Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Manipulace s materiálem Diplomová práce
Vedoucí práce:
Vypracoval: Bc. Jiří Kadeřávek
Ing. Jiří Pospíšil, CSc. Brno 2011
Mendelova univerzita v Brně Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky
Agronomická fakulta Akademický rok:2010/2011
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE
Autor práce: Studijní program: Obor:
Název tématu:
Bc. Jiří Kadeřávek Zemědělská specializace Management techniky
Manipulace s materiálem
Rozsah práce:
50-60
Zásady pro vypracování: 1.
2.
3. 4. 5.
Na základě studia literatury posuďte současný stav řešení dané problematiky u nás a ve světě. Proveďte analýzu současného stavu a jeho rozbor. Stanovte cíle práce. Na základě studia literatury a dostupných údajů o provozu zvoleného souboru strojů nebo strojních linek stanovte vhodné technické, technickoekonomické případně ekonomické ukazatele, které budete vyhodnocovat. Stanovte metodiku jejich vyhodnocení. Proveďte příslušná sledování a na základě metodiky je odpovídajícím způsobem vyhodnoťte. Zhodnoťte míru naplnění vytyčených cílů práce a uveďte teoretické i praktické výstupy z Vašeho sledování. Při zpracování závěrečné práce se řiďte instrukcemi k úpravě diplomové práce vydané děkanátem agronomické fakulty.
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Manipulace s materiálem vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne………………..………………………
podpis diplomanta……………………….
Poděkování Děkuji Ing. Jiřímu Pospíšilovi, CSc. za vedení při zpracování diplomové práce, konzultace a ochotu při poskytování informací. Děkuji pracovníkům firmy AGRO CS Smiřice, především panu Ladislavu Panenkovi, za projevenou ochotu, čas a pomoc při měření. V neposlední řadě bych chtěl poděkovat rodičům za umožnění studia, za pomoc a podporu při studiu a zpracování diplomové práce.
ABSTRAKT Diplomová práce pojednává o využití dopravních prostředků a manipulačních zařízení v zemědělství se zaměřením na systémy vážení materiálů. Teoretická část diplomové práce uvádí přehled dopravních a manipulačních prostředků používaných v zemědělství. Přednostně se věnuje zařízením pro stanovení hmotnosti materiálu, tedy vahám. U jednotlivých systémů vážení materiálu jsou specifikovány funkční principy a základní technické parametry. Pozornost je zejména směřována na palubní vážicí systémy a zařízení užívaná k vážení dopravních prostředků, kusových a sypkých materiálů. Cílem praktického měření je ověřit, s jakou přesností neboli chybou pracuje vážicí systém instalovaný na kolovém nakladači při různých režimech vážení materiálu, v porovnání se stacionární mostovou váhou. Tyto naměřené hodnoty jsou v závěru vyhodnoceny. KLÍČOVÁ SLOVA Dopravní
prostředky,
manipulační
zařízení,
vážení,
kontinuální
váhy,
diskontinuální váhy, palubní vážicí systémy.
ABSTRACT The thesis deals with using agricultural machinery and handling devices in agriculture focusing on the systems of material weighting. The theoretical part of the thesis shows the survey of agricultural and handling devices used in the agriculture. This work prefers devices for weight fixing of the material. Functional principles and basic technical parameters are specified in particular systems of material weighting. The attention is especially aimed at board weight systems and devices used for weighting of means of transport, piece and loose materials. The aim of practical measurement is to test what is precision or the difference in weight of weight system installed on a wheel loader which works in various programmes of material weighting compared with the stationary weight-bridge. These measured out values are analysed at the end of the process. KEYWORDS Agricultural machinery, handling devices, weighting, continuous weights, discontinuous weights, on-board weight systems
OBSAH 1
Úvod.......................................................................................................................... 9
2
Stanovení cílů ........................................................................................................... 9
3
Manipulace s materiálem v zemědělství................................................................... 9 3.1
Specifika zemědělské manipulace s materiálem............................................. 10
3.2
Množství přepraveného materiálu .................................................................. 11
3.3
Materiály dopravované v zemědělství ............................................................ 12
3.3.1 4
Manipulační prostředky .......................................................................................... 13 4.1
Dopravní prostředky ....................................................................................... 13
4.1.1
Legislativa při využití dopravních souprav ............................................ 14
4.1.2
Automobily a automobilové dopravní soupravy .................................... 15
4.1.3
Traktorové dopravní soupravy................................................................ 16
4.1.4
Účelové samojízdné dopravní soupravy ................................................. 19
4.2 4.2.1 4.3
Mobilní prostředky určené pro nakládku a vykládku ..................................... 21 Parametry ovlivňující volbu kolového nakladače................................... 22 Čelní (lopatové) samojízdné nakladače .......................................................... 25
4.3.1
Smykem řízené nakladače ...................................................................... 25
4.3.2
Kompaktní nakladače o užitečné hmotnosti do 5000 kg ........................ 26
4.3.3
Nakladače o užitečné hmotnosti 5000 až 10 000 kg............................... 27
4.3.4
Nakladače o užitečné hmotnosti nad 10 000 kg ..................................... 27
4.4
5
Třídění materiálů v zemědělství ............................................................. 12
Samojízdné nakladače s teleskopickým výložníkem...................................... 28
4.4.1
Podvozek................................................................................................. 29
4.4.2
Teleskopický výložník............................................................................ 29
4.4.3
Multifunkční teleskopické nakladače ..................................................... 30
4.5
Traktorové nakladače...................................................................................... 31
4.6
Jeřábové nakladače ......................................................................................... 32
Vážení ..................................................................................................................... 33 5.1
Základní rozdělení vah.................................................................................... 33
5.1.1
Diskontinuální vážení ............................................................................. 34
5.1.2
Kontinuální vážení.................................................................................. 34
5.1.3
Váhy určené k obchodnímu styku .......................................................... 35
5.1.4
Technologické váhy................................................................................ 35
5.1.5
Přesnost vážení ....................................................................................... 36
5.2 5.2.1
Snímače zatížení ..................................................................................... 38
5.2.2
Snímače tlaku.......................................................................................... 40
5.2.3
Snímače polohy....................................................................................... 41
5.2.4
Vyhodnocovací jednotka ........................................................................ 41
5.3
Diskontinuální systémy vážení ....................................................................... 42
5.3.1
Mostové váhy.......................................................................................... 43
5.3.2
Nápravové váhy ...................................................................................... 43
5.3.3
Váhy pro kolejová vozidla...................................................................... 44
5.3.4
Plošinové můstkové váhy ....................................................................... 45
5.3.5
Zásobníkové váhy ................................................................................... 45
5.3.6
Jeřábové váhy ......................................................................................... 45
5.4
Palubní vážicí systémy pro nakladače ............................................................ 46
5.4.1
Způsoby vážení ....................................................................................... 46
5.4.2
Umístění snímačů a snímané parametry ................................................. 47
5.4.3
Vyhodnocovací jednotka ........................................................................ 47
5.4.4
Systémy sledování dat ............................................................................ 49
5.5 5.5.1 5.6
6
Snímače........................................................................................................... 38
Palubní vážicí systémy na dopravních prostředcích ....................................... 49 Způsoby vážení a umístění snímačů ....................................................... 50 Kontinuální systémy vážení............................................................................ 52
5.6.1
Pásové váhy ............................................................................................ 52
5.6.2
Průtokoměry sypkých hmot .................................................................... 52
5.6.3
Dávkovací pásové váhy .......................................................................... 53
5.6.4
Diferenciální dávkovací váhy ................................................................. 53
Vlastní měření......................................................................................................... 54 6.1 6.1.1 6.2 6.2.1 6.3 6.3.1 6.4
Metodika měření ............................................................................................. 54 Vyhodnocení měření............................................................................... 55 Průběh měření ................................................................................................. 57 Režimy vážení materiálu palubní váhou................................................. 57 Identifikace použitých strojů a zařízení:......................................................... 58 Výpočet chyby měření stacionární mostové váhy .................................. 59 Výsledky a diskuze ......................................................................................... 60
6.4.1
Vliv režimu vážení na chybu měření ...................................................... 60
6.4.2
Porovnání jednotlivých režimů............................................................... 65
6.4.3 7
Porovnání hmotností nabraného materiálu váženého režimy A, B a D.. 65
Závěr ....................................................................................................................... 68
Seznam literatury ............................................................................................................ 70 Seznam obrázků.............................................................................................................. 73 Seznam tabulek ............................................................................................................... 74
1
ÚVOD Manipulace s materiálem je činitelem, jenž spojuje všechny části produkčního
procesu, tj. výrobu, oběh a spotřebu. Podílí se mnohdy výrazně na konečné ceně výrobku i na hospodářských výsledcích dosahovaných ve výrobě. Stejně tak tomu je i v zemědělské výrobě, kde se manipulace s materiálem na celkových nákladech podílí z 18 až 22 procent. Vzhledem k objemu přepraveného materiálu patří zemědělství mezi největší hospodářské dopravce, přičemž ročně se v tomto odvětví přepraví téměř 100 milionů
tun
různého
materiálu.
Plošný
charakter
dopravy,
různorodost
přepravovaných materiálů a různé přepravní podmínky jsou v zemědělské výrobě také poměrně specifické. Všechny tyto údaje naznačují, že je třeba této problematice věnovat značnou pozornost.
2
STANOVENÍ CÍLŮ Cílem teoretické části diplomové práce, zpracovávané na téma manipulace
s materiálem, je uvést přehled o dopravních a manipulačních prostředcích používaných v zemědělství a o zařízeních pro stanovení hmotnosti materiálu, tedy váhách. Cílem praktického měření je ověřit, s jakou přesností, nebo-li chybou, pracuje vážicí systém instalovaný na kolovém nakladači při různých režimech vážení materiálu, v porovnání se stacionární mostovou váhou. Tyto naměřené hodnoty následně vyhodnotit.
3
MANIPULACE S MATERIÁLEM V ZEMĚDĚLSTVÍ Manipulace s materiálem je chápána jako souhrn nakládacích, vykládacích,
překládacích a přepravních operací, dále skladování, balení a vážení materiálu. Spolu s dopravou osob ovlivňuje průběh výrobního procesu tím, že spojuje na určitém místě a v určité době všechny činitele výrobního procesu. Má své specifické požadavky jak na technické prostředky, tak i na způsob organizace práce. Vzhledem ke specifickým podmínkám a charakteru zemědělské výroby, ovlivňují manipulační operace výrobní proces více než v ostatních odvětvích národního hospodářství, protože výrobní prostředky ani pracovní síly se obvykle nenacházejí v místě výroby, a proto se musí na určené místo dopravit. A to nejen včas, ale i v potřebném množství, aby mohl výrobní proces nerušeně probíhat.
9
Výrobní proces, jako proces tvorby užitných hodnot, nekončí tedy v první fázi reprodukčního procesu, tzn. ve sféře výroby, ale pokračuje i ve sféře oběhu. Při manipulaci se nemění fyzikální, chemické, biologické nebo jiné vlastnosti materiálu nebo výrobků, jejich kvalita či kvantita, mění se pouze jejich poloha v prostoru a čase. Dopravou se nemění užitná hodnota výrobků, ale zvyšují se výrobní náklady. V zemědělské výrobě tvoří náklady na přemisťování a skladování 18 až 22 % výrobních nákladů.
3.1 Specifika zemědělské manipulace s materiálem Doprava v zemědělství má své zvláštnosti, kterými se výrazně odlišuje od dopravy v ostatních odvětvích národního hospodářství. Tyto zvláštnosti mají vliv jak na druh dopravní techniky používané v zemědělství, tak i na způsob organizace u řízení dopravních prací. Zemědělská doprava se vyznačuje zejména: •
Různými fyzikálně mechanickými, chemickými a biologickými vlastnostmi přepravovaných materiálů. K těmto vlastnostem, které jsou značně rozmanité, je nutno přihlížet při volbě druhu, popř. úpravě dopravního prostředku a manipulačního
zařízení.
Významným
podílem
na
celkovém
množství
přepravovaných materiálů mají hmoty s objemovou hmotností do 400 kg.m-3 (32 %) statková hnojiva a komposty (26 %) zrniny, olejniny a okopaniny (23 %). •
•
Velkým množstvím přepravovaného materiálu, které závisí na: -
struktuře výroby zemědělského podniku,
-
podílu hospodářsky využívané půdy,
-
výnosech plodin,
-
počtu chovaných zvířat a způsobu jejich ustájení,
-
dávkách průmyslových hnojiv,
-
způsobu uskladnění a zpracování produktů rostlinné výroby apod.
Výraznou sezónností dopravy, která je charakteristická např. obdobím žní, kdy je potřeba v krátkém časovém úseku přepravit velké množství materiálu.
10
•
Převážně jednosměrné využití dopravních prostředků na relativně krátké přepravní vzdálenosti, což preferuje vozidla a dopravní soupravy s vyšší užitečnou hmotností, ale nižší konstrukční rychlostí.
•
Různými jízdními podmínkami (silnice, polní cesta, terén), které mají často protichůdné požadavky na konstrukci vozidel, např. kontaktní tlak na podložku. Zatímco pro jízdu po zemědělské půdě by neměl být tlak vyšší než 300 kPa; pro jízdu po silnici se požaduje, vzhledem k opotřebení pneumatik a valivému odporu, tlak vyšší.
•
Využitím dopravních prostředků i pro ložné operace, např. nakládku (sběrací návěsy, dopravní prostředky vybavené hydraulickou rukou, přepravníky balíků objemných hmot s nakládacím zařízením) a pro aplikaci dopravovaných materiálů (rozmetadla hnoje, průmyslových hnojiv).
3.2 Množství přepraveného materiálu Zemědělství patří mezi největší dopravce v národním hospodářství a disponuje i značnou dopravní kapacitou. Například v roce 2006 byl roční objem dopravy u zemědělství 98,7 mil. tun materiálu. Pro porovnání je možné uvést, že v témže roce bylo po železnici přepraveno přibližně 84 mil. tun materiálu a v rámci silniční dopravy bylo přepraveno přibližně 440 mil. tun materiálu. Na přepravu uvedených 98,7 mil. tun materiálu bylo spotřebováno více než 118 mil. litrů motorové nafty, což při současných cenách odpovídá asi 3 540 mil. Kč. Nejvíce materiálu se přepravilo v rámci vnitropodnikové dopravy a to přibližně 83 % z celkového množství [1]. Podíl jednotlivých přepravovaných materiálů v zemědělství 1,1% 0,5%
8,8%
Objemové hmoty
3,6% 29,2%
3,5%
Zrniny Okopaniny Tuhá statková hnojiva Kapalná statková hnojiva Minerální hnojiva
15,4%
Voda Zelenina, ovoce, vinné hrozny 16,4%
14,9%
Zvířata Ostatní materiály
6,7%
Obr. 1 Podíl přepravovaných materiálů v zemědělství
11
3.3 Materiály dopravované v zemědělství V zemědělství se přepravuje 200 až 300 druhů materiálů s nejrůznějšími mechanicko-fyzikálními vlastnostmi, které ovlivňují celý proces dopravy a manipulace. Určitým specifikem většiny z nich je jejich nižší objemová hmotnost a biologická činnost. Zvláštní požadavky jsou kladeny na přepravu zvířat. Podmínky pro ochranu živých zvířat při přepravě jsou uvedeny v Zákoně č. 246/1992 Sb. Pro volbu vhodného dopravního prostředku a řešení dopravních a manipulačních operací má rozhodující význam druh a vlastnosti dopravovaného materiálu, který je charakterizován svými mechanicko-fyzikálními, chemickými, biologickými i dalšími vlastnostmi. Tyto vlastnosti se mohou v průběhu výrobního procesu i několikrát změnit. 3.3.1
Třídění materiálů v zemědělství Přepravovaný materiál můžeme rozdělit podle zvoleného specifického znaku do
skupin. Tyto skupiny se vyznačují tím, že s materiály do nich zařazených se manipuluje (dopravuje) stejnými metodami nebo prostředky. V Tab. 1 je zobrazeno třídění materiálů v zemědělství podle základních znaků a hledisek, které uvádí pan O. Syrový ve své publikaci [1] . Tab. 1 Základní třídění materiálů v zemědělství z hlediska vlastností ovlivňujících řešení manipulace a dopravy [1]
Hledisko třídění
Fyzikálněmechanické vlastnosti
Název sypkost skupenství
objemová hmotnost
velikost částic sypný úhel
Členění kusové, sypké pevné, kapalné, plynné -3 velkoobjemové do 150 kg.m -3 objemové nad 150 do 400 kg.m středně objemové
nad 400 do 600 kg.m
-3
-3
středně těžké nad 600 do 1100 kg.m těžké nad 1100 do 2000 kg.m-3 -3 velmi těžké nad 2000 kg.m hrubozrnné, střednězrnné, malozrnné, drobné, prachové
součinitel smykového tření
Chemické vlastnosti Biologické vlastnosti Náchylnost k poškození
zvláštní vlastnosti reakce nebezpečí pro zdraví
lepkavost, brousivost, teplota, vlhkost, soudržnost kyselá, alkalická, neutrální
biologická činnost
aktivní, pasivní
žíravé, jedovaté, vznětlivé, explozivní
největší povolená výška pádu
Způsob balení
volně ložené, pytlované, lisované, apod.
12
4
MANIPULAČNÍ PROSTŘEDKY
Manipulace s materiálem v zemědělství je tvořena rozsáhlou soustavou technických prostředků. Tvoří ji stovky strojů a zařízení nejrůznějších druhů a typů. Uvést ucelený přehled je nad rámec této publikace, proto bude v následujících kapitolách věnována pozornost prostředkům, které jsou v zemědělství nejvíce zastoupeny. Základní členění manipulačních prostředků je uvedena na obr. 2. dopravní prostředky
Manipulační prostředky
manipulační zařízení
přepravní prostředky Obr. 2 Základní členění manipulačních prostředků
4.1 Dopravní prostředky Dopravní prostředky lze definovat jako mobilní technické prostředky, jejichž pohybem se uskutečňuje přeprava materiálu, popř. osob. Na obr. 3 je uvedeno základní členění dopravních prostředků dle druhu energetického prostředku.
automobily a automobilové dopravní soupravy
Dopravní prostředky
traktorové dopravní soupravy
účelové samojízdné dopravní soupravy
Obr. 3 Členění dopravních prostředků
13
4.1.1
Legislativa při využití dopravních souprav Při agregaci souprav pro provoz na pozemních komunikacích platí obecně platné
předpisy dané především Vyhláškou č. 341/2002 Sb. Určuje mimo jiné největší povolené hmotnostní limity dopravních prostředků, největší povolenou hmotnost na nápravu, intenzitu činnosti brzd. Také stanovuje podmínky pro spojování vozidel do souprav. Podle této vyhlášky je při tvorbě souprav potřeba počítat nejen s nejvyšší technicky přípustnou přípojnou hmotností, ale také s okamžitou hmotností přípojného vozidla. Je třeba rozlišovat konstrukční rychlosti tahače do 40 km/h, kdy je povolen 2,5 násobek okamžité hmotnosti tažného vozidla. Pro tahače s konstrukční rychlostí nad 40 km.h-1 je povolen 1,5 násobek okamžité hmotnosti tažného vozidla. Uvedená vyhláška také určuje maximální možné rozměry vozidla i celé soupravy. Hmotnostní limity silničních vozidel stanovené v § 15 Vyhlášky č. 341/2002 Sb., jsou závazné také pro zvláštní vozidla. Do kategorie zvláštních vozidel mimo jiné patří zemědělské nebo lesnické traktory a jejich přípojná vozidla, dále samojízdné pracovní stroje, pracovní stroje přípojné, nemotorové pracovní stroje a vozidla.
Největší povolené hmotnosti silničních vozidel, zvláštních vozidel a jejich rozdělení na nápravy dané vyhláškou č. 341/2002 Sb.[13] : •
největší povolené hmotnosti na nápravu vozidla nesmí překročit: -
u jednotlivé nápravy
10,0 t
-
u jednotlivé hnací nápravy
11,5 t
-
u dvojnápravy motorových vozidel součet zatížení obou náprav dvojnápravy nesmí překročit při jejich dílčím rozvoru:
-
do 1,0 m
11,5 t
od 1,0 m do 1,3 m
16,0 t
od 1,3 m do 1,8 m
18,0 t
u hnací nápravy s dvojitou montáží pneumatik a vzduchovým pérováním od 1,3 m do 1,8 m
•
19,0 t
největší povolené hmotnosti na dvojnápravy přípojných vozidel součet zatížení obou náprav dvojnápravy nesmí překročit při dílčím rozvoru: -
do 1,0 m
11,0 t
-
od 1,0 m do 1,3 m
16,0 t
-
od 1,3 m do 1,8 m
18,0 t
14
•
největší povolené hmotnosti na trojnápravy přípojných vozidel součet zatížení obou náprav trojnápravy nesmí překročit při dílčím rozvoru jednotlivých náprav: -
do 1,3 m včetně
21,0 t
-
nad 1,3 m do 1,4 m včetně
24,0 t
Dvojnápravou se rozumí dvě za sebou umístěné nápravy, jejichž středy jsou při přípustné hmotnosti od sebe vzdáleny (dílčí rozvor) nejvýše 1,8 metru. Trojnápravou se rozumí tři za sebou umístěné nápravy, jejichž součet dílčích rozvorů činí nejvýše 2,8 metru. Hmotnost připadající na jednu nápravu dvojnápravy a trojnápravy přípojných vozidel nesmí překročit 10 tun. Uvedená vyhláška také stanovuje největší povolenou hmotnost silničních vozidel. Pro zvláštní vozidla platí stejné limity jako pro silniční vozidla, výjimku tvoří pouze traktorový návěs, který může mít maximální hmotnost povýšenou o maximálně 3 t, a traktorový přívěs s nápravami uprostřed, který může mít maximální hmotnost povýšenou o 1 tunu. U pracovních strojů přípojných platí stejné hodnoty jako pro traktorové přívěsy nebo návěsy. Maximální povolené hmotnostní limity: -
motorové vozidlo s dvěma nápravami
18,0 t
-
motorové vozidlo s třemi nápravami
25,0 t
-
motorové vozidlo s třemi nápravami jehož hnací nápravy jsou vybaveny dvojmontáží pneumatik a vzduchovým pérováním (při limitu 9,5t
4.1.2
na nápravu)
26,0 t
-
motorové vozidlo s čtyřmi a více nápravami
32,0 t
-
přívěsy s dvěma nápravami
18,0 t
-
přívěsy s třemi nápravami
24,0 t
-
přívěsy s čtyřmi a více nápravami
32,0 t
Automobily a automobilové dopravní soupravy Silniční nákladní automobily jsou v současném zemědělství používány
především pro mimopodnikovou dopravu na delší přepravní vzdálenosti. Na trhu jsou k dispozici také nákladní automobily určené přímo pro zemědělství. Jejich značné rozšíření v sedmdesátých a osmdesátých letech minulého století a to i ve vnitropodnikové dopravě bylo přerušeno v devadesátých letech, kdy docházelo ke změnám struktury jednotlivých zemědělských podniků a nákladní automobily začaly
15
postupně nahrazovat traktorové soupravy. Obecně se udává, že hranice pro ekonomické nasazení nákladních automobilů, je přepravní vzdálenost minimálně na 8 až 12 kilometrů. Konstrukční řešení zemědělských nákladních automobilů je uzpůsobeno použití v zemědělském terénu. Jedná se především o podvozek s vyšší průchodností terénem (vyšší světlost, pohon všech kol, flotační pneumatiky s nízkým měrným tlakem na půdu apod.), převodové ústrojí s dostatečným počtem převodových stupňů při pracovní rychlosti a výstupy pro pohon přídavných zařízení (výkonný hydrogenerátor apod.) a možnosti využití výměnných účelových nástaveb a kontejnerů (sklápěč, fekální cisterna, rozmetadlo chlévské mrvy apod.).
Obr. 4 Nákladní automobil TATRA 815 Agro
4.1.3
Traktorové dopravní soupravy Traktory tvoří základní energetický prostředek v zemědělství. Jejich dostupnost
je také předpokladem pro využití při vytváření dopravních souprav, které zajišťují rozhodující část přepravy materiálu v rámci vnitřní a částečně i vnější dopravy. Konstrukce traktorových tahačů je primárně určena pro provoz v terénních - polních podmínkách, současně s trendem zvyšování výkonu motoru a přepravní rychlosti na 40 až 60 km.h-1 výjimečně i na 80 km.h-1, využitím odpruženého podvozku (odpružení přední nápravy, odpružení celého podvozku), využitím moderních bezpečnostních systémů (antiblokovací systém brzd ABS) je předurčuje i pro provoz na pozemních komunikacích v dopravních soupravách. Jak již bylo uvedeno, materiály přepravované v zemědělství jsou velmi různorodé, proto musejí i přepravní prostředky vyhovovat širokému sortimentu těchto materiálů.
16
Moderní
konstrukce
zemědělských
přípojných
vozidel
by
se
měla
vyznačovat[1]: •
Nízkou provozní hmotností vůči užitečné hmotnosti.
•
Dostatečným ložným objemem vzhledem k nižší objemové hmotnosti materiálů převážených v zemědělství.
•
Ložnou plochou nízko nad zemí pro dosažení potřebné stability a co nejnižší výšky nakládání.
•
Vhodným zařízením pro rychlé, popř. dávkové vyprázdnění ložného prostoru.
•
Odpružení náprav pracující při různém zatížení.
•
Vhodnými pneumatikami umožňujícími dosáhnout nízkého měrného tlaku na půdu a malého valivého odporu.
•
Účinným brzdovým systémem, vyvozujícím brzdný účinek podle okamžité celkové hmotnosti dopravního prostředku.
•
Obsluhou dopravní soupravy jedním pracovníkem z místa řidiče.
Z hlediska základní konstrukce podvozku se používají přívěsy, což jsou samostatná vozidla, která na tahač nepřenášejí svou hmotnost, a návěsy, které oproti přívěsům přenášejí část své hmotnosti na tahač, čímž umožňují zvýšit zatížení hnací nápravy a zlepšit tak jeho trakční vlastnosti.
Obr. 5 Traktorová souprava JCB Fastrack 3200 s návěsem ZDT mega 28
17
Nejdůležitější konstrukční a exploatační ukazatele přípojného vozidla jsou [1]: •
Největší povolená hmotnost (součet provozní a užitečné hmotnosti),
•
provozní hmotnost,
•
užitečná hmotnost (nejvyšší hmotnost materiálu, kterou lze vozidlem přepravovat),
•
užitečný objem (největší objem, jehož lze pro přepravu materiálu využít),
•
nejvyšší povolená rychlost (obvykle závisí na druhu použitých pneumatik, celkové hmotnosti vozidla a jeho konstrukci),
•
dovolená svahová dostupnost (dána statickou stabilitou vozidla a použitým součinitelem bezpečnosti)
•
základní rozměry (největší délka, šířka a výška),
•
rozchod a rozvor kol, světlá výška.
V dnešní době se s ohledem na zvyšující se výkonnost technologických linek a produktivitu práce zvyšují i užitné vlastnosti přípojných vozidel. Jedná se především o užitečnou hmotnost, přepravní rychlost a univerzálnost. Užitečná hmotnost je dána výrobcem a vyjadřuje, kolik materiálu lze převézt v ložném prostoru vozidla. Ovlivňuje ji především konstrukce rámu a podvozku, počet a umístění náprav, typ pneumatik a způsob připojení na tahač. Přípojná vozidla se obvykle vyrábějí jako jednonápravové s užitečnou hmotností do 9 600 kg, dále jako dvounápravové s hmotností od 4 000 kg do 16 000 kilogramů. S užitečnou hmotností nad 16 000 se obvykle vyrábí jako třínápravové. Konstrukční přepravní rychlost se pohybuje od 40 až 60, výjimečně až na hranici 80 km.h-1. Podvozek Základem celého přívěsu je rám, jenž patří k nejvíce namáhaným součástem celého přípojného vozidla. Musí být především stabilní a odolný proti kroucení. Nápravy přenášejí veškeré zatížení nákladu a také zachycují veškeré dynamické síly od povrchu vozovky. S rostoucí přepravní rychlostí a snahou zvýšit životnost přívěsu a snížit negativní vliv na půdu, je již nutností vybavit podvozek odpruženými nápravami. Nejčastěji se používá mechanické odpružení, konkrétně listové pružiny. Ty jsou ale v současnosti stále více nahrazovány parabolickými pružinami, které se vyznačují až o 40 % menšími rozměry a o 30 % nižší hmotností oproti listovým pružinám stejné dimenze. Tyto druhy odpružení jsou nejúčinnější až při nejvyšší
18
hmotnosti vozidla. Při jízdě s prázdným vozidlem a při vyšších rychlostech na nerovném povrchu již podvozek nepracuje uspokojivě, což se projevuje neklidnou jízdou. Naproti tomu pneumatické pérování má při jízdě s nákladem i bez něho stejné vlastnosti, proto se nejčastěji používá u přípojných vozidel s vyšší konstrukční rychlostí. Nevýhodou pneumatického pérování je jeho pořizovací cena, která je až o 30 % vyšší než u mechanického odpružení. Nejdokonalejším způsobem odpružení náprav přípojného vozidla je hydropneumatické pérování. To umožňuje mimo jiné nezávislé uložení náprav a dynamické vyrovnávání zatížení náprav. Nástavby S ohledem na různorodost materiálů přepravovaných v zemědělství, jsou pro přepravu těchto materiálů uzpůsobeny i nástavby přípojných vozidel. Nástavby mohou vedle základní funkce přepravy materiálu, daný materiál nakládat (sběrací vozy), překládat (překládací vozy) a aplikovat (rozmetadla hnoje). Přípojná vozidla mohou být řešena jako jednoúčelová, kdy je nástavba trvale spojena s podvozkem, nebo jako multifunkční, kdy jeden podvozek může sloužit pro více nástaveb (kontejnerový systém, podvozek s výměnnými nástavbami). Základní rozdělení nástaveb: •
Sklápěcí nástavby,
•
velkoobjemové nástavby,
•
překládací nástavby,
•
sběrací nástavby,
•
fekální cisterny,
•
rozmetadla hnoje.
4.1.4
Účelové samojízdné dopravní soupravy Tyto dopravní prostředky se vyznačují především specifickou koncepcí
a konstrukcí podvozku, jenž je předurčuje do zvláštních pracovních podmínek, například pro práci na poli, na svazích, na podmáčených půdách. Mohou být koncipovány jako nosiče nástaveb nebo zároveň také jako tahače nebo nosiče na tříbodovém hydraulickém závěsu. Samojízdné dopravní soupravy jsou řešeny jako jednoúčelové, kdy účelová nástavba není demontovatelná, nebo jako víceúčelové, kdy je možné účelové nástavby vyměňovat. To je zpravidla řešeno systémem unifikovaných výměnných nástaveb. Do procesů mohou vstupovat jako dopravní prostředek (přepravník cukrové řepy), jako aplikátor (rozmetadlo hnoje) nebo tažný prostředek. 19
Obr. 6 Účelový samojízdný podvozek AgroVariant CZ s nástavbou na přepravu řepy
Podvozek Při práci na poli nesmí podvozek způsobovat nadměrné zhutnění půdy a ani poškozovat porosty při zachovalé prostupnosti terénem. Proto jsou samojízdné stroje určené pro práci na poli vybaveny širokými flotačními pneumatikami s velkým vnějším průměrem. Podvozek může být koncipován jako tříkolový, čtyřkolový nebo vícekolový. U tříkolového podvozku každá pneumatika jede ve vlastní stopě, a půda tak není cyklicky zatěžována. U čtyřkolového podvozku je pro minimalizaci utužení půdy možné využít tzv. „krabí chod“, kdy je stroj při přímé jízdě odchýlen od podélné osy a každá pneumatika tudíž jede ve vlastní stopě. U vícekolových podvozků je princip vlastní stopy pneumatiky poměrně omezen, ale celková hmotnost je rozložena na větší plochu a tlak působící na půdu není tak velký. Pro práci na svahu je nutné především nízké těžiště a dostatečné přímé vedení stroje. Proto tyto stroje mají agregáty umístěny nízko v rámu a také vysoký rozchod kol. Pro zlepšení vedení jsou vybavovány dvoumontážemi kol.
Obr. 7 Terra Gator 3104 při práci v režimu „krabí chod“
20
4.2 Mobilní prostředky určené pro nakládku a vykládku Ložné operace představují první článek celého dopravního procesu. Specifickým rysem dopravy a manipulace v zemědělství jsou poměrně krátké přepravní vzdálenosti v rámci technologického postupu. Uvádí se v průměru do 4 km v rámci vnitřní dopravy. Z toho vyplývají poměrně krátké dopravní cykly a poměrně vysoké nároky na dopravní a manipulační zařízení. Správně zvolená souprava manipulačního zařízení a dopravního prostředku má zásadní vliv na dosažení vysokých výkonností a z toho vyplývajících nízkých nákladů na dopravu. Pro hodnocení manipulačních procesů můžeme použít součinitel nakládky. Tento součinitel vyjadřuje, kolikrát je nutné v průběhu výrobního procesu určitý materiál nakládat. Jeho průměrná hodnota pro zemědělství je 1,8. Základní členění manipulačních zařízení je uvedeno na obr. 8. zařízení pro úpravu materiálu k manipulaci zařízení pro ložné operace Manipulační zařízení
skladovací zařízení
dopravní zařízení
zdvihací zařízení
Obr. 8 Základní členění manipulačních zařízení
V následujících kapitolách bych se chtěl věnovat zařízením pro ložné operace, které považuji z uvedených kategorií za nejvýznamnější pro potřeby manipulace s materiálem v zemědělství. Zařízení pro ložné operace tvoří jednu ze základních součástí strojového parku v zemědělském podniku. Principiálně je můžeme rozdělit na zařízení pro nakládku, vykládku a překládku. Některá zařízení, ať už se jedná o samojízdné nebo přípojné stroje, jsou schopna vedle primárního účelu plnit i účel nakládky (překládky), např. vyorávače okopanin, sklízecí mlátičky, sběrací návěsy. Většina dopravních prostředků má vlastní vykládací zařízení, např. systém sklápění, vyhrnovací čelo, pásový dopravník.
21
Pro nakládku materiálu na dopravní prostředky se v zemědělství nejčastěji využívají kolové nakladače, proto jim bude věnována značná pozornost. Základní rozdělení kolových nakladačů je zobrazeno na obr. 9. smykem řízené nakladače
čelní (lopatové) samojízdné nakladače
Kolové nakladače
samojízdné nakladače s teleskopickým výložníkem
traktorové čelní nakladače
kompaktní nakladače o užitečné hmotnosti do 5 t nakladače o užitečné hmotnosti 5 až 10 t nakladače o užitečné hmotnosti nad 10 t traktorové jeřábové nakladače
jeřábové nakladače
samojízdné jeřábové nakladače
Obr. 9 Rozdělení kolových nakladačů
4.2.1
Parametry ovlivňující volbu kolového nakladače Při rozhodování o zařazení nakladače do technologického procesu je nutné
vědět, s jakým materiálem a v jakém prostředí bude nakladač nejčastěji manipulovat. Správné vyhodnocení těchto informací vede k volbě správného nakladače a dobré ekonomice provozu stroje. Dle O. Syrového [1] jsou důležité pro volbu nakladače následující parametry: zvedací síla [kN], odtrhová síla [kN], užitečná hmotnost nakladače [kg], největší výška zdvihu se standardním nářadím [m], největší výška otočného bodu nářadí [m], největší překládací (výsypná) výška [m], největší hloubka náběru [m], největší vyklápěcí úhel nářadí [stupeň], největší naklápěcí úhel nářadí [stupeň], výška nakladače [m], největší výška se zvednutým standardním nářadím [m], světlá výška nakladače [m], dosah nakladače [m], poloměr otáčení (bez nářadí, s nářadím) [m], doby jednotlivých pracovních činností nakladače [s], hmotnost nakladače [kg], jmenovitý výkon motoru [kW].
22
Na obr. 10 jsou znázorněny hlavní výškové a délkové rozměry kolového nakladače.
Obr. 10 Rozměry kolového nakladače Caterpillar IT14G
Pracovní cyklus nakladačů Pracovní cyklus nakladačů se skládá z náběru materiálu, jeho zvednutí, přemístění k dopravnímu prostředku, vyložení materiálu do dopravního prostředku, zpětný pohyb a spuštění pracovního nářadí k opětovnému náběru. Některé činnosti mohou probíhat souběžně.[5] Doba pracovního cyklu má zásadní vliv na výkonnost celé dopravní linky, a tudíž i na ekonomiku. Dobu pracovního cyklu ovlivňuje technické řešení nakladače (jeho konstrukce, výkon motoru, výbava), zručnost a zkušenost obsluhy a volba organizace práce (vzdálenost mezi místem náběru a dopravním prostředkem). Obvyklé dílčí časy pracovního cyklu čelních a teleskopických nakladačů jsou uvedeny v Tab. 2. Tab. 2 Obvyklé dílčí časy pracovního cyklu čelních a teleskopických nakladačů [1]
Doba [s] Zdvihu Spuštění Vyklopení Náběru Zajíždění výložníku Vyjíždění výložníku
čelní 2,8 - 8,5 2,3 - 8,0 0,5 - 2,8 1,4 - 2,5 -
23
Nakladče kompaktní 2,8 - 6,7 2,1 - 3,7 1,4 - 2,8 1,5 - 2,8 -
teleskopické 4,5 - 11,5 3,5 - 8,0 1,3 - 3,7 2,5 - 4,9 2,1 - 11,6 3,3 - 15,7
Adaptéry čelních nakladačů Pro zvýšení užitných vlastností nakladače je možné využít vyměnitelných přídavných zařízení určených pro specifické použití. Schopností připojení přídavných zařízení se nakladač stává univerzálním strojem a záleží na uživateli, která přídavná zařízení ke stroji pořídí. Kolové nakladače proto opouštějí své tradiční místo v oblasti manipulace se stavebními hmotami a horninami a dostávají se i do jiných odvětví, například do zemědělských podniků a farem. Základním pracovním zařízením nakladačů, kterým je charakterizován tento stroj, je lopata. Na trhu je však k dispozici široký sortiment pracovního nářadí: od různého provedení lopat, přes vidle konstruované pro různé účely až po speciální zařízení, jako jsou zametací zařízení, kotoučové pily, jeřábová ramena, míchací lžíce apod. Některé příklady adaptérů jsou znázorněny na obr. 11 až obr. 16. Pro zjednodušení a zrychlení výměny nářadí jsou nakladače vybavovány rychloupínacím rámem. Doba výměny nářadí se potom pohybuje od jedné do tří minut (záleží na konstrukci rámu a na způsobu fixace nářadí).
Obr. 11Velkoobjemová lopata
Obr. 14 Jeřábové rameno
Obr. 12 Lopata s přidržovačem
Obr. 15 Otočné vidle na palety
Obr. 13 Drapákové vidle
Obr. 16 Zametací zařízení
24
4.3 Čelní (lopatové) samojízdné nakladače Podle základní definice normy ČSN ISO 7131 (také ISO 6165, 1987) je nakladač samohybný stroj pásový nebo kolový s integrovanou vpředu namontovanou nosnou konstrukcí lopaty a pákovou soustavou, který nabírá, těží anebo rozpojuje materiál prostřednictvím pohybu stroje kupředu a který zdvíhá, přepravuje a vysypává materiál. Z této definice vyplývá, že nakladač je určen výhradně pro manipulaci s horninou nebo sypkými hmotami.[4] Vzhledem k možnostem připevnění přídavného zařízení i na zadní a boční část nakladače tato definice již neodpovídá praxi a oblast použití se tak posouvá daleko za tyto hranice. 4.3.1
Smykem řízené nakladače Tyto nakladače se vyznačují vysokou manévrovatelností v omezeném prostoru.
Tuto schopnost umožňuje systém řízení prokluzem kol, který pracuje na principu nezávisle poháněných rozvodovek kol pravé a levé strany stroje. Díky tomuto řešení potřebují tyto stroje pro svou práci velmi malý prostor a jsou schopny se otočit na místě. Tyto stroje mají poměrně malé rozměry, proto se hojně využívají ve stísněných prostorách, např. ve stájích, skladech. Určitou nevýhodou je poměrně malá světlá výška, pro kterou se příliš nehodí pro práci v terénu. Tuto nevýhodu částečně kompenzuje použití pásového podvozku. Tyto stroje se vyrábějí v kategoriích podle základních parametrů. Jejich rozsahy jsou uvedeny níže: •
Užitečná hmotnost
400 – 1900 kg
•
Provozní hmotnost
800 – 6000 kg
•
Výška zdvihu
1,8 – 3,2 m
•
Výsypná výška
1,3 – 2,8 m
•
Výkon motoru
10 – 75 kW
Obr. 17 Smykem řízený nakladač JCB ROBOT s jednoramenným výložníkem
25
4.3.2
Kompaktní nakladače o užitečné hmotnosti do 5000 kg Kompaktní nakladače se vyznačují menšími rozměry oproti kolovým
nakladačům, přičemž základní konstrukce zůstává zachována. Zároveň se však poměrně snižuje užitečná hmotnost, maximální dosah a některé technicko-technologické vlastnosti. Díky svým malým rozměrům a řízení pomocí středového kloubu se vyznačují vynikající manévrovací schopností, která je důležitá především při práci v omezených prostorech. Nakladače mohou být kromě klasického pevného výložníku vybaveny také teleskopickým výložníkem, jenž zvyšuje výškový dosah stroje. Toto řešení umožňuje dosahování vysokých překládacích a skladovacích výšek, při zachování dobrého výhledu řidiče ve všech směrech, na rozdíl od manipulátorů, kde je výhled částečně omezen výložníkem a nízko uloženou kabinou. Příkladem může být nasazení v živočišné výrobě při odklízení podestýlky. Základní parametry: •
Užitečná hmotnost
500 – 5000 kg
•
Provozní hmotnost
2000 – 12000 kg
•
Výsypná výška
2,5 – 3,7 m (5 m u teleskopického výložníku)
•
Výkon motoru
100 – 220 kW
Obr. 18 Kompaktní nakladač JCB TM 300 – 52 s teleskopickým výložníkem
26
4.3.3
Nakladače o užitečné hmotnosti 5000 až 10 000 kg Čelní kolové nakladače o nosnosti přibližně od 5000 do 10 000 kg jsou určeny
do výkonných strojních linek, které vyžadují značné nároky na produktivitu práce. Tyto stroje jsou vhodné zejména pro nakládání materiálu s vysokou objemovou hmotností, např. těžba a nakládání rašeliny, zeminy, písku, kamene. Pro použití v zemědělství se nejčastěji vybavují speciálními pracovními adaptéry, které vyhovují dopravovaným materiálům v zemědělství.
Základní parametry: •
Užitečná hmotnost
5000 – 10 000 kg
•
Provozní hmotnost
12 000 – 30 000 kg
•
Výsypná výška
2,5 – 3,7 m
•
Výkon motoru
100 – 220 kW
Obr. 19 Kloubový nakladač JCB 434 AGRI HL
4.3.4
Nakladače o užitečné hmotnosti nad 10 000 kg Jedná se o těžké nakladače sloužící především pro těžební práce v pískovnách,
lomech apod. V zemědělství tyto stroje nenacházejí využití.
27
4.4 Samojízdné nakladače s teleskopickým výložníkem Charakteristickým
rysem
pro
teleskopické
manipulátory
je
výsuvný
(teleskopický) výložník, který umožňuje dosáhnout vysokých překládacích a skladových výšek. Pro tyto stroje se všeobecně vžil název manipulátory. Původně byly konstruovány pro stavebnictví, ale pro své výhody našly značné uplatnění i v dalších hospodářských odvětvích a také v zemědělství. Manipulátory „zemědělské“ oproti „stavebním“ si vyžádaly řadu technických úprav, aby vyhovovaly náročnému provozu v zemědělství. Úpravy se týkají především: •
•
pohonné jednotky, -
zvýšení výkonu motoru,
-
zvětšení plochy chladičů,
-
použití reverzního ventilátoru,
-
zvýšení účinnosti filtrace nasávaného vzduchu do motoru,
výkonnější hydraulické soustavy, -
vyšší objemový průtok hydrogenerátoru pracovního hydraulického okruhu - až 150 l.min-1,
•
proporcionální ovládání hydraulických rozváděčů,
bezpečnostních a ochranných krytů -
čelního skla,
-
podvozku.
Přednosti manipulátorů jsou především: •
výška zdvihu,
•
nosnost (zdvihová síla při zasunutém i vysunutém výložníku),
•
výkonnost daná dobou jednotlivých fází pracovního cyklu,
•
flexibilita použití (díky široké nabídce vyměnitelných pracovních adaptérů),
•
manévrovací schopnosti,
•
schopnost práce v terénu.
28
Obr. 20 Teleskopický manipulátor Claas Skorpion 7030
4.4.1
Podvozek Základ stroje tvoří pevný svařovaný rám, na němž jsou připevněny nápravy,
teleskopický výložník, pohonná jednotka, převodové ústrojí, kabina řidiče a podobně. Dle typu stroje mohou být na rámu připevněny stabilizační opěry, závěs přívěsu, tříbodový závěs a jiné. Nápravy jsou zpravidla řešeny jako přední pevná a zadní kyvná. Jsou ale technická řešení, kdy jsou obě nápravy uloženy volně, přičemž stabilitu udržují přímočaré hydromotory. Výhodou tohoto řešení je možnost naklápění celého stroje např. při práci na svahu. Přední i zadní náprava manipulátoru je zpravidla řiditelná. Obsluha stroje si může zvolit režim řízení jedné nápravy, nejčastěji přední, pro bezpečný provoz stroje po pozemních komunikacích. Řízení obou náprav se používá pro zvýšení manévrovacích schopností při práci nebo tzv. krabí chod, kdy jsou nápravy řízeny sousměrně. Tento režim nachází uplatnění například při najíždění stroje ke stěně skladu. Pohonná jednotka bývá uložena na pravé straně stroje a to podélně nebo příčně. Existují také konstrukční řešení, kdy se motor umisťuje do zadní části stroje. Výhodou tohoto řešení je, že motor lze využít jako protizávaží břemene. Pro pohon pojezdu se používají dva principy: hydrostatický a hydrodynamický. 4.4.2
Teleskopický výložník Pro potřeby v zemědělství se nejčastěji používají teleskopické výložníky
jednostupňové, případně dvoustupňové; vícestupňové výložníky zpravidla u strojů určených pro stavebnictví. Vysouvání výložníku zajišťuje buď samostatný přímočarý hydromotor nebo přímočarý hydromotor v kombinaci s řetězovým kladkostrojem.
29
Vysouváním
výložníku
dochází
vlivem
zvětšující se páky ke snižování nosnosti nakladače. Průběh nosnosti při různém vysunutí výložníku zobrazuje zátěžový diagram. Na obr. 21 je představen
zátěžový
diagram
manipulátoru
s dvoustupňovým výložníkem. O aktuálním stavu zatížení
výložníku
je
obsluha
informována
indikátorem umístěném v kabině řidiče. Pokud by hrozilo přetížení, je obsluha akusticky upozorněna, případně také dojde k zablokování pracovní hydrauliky. Pak je umožněno pouze spouštění
Obr. 21 Zátěžový diagram teleskopického manipulátoru
nebo zasunování výložníku. 4.4.3
Multifunkční teleskopické nakladače Ceny zemědělských strojů se neustále zvyšují, přičemž jejich využití v průběhu
roku není například u malého farmáře na dostatečné úrovni, a ekonomika provozu je tedy nerentabilní. Proto se řada výrobců vydává směrem multifunkčních strojů. Příkladem může být italský výrobce manipulátorů Merlo, který ve svých výrobních řadách nabízí pod názvem Multifarmer spojení plnohodnotného teleskopického manipulátoru a farmářského traktoru. Stroje jsou vedle teleskopického výložníku s výškou zdvihu až 8,55 m a nosností 3000 kg vybaveny tříbodovým závěsem o nosnosti 4300 kg a vývodovým hřídelem. Motor disponuje výkonem 85 kW. Pojezdové ústrojí je řešeno hydrostaticky, což pro stroj určený také pro těžké polní práce není příliš vhodné z důvodu vyšších energetických ztrát.
Obr. 22 MERLO Multifarmer 30.6 classic
30
4.5 Traktorové nakladače Základem je kolový traktor, na němž je připevněna konzola, která slouží pro uchycení vlastního nakladače tvořeného dvouramenným výložníkem. Volba velikosti a typu čelního nakladače (jeho zdvihová síla, výškový dosah) závisí především na typu traktoru. Je nutné zohlednit maximální dovolené zatížení na nápravu a pneumatiky, dále je-li traktor vybaven pomocným nosným rámem, případně jakým. Při vytváření soupravy traktoru s čelním nakladačem je nutno brát zřetel na to, že[6]: •
jízdní vlastnosti a stabilita traktoru se zhorší;
•
přesunutí celkového těžiště soupravy vůči těžišti traktoru způsobuje, že nejvyšší svahová dostupnost (bezpečný způsob práce na svahu) se sníží až o 60 procent;
•
vzhledem k velkému zatížení přední nápravy je vhodný hydraulický posilovač řízení;
•
podélná stabilita traktoru omezuje zdvihovou sílu nakladače, tudíž je pro zabezpečení stability traktoru nezbytné, zejména u traktorů s jednou poháněnou nápravou, použít přídavné závaží v zadní části traktoru.
Obr. 23 Výložník čelního traktorového nakladače Quicke Q85X
Zdrojem energie pro čelní nakladač se zpravidla používá hydraulická soustava traktoru. Ovládání je řešeno pomocí joystiku umístěného ergonomicky v kabině. Přenos impulzu k hlavnímu hydraulickému rozváděči nakladače může být řešen několika způsoby: mechanicky (lanovody), hydraulicky (nízkotlaký rozváděč) a elektronicky (ovládání tzv. ON/OFF, proporcionálně).
31
4.6 Jeřábové nakladače Vedle kolových nakladačů nalézají uplatnění v zemědělství jeřábové nakladače, ať již traktorové nebo samojízdné. Nicméně v poslední době jsou vytlačovány kolovými nakladači a teleskopickými manipulátory. Důvodem je nižší výkonnost, horší manévrovatelnost a nedostatečná univerzálnost jeřábových nakladačů. Naproti tomu mají jeřábové nakladače výhodu v systému nakládání, kdy se výložník s poměrně velkým dosahem otáčí kolem vertikální osy, a to umožňuje nakládání bez stálého přemisťování stroje. Další výhody spočívají v nižší energetické náročnosti a potřebě menšího prostoru k manipulaci. Jeřábové nakladače nacházejí uplatnění např. při nakládce cukrové řepy z polních meziskládek. Předností je jejich systém nakládání, neboť nakladač stojí na místě, a nedochází tak k vytváření kolejí po pneumatikách, které jsou potenciálním zdrojem ztrát. Další výhodou je možnost použít speciální roštový drapák (viz obr. 24), který omezuje poškozování bulev a nabírání podkladní zeminy.
Obr. 24 Kolový jeřábový nakladač Doosan DX210W s drapákem na řepu
32
5
VÁŽENÍ Hmotnost je v soustavě jednotek SI základní fyzikální veličinou, jež charakterizuje
základní vlastnost všech hmotných objektů, která se ve fyzikálních jevech projevuje setrvačností a vzájemným přitahováním hmotných objektů. Základní jednotkou hmotnosti je kilogram [kg]. Dle normy ISO je kilogram definován jako hmotnost mezinárodního prototypu kilogramu, který je uložen v Mezinárodním úřadu pro míry a váhy v Sévres u Paříže; tato definice pochází z roku 1901. Prototyp vyrobila firma C. Longue v Paříži ze slitiny platiny a iridia v poměru 9:1. Druhá definice vychází z faktu, že kilogram je hmotnost 1 dm3 destilované vody při teplotě 20 °C a normálním tlaku 1,01325x105 Pa. [16] Měření hmotnosti se nazývá vážení. Zařízení určené k zjišťování hmotnosti těles nebo látek se nazývá váha. Vážení definovaně ohraničených objektů se nazývá diskontinuální vážení a takto naměřené hodnoty se udávají v jednotkách hmotnosti [g, kg, t]. Měření hmotnosti průběžného toku přepravovaného materiálu za jednotku času se nazývá kontinuální vážení. Podle charakteru přepravovaného materiálu se naměřené hodnoty vyjadřují v jednotkách hmotnostních [g.h-1, kg.h-1, t.h-1] nebo objemových [l.h-1].[7] Charakteristickým rysem moderní průmyslové vážicí techniky je vedle zvyšování její přesnosti a spolehlivosti stále větší podíl výpočetní a automatizační techniky, který umožňuje bezprostřední využití naměřených dat v technologických procesech či v počítačové síti logistických procesů v podniku.
5.1 Základní rozdělení vah V této kapitole je uvedeno základní rozdělení vah, týkající se jejich základního funkčního principu, účelu vážení a metrologických vlastností. Podrobnější popis jednotlivých vážicích systémů bude popsán v následujících kapitolách. Dle základního funkčního principu můžeme váhy rozdělit na: •
Diskontinuální
•
Kontinuální
Dle účelu vážení můžeme váhy rozdělit na: •
Váhy určené k obchodnímu styku
•
Technologické váhy
33
Dle způsobu ověření metrologických vlastností: •
Ověření (cejchování)
•
Kalibrace
Z hlediska přesnosti rozdělujeme váhy do: •
I.
•
II. třídy – váhy vysoké přesnosti
•
III. třídy – váhy střední přesnosti
•
IV. třídy – váhy běžné přesnosti
5.1.1
třídy – váhy speciální přesnosti
Diskontinuální vážení Diskontinuální váhy měří hmotnost přesně definovaného a ohraničeného objektu
na pevné podložce vyjádřenou v g, kg a t. Měření tedy probíhá přerušovaně po jednotlivých dávkách (břemenech, vozidlech, nákladech apod.). Do kategorie diskontinuálního vážení můžeme zařadit: •
váhy pro silniční vozidla,
•
váhy pro kolejová vozidla,
•
vážicí systémy na dopravních prostředcích,
•
vážicí systémy pro nakladače,
•
zásobníkové váhy,
•
váhy ve válečkových tratích,
•
jeřábové váhy.
5.1.2
Kontinuální vážení Kontinuální váhy průběžně měří hmotnost toku přepravovaného materiálu za
jednotku času vyjádřenou v jednotkách přepravního výkonu g.h-1, kg.h-1, t.h-1, případně l.h-1. Měření tedy probíhá nepřetržitě při pohybu váženého materiálu (uhlí, zrniny apod.). Do kategorie kontinuálního vážení můžeme zařadit: •
pásové váhy,
•
průtokoměry sypkých hmot,
•
dávkovací pásové váhy,
•
diferenciální dávkovací váhy.
34
5.1.3
Váhy určené k obchodnímu styku U vah používaných v obchodním styku, zdravotnictví a v některých dalších
oborech je přesnost vážení stanovena v příslušných národních či evropských normách, které vycházejí z doporučení OIML (Organisation de Métrologie Légale). Stát si vyhrazuje právo dohledu nad metrologickými parametry těchto vah i způsobem jejich používání [7]. Právní aspekty těchto měřidel jsou v České republice definovány Zákonem o metrologii č. 505/1990 Sb., ve znění pozdějších předpisů. Řadu detailů k ustanovením zákona řeší zejména jeho průřezová prováděcí vyhláška č. 262/2000 Sb. a její novela - vyhláška č. 344/2002 Sb. Tyto váhy patří do skupiny označené „stanovená měřidla" a podléhají tzv. legálnímu dozoru. [8] Pokud měřidla splňují jeden z následujících požadavků, musejí být vždy stanovená s platným ověřením (cejchováním) [8]: •
V závazkových vztazích, například při prodeji, nájmu nebo darování věci, při poskytování služeb nebo při určení výše náhrady škody, popřípadě jiné majetkové újmy,
•
pro stanovení sankcí, poplatků, tarifů a daní,
•
pro ochranu zdraví,
•
pro ochranu životního prostředí,
•
pro bezpečnost při práci,
•
při ochraně jiných veřejných zájmů chráněných zvláštními právními předpisy.
5.1.4
Technologické váhy Technologické váhy nepodléhají ověřování a nelze je tedy použít ve spojení
s body, vyjmenovaných pro stanovená měřidla. Tyto váhy lze podrobit kalibraci s vystavením kalibračního listu. Technologické váhy je vhodné kalibrovat zejména pro dosažení správnosti zobrazovaných údajů, tj. aby údaje byly konzistentní s údaji navážených na jiných vahách a také aby bylo možné se na tyto váhy spolehnout. Největší povolená chyba vážení u technologických vah se pohybuje v rozsahu 0,1 až 5 %, přičemž chyba vážení je definována jako relativní chyba vztažená k rozsahu nebo k okamžité hodnotě vážení.[7]
35
5.1.5
Přesnost vážení Při používání měřidel může docházet k změnám v měřicích obvodech (např.
opotřebením), které mají za důsledek změnu metrologikých vlastností, proto je nutné měřidla podrobovat kontrolnímu testování. Jak již bylo dříve uvedeno, je nutné rozlišovat, zda jsou měřidla určena k obchodnímu styku, kdy je legislativou vyžadováno ověření, nebo k technologickým účelům, kdy je doporučeno podrobovat měřidla kalibraci. Dle vyžadované exaktnosti měření jsou váhy děleny do tříd přesnosti. Jednotlivé třídy jsou definovány velikostí dílku stupnice, zatížením a největší povolenou chybou. Ověření (Cejchování) Ověřením měřidla se potvrzuje, že měřidlo má požadované metrologické vlastnosti a že odpovídá ustanovením právních předpisů, technických norem i dalších technických předpisů. Postup při ověřování stanovených měřidel stanoví ministerstvo průmyslu a obchodu vyhláškou. Ověření se deklaruje opatřením stanoveného měřidla úřední značkou, popřípadě vystavením tzv. „Potvrzení o ověření“. Doba platnosti ověření je stanovena zákonem, u vah to jsou zpravidla 2 kalendářní roky. Ověřování stanovených měřidel provádí Český metrologický institut nebo Autorizované metrologické středisko. Tyto instituce po ověření opatří měřidlo úřední značkou (viz obr. 25 a obr. 26) nebo vydají ověřovací list.
Obr. 25 Úřední značka pro Český metrologický institut
Obr. 26 Úřední značka pro Autorizované metrologické středisko
Kalibrace Základním prostředkem při zajišťování, zda měřidlo udává konzistentní údaje s ostatními měřidly, je kalibrace měřidel. Tato kalibrace zahrnuje určení metrologických charakteristik přístroje. To se provádí pomocí přímého srovnání s etalony. Vystavuje se kalibrační list a měřidlo se označí štítkem s návazností na kalibrační list. Na základě těchto informací může uživatel určit, zda je přístroj vhodný pro danou aplikaci. Dobu platnosti kalibrace si určuje subjekt, není stanovena zákonem.
36
Třídy přesnosti vah Z hlediska přesnosti dělíme váhy do čtyř tříd přesnosti [14]: •
Váhy speciální přesnosti se označují značkou I v oválu, dříve označovány jako „váhy třídy přesnosti 1“ nebo „váhy jemné“, sem patří analytické váhy a etalonové váhy.
•
Váhy vysoké přesnosti se označují značkou II v oválu, dříve označovány jako „váhy třídy přesnosti 2“ nebo „váhy přesné“, sem patří „praktikantské váhy“, „technické váhy“, váhy pro vážení drahých kovů, váhy v lékárnách a váhy pro technické analýzy.
•
Váhy střední přesnosti se označují značkou III v oválu, dříve označovány jako „váhy třídy přesnosti 3“ nebo „váhy běžné“, sem patří obchodní váhy lepší jakosti v obchodech.
•
Váhy běžné přesnosti se označují značkou IV v oválu, dříve „váhy třídy přesnosti 4“ nebo „váhy hrubé“, sem patří obchodní váhy horší jakosti na tržištích a váhy ve ztížených pracovních podmínkách, technologické váhy a váhy pro domácnosti.
Následující tabulky vycházejí ze směrnice Rady 90/384/EHS o harmonizaci právních předpisů členských států týkajících se vah s neautomatickou činností. V Tab. 3 je uvedena specifikace tříd přesnosti, konkrétně jsou zde uvedeny v jakém rozsahu musejí být dílky stupnice a meze váživosti. Tab. 3 Specifikace tříd přesností [15]
Třída
I
Dílek stupnice [e]
Dolní mez váživosti (Min) Minimální hodnota
Počet dílků stupnice n= Max/e Minimální hodnota
Maximální hodnota
0,001 g ≤ e
100 e
50 000
-
0,001 g ≤ e ≤ 0,05 g
20 e
100
100 000
0,1 g ≤ e
50 e
5 000
100 000
0,1 g ≤ e ≤ 2 g
20 e
100
10 000
5g≤e
20 e
500
10 000
5g≤e
10 e
100
1 000
II
III IV
37
V Tab. 4 jsou uvedeny největší dovolené chyby a jejich závislost na velikosti dílku stupnice [e] a na zatížení [m]. Zatížení váhy je dále děleno podle tříd vah a rozsahů váživosti. Velikost dílku stupnice [e] vyjadřuje, jakou nejmenší část mezi libovolnými dvěma sousedními značkami lze z indikátoru odečíst. Tab. 4 Největší dovolené chyby vah [15]
Třída III
Třída IV
Největší dovolená chyba
0≤m≤500 e
0≤m≤50 e
± 0,5 e
Zatížení Třída I 0≤m≤50 000 e 50 000 e<m≤200 000 e 200 000 e<m
Třída II 0≤m≤5 000 e 5 000 e<m≤20 000 e 20 000 e<m
500 e<m≤2 000 e 2 000 e<m
50 e<m≤200 e
± 1,0 e
200e<m
± 1,5 e
5.2 Snímače 5.2.1
Snímače zatížení Snímač zatížení měří hmotnost břemene působící v jeho měřicí ose shodné se
směrem působení zemské tíže. Je cejchován v jednotkách hmotnosti [g, kg, t]. Jen výjimečně je při využívání snímačů zatížení třeba brát v úvahu rozdílnou hodnotu gravitační konstanty v místě cejchování snímačů a v místech jejich využívání. Na území České republiky je při zachování nadmořské výšky změna gravitační konstanty zanedbatelná. Na povrchu Země se v téže nadmořské výšce mění až o 0,55 procent. Senzory zatížení tvoří u převážné většiny vážních systémů jejich nejnáročnější část z hlediska metrologie a dlouhodobé spolehlivosti. V elektromechanických váhách transformují působení břemene na elektrický signál. Nejčastěji se využívá měřicí princip s kovovými tenzometry, případně polovodičové (křemíkové) tenzometry. Pro měření hmotnosti v rozsahu do několika desítek gramů je používán princip kapacitní. Dříve používané principy vážení, jako indukční nebo piezoelektrický, jsou nyní nahrazovány principem piezorezistentním.
Obr. 27 Fóliové tenzometrické snímače
38
Kovové i polovodičové tenzometry pracují na principu změny ohmického odporu při průchodu stejnosměrným nebo střídavým napětím. Jsou-li vystaveny mechanické deformaci působené měřenou veličinou. U kovových tenzometrů je změna ohmického odporu způsobena změnou průřezu drátku (fólie) měřicí mřížky a její délky. U polovodičových tenzometrů ve tvaru tyčinky je způsobena především změnou jejího měrného odporu – což je primární projev piezorezistentního jevu. Rozdílné fyzikální principy vedou k odlišným metrologickým a technickým vlastnostem obou druhů tenzometrů, a tedy i k rozdílným oblastem jejich hlavního využití v praxi.[11] Pro přesné měření jsou tenzometry zapojeny do Wheatstoneova mostu a jsou spojeny s deformačním členem velmi tenkou vrstvou tmelu. Na měřicí signál senzoru působí řada parazitních vlivů, kterým lze čelit tvarem deformačního členu, volbou jeho materiálu, použitím vhodných tenzometrů a tmelu a zapojením korekčních členů do elektrického obvodu tenzometrů v senzoru. Značný význam pro přesnost měření má zavedení měřeného zatížení centrovaného ve směru měřicích os senzorů. Děje se tak umístěním senzorů do přípravků, které vyloučí zatížení působící mimo jejich měřicí osy.
Obr. 28 Uložení tenzometrického snímače omezující horizontální pohyb vektoru zatížení
Koncepce snímače zatížení je do značné míry určena velikostí vektoru zatížení působícího na snímač. Deformace může být způsobena tlakem (tahem), ohybem nebo smykem. V poslední době se konstruktéři soustřeďují zejména na takové deformační členy, u kterých je měřená deformace vyvolána smykem. To přináší mnoho výhod: malou citlivost ke změnám působiště měřeného zatížení, malou stavební výšku deformačního členu, jeho značnou tuhost a vynikající linearitu závislosti mezi působícím vektorem zatížení a měřicím signálem. Metrologické charakteristiky senzorů zatížení jsou definovány řadou chyb vztažených k jejich jmenovitým hodnotám. Nejvýznamnější je chyba sloučená, zahrnující chybu linearity, hystereze a reprodukovatelnosti. U senzorů pro obchodní
39
vážení činí tato chyba 0,01 až 0,02 procenta. Udáván je také teplotní součinitel nulového a jmenovitého měřicího signálu, který je pro senzory zatížení špičkové úrovně zpravidla pro rozsah teplot do 50 °C menší než 0,01 % na 10 °C. Mezi další chyby, které ovlivňují měření, se udávají chyba nulové hodnoty měřicího signálu nezatíženého snímače a chyba tečení (dopružování). Se stále častějším používáním snímačů zatížení a sil v řídicích obvodech různých regulačních a automatizovaných systémů je těmto snímačům přiřazována „inteligence“. V zahraniční odborné literatuře jsou takové snímače nazývány „smart sensors". Vedle hlavní funkce měření veličiny, pro kterou jsou konstruovány, obsahují mikroelektroniku nejen ke korekci vlivu teploty apod. na měřicí signál, ale např. i k vyslání varovného signálu při překročení stanovené velikosti měřené veličiny anebo přípustné teploty okolí, k plynulému nastavení počátku měřicího rozsahu a podobně. Uvedené a další operace mohou být realizovány s použitím softwaru řídicího počítače.[10] 5.2.2
Snímače tlaku Při procesech vážení nacházejí snímače tlaku uplatnění především v systémech
založených na snímání tlaku v hydraulických soustavách, například nakladačů, či vysokozdvižných vozíků. Tlak p [Pa] je odvozená veličina, jež je definována jako síla F [N] působící kolmo na plochu S [m2]. p=
Základem
elektronických
snímačů
F S
tlaku
bývá
některý z deformačních
tlakoměrných prvků (např. membrána, vlnovec, trubice), na nějž navazuje vhodný senzor s elektrickým výstupem, vyhodnocující deformaci způsobenou měřeným tlakem. Výsledkem působení síly při deformaci měřicího prvku je změna polohy nebo změna mechanického napětí, a proto se k vyhodnocení deformace a k převodu na elektrický signál používají senzory [12]: •
polohy (potenciometrické, indukčnostní, kapacitní, optické),
•
mechanického napětí (tenzometrické, rezonanční, piezoelektrické).
40
5.2.3
Snímače polohy Snímače polohy jsou při procesech vážení používány především pro určení
optimální polohy břemene, tedy pro dosažení vysoké přesnosti měření. Příkladem může být použití snímačů polohy pro určení polohy výložníku u palubních vah nakladačů. Základní skupiny používaných polohových snímačů tvoří: •
Kontaktové snímače jsou vhodné pro dotyková měření, zjišťování polohy a podobně. Jejich základem jsou mikrospínače s malou ovládací silou. Jsou schopny reagovat na odchylky rozměrů nebo polohy v setinách milimetru.
•
Odporové snímače polohy jsou proměnné rezistory, jsou také označovány jako odporové vysílače. Rozlišujeme odporové snímače polohy s nespojitou činností a se spojitou činností.
•
Kapacitní snímače jsou kondenzátory s proměnnou kapacitou. Změnu kapacity můžeme dosahovat změnou vzdálenosti desek, změnou plochy, kterou se desky překrývají, nebo zasouváním dielektrika mezi desky.
•
Indukční snímače pracují se změnou indukčnosti cívky, která vyvolá změnu proudu protékajícího v obvodu. Dle typu provedení mohou dosahovat přesnosti od několika setin milimetru až do řádu centimetrů.
•
Optické snímače tvoří světelný paprsek, který prochází stupnicí vytvořenou na měřítku nebo se od ní odráží a přes masku se stupnicí s identickým dělením dopadá na fotodetektory, které generují elektrický signál.
5.2.4
Vyhodnocovací jednotka Signál ze snímačů je veden do samostatné měřicí a vyhodnocovací jednotky,
která je schopná samostatně uskutečňovat vážení platné jak pro technologické účely, tak pro obchodní styk. Připojením externích periferií lze navážené hmotnosti zobrazovat na displeji, tisknout vážní lístky, ukládat do paměti apod. Vážení může být vyhodnocováno také standardním stolním počítačem propojeným datovým kabelem s měřicí a vyhodnocovací jednotkou. Stolní počítač je vybaven speciálním vážicím softwarem, umožňující například evidenci vážených vozidel, evidenci příjmu a výdajů materiálu, vystavování daňových dokladů. Přenos dat v rámci celého vážicího systému může být řešen bezdrátově.
41
Příslušenství vah: •
velkoplošný vnější displej (možné bezdrátové provedení)
•
bezdrátové propojení váhy s vážicí jednotkou
•
tiskárna vážních lístků
•
bezobslužný identifikační systém automatického vážení vozidel
•
semafory, závory
•
kamerový systém pro monitorovaní nákladu a SPZ
•
vážicí software
Bezobslužný systém automatického vážení Dodavatelé nabízejí komplexní systém bezobslužného automatického vážení. Systém pracuje na principu čipových karet (čárových kódů apod.), kdy každý dodavatel nebo odběratel má vlastní kartu, která nese všechny jeho identifikační údaje (SPZ vozidla, obchodní jméno, vážený materiál). Vážení probíhá následovně: po příjezdu na váhu řidič přiloží svou identifikační kartu ke snímači. Následně dojde k ověření, zda je oprávněný vstoupit do objektu. Pokud toto oprávnění má, dojde k odvážení vozidla, zaznamenání tohoto vážení do databáze a řídicí program vydá pokyn dalšímu zařízení. Tím může být elektronická závora, semafor, brána a podobně. Při odjezdu vozidla z objektu se uskuteční analogický proces. Vozidlo přitom může, ale také nemusí být zvážené podruhé. Prázdna hmotnost vozidla může být nadefinována v software a ten může vážení ukončit sám. Systém rovněž může automaticky vystavit vážní lístek, který poslouží řidiči jako doklad o vážení.
5.3 Diskontinuální systémy vážení Pro zjišťování celkové hmotnosti vozidla, případně zatížení na jednotlivé nápravy se používají silniční váhy. Tvoří největší skupinu v kategorii diskontinuálních vah. Alternativou pro vlakovou dopravu jsou váhy pro kolejová vozidla. Pro vážení jednotlivých břemen v technologických provozech se používají plošinové váhy, pro vážení zavěšených břemen naopak jeřábové váhy. Pro sypké materiály se používají zásobníkové váhy.
42
5.3.1
Mostové váhy Mostové váhy jsou primárně konstruovány jako úrovňové nebo nájezdové.
Základními charakteristickými rysy jsou rozměry vážního mostu, které se nejčastěji pohybují v rozmezí 8 až 22 m délky a 3 m šířky, přičemž za standard se považuje rozměr 18 × 3 m a váživost, která je volena v rozmezí 30 až 60 tun. Mostní díly jsou konstrukčně řešeny jako ocelové svařence nebo jako železobetonové prefabrikáty. Ochrana proti korozi ocelových prvků bývá zajištěna zinkováním. Most bývá opatřen servisním otvorem, který zajišťuje bezpečný přístup k prvkům váhy umístěným pod vážními mosty. Zachycení horizontálních sil působících na mosty váhy a vymezení potřebné vůle mezi mosty a základem váhy obstarávají speciální pryžové nárazníky vložené mezi mosty a obvodový rám základů váhy. Mezera mezi základovým rámem a okrajem mostů je po celém obvodu váhy překryta pryžovým těsnicím profilem tvaru T, který zabraňuje spadu nečistot do váhy a zanášení spodní stavby. Snímání zatížení mostu probíhá tenzometrickými snímači zatížení v analogovém nebo digitálním provedení. Váhy bývají vybaveny vyhodnocovacím procesorem, který řídí proces vážení, tisk vážních lístků či archivaci dat. U starších instalací vah bývá použito mechanického pákového mechanismu. 5.3.2
Nápravové váhy Nápravové váhy jsou určeny pro zjišťování zatížení na jednotlivých nápravách
a celkové hmotnosti vozidla, která se vypočítává z hmotností jednotlivých náprav. Nápravové váhy mohou pracovat jak v statickém režimu, kdy se nápravy váží za klidu stroje, tak v dynamickém, kdy vážení probíhá za pohybu vozidla (do rychlosti 5 km.h-1) přejezdem přes váhu. Dynamické váhy obvykle dosahují nižší přesnosti oproti mostovým vahám (v řádu desetin procenta z celkové hmotnosti), protože se do vážení promítají vnější vlivy, jako je rovinnost vážní zóny a plynulost jízdy vozidla přes váhu. Výhodou vah této koncepce je, že vážní most je rozměrově malý, rozměry jsou cca 0,8m x 3m. Je-li k tomu vážní zóna kolem váhy uzpůsobena, lze na vahách této koncepce zvážit jakkoliv dlouhou jízdní soupravu. Malý a lehký vážní můstek znamená též jednodušší instalaci i údržbu. Vyhodnocování zatížení vážního můstku je prováděno vyhodnocovacím a indikačním zařízením, které pracuje v dynamickém, i statickém režimu. Na připojené
43
tiskárně je pak zaznamenána hmotnost každé nápravy, celková hmotnost i rychlost přejezdu váženého vozidla. Váhy této koncepce se proto velmi dobře uplatňují v náročných provozních a klimatických podmínkách - ve stavebních provozech,
lomech,
pískovnách,
na
skládkách odpadů apod. Přednost lze nalézt také v systému vážení, kdy mimo celkové hmotnosti vozidla známe také zatížení na jednotlivé nápravy vozidla, které jsou předpokladem
bezpečného
provozu
na
pozemních komunikacích a splnění limitů v souladu s vyhláškou MD č. 341/2002 Sb.
Obr. 29 Stacionární dynamická nápravová váha
Mobilní váhy Konstrukčně jsou mobilní váhy řešeny jako lehké hranolovité desky vyrobené z lehkých slitin vybavené tenzometrickými snímači a zobrazovacím displejem, případně propojení s externí vyhodnocovací jednotkou. Jednotlivé váhy se umístí před kola vozidla. Pro zjištění jeho celkové hmotnosti u stacionárního vážení musí být váhy umístěny pod všemi koly vozidla najednou, při vážení za jízdy přejíždí vozidlo rovnoměrnou rychlostí do 5 km.h-1 přes vážicí plošinky. Odpadá tak komplikované a zdlouhavé najíždění jednotlivými nápravami na plošinky.
Obr. 30 Mobilní nápravové váhy s vyhodnocovací jednotkou – váživost 15 000 kg
5.3.3
Váhy pro kolejová vozidla Přesnosti vah, jež jsou určeny pro stacionární vážení kolejových vozidel, jsou
specifikovány v normě ČSN EN 45501. Pro dynamické vážení kolejových vozidel je přesnost dána doporučením OIML IR 106, nejčastěji probíhá při rychlosti 2 až 17 km.h-1.
44
Na jednomostových kolejových váhách, kdy je vagon vážen po částech (nápravách), se nesmí vážit cisternové vozy za jízdy. Pro vážení cisteren za pohybu se používají vícemostové (dvou či třímostové) váhy. Každý modul tvoří samostatnou váhu a systém váží vždy okamžitou celkovou hmotnost vozu. Výsledek vážení tedy nezávisí na změně polohy těžiště cisterny během vážení. Váživost kolejových vah je zpravidla navržena pro celkovou hmotnost vagonů 120 tun. Elektronická řídicí jednotka s počítačem zabezpečuje podobné funkce jako u vah pro silniční vozidla. 5.3.4
Plošinové můstkové váhy Plošinové můstkové váhy mohou být řešeny jako zapuštěné (s betonovým
základem) nebo v provedení položení na podlahu. Standardní rozměry plošin jsou 500 x 500 mm až 6000 x 3000 mm, je zde možnost přizpůsobit rozměry váženému předmětu. Váživost se pohybuje od jednotek kilogramů až tun. Můstek může být vyroben z antikorozního materiálu tak, aby vyhovoval požadavkům potravinářství. Váhy jsou zpravidla využívány pro obchodní vážení. Elektronika řídí základní funkci těchto vah, např. při plnění různých obalů na stanovenou hmotnost. [9] 5.3.5
Zásobníkové váhy Zásobníkové váhy jsou určeny pro vážení kapalných a sypkých materiálů přímo
v zásobnících různých tvarů a velikostí, především v technologických linkách pro dávkování materiálů. Vážení je řešeno tenzometrickými snímači, které jsou umístěny přímo pod zásobníkem nebo je na nich zásobník zavěšen. Přesnost vážení je stanovena požadavky
aktuálních
technologických
procesů.
Elektronická
řídicí
jednotka
vyhodnocuje signály ze snímačů a ovládá vyprazdňování či naplňování zásobníků. 5.3.6
Jeřábové váhy Jeřábové váhy jsou určeny k vážení zavěšených břemen.
Váha tvoří mezičlánek mezi jeřábovým ramenem (lanem) a jeřábovým hákem tak, aby bez rušivých vlivů vážila hmotnost břemene . Váživost je v rozsahu desítek kilogramů až tun. Vážicí jednotka bývá vybavena velkoplošným zobrazovacím displejem nebo bezdrátovým přenosem do vyhodnocovací jednotky. Obr. 31 Závěsná jeřábová váha - váživost 1000 kg
45
5.4 Palubní vážicí systémy pro nakladače Oproti stacionárním váhám je přesná hmotnost stanovena přímo při nakládce mobilní váhou na nakládacím zařízení. Mobilní váhy mohou být umístěny např. na kolovém nakladači, teleskopickém manipulátoru, vysokozdvižném vozíku nebo rypadlu.
Vážení přímo při nakládce má následující přednosti: •
Váha může být použita pro obchodní vážení dle standardů OIML R51 a OIML R76,
•
zamezení přeložení vozidla dle legislativních limitů,
•
naložení optimálního množství materiálu (např. dle objednávky),
•
možnost vážení v dávkách dle dané receptury,
•
sledování nakládky několika různých materiálů,
•
omezení neproduktivní jízdy ke stacionární váze,
•
poskytují okamžité a přesné informace.
5.4.1 Způsoby vážení Dle průběhu vážení materiálu na nakladači rozlišujeme dva základní režimy: •
Statické vážení Při statickém vážení musí být výložník zvednut do předem určené referenční
polohy, ve které musí setrvat po dobu potřebnou ke stanovení hmotnosti nákladu. Ovládání je zpravidla manuální, kdy řidič nakladače po zvednutí do referenční polohy stiskne příslušný ovladač, odečte hmotnost nákladu ze zobrazovacího displeje a ručně zapíše, nebo se data uloží do vyhodnocovací jednotky. Tento způsob vážení používají jednoduché vážicí systémy a zpravidla tuto funkci umožňují i dynamicky vážicí váhy. •
Dynamické vážení Při dynamickém vážení probíhá vážení v určité referenční poloze výložníku,
obdobně jako u statického vážení, ale vážení se děje automaticky za pohybu výložníku. Pokročilé systémy dovolují vážit i za pohybu stroje. Nejsou tedy nutné ztrátové prostoje a není proto negativně ovlivňována výkonnost stroje. Při tomto způsobu vážení je výsledná chyba měření ovlivňována řadou parazitních faktorů, které je nutné snímat a zahrnovat je do výsledku. Nejvýznamnější je proměnná rychlost zvedání výložníku, náklon stroje a dynamika pohybu stroje. 46
5.4.2
Umístění snímačů a snímané parametry U nakladačů, které pro ovládání výložníku
využívají
hydraulických
mechanismů, se logicky nabízí využít pro stanovení hmotnosti měření tlaku oleje v přímočarých hydromotorech na zvedání výložníku. Obvykle se používají deformační tenzometrické tlakové snímače, které indikují změny tlaku v hydraulické soustavě pod měnícím se zatížením výložníku [1]. Dle typu stroje jsou tlakové snímače připojeny přímo na hydraulický rozváděč nebo lze využít konektory, z nichž se měří hydraulika při servisních úkonech nebo lze umístit redukci mezi hydraulické vedení. Vážení musí probíhat vždy ve stejné poloze lopaty nakladače, proto jsou na konzole výložníku umístěna polohová čidla, která snímají polohu lopaty, i celého výložníku. Pro zvýšení přesnosti vážení je zapotřebí kompenzovat vliv terénu, po kterém se nakladač pohybuje (jeho sklon, nerovnosti), a také dynamiku pohybu výložníku a celého nakladače. Pro kompenzaci těchto parazitních vlivů slouží snímače náklonu. Uvedené snímače jsou umístěny v podélné ose buď na rámu nakladače nebo na konzole výložníku. 5.4.3
Vyhodnocovací jednotka Vyhodnocení dat z jednotlivých snímačů zajišťuje
programovatelná jednotka, která je základem celého systému. Její funkce jako, je programové vybavení a rychlost vyhodnocování, podstatně ovlivňují kvalitu vážení. Jednotka musí být schopna kalibrace, z důvodu prvotní adaptace na jednotlivý nakladač. Kalibrace je také nutná po předepsané době používání, kdy se mohou změnit výstupní charakteristiky jednotlivých snímačů. Kalibrace se také provádí například pro různé druhy adaptérů. Vážicí jednotka může tvořit celek se zobrazovacím displejem umístěným v zorném poli řidiče, nebo může být umístěna Obr. 32 Vyhodnocovací jednotka
v separátním boxu.
47
Základní funkcí je tedy zobrazit hmotnost nákladu, nicméně dnešní jednotky jsou schopny zastat mnoho dalších funkcí: •
Vnitřní paměť umožňuje ukládat vážní data, která je možné pro kontrolu dodatečně vyvolat a vytisknout doklad.
•
Pomocí alfanumerické klávesnice a vnitřní paměti lze vytvářet: o databázi vážených materiálů, o databázi odběratelů (dodavatelů).
•
Vystavení a tisk vážního lístku, jenž může splňovat podmínky jednoduchého daňového dokladu (hmotnost, cena, DPH).
•
Přenos dat do firemního informačního systému (pomocí paměťové karty, Memobox, GSM, Bluetooth, radiový přenos).
•
Umožňuje vážení na požadovanou cílovou hmotnost, případně na maximální dovolenou hmotnost vozidla.
•
Lze odděleně vážit tahač i přívěs vozidla.
•
Vážení dle receptur pro několik materiálů.
•
Rozlišuje vážení podle jednotlivých objednávek.
•
Umožňuje indikaci objemu dodávaného materiálu.
•
Rozsáhlé možnosti statistického vyhodnocování přímo na váze.
Obr. 33 Vážicí jednotka PFREUNDT pControl s tiskárnou
48
5.4.4 Systémy sledování dat Moderní vyhodnocovací jednotky
palubních
vážicích
systémů
dokáží
komunikovat s firemní výpočetní sítí. Přenos informací z váhy instalované na nakladači je realizován pomocí bezdrátového (GPRS, Wifi) datového přenosu. Systém automaticky komunikuje a provádí automatické stahování dat a ukládání na centrálním serveru. Provozovatel váhy má možnost kdykoliv k vážnímu serveru připojit a data si prohlédnout, popřípadě stáhnout pro další použití. Vyšší verze systému poskytují online obousměrnou komunikaci s váhou, kdy je váha nepřetržitě propojena se zvoleným počítačem a systém umožňuje sledování dat z váhy v reálném čase a také na váhu data odesílat (objednávky na nakládku, změny v databázích váhy). Další funkcí systému je možnost okamžitého poskytnutí dat třetím osobám, např. dalším oddělením v rámci podniku nebo přímo odběratelům a partnerům.
Obr. 34 Schéma funkce systému pro on-line sledování dat [18]
5.5 Palubní vážicí systémy na dopravních prostředcích Dopravní prostředky slouží především pro přepravu materiálu na větší vzdálenosti, zpravidla tvoří mezičlánek v dopravním procesu, a proto je i zde předpoklad pro zjišťování hmotnosti nákladu přímo na vozidle. Vážení na dopravních prostředcích
lze
využít
řadou
průmyslových
odvětví
např.
zemědělstvím,
potravinářským průmyslem, odpadovým hospodářstvím, těžebním průmyslem.
49
Výhody dopravních prostředků vybavených vážicím zařízením [1]: •
Zabezpečení optimálního využití užitečné hmotnosti u nejrůznějších materiálů, a tím příznivě ovlivnit efektivnost dopravy.
•
Zamezení nadměrného přetěžování, což se projeví příznivě na životnosti pneumatik i návěsu.
•
Omezení neproduktivní jízdy ke stacionární váze, což přinese úsporu na nákladech.
•
Poskytuje přesné a okamžité informace, a tím zdokonaluje operativní plánování.
•
Zabezpečení dodržování technických požadavků příslušné vyhlášky a zvýšení bezpečnosti dopravy.
•
Váha umožňuje například tisknout vážní listy, případně přímo faktury za dopravu podle naložených nebo odčerpaných litrů (cisterna), případně kilogramů (pevný/sypký náklad) – váha musí být podrobena úřednímu ověření.
5.5.1
Způsoby vážení a umístění snímačů Vážení je obvykle řešeno pomocí tenzometrických snímačů (viz kapitola 5.2.1),
jednotlivé řešení se liší především v umístění snímačů na podvozku. Součástí systému může být i kompenzace náklonu (inklinometr), která umožňuje dosáhnout vysoké přesnosti vážení až do 16 % sklonu vozidla. Snímače umístěné přímo pod nástavbou Při tomto konstrukčním řešení je nástavba (např. korba,
cisterna,
odpadový
kontejner
atd.)
přímo
uchycena na tenzometrických snímačích a celá nástavba je v reálném čase vážena i s nákladem. Snímače musejí být konstrukčně dostatečně odolné proti dynamickým rázům vznikajícím při nakládání i při pohybu vozidla. Často se používají snímače s několikanásobně vyšší váživostí, než jakou budou ve skutečnosti zatěžovány, a také bývají uložené ve speciálních supportech, které tyto parazitní síly zachycují. Na obr. 35 je schematicky znázorněno umístění tenzometrických snímačů u nákladního automobilu s výklopnou
korbou.
Ta
je
přímo
uložena
50
na
Obr. 35 umístění tenzometrických snímačů
tenzometrických snímačích, které jsou k rámu vozidla připevněny vzadu jako součást uložení čepu vyklápění a vpředu tvoří uložení sklápěcího přímočarého hydromotoru. Obdobný princip se používá i u návěsů a přívěsů vozidel. Snímače integrované do podvozku vozidla Vážní systém je založen na použití trvale zatížených tenzometrických snímačů instalovaných mezi rám podvozku (náprav) a rám nástavby. Aby nedocházelo ke zvyšování celkové výšky vozu s nástavbou, umisťují se snímače do strany, současně však konstrukce musí odolávat značným dynamickým rázům vznikajícím při provozu vozidla. Počet snímačů je závislý na počtu náprav vozidla. Snímače se umisťují na vhodné místo nápravy, tedy na místo, kde se přenáší zatížení od nápravy na podvozek (uchycení listových a vinutých pružin). Při instalaci na návěsy musí být snímač umístěn také na závěsu. Tento systém umožňuje přesné zjišťování celkové hmotnosti nákladu a také zatížení na jednotlivé nápravy. Při vážení lze vhodnou kalibrací dosáhnout přesnost vyšší než ± 1 %. U pneumaticky odpružených podvozků lze pro vážení materiálu využít měření změn teploty a tlaku ve vzduchové soustavě vzduchem odpružených náprav. Pomocí vyhodnocovací jednotky lze získat celkovou hmotnost s přesností vyšší než ± 1 %. Jednodušší variantou vážení, založenou na obdobném principu, je měření tlaku vzduchu ve vzduchové soustavě pomocí ručičkového manometru, zpravidla je pro každou nápravu zvlášť. Hlavním účelem tohoto systému je upozornit řidiče, zda zatížení na nápravu nepřekročilo povolenou hranici, která je na manometru znázorněna červenou barvou. Snímače umístěné na zvedacím zařízení U tohoto systému jsou snímače zatíženy pouze při vlastním vážení. To umožňuje hydraulické zvedací zařízení, které je zabudováno do rámu podvozku. Výhodou tohoto systému je, že tenzometrické snímače nejsou vystavovány dynamickým silám při provozu a také univerzální použití pro různé výměnné nástavby. Nevýhodou je ztráta operativního vážení. Nastane-li potřeba vážit musí být vozidlo v klidu a obsluha musí manuálně zvednout korbu do vážicí polohy a odečíst zjištěnou hmotnost.
51
5.6 Kontinuální systémy vážení 5.6.1
Pásové váhy Systém pásové
váhy
je
tvořen
jednopražcovou vážicí stolicí s tenzometrickým snímačem,
měřičem
a elektronickou
rychlosti
vyhodnocovací
pásu
jednotkou.
Vážicí stolice je součástí pásového dopravníku viz obr. 36. Dosahovaná přesnost vážení je závislá
na
technickém
stavu
dopravníku,
způsobu napínání pásu, druhu přepravovaného
Obr. 36 Vážicí jednotka pásové váhy
materiálu a dalších okolnostech. V praxi je zpravidla dosahováno přesnosti do 2 % z rozsahu vážení. Měření rychlosti pásu je prováděno pomocí snímacího kolečka a rotačního přírůstkového snímače. Pro obchodní vážení jsou váhy vybaveny dvojitým měřičem rychlosti a ověřenými tenzometrickými snímači. Podle doporučení OIML RI 50 jsou tyto váhy pro obchodní účely rozděleny do tříd přesnosti s maximálními dovolenými chybami 0,25 %, 0,5 % a 1 procento. 5.6.2
Průtokoměry sypkých hmot Průtokoměry sypkých hmot jsou založeny na měření kinetické energie při
pohybu měřeného materiálu, která se na měřicí desce mění v tlakovou sílu (odrazová deska) nebo v moment (skluzová deska, Coriolisův průtokoměr). Tyto průtokoměry jsou určeny pro kontinuální vážení a dávkování sypkého materiálu ve skluzech, např. za vibračním podavačem, v dopravních cestách tvořených šnekovými, pásovými dopravníky nebo redlery. Obecně se používají následující principy měření: Nárazová deska Nárazová deska se skládá z ocelové desky přichycené
na
tenzometrický
snímač,
po
které
sklouzává vážený materiál. Hmotnost je stanovena na základě síly, kterou působí náraz materiálu na desku při výstupu z dopravníku. Tato síla je úměrná hmotnosti materiálu, narážejícího na desku. Tento systém se například využívá při stanovení
52
Obr. 37 Nárazová deska při měření výnosu obilovin
výnosů porostů polních plodin přímo na sklízecí mlátičce. Společně s určováním polohy stroje na pozemku umožňuje vytváření tzv. výnosových map. Coriolisův hmotnostní průtokoměr Průtokoměry sypkých hmot na Coriolisově principu jsou určeny pro měření jemných homogenních materiálů (prach, škrob, mouka), jež se jinými způsoby obtížně váží. Materiál vstupující do průtokoměru dopadá do středu měřicího kola, ze kterého je vodicími lopatkami směrován k jeho okraji. Měří se reakční moment způsobený Coriolisovou silou, který je úměrný okamžité hodnotě průtoku sypkého materiálu. Průtočné množství se pohybuje od 0,5 až do 300 t·h–1 s provozní chybou až 2 %, kterou lze vhodnou kalibrací snížit na méně než 0,5 procenta. 5.6.3
Dávkovací pásové váhy Dávkovací pásové váhy jsou vybaveny regulátorem, který porovnává okamžité
přepravované množství materiálu s množstvím požadovaným. Rozdílem těchto hodnot, tedy vzniklou regulační odchylkou, je regulován přísun materiálu tak, aby tato odchylka byla minimální. Správná funkce regulačního obvodu dávkovací pásové váhy je podmíněna: •
Vhodně uzpůsobenou dopravní cestou,
•
optimálním tvarem násypky,
•
konstantním přísunem materiálu závisejícím na jeho homogenitě.
Běžné dávkovací pásové váhy se vyrábějí pro přepravovaná množství 50 kg.h-1 až 2000 kg.h-1.Chyba měření se pohybuje v rozmezí 0,5 až 1 procenta. 5.6.4
Diferenciální dávkovací váhy Diferenciální dávkovací váhy měří úbytky hmotnosti v zásobníku materiálu.
Regulátor zajistí, aby i úbytek byl konstantní v čase a rovnal se žádané hodnotě průtoku materiálu. Dávkování lze regulovat na konstantní objem nebo na konstantní hmotnost materiálu. Problematickým místem diferenciální váhy je kromě vynášecího zařízení i plnicí orgán. Po určité době je třeba vždy zásobník doplnit dalším materiálem. Tyto váhy lze použít pro rozsah dávkovaných množství od 0,05 kg.h-1 do 100 t.h-1. Chyba dávkování vztažená k žádané hodnotě průtoku se pohybuje v rozmezí od 0,25 do 0,5 procenta.
53
6
VLASTNÍ MĚŘENÍ
6.1 Metodika měření Měření bude probíhat při nakládání materiálu pomocí kolového nakladače vybaveného palubním vážicím systémem na dopravní prostředek, který bude sloužit jako kontrolní člen. Budou zaznamenávány hmotnosti materiálu v lžíci nakladače pro každý nabraný materiál a celková hmotnost dopravního prostředku. Jednotlivé hodnoty se budou zapisovat do tabulky. Pracovní cyklus nakladače bude tvořen nabráním materiálu, přejezdem k dopravnímu prostředku, vysypání materiálu do ložného prostoru a návrat k těženému materiálu. Tento cyklus se bude opakovat čtyřikrát. Samotné vážení bude probíhat při přejezdu nakladače k dopravnímu prostředku, přičemž vážení bude ve specifikovaných režimech: A. Stacionární vážení - za klidu stroje zvednout výložník do referenční polohy a provést vážení. B. Dynamické vážení - za klidu stroje konstantní rychlostí zvedat výložník, přičemž vážicí jednotka v průběhu zvedání automaticky provede vážení. C. Dynamické vážení - za pohybu stroje po pevném povrchu konstantní rychlostí zvedat výložník, přičemž vážicí jednotka automaticky provede vážení. D. Dynamické vážení - za pohybu stroje po terénní nerovnosti konstantní rychlostí zvedat výložník, přičemž vážicí jednotka automaticky provede vážení. Dopravní prostředek bude před naložením materiálu zvážen. Po naložení materiálu bude podroben kontrolnímu vážení. Vážení bude probíhat na stacionární mostové váze při vypnutém motoru vozidla a bez řidiče.
54
Obr. 38 Schematické znázornění jednotlivých režimů vážení
6.1.1
Vyhodnocení měření Hodnoty budou zpracovány pomocí výpočetního softwaru. Jednotlivé hodnoty
budou zaznamenány do tabulek a budou vyhodnoceny dle následujících vzorců. Výsledky měření budou vyneseny do grafů. •
Celková hmotnost naloženého materiálu na dopravní prostředek dle palubní váhy. N
mPC = ∑ mPi
[kg]
i =1
Kde: mPi – hmotnost nakládaného materiálu ve lžíci dle palubní váhy
N – počet naložených lžic na dopravní prostředek •
Celková hmotnost naloženého materiálu na dopravní prostředek dle mostové váhy. m MC = m PLNY − m PRAZDNY
[kg]
Kde: mPRAZDNY – celková hmotnost prázdného dopravního prostředku mPLNY - celková hmotnost plného dopravního prostředku
55
•
Výpočet rozdílu mezi hmotností naváženou mostovou a hmotností naváženou palubní váhou. Tato hodnota udává, s jakou odchylkou od referenční hmotnosti váží palubní váha. Referenční hmotnost představuje hodnotu naváženou mostovou váhou. ∆m = m PC − mMC
•
[kg]
Výpočet relativního podílu mezi hmotností naváženou palubní váhou a hmotností naváženou mostovou váhou.
m p = PC − 1 × 100 m MC •
[%]
Výpočet aritmetického průměru a směrodatné odchylky. Tyto výpočty se provedou z celého souboru hodnot vždy pro jeden režim vážení. Aritmetický průměr vyjadřuje typickou hodnotu ze souboru čísel. Směrodatná odchylka vyjadřuje, jak se od sebe navzájem liší typické hodnoty v souboru zkoumaných čísel. o Vyhodnocení hodnot rozdílu hmotností mezi palubní a mostovou váhou: Aritmetický průměr
∆m =
1 n ∑ ∆m j n j =1
[kg]
Směrodatná odchylka 1
σ ∆m = ∑ (∆m j )2 − ∆m n j =1 n
2
[kg]
Kde: n – počet sérií měření
o Vyhodnocení hodnot relativního podílu mezi palubní a mostovou váhou: Aritmetický průměr
p=
1 n ∑ pj n j =1
[%]
Směrodatná odchylka 1
n
σ p = ∑ p 2 − p 2 n j =1
[%]
56
6.2 Průběh měření Měření probíhalo při nakládání dřevní štěpky kolovým kloubovým nakladačem VOLVO L70, který byl vybaven palubím vážicím systémem LOADMASTER 8000, na traktorovou dopravní soupravu. Traktorová souprava Challenger MT 535B s návěsem BSS N 901 S sloužila pro přepravu materiálu a zároveň jako kontrolní člen. Před prvním měřením byla palubní váha vytárována spuštěním příslušného programu na palubní jednotce. Program navigoval obsluhu, jaké úkony má v daném okamžiku provést. Tárování bylo provedeno ve statickém i dynamickém režimu. Pokusné měření bylo prováděno dle metodiky uvedené v kapitole 6.1. S ohledem na objem korby přívěsu a objem materiálu ve lžíci nakladače se jednotlivý cyklus nakládání opakoval dvakrát až čtyřikrát. Traktorová souprava byla před prvním naložením zvážena na stacionární mostové váze typu STABIL K umístěné v areálu provozovny. Tuto hmotnost prázdné soupravy jsem uvažoval pro všechna vážení jako referenční, protože úbytek paliva po dobu měření byl zanedbatelný a případný uvíznutý materiál v ložném prostoru přívěsu byl po každém vysypání odstraněn. V průběhu měření byl dopravní prostředek po jednotlivé sérii nakládání podroben kontrolnímu vážení. Samotné vážení probíhalo při vypnutém motoru traktoru, přičemž obsluha byla při každém měření v kabině. 6.2.1 Režimy vážení materiálu palubní váhou A. Stacionární vážení probíhalo za klidu stroje, kdy byl výložník vyzvednut do referenční polohy a systém provedl vážení. B. Dynamické vážení probíhalo za klidu stroje, kdy obsluha konstantní rychlostí zvedala výložník, přičemž vážicí jednotka automaticky provedla vážení při pohybu výložníku přes referenční polohu. C. Dynamické vážení probíhalo za pohybu stroje po relativně rovné asfaltové ploše, kdy obsluha konstantní rychlostí zvedala výložník, přičemž vážicí jednotka automaticky provedla vážení při pohybu výložníku referenční polohou. Pohyb stroje byl nahodilý a odpovídal standardnímu nasazení nakladače. D. Dynamické vážení probíhalo za pohybu stroje v nezpevněném terénu, který představovaly křivé vyjeté koleje v hlíně. Obsluha konstantní rychlostí zvedala výložník, přičemž vážicí jednotka automaticky provedla vážení při pohybu výložníku referenční polohou. Pohyb stroje byl nahodilý a odpovídal standardnímu nasazení nakladače.
57
Obr. 39 VOLVO L70D při nakládání dřevní štěpky
6.3 Identifikace použitých strojů a zařízení: •
•
Kolový nakladač -
Typ
VOLVO L70D
-
Výrobní číslo
70DV19037
-
Rok výroby
2001
-
Celková hmotnost
12 500 kg
-
Výkon motoru
93 kW
-
Stav motohodin
34 243 Mth
-
Objem lopaty
4,7 m3
Palubní vážicí systém -
Typ
LOADMASTER 8000
-
Výrobce
RDS Technology
-
Výrobní číslo
0580377
-
Číslo software
PS300-026
-
Dosahovaná přesnost ± 2 % (nebo lepší)
-
Hodnota dílku [e]
10 kg
-
Snímač zatížení
0-25 Mpa
58
•
Stacionární mostová váha: -
Typ
STABIL K
-
Třída přesnosti
III
-
Výrobce
JOSEF ROTTER, Žižkova 576 Sezemice, 533 04 Sezemice
-
Výrobní číslo
-
Horní mez váživosti 60 000 kg
-
Dolní mez váživosti 400 kg
-
Hodnota dílku [e]
-
Potvrzení o ověření stanoveného měřidla
0814/2008
20 kg
Provedeno dne 27.září 2010
Měřidlo má požadované metrologické vlastnosti v souladu s § 9, odst. 2 zákona č. 505/1990 Sb., ve znění pozdějších předpisů, a § 6 vyhlášky č. 262/2000 Sb., v platném znění.
6.3.1
Ověření provedl Ing. Viktor Šindelář
Výpočet chyby měření stacionární mostové váhy Stabilní mostová váha typu STABIL K použitá pro kontrolní vážení dopravního
prostředku dle průvodní dokumentace je ověřena pro vážení v třídě přesnosti III. Tato třída odpovídá střední přesnosti vážení a je určena pro obchodní vážení, Dle Tab. 3 a Tab. 4 uvedených v kapitole třídy přesnosti vah a technické specifikace dané váhy lze určit, s jakou chybou daná váha váží. Dle uvedených tabulek by měla váha STABIL K vážit s nejistotu M = m ± 30 kg, kde M vyjadřuje výslednou hmotnost a m hmotnost indikovanou váhou. S ohledem na průběh měření, kdy všechna kontrolní vážení dopravní soupravy (prázdné i plné) probíhala na stejné váze STABIL K a ve stejný den, se tedy předpokládá, že chyba měření byla pro všechny měření stejná a lze tudíž případnou chybu měření při výpočtech zanedbat.
59
6.4 Výsledky a diskuze Sledovaná palubní váha LOADMASTER 8000 dle informací výrobce je schopna vážit s nejistotou do ± 2 % z hmotnosti materiálu, není však certifikována pro obchodní vážení. Cílem vyhodnocení měření proto bude ověřit, s jakou chybou instalovaný systém opravdu pracuje a jakým způsobem ovlivňuje tuto chybu režim vážení. Na vyhodnocení hodnot je použit tabulkový procesor Microsoft ECXEL 2003. Výpočty jsou provedeny dle metodiky uvedené v kapitole 6.1.1. 6.4.1
Vliv režimu vážení na chybu měření V následujících tabulkách Tab. 5 až Tab. 8 jsou uvedeny hodnoty získané
z palubní vážicí jednotky LOADMASTER 8000 a stacionární mostové váhy typu STABIL K při terénním měření dne 17.března.2011 ve společnosti AGRO CS Smiřice. Statické vážení Tab. 5 Režim vážení A – statické za klidu stroje
serie měření
A - Statické vážení - vážení v referenční poloze výložníku za klidu stroje Palubní váha Mostová váha hmotnost nakládaného materiálu dle palubní váhy m Pi [kg]
1. I. 1920 II. 1860 III. 1360 IV. 1240 V. 1520
2. 1800 1530 1200 1030 1510
3. 1610 1580 1090 1670 1380
4. 940
celkem celková rozdíl relativní hmotnost hmotnost naloženo podíl mezi hmotnost mezi prázdné plné dle naloženého palubní a palubní a soupravy soupravy palubní materiálu mostovou mostovou [kg] [kg] váhy [kg] [kg] váhou [kg] váhou
mPC 6270 4970 3650 3940 4410
m PRAZDNY
9700 9700 9700 9700 9700
mPLNY mMC 15960 6260 14680 4980 13440 3740 13680 3980 14100 4400 průměr směrodatná odchylka
∆m 10 -10 -90 -40 10 -24 38
p 0,16% -0,20% -2,41% -1,01% 0,23% -0,65% 0,98%
Statické vážení je považováno za nejpřesnější, protože se do průběhu vážení nepromítají parazitní síly vznikající pohybem výložníku, případně celého stroje. Z uvedených hodnot je tedy zřejmé, že při tomto režimu bude palubní váha i při dalším vážení udávat v průměru o 24 kg méně než mostová váha s odchylkou ± 38 kg. Pro přehlednější porovnání jsou uvedeny relativní podíly mezi mostovou a palubní váhou, které jsou na úrovni -0,65 ± 0,98 %. Dle této hodnoty statický režim vážení vyhovuje dosahovanou přesností intervalu udávaným výrobcem, který je ± 2 %.
60
Rozdíl hmotností mezi palubní a mostovou váhou - režim A 20 0
[kg]
-20 -40 -60 -80 -100 I.
II.
III.
IV.
V.
série měření Statické vážení [A] Horní mez intervalu
Aritmetický průměr Dolní mez intervalu
Obr. 40 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim A
Na uvedených grafech (viz. obr. 40 až obr. 43) jsou na ose X vyneseny rozdíly hmotností mezi hodnotami získanými mostovou váhou, tedy celkovou naloženou hmotností, a celkovou hmotností naloženou dle palubní váhy. Osa Y představuje jednotlivé série měření. Je zde také znázorněn průměr těchto hodnot a také horní a dolní mez intervalu směrodatné odchylky. Tento interval vypovídá o tom, jak se jednotlivé rozdíly hmotností typicky liší od aritmetického průměru. Empirické pravidlo o směrodatné odchylce souboru hodnot udává, že zhruba jedna třetina hodnot bude ležet v intervalu ± jedna směrodatná odchylka od průměru, v tomto případě se jedná o interval ± 38 kg. Přibližně 95 % všech hodnot bude ležet v intervalu dvou směrodatných odchylek. Toto pravidlo je poměrně rozšířené, přestože v žádném případě není zcela univerzální.
61
Dynamické vážení za klidu stroje Tab. 6 Režim vážení B - dynamické za klidu stroje
serie měření
B - Dynamické vážení - vážení při zvedání výložníku za klidu stroje Palubní váha Mostová váha
I. II. III. IV. V.
hmotnost celkem hmotnost nakládaného naloženo dle prázdné materiálu dle palubní váhy palubní váhy soupravy m Pi [kg] [kg] [kg]
1. 1850 1940 1350 1240 1490
2. 1970 1970 1180 960 1480
3. 1050 1030 1670 1380
4.
mPC 4870 3910 3560 3870 4350
mPRAZDNY 9700 9700 9700 9700 9700
celková relativní hmotnost rozdíl mezi hmotnost podíl mezi plné palubní a naloženého palubní a soupravy mostovou materiálu mostovou [kg] váhou [kg] [kg] váhou
mPLNY m MC 14680 4980 13660 3960 13440 3740 13680 3980 14100 4400 průměr směrodatná odchylka
p -2,21% -1,26% -4,81% -2,76% -1,14% -2,44% 1,33%
∆m -110 -50 -180 -110 -50 -100 48
Při dynamickém vážení za klidu stroje jsou již navážené hodnoty ovlivněny dynamikou pohybu výložníku, což se projevuje i na chybě vážení. Výsledky měření udávají, že při tomto režimu bude palubní váha i při následujících vážení udávat v průměru o 100 kg méně než mostová váha s odchylkou ± 48 kg. Tyto výsledky jsou zobrazeny na obr. 41. Relativní podíl mezi mostovou a palubní váhou je -2,44 ± 1,33 %. Dle této hodnoty dynamický režim za klidu stroje již přesahuje chybovou hranici ± 2 %, kterou udává výrobce, a nevyhovuje tak daným požadavkům.
[kg]
Rozdíl hmotností mezi palubní a mostovou váhou - režim B 0 -20 -40 -60 -80 -100 -120 -140 -160 -180 -200 I.
II.
III.
IV.
série měření Statické vážení [B] Horní mez intervalu
Aritmetický průměr Dolní mez intervalu
Obr. 41 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim B
62
V.
Dynamické vážení za pohybu stroje Průběh dynamického vážení za pohybu stroje se analogicky rovná standardnímu nasazení stroje při nakládce materiálu po zpevněné a poměrně rovné ploše. Nejsou zde neproduktivní prostoje potřebné pro samotné vážení. Avšak výsledky měření ovlivňují kromě dynamiky pohybu výložníku, ještě síly a momenty vznikající při pohybu nakladače.
Tab. 7 Režim vážení C - dynamické za pohybu stroje C - Dynamické vážení - vážení při zvedání výložníku za pohybu stroje serie měření
Palubní váha
I. II. III. IV.
hmotnost nakládaného materiálu dle palubní váhy mPi [kg]
1. 1110 1410 1460 1560
2. 1210 1400 1430 1410
3. 4. 1100 870 1430 1180 1380 1130 1520
Mostová váha celkem naloženo dle palubní váhy [kg]
hmotnost prázdné soupravy [kg]
mPC 4290 5420 5400 4490
mPRAZDNY 9700 9700 9700 9700
celková relativní hmotnost rozdíl mezi hmotnost podíl mezi plné palubní a naloženého palubní a soupravy mostovou materiálu mostovou [kg] váhou [kg] [kg] váhou
mPLNY 14260 15320 15330 14380
mMC 4560 5620 5630 4680 průměr směrodatná odchylka
∆m -270 -200 -230 -190 -223 31
p -5,92% -3,56% -4,09% -4,06% -4,41% 0,90%
Výsledky měření udávají, že při tomto režimu bude palubní váha i při dalším vážení udávat v průměru o 223 kg méně materiálu než mostová váha s odchylkou ± 31 kg. Relativní podíl mezi mostovou a palubní váhou je -4,41 ± 0,90 %. Dle této hodnoty dynamický režim za klidu stroje již přesahuje chybovou hranici ± 2 %, kterou udává výrobce, a nevyhovuje tak daným požadavkům. Rozdíl hmotností mezi palubní a mostovou váhou - režim C 0 -50
[kg]
-100 -150 -200 -250 -300 I.
II.
III. série měření
Dynamické vážení [C] Horní mez intervalu
Aritmetický průměr Dolní mez intervalu
Obr. 42 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim C
63
IV.
Dynamické vážení za pohybu stroje po nerovnostech Dynamické vážení za pohybu stroje po nerovnostech je obdobné jako v předchozím případě, pouze provoz nakladače je v nezpevněném terénu. Konkrétně v tomto měření se jednalo o v hlíně vyjeté koleje od nakladače. V tomto případě, kromě již uvedených zdrojů chyb měření, se vyskytují také vlivy terénu. Nakladač se při pohybu naklání (příčně i podélně), motor je nestejnoměrně zatěžován a změna otáček motoru způsobuje proměnlivou rychlost zvedání výložníku i rychlost pojezdu. Tab. 8 Režim vážení D - dynamické za pohybu stroje po nerovnostech
serie měření
D - Dynamické vážení - vážení při zvedání výložníku za pohybu stroje po nerovnostech Palubní váha Mostová váha
I. II. III. IV.
celkem hmotnost hmotnost nakládaného naloženo prázdné materiálu dle palubní váhy dle palubní soupravy m Pi [kg] váhy [kg] [kg]
1. 2. 3. 1380 1110 980 1160 980 1550 1450 1400 1360 1280 1410 1310
4.
mPC 3470 3690 4210 4000
mPRAZDNY 9700 9700 9700 9700
relativní celková rozdíl mezi hmotnost podíl mezi palubní a naloženého palubní a mostovou mostovou materiálu váhou [kg] [kg] váhou
hmotnost plné soupravy [kg]
mPLNY 13440 13680 14100 13950
mMC 3740 3980 4400 4250 průměr směrodatná odchylka
∆m -270 -290 -190 -250 -250 37
p -7,22% -7,29% -4,32% -5,88% -6,18% 1,21%
Výsledky měření udávají, že při tomto režimu bude palubní váha i při dalším vážení udávat v průměru o 250 kg méně materiálu než mostová váha s odchylkou ± 37 kg. Relativní podíly mezi mostovou a palubní váhou jsou -6,18 ± 1,21 %. Dle této hodnoty dynamický režim za klidu stroje již přesahuje chybovou hranici ± 2 %, kterou udává výrobce, a nevyhovuje tak daným požadavkům. Rozdíl hmotností mezi palubní a mostovou váhou - režim D 0 -50
[kg]
-100 -150 -200 -250 -300 -350 I.
II.
III.
IV.
série měření Statické vážení [D] Horní mez intervalu
Aritmetický průměr Dolní mez intervalu
Obr. 43 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim D
64
6.4.2
Porovnání jednotlivých režimů Porovnání jednotlivých režimů 50 0
[kg]
-50
-24
-100
-100
-150 -200 -223
-250
-250
-300 Režimy vážení Režim vážení A
Režim vážení B
Režim vážení C
Režim vážení D
Obr. 44 Porovnání jednotlivých režimů
Celkové porovnání jednotlivých režimů je zobrazeno na obr. 44. Jsou zde vyneseny průměry rozdílů mezi mostovou a palubní váhou a jejich chybové úsečky. Z uvedeného grafu jsou zřejmé rozdíly mezi jednotlivými režimy. Vliv dynamiky pohybu výložníku na chybu vážení je evidentní z rozdílu mezi prvním a druhým sloupcem. Konkrétně při dynamickým vážení za klidu stroje udává palubní váha v průměru o 76 kg méně než při statickém vážení. Jaký vliv na chybu vážení má pohyb nakladače, je zřejmé z třetího sloupce. Při tomto režimu palubní váha naměřila v průměru o 199 kg méně než ve statickém režimu a o 123 kg méně než v dynamickém režimu za klidu stroje. Čtvrtý sloupec znázorňuje vliv terénu, po kterém se nakladač pohybuje, na chybu vážení. Rozdíl mezi vážením za jízdy po pevném asfaltovém povrchu a ve vyjetých kolejích v hlíně je 27 kg. Z uvedeného grafu tedy vyplývá, že největší vliv na chybu vážení mají parazitní síly vznikající při pohybu nakladače. Na přesnost měření mají vliv i další faktory, například zaklopení lopaty nebo nerovnoměrné rozmístění matriálu v lopatě. 6.4.3 Porovnání hmotností nabraného materiálu váženého režimy A, B a D Při tomto pokusném měření byla lžíce, po naplnění materiálem, vždy vážena třemi režimy: •
režim A – statické vážení,
•
režim B – dynamické vážení za klidu stroje,
•
režim D – dynamické vážení za pohybu stroje v terénu.
Postup měření probíhal obdobně - jako bylo uvedeno v kapitole 6.2, pouze samotné vážení jedné lopaty probíhalo ve výše uvedených režimech a opakovalo se čtyřikrát.
65
Tab. 9 Vážení jedné lopaty režimy A, B a D
I.
II.
III.
IV.
režim vážení
série měření
Čelní nakladač
A B D A B D A B D A B D
hmotnost nakládaného materiálu dle palubní váhy m Pi [kg]
Mostová váha
celkem hmotnost naloženo prázdné dle palubní soupravy váhy [kg] [kg]
celková relativní hmotnost rozdíl mezi hmotnost podíl mezi plné palubní a naloženého palubní a soupravy mostovou materiálu mostovou [kg] váhou [kg] [kg] váhou
1.
2.
3.
mPC
mPRAZDNY
mPLNY
mMC
∆m
1360 1350 1380 1240 1240 1160 1520 1490 1450 1340 1330 1280
1200 1180 1110 1030 960 980 1510 1480 1400 1480 1450 1410
1090 1030 980 1670 1670 1550 1380 1380 1360 1380 1340 1310
3650 3560 3470 3940 3870 3690 4410 4350 4210 4200 4120 4000
9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700 9700
13440 13440 13440 13680 13680 13680 14100 14100 14100 13950 13950 13950
3740 3740 3740 3980 3980 3980 4400 4400 4400 4250 4250 4250
-90 -180 -270 -40 -110 -290 10 -50 -190 -50 -130 -250
p -2,41% -4,81% -7,22% -1,01% -2,76% -7,29% 0,23% -1,14% -4,32% -1,18% -3,06% -5,88%
V Tab. 9 jsou uvedeny hodnoty navážené palubní a mostovou váhou pro jednotlivé režimy vážení. V prvním sloupci jsou hodnoty rozděleny do sérií, přičemž každá série odpovídá jednomu vážení dopravního prostředku na mostové váze. Druhý sloupec rozděluje hodnoty podle režimu vážení (viz kap.6.2.1). V předposledním sloupci jsou uvedeny rozdíly mezi hmotností naváženou palubní váhou a mostovou váhou. Tyto hodnoty jsou zobrazeny na obr. 46. Porovnání relativních odchylek uvedených v posledním sloupci jsou zobrazeny na obr. 45. Odchylky hodnot palubní váhy a mostové váhy 1,00% relativní podíl hmotností
0,00% -1,00%
I.
II.
III.
IV.
-2,00% -3,00% -4,00%
c
-5,00% -6,00% -7,00% -8,00% série měření Režim Vážení - A
Režim vážení - B
Režim vážení - D
Průměr pro režim A
Průměr pro režim B
Průměr pro režim D
Obr. 45 Odchylky hodnot palubní váhy a mostové váhy
66
Na obr. 45 jsou uvedeny relativní podíly hmotnosti navážených palubní váhou a mostovou váhou. Na ose Y úroveň 0 % je považována jako referenční a představuje skutečnou hmotnost naváženou mostovou váhou. Z uvedeného grafu je tedy zřejmé, jaké jsou odchylky jednotlivých režimů vážení od skutečné hmotnosti. V režimu vážení A jsou hodnoty v rozsahu od -2,41 % do 0,23 % v průměru tedy -1,09 %. V režimu vážení B jsou hodnoty v rozsahu od -4,81 % do -1,18 % v průměru -2,94 %. V režimu D jsou hodnoty v rozsahu od -7,29 % do -4,32 % v průměru tedy -6,18 %. Z uvedeného tudíž vyplývá, že přesnost vážení značně ovlivňuje režim vážení. V režimu A, tedy statickém vážení, je dosahováno největší přesnosti. Hmotnost navážená palubní váhou je v průměru o 1,09 % nižší než skutečná hmotnost, uvažujeme-li tolerovaný rozsah nepřesnosti 2 %, tak při tomto režimu vyhovuje. V režimech B a D je tato mez již překročena a proto nevyhovuje.
hmotnost materálu [kg]
Porovnání hmotnosti materiálu jednotlivých lopat 1800 1600 1400 1200 1000 800 1.
2.
3.
1.
I.
2.
3.
1.
2.
II.
3.
1.
III.
2.
3.
IV.
číslo a serie vážení Režim vážení - A
Režim vážení - B
Režim vážení - D
Obr. 46 Porovnání hmotnosti materiálu jednotlivých lopat
Na obr. 46 je souhrnně zobrazeno porovnání hmotností materiálu v jednotlivých lopatách, přičemž jsou porovnávány hmotnosti navážené palubní váhou v režimech A, B a D. Na ose X jsou sloupce rozděleny podle série (označené I. až IV.) a každá série je rozdělena počtem lopat naložených na dopravní prostředek (označené 1. až 3.). Z uvedeného grafu jsou zřejmé rozdíly navážených hmotností stejného množství materiálu různými režimy vážení.
67
7
ZÁVĚR Jak jsem zdůraznil v úvodu diplomové práce, manipulace s materiálem tvoří
důležitý článek ve výrobě a to nejen v zemědělství, ale i v ostatních hospodářských odvětvích, např. ve stavebnictví, dopravě a ve firmách zabývajících se likvidací a zpracováním odpadů. V těchto oborech je vážení jednou ze stěžejních manipulačních operací, při nichž se zjišťuje množství materiálu určeného k přepravě, výkupu či dalšímu zpracování. V tržním hospodářství je každá nákladová položka výrobního procesu velmi důsledně sledována, a tak i vážení materiálu. Je snahou co nejvíce snižovat náklady na tuto operaci. Zároveň je kladen patřičný důraz na přesnost vážení, protože jeho nepřesnost by měla značné ekonomické, ale i technologické dopady pro jednotlivé firmy. Jako příklad bych uvedl vážení sklizených zemědělských komodit, vážení materiálu určeného pro přepravu silničními dopravními prostředky, kdy nesmí být překročeny legislativou předepsané limity, dále dodržování předepsaného dávkování materiálu do výroby. Hlavním cílem mojí práce bylo ověřit, s jakou přesností pracuje vážicí systém instalovaný na kolovém nakladači při různých režimech vážení materiálu, v porovnání se stacionární mostovou váhou. Měřením jsem zjistil, že jediný způsob vážení pomocí palubní váhy instalované na kolovém nakladači, která svou přesností vyhovuje 2% odchylce stanovené výrobcem, je stacionární vážení – tedy vážení prováděné v referenční poloze výložníku a za klidu stroje. Další tři režimy vážení již výrobcem stanovenou hranici nesplňují. To ale v praxi neznamená, že režimy dynamického vážení za klidu a za pohybu stroje nejsou využitelné. Existují obory, kdy lze za určitých podmínek akceptovat chybu vážení až do výše cca 5 %. Jedná se například o bioplynové stanice, kde je nutno připravit jednotlivé složky dle předem stanovené receptury a tento materiál zároveň přemístit z volných skládek do míchacího zařízení. Použití palubní váhy na kolovém nakladači je v tomto případě nejvhodnější, protože splní zároveň obě výše uvedené funkce. Přesnost dynamického režimu vážení při pohybu nakladače v terénu vykazovala při mém měření chybu větší než 5 %. Tato chyba byla způsobena především terénem, ve kterém se kolový nakladač pohyboval. Z toho vyplývá, že při vážení za pohybu kolového nakladače ve ztíženém terénu je nutno s odchylkou vážení počítat, nebo zvolit
68
vážicí systém na vyšší technické úrovni, který tyto ztížené podmínky dokáže částečně kompenzovat. Tento systém však bude podstatně nákladnější. Jak jsem ve svých závěrech již zmínil dříve, je vážení a manipulace s materiály důležitou součástí v zemědělské výrobě. S ohledem na zemědělské zaměření, v němž podnikám, jsem došel k závěru, že pro moji farmu, jež v současné době obhospodařuje cca 120 ha půdy a zabývá se rostlinnou i živočišnou prvovýrobou, je nezbytné disponovat vážicím zařízením. Potřebuji mít přehled nejen o množství sklizených zemědělských komodit, ale hlavně při jejich dalším použití - např. jejich dalším prodeji nebo při přípravě krmných směsí. Vzhledem ke skutečnosti, že jsem nedávno pořídil teleskopický manipulátor JCB 531-70, uvažuji o pořízení a instalaci palubní váhy na tento manipulátor. K tomuto rozhodnutí mě mimo ekonomického hlediska nutí i skutečnost, že většina skladovacích prostor je v přízemní hale, kde nepřichází v úvahu jiný způsob manipulace s materiálem než právě pomocí kolového nakladače. Předpokládám, že v budoucnu budou palubní váhy nadále využívány. Vzhledem k technickému pokroku a vývoji v oblasti manipulační techniky a také s přihlédnutím k ekonomickým hlediskům se domnívám, že se bude uplatnění těchto zařízení rozšiřovat. Je pravděpodobné, že se tento systém vážení stane standardní součástí kolových nakladačů.
69
SEZNAM LITERATURY [1] SYROVÝ, Otakar, et al. Doprava v zemědělství. 1. vydání. Praha : Profi Press, s.r.o., 2008. 248 s. ISBN 978-80-86726-30-4. [2] SYROVÝ, Otakar, et al. Racionalizace manipulace s materiálem v zemědělství. 1. vydání. Praha : Státní zemědělské nakladatelství v Praze, 1983. 432 s. 07-017-83. [3] SYROVÝ, Otakar. Jak uspořit na dopravě [online]. VÚZT Praha, 2006 [cit. 2010-03-29].12 s. Dostupné z WWW: < http://www.vuzt.cz/doc/energetika/doprava.pdf ?menuid=185 >. [4] Malé nakladače jsou vyhledávané stroje. Zemědělec [online]. 20.10.2004, 43/2004, [cit. 2011-01-30]. Dostupný z WWW: < http://www.agroweb.cz/Male-nakladace -jsou-vyhledavane-stroje__s46x18626.html >. [5] POSPÍŠIL, Jiří. Nakládací prostředky a jejich význam. Zemědělec. 2009, 42/2009, s. 9-12. ISSN 1211-3816. [6] Čelní a teleskopické nakladače. Zemědělec [online]. 5.3.2007, 10, [cit. 2011-02-09]. Dostupný z WWW: < http://www.agroweb.cz/Celni-a-teleskopicke-nakladace__s70x27538.html >. [7] Průmyslová vážicí technika pro chemický průmysl. Chemické listy [online]. 2001, 2, [cit. 2011-02-17]. Dostupný z WWW: < http://chemicke-listy.cz/Bulletin/bulletin322/bulletin322.html >. [8] Český metrologický institut [online]. 2010-09-28 [cit. 2011-02-17]. Dostupné z WWW: < http://www.cmi.cz/index.php?lang=1&wdc=117 >. [9] Váhy pro technologické a logistické procesy. MM Průmyslové spektrum [online].2001-07-11, 1, 7, [cit. 2011-02-20]. Dostupný z WWW: < http://www.mmspektrum.com/clanek/vahy-pro-technologicke-a-logistickeprocesy >. [10]
ČERNOHORSKÝ, Jiří. Snímače zatížení a sil. Automa. 2003, 3, s. 28-30.
ISSN 1210-9592. [11]
ČERNOHORSKÝ, Jiří. Když se řekne...Tenzometry. Automatizace [online].
2005, 48, 1, [cit. 2011-02-27]. Dostupný z WWW: < http://www.automatizace.cz/article.php?a=510 >. [12]
KADLEC, Karel. Snímače tlaku - principy, vlastnosti a použití (2. část).
Automa. 2007, 7/2007, s. 25-29.
70
[13]
BARTOLOMĚJEV, Alexandr . Zemědělská doprava a legislativa v ČR a EU.
Mechanizace zemědělství. 2003, 5, s. 33-35. Dostupný také z WWW: < http://www.vuzt.cz/doc/energetika/leg_dop.pdf?menuid=186 >. ISSN 0373-6776. [14]
Metrologie hmotnosti. Laboratorní práce z metrologie MH [online]. 2005, 1,
[cit. 2011-04-06]. Dostupný z WWW: < http://eso.vscht.cz/cache_data/1385/www.vscht.cz/ufmt/cs/pomucky/machacj/doc s/Metr_Hmotnosti.pdf >. [15]
EU. SMĚRNICE RADY ze dne 20.června 1990 o harmonizaci
právních předpisů členských států týkajících se vah s neautomatickou činností (90/384/EHS). In ÚŘEDNÍ VĚSTNÍK EVROPSKÝCH SPOLEČENSTVÍ. 1990, L 189/1, s. 2-27. Dostupný také z WWW: < http://www.unmz.cz/sborniky_th/09/0902.pdf >. [16]
Měření mechanických veličin [online]. Ostrava : E-automatizace, 203
[cit. 2011-04-21]. Definice hmotnosti, Dostupné z WWW: < http://www.e-automatizace.cz/ebooks/ >.
Internetové stránky: [17]
SCS servis s.r.o.-Váš dodavatel průmyslové elektroniky [online]. c2005
[cit. 2011-03-02]. Dostupné z WWW: < http://www.scs-servis.cz/> . [18]
TAMTRON s.r.o. [online]. c2008 [cit. 2011-02-10].
Dostupné z WWW: < http://www.tamtron.cz/ > . [19]
VETRA International s.r.o. [online]. c2010 [cit. 2011-03-11].
Dostupné z WWW: < http://www.vetrainternational.cz/ >. [20]
Tenzováhy s.r.o. váhy pro dopravy a průmysl [online]. c2010 [cit. 2011-04-17].
Dostupné z WWW: < http://www.tenzovahy.cz/ >. [21]
Phoenix Zeppelin, spol. s.r.o. [online]. 2011 [cit. 2011-02-25].
Dostupné z WWW: < http://www.p-z.cz/cs/site/pz-uvodni-strana.htm >. [22]
Stavební stroje JCB, manipulační technika Nissan, Ausa, Jumbo, HBM-NOBAS,
Crown | Terramet [online]. 2011 [cit. 2011-03-08]. Dostupné z WWW: < http://www.terramet.cz/ >. [23]
AGRALL Zemědělská technika a.s. [online]. 2011 [cit. 2011-02-18].
Dostupné z WWW: < http://www.agrall.cz/ >. [24]
Výzkumný ústav zemědělské techniky, v.v.i. [online]. 2011 [cit. 2011-01-22].
Dostupné z WWW:
. 71
[25]
Agrozet České Budějovice [online]. 2011 [cit. 2011-02-24].
Dostupné z WWW: < http://www.agrozet.com/ >. [26]
REGULACE - VÁHY - SYSTÉMY, spol. s r.o. [online]. 2011 [cit. 2011-02-04].
Dostupné z WWW: < http://www.rvs.cz/ >. [27]
Agroweb.cz - zemědělský zpravodajský server [online]. 2011 [cit. 2011-03-24].
Dostupné z WWW: < http://www.agroweb.cz/ >. [28]
Bagry.cz - vše o stavebních strojích pro zemní práce [online]. 2011
[cit. 2011- 3-02]. Dostupné z WWW: < http://www.bagry.cz/ >. [29]
Stavební technika - stavební stroje a jiná mechanizace [online]. 2011
[cit. 2011-04-02]. Dostupné z WWW: < http://stavebni-technika.cz/ >
72
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Podíl přepravovaných materiálů v zemědělství................................................... 11 Obr. 2 Základní členění manipulačních prostředků........................................................ 13 Obr. 3 Členění dopravních prostředků............................................................................ 13 Obr. 4 Nákladní automobil TATRA 815 Agro............................................................... 16 Obr. 5 Traktorová souprava JCB Fastrack 3200 s návěsem ZDT mega 28.................... 17 Obr. 6 Účelový samojízdný podvozek AgroVariant CZ s nástavbou na přepravu řepy. 20 Obr. 7 Terra Gator 3104 při práci v režimu „krabí chod“ .............................................. 20 Obr. 8 Základní členění manipulačních zařízení ............................................................ 21 Obr. 9 Rozdělení kolových nakladačů ............................................................................ 22 Obr. 10 Rozměry kolového nakladače Caterpillar IT14G .............................................. 23 Obr. 11Velkoobjemová lopata........................................................................................ 24 Obr. 12 Lopata s přidržovačem....................................................................................... 24 Obr. 13 Drapákové vidle................................................................................................. 24 Obr. 14 Jeřábové rameno ................................................................................................ 24 Obr. 15 Otočné vidle na palety ....................................................................................... 24 Obr. 16 Zametací zařízení............................................................................................... 24 Obr. 17 Smykem řízený nakladač JCB ROBOT s jednoramenným výložníkem........... 25 Obr. 18 Kompaktní nakladač JCB TM 300 – 52 s teleskopickým výložníkem ............. 26 Obr. 19 Kloubový nakladač JCB 434 AGRI HL ............................................................ 27 Obr. 20 Teleskopický manipulátor Claas Skorpion 7030............................................... 29 Obr. 22 MERLO Multifarmer 30.6 classic ..................................................................... 30 Obr. 23 Výložník čelního traktorového nakladače Quicke Q85X.................................. 31 Obr. 24 Kolový jeřábový nakladač Doosan DX210W s drapákem na řepu ................... 32 Obr. 25 Úřední značka pro Český metrologický institut ................................................ 36 Obr. 26 Úřední značka pro Autorizované metrologické středisko ................................. 36 Obr. 27 Fóliové tenzometrické snímače ......................................................................... 38 Obr. 28 Uložení tenzometrického snímače omezující horizontální pohyb vektoru zatížení ............................................................................................................................ 39 Obr. 30 Mobilní nápravové váhy s vyhodnocovací jednotkou – váživost 15 000 kg..... 44 Obr. 33 Vážicí jednotka PFREUNDT pControl s tiskárnou........................................... 48 Obr. 34 Schéma funkce systému pro on-line sledování dat [18] .................................... 49 Obr. 38 Schematické znázornění jednotlivých režimů vážení........................................ 55
73
Obr. 39 VOLVO L70D při nakládání dřevní štěpky ...................................................... 58 Obr. 40 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim A ........................ 61 Obr. 41 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim B......................... 62 Obr. 42 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim C......................... 63 Obr. 43 Rozdíly hmotností mezi palubní a mostovou váhou – režim D ........................ 64 Obr. 44 Porovnání jednotlivých režimů.......................................................................... 65 Obr. 45 Odchylky hodnot palubní váhy a mostové váhy ............................................... 66 Obr. 46 Porovnání hmotnosti materiálu jednotlivých lopat............................................ 67
SEZNAM TABULEK Tab. 1 Základní třídění materiálů v zemědělství z hlediska vlastností ovlivňujících řešení manipulace a dopravy [1] ..................................................................................... 12 Tab. 2 Obvyklé dílčí časy pracovního cyklu čelních a teleskopických nakladačů [1] ... 23 Tab. 3 Specifikace tříd přesností [15]............................................................................. 37 Tab. 4 Největší dovolené chyby vah [15] ....................................................................... 38 Tab. 5 Režim vážení A – statické za klidu stroje............................................................ 60 Tab. 6 Režim vážení B - dynamické za klidu stroje ....................................................... 62 Tab. 7 Režim vážení C - dynamické za pohybu stroje ................................................... 63 Tab. 8 Režim vážení D - dynamické za pohybu stroje po nerovnostech........................ 64 Tab. 9 Vážení jedné lopaty režimy A, B a D .................................................................. 66
74
