápravami tejto konštrukcie, čo znamená, že dvojica kolies na jednej strane nápravy je voľne výkyvná okolo osi v polovici ich vzdialenosti.

Medzistavenisková preprava stroja hmotnostnej kategórie 30 ton doteraz bola obyčajne sprevádzaná rôznymi problémami, ktoré minimalizuje navrhnutá koncepcia stroj SUS SCROFA. Ak prevádzkovateľ stroja bol postavený pred otázku či poslať stroj na stavbu „po vlastných“, alebo zabezpečiť jeho dopravu na podvalníku, koncepcia SUS SCROFA prichádza s úplne novým riešením. Okrem možnosti prepravy stroja po „vlastnej osi“ je tu aj možnosť prepravy ťahaním, keď sa rýpadlo premiestňuje zapriahnuté prostredníctvom prípravku podobne ako náves za ťahačom. Celková dĺžka súpravy tak nepresiahne 18 metrov. Odpadajú tým problémy a finančné náklady spojené s nadrozmernou prepravou.

ZS6Pri návrhu toho stroja bol vychádzané z požiadaviek trhu na univerzálnosť s možnosťou rýchlej prepravy medzi pracoviskami. Navrhnuté novokoncipované teleskopické rýpadlo SUS SCROFA pokrývajúce široký rozsah používateľských technológií spĺňa tieto požiadavky a svojimi technickými parametrami sa môže presadiť medzi moderné, efektívne a konkurencieschopné riešenia.

 

TEXT/FOTO: Ing. Metod Glatz a kol., SjF STU Bratislava