PRO REALIZACI STAVEBNÍCH PRACÍ

JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH ZEMĚDĚLSKÁ FAKULTA

--------------------------------------------------------------------------------------------Katedra zemědělské, dopravní a manipulační techniky České Budějovice

STROJNÍ ZAŘÍZENÍ PRO REALIZACI STAVEBNÍCH PRACÍ Interní učební text

Ing. Ivo C e l j a k, CSc.

České Budějovice ___________________________________________________________________________

2009

OBSAH SKRIPT

0 Úvod 1 Pracovní materiál strojů pro zemní práce – horniny

6 7 7 7 11 13 14 17 17

1.1 Vlastnosti hornin 1.1.1 Fyzikální vlastnosti hornin 1.1.2 Mechanické vlastnosti hornin 1.1.3 Technologické vlastnosti 1.2 Klasifikace hornin

2 Teorie rozpojování hornin 2.1 Způsoby rozpojování hornin 2.2 Základní tvary a geometrie pracovních nástrojů 2.2.1 Nástroje na řezání 2.2.2 Rozpojování hornin horizontálním a vertikálním nožem

3 Teorie konstrukce strojů pro zemní práce 3.1 Silové poměry mezi pracovním zařízením a strojovým spodkem 3.2 Vymezení hledisek a režimů 3.3 Pevné spojení pracovního zařízení a strojového spodku 3.3.1 Stroj s kolovým strojovým spodkem - analytické řešení

4 Přehled strojů pro zemní a meliorační práce 4.1 Dozery (Dozers) 4.1.1 Rozdělení dozerů 4.1.2 Pracovní zařízení dozerů 4.1.3 Technické požadavky na dozery 4.1.4 Základní rozměry a parametry dozerů 4.1.5 Pracovní proces dozerů 4.1.6 Teoretický výpočet maximálního objemu zeminy hrnutého před radlicí 4.1.7 Hodnocení vlastností dozerů 4.1.8 Výpočet výkonnosti dozerů 4.1.8.1 Teoretická výkonnost 4.1.9.2 Provozní výkonnost Qp 4.1.9.3 Pracovní výkonnost Qs 4.1.10 Výpočet pracovních odporů stroje 4.1.11 Konstrukce dozerů 4.1.12 Předpokládané využití dozerů 4.2 Nakladače (Loaders) 4.2.1 Rozdělení nakladačů 4.2.2 Pracovní zařízení nakladačů 4.2.3 Konstrukce strojového spodku nakladačů 4.2.4 Určování základních parametrů nakladačů 4.2.5 Hodnocení nakladačů 4.2.6 Výpočet výkonnosti nakladačů 4.2.7 Teoretická výkonnost 4.2.8 Provozní výkonnost Qp 4.2.9 Pracovní výkonnost Qs 4.2.10 Výběr nakladače 4.2.11 Předpokládané využití nakladačů 4.3 Univerzální čelní nakladače smykem řízené (Skid Control Loaders)

2

19 20 21 22 22 22 23 23 25 25 25 26 27 27 28 29 31 32 32 33 34 35 37 37 38 38 39 40 41 42 42 42 42 44 44 45 45

4.3.1 Předpokládané využití smykem řízených nakladačů 4.3.2 Nejpoužívanější přídavné adaptéry smykem řízených nakladačů 4.4 Teleskopické nakladače (Telescopic Handlers) 48 4.5 Lopatová rýpadla (Hydraulic Excavators) 4.5.1 Hlavní části a celky rýpadel 4.5.2 Hlavní konstrukční části pásových a kolových podvozků 4.5.3 Hlavní parametry rýpadel 4.5.4 Technické a technologické požadavky kladené na rýpadla 4.5.5 Výkonnost hydraulických lopatových rýpadel 4.5.6 Teoretická výkonnost 4.5.7 Provozní výkonnost Qp 4.5.8 Pracovní výkonnost Qs 4.5.9 Výkonnost lopatových rýpadel při hloubení příkopů 4.5.10 Předpokládané využití rýpadel 4.5.11 Sací rýpadlo využívající k těžení horniny energii vody 4.5.12 Sací rýpadlo využívající energii vzduchu 4.6 Skrejpry (Tractor Scrapers) 4.6.1 Hlavní výhody skrejprů 4.6.2 Hlavní nevýhody skrejprů 4.6.3 Rozdělení skrejprů a jejich použití 4.6.4 Problematika pracovního procesu skrejpru 4.6.5 Teoretická výkonnost skrejpru 4.6.6 Provozní výkonnost Qp 4.6.7 Pracovní výkonnost Qs 4.6.8 Stanovení pracovních odporů skrepru 4.6.9 Předpokládané využití skrejprů 4.7 Grejdry (Road graders) 4.7.1 Technický popis grejdru 4.7.2 Pracovní proces grejdru 4.7.3 Pracovní výkonnost Qs 4.7.4 Potřeba energetického zdroje 4.7.5 Předpokládané využití grejdrů 4.8 Dampry (Dump Trackers) 4.8.1 Rozdělení damprů 4.8.2 Technický popis dampru 4.8.3 Pracovní výkonnost Qs 4.8.4 Potřeba energetického zdroje 4.8.5 Předpokládané využití damprů 4.8.6 Výkonnost damprů a motorových vozidel při přepravě materiálu 4.8.6.1 Teoretická výkonnost dopravy 4.9 Univerzální zemní stroje (Backhoe Loaders) 4.9.1 Výkonnost univerzálního zemního stroje 4.9.2 Předpokládané využití univerzálního zemního stroje 4.9.3 Technický popis univerzálního zemního stroje 4.9.4 Poznámky k pohybu univerzálních zemních strojů na svazích při práci 4.10 Hutnící mechanizace 4.10.1 Válce (Rollers) 4.10.1.1 Výpočet tloušťky zhutnění válci

3

46 46

50 51 52 53 53 54 54 54 56 56 56 57 57 60 62 62 62 63 64 64 64 66 70 71 72 72 73 74 75 76 76 76 77 79 80 81 82 84 84 85 86 86 87 88 90

4.10.1.2 Stanovení celkového odporu závěsného válce 91 4.10.1.3 Pracovní výkonnost Qs válců 92 4.10.1.4 Předpokládané využití válců 94 4.10.1.5 Zhutňování pneumatikovými válci 94 4.10.2 Vibrační desky (Vibrating Plates) 94 4.10.2.1 Předpokládané použití vibračních desek 94 4.10.3 Vibrační pěchy (Vibratory Ramers) 94 4.10.3.1 Předpokládané použití vibračních pěchů 94 4.10.4 Poznámka k hutnění zpětných zásypů rýh v silničním tělese 95 4.11 Kompaktory (Landfill and Soil Compators) 97 4.11.1 Technický popis kompaktoru 97 4.11.2 Předpokládané využití kompaktorů 98 4.12 Bezvýkopové technologie (Dirt Moving Technology) 98 98 4.12.1 Přehled hlavních technologií pro realizaci bezvýkopových otvorů 4.12.2 Obecné výhody bezvýkopové technologie řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí 99 4.12.3 Nevýhody bezvýkopové technologie řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí 100 4.12.4 Předpokládané využití 100 4.12.5 Technické údaje řízeného vrtání se zpětným zatahováním užitného potrubí 100 4.12.6 Technologie s využitím propichovací neřízené rakety pro přímý směr – protlačování 101 potrubí, tvorba otvorů v hornině s využitím materiálu horniny k vytvořením stěn 4.12.7 Technické údaje běžně používaných propichovacích raket 101 5 Stroje pro údržbu staveb k odvodnění pozemků 101 5.1 Korečkový rýhovač (Bucket Elevator) 103 5.1.1 Výpočet výkonnosti korečkového rýhovače 103 5.2 Řetězový rýhovač s řeznými noži (Chain Elevator) 104 5.2.1 Výpočet výkonnosti řetězového rýhovače 104 5.3 Frézový rýhovač s hroty z tvrdokovu (Cutting Ditch Cleaner) 105 5.4 Kolesový frézový rýhovač (Wheel Cutter) 105 6 Zemní vrtací stroje (Drilling Machines) 105 6.1 Funkční principy vrtných systémů 105 6.2 Rozdělení vrtných souprav podle konstrukční koncepce 106 6.3 Rozdělení podle způsobu pohybu 107 6.4 Rozdělení podle průměru a hloubky vrtaných otvorů 107 107 6.5 Předpokládané využití zemních vrtacích strojů 7 Stabilizační frézy (Stabilizing Rotary Hoes) 107 7.1 Předpokládané využití stabilizační frézy 107

8 Mechanizace určená k odstraňování nežádoucích nárostů na melioračních a stavebních plochách 108 8.1 Rozdělení mechanizace podle způsobu odstranění nežádoucích nárostů 8.2 Drtiče biomasy (Shredders) 8.2.1 Drtič nesený s horizontální osou rotoru 8.2.2 Mobilní uzavřené drtiče pro zpracování odpadní dřevní hmoty 8.2.3 Předpokládané využití drtičů 8.2.4 Předpoklady pro dosažení optimální výkonnosti drtiče (Mulchers) 8.3 Mulčovače 8.3.1 Výkonnost mulčovačů

4

108 108 109 110 111 112 112 114

8.4 Motorové řetězové pily (Chain Saws) 8.4.1 Výkon spotřebovaný na řezání 115 8.4.2 Výkonnost při práci s motorovou řetězovou pilou 8.4.3 Předpokládané využití motorové řetězové pily 8.5 Štěpkovače (Chippers) 8.5.1 Výpočet výkonnosti štěpkovače 8.5.2 Předpokládané využití štěpkovačů 8.6 Mechanizace pro klučení pařezů (Uprooting mechanizatins) 8.7 Frézy na pařezy (Stump Cutters) 8.8 Rotační kladivový rozbíječ (půdní fréza) (Soil Cutters) 8.8.1 Potřeba energetického zdroje pro rotační kladivový rozbíječ 121 8.9 Křovinořezy (Rotary Shrub Slashers) 8.9.1 Řezné orgány křovinořezu 8.9.1.1 Řezné orgány pro vyžínání měkkého bylinného pokryvu 8.9.1.2 Řezné orgány pro vyžínání odrostlého a zdřevnatělého bylinného pokryvu a odstraňování keřové vegetace 8.9.1.3 Řezné kotouče pro kácení dřevinné vegetace 8.9.2 Předpokládané využití křovinořezů 9 Manipulační prostředky (Operating of Mechanization) 9. 1 Hydraulické jeřáby jako manipulační prostředky 9.1.1 Technologické a technické parametry hydraulických jeřábů (hydraulic cranes) 9.1.2 Příklady technických parametrů hydraulických jeřábů 9.1.3 Technicky možná výkonnost hydraulického jeřábu 9.1.4 Směnová výkonnost hydraulického jeřábu

10 Mechanizace pro odstraňování sněhu z komunálních ploch a vozovek 11 Použitá literatura

5

114 116 116 116 118 119 119 119 121 125 125 125 125 125 127 127 127 129 130 130 131 131

0 Úvod Vazba předmětu Stroje pro zemní a meliorační práce na obor Pozemkové úpravy a převody nemovitostí má své hluboké opodstatnění, protože úpravy pozemků zahrnují zejména následující úkoly: 1. Půdoochranná opatření v krajině (protierozní opatření, půdní eroze, větrná eroze, trvale zamokřené pozemky - odvodnění); 2. Ekologická opatření v krajině (biokoridory podél cest, biocentra, parky, lesy); 3. Krajinotvorná opatření (meliorační objekty, polní a lesní cesty, ochranné nádrže, hnízdiště ptáků, úkryt zvěře, podpora biodiverzity) 4. Vybudování a údržba ochranných staveb pro zajištění životního prostředí obyvatel (stavby proti hluku, vodě, větru); 5. Vybudování a údržba staveb sloužících k průmyslovému využití (odkaliště, plavební kanály, recyklační dvory, skládky komunálního odpadu); 6. Výstavba a údržba vodních děl (rybích útulků přechodů, skluzů, umělých tůní, retenčních nádrží); 7. Správné hospodaření a využití pozemků (ne vše je určeno k zemědělskému hospodaření); 8. Obnovení pořádku ve vlastnictví, což někdy vyžaduje úpravu tvarově nevhodných parcel nebo nepřístupných míst; 9. Vybudování a údržba staveb sloužících k využití volného času občanů (parky, golfová hřiště, sportovní areály); 10. Realizace přípravných a dokončovacích staveb složišť komunálního a jiného odpadu (nepropustnost podloží, uzavření vrchní části pro osázení zelení, resp. další využití). Bez využití zemních strojů a mechanizace, při provádění zemních prací a údržby objektů, by realizace výše uvedených úkolů nebyla možná. Domnívám se, že je velmi důležité znát problematiku nasazení zemních strojů. Zejména je důležité orientovat se v nabídce zemních strojů, mít představu kde mohou být nasazeny na práci, za jak dlouho práci provedou a jaké překážky přitom budou muset překonávat. To znamená, že je třeba vědět o možnostech pro překonání překážek, resp. za jakých podmínek a v jakém prostředí mohou stroje pracovat. Do problematiky správného nasazení zemních strojů vstupuje mnoho faktorů. Například to, že povrch Země není tvořen jednou homogenní horninou, ale skládá se z mnoha rozmanitých, střídajících se hornin. Rozpojitelnost hornin může být rozdílná téměř na každém metru stavby. Zemský povrch není plochý, naopak, jsou zde kopce, řečiště, nádrže, ostrožny, údolí a podobně, což vytváří obtíže při pohybu a práci strojů. Důležitou roli také hraje obsah vody v hornině, protože může dojít ke změně vlastností horniny při střídajícím se počasí. Stroj, který jeden den bez problémů pracoval, již druhý den nepracuje, protože dochází ke skluzu nebo prokluzu kol jeho podvozku a jeho pohyb je nemožný, resp. nebezpečný pro operátora i pro okolní prostředí. Existuje mnoho vlivů, které ovlivní výkonnost strojů. V praktickém nasazení zemních strojů totiž nelze uvažovat matematicky na základě technických údajů z katalogu. Je nutné vždy do výpočtů zahrnout určité opravné koeficienty, které výpočty výkonnosti výrazně ovlivní. Opravné koeficienty reagují na konkrétní podmínky při práci strojů. V extrémních případech sníží výkonnost stroje až polovinu ! To je zásadní problém v časových a finančních kalkulacích. Většina strojů má možnost realizovat práce s mnoha pracovními nástroji. Umožňuje to hydraulické ovládání pracovních orgánů. Použití strojů je téměř univerzální. I

6

mohutný stroj může připravit povrch terénu do podoby, která byla kdysi úkolem pečlivého pracovníka s hráběmi.

1 Pracovní materiál strojů pro zemní práce - horniny 1.1 Vlastnosti hornin Z hlediska zpracovatelnosti se řadí horniny (nerudné) k materiálům nehomogenním a anizotropním. Jejich mechanické vlastnosti jsou do značné míry ovlivněny působením vnějších vlivů (vlhkostí, erozí a podobně), což způsobuje značné potíže při výpočtech odporů, kterými reagují na svojí zpracovatelnost. Proto je nutné se seznámit se základními a vzájemnými závislostmi těchto materiálů. Horniny vznikají v průběhu geologických procesů zvětrávání, transportu a sedimentace z vyvřelých, hlubinných a sedimentárních skalních hornin. Toto zvětrávání může být buď: mechanické - nastává v důsledku atmosférických účinků, vlivem střídání nízkých a vysokých teplot, gravitačními účinky, erozní činností povrchové a prosakující podzemní vody, ledu a větru; chemické - způsobené slabými chemickými roztoky, které se vyskytují v přírodě. V zemské kůře se vyskytují prvky ve sloučeninách, které nazýváme minerály - primární horninotvorné - sekundární Ve skalních horninách je známo asi 200 horninotvorných materiálů primárních (například křemen, živec, uhličitany, slídy). Sekundární minerály se ve sklaních horninách nevyskytují. Vznikají chemickým zvětráváním, které způsobuje rozpad a změny mineralogického složení skalních hornin. Dále bude věnována pozornost zjišťování vzájemných účinků mezi nástrojem a rozpojovanou horninou, vnějšími vlivy při jízdě, při zatížení strojů a jejich částí, při činnosti pracovních orgánů, apod. Vždy půjde o spojení materiál – pracovní mechanismus příslušného stroje. Z tohoto hlediska bude nutno se zajímat o takové vlastnosti hornin, které ovlivňují předchozí účinky z hlediska energetické náročnosti, protože vždy je nutné, aby byl pro rozpojování horniny pracovním nástrojem k dispozici potřebný výkon motoru stroje. 1.1.1 Fyzikální vlastnosti hornin Tyto vlastnosti charakterizují horninu buď trvale (měrná hmotnost) nebo vyjadřují okamžitý stav, který se může vlivem vnějšího prostředí měnit (vlhkost, objemová hmotnost). Fyzikálními (popisnými) vlastnostmi se rozumí takové vlastnosti, které popisují hmotu materiálu ve vztahu k objemu, vztah mezi fázemi horniny nebo si všímají důsledků vzájemného působení těchto fází. Granulometrické složení (zrnitost) Granulometrické složení (zrnitost) patří k základní vyhodnocovací vlastnosti nesoudržných i soudržných hornin, která zpravidla rozhoduje o zařazení horniny. Údaje o zrnitosti jsou uvedeny v následující tabulce. Zrnitost hornin má přímý vliv na jejich zpracovatelnost a jejich další mechanické vlastnosti.

7

Tabulka 1 - Označení zrn podle ČSN 72 1002 Velikost zrn (mm) Označení (název) menší než: 0,002 jíl, slín 0,002 - 0,063 prach 0,063 - 0,250 jemný 0,250 - 1 písek střední 1 - 2 hrubý 2 - 8 drobný 8 - 32 štěrk střední 32 - 128 hrubý 128 - 256 kameny větší než: 256 balvany Pórovitost Pórovitost horniny je určena poměrem objemu pórů Vp k celkovému objemu vzorku V, tedy:

n=

Vp ----- , nebo vyjádřeno v procentech n = V

Vp ------- . 100 V

Často se používá k hodnocení pórovitosti hornin tzv. číslo pórovitosti e, které udává poměr objemu pórů Vp k objemu sušiny (zrn) Vs , tedy: Vp e = ----- , kde Vs = V - Vp Vs Z praktického hlediska je pórovitost měřítkem ulehlosti hornin. Čím je hornina více zhutněná, tím je pórovitost menší. Pórovitost má dále vliv na objemovou hmotnost, stabilitu, nasákavost, filtrační schopnosti a mrazuvzdornost hornin. Při těžení hornin dochází k jejich nakypření, čímž se pórovitost zvětšuje. Pórovitost hornin kolísá ve velkém rozsahu a je závislá především na způsobu vzniku horniny, dále na tvaru a velikosti zrn. Sypké horniny usazené v rychle tekoucí vodě mají větší pórovitost než při sedimentaci v pomalu tekoucí, nebo stojaté vodě. Čím je nehomogenita horniny větší, tím je menší pórovitost, neboť menší zrna dobře zaplňují mezery mezi zrny většími. Pórovitost horniny je tím větší, čím větší je poměr povrchu jednotlivých zrn k jejich objemu. Horniny se zrny kulovitého tvaru mají pórovitost menší než horniny se zrny ostrohrannými, nepravidelnými. Maximální pórovitost se určuje zpravidla jako pórovitost vysušené horniny, sypané do odměrné nádoby pomocí násypky z malé výšky. Maximální pórovitosti se dosáhne umělým zhutněním horniny v pevné nádobě za současného účinku zatížení a vibrace nebo úderů. S tímto souvisí i princip hutnění prostřednictvím hutnící mechanizace.

8

U soudržných hornin se maximální ani minimální pórovitost nedají zjistit. O jejich mechanickém chování rozhoduje vlhkost a plastické vlastnosti. Podle velikosti se póry dělí kapilární (vlásečnice) s průřezem do 0,2 mm a na póry nekapilární (vzdušné), které mají průřez větší. Zatímco kapilárními póry vzlíná voda k povrchu horniny, nekapilárními póry naopak prosakuje směrem dolů. Nekapilární póry jsou většinou naplněny vzduchem. Propustnost Propustnost závisí ve značné míře na tvaru a velikosti zrn a dále na pórovitosti. Čím obsahuje hornina více kapilárních pórů, tím se propustnost snižuje a naopak. Písčité horniny jsou velmi propustné a proto se s výhodou používají jako horní, krycí vrstvy, neboť nezamrzají. Vzlínavost Představuje pohyb vody v hornině od hladiny spodní vody směrem k povrchu. Závisí na množství a jemnosti kapilárních pórů - čím jsou póry menší, tím více vzrůstá vzlínavost. Horniny hrubozrnné (například hlinitopísčité) mají malou vzlínavost, naopak horniny jemnozrnné, homogenní mají vzlínavost větší. Pórovitost, propustnost a vzlínavost jsou tedy v úzké vzájemné souvislosti. Z praktického hlediska jsou tyto vlastnosti zajímavé zejména z hlediska mrazuvzdornosti hornin. Čím více volné vody hornina obsahuje, tím dochází k většímu promrzání a vzniká nebezpečí vážných poruch staveb. Pro budování násypů jsou nejvhodnější nesoudržné horniny, protože jsou propustné a dobře zhutňují. Namrzající hornina působí vážné problémy při rozpojování. Měrná hmotnost Měrná hmotnost, resp. hustota, je poměr hmotnosti pevných částic horniny vysušené při teplotě 100 – 110° C do stálé hmotnosti ms k jejich objemu Vs. Voda, která je pevně vázaná k povrchu zrn a zůstane v hornině i po vysušení, se počítá za součást horniny. Objemová hmotnost Objemová hmotnost je hmotnost objemové jednotky horniny, sestávající z pevných částic a pórů, které jsou vyplněné částečně (případně úplně) vodou nebo vzduchem. Pro praktické použití má největší význam objemová hmotnost v přirozeném stavu. Tato hodnota je potřebná při výpočtech výkonnosti zemních strojů a při přepravě horniny. Objemová hmotnost vysušené horniny je měřítkem její ulehlosti, a proto je používána k hodnocení zhutnění hornin. Pokud je možno vyřezat z horniny pravidelné těleso, určuje se objemová hmotnost (ať již v přirozeném nebo vysušeném stavu), jako podíl hmotnosti tělesa k jeho objemu, tedy: m 3 ρv = -------- . 1000 ( kg.m ) V 3 kde m - hmotnost vzorku (g) V - objem vzorku (cm ) Takto stanovená objemová hmotnost udává hmotnost horniny v původním, tzv. rostlém stavu. Při těžbě hornin dochází k jejich nakypřování, tedy ke zvyšování původního objemu. To znamená, že objemová hmotnost vytěžené horniny se zmenšuje podle stupně

9

nakypření. Při výpočtech výkonnosti zemních strojů a při výpočtech objemu přepravené horniny se používají hodnoty objemových hmotností v rozpojeném stavu. Vlhkost Vlhkostí horniny se rozumí množství vody v ní obsažené, které lze z horniny odstranit vysoušením při teplotě 100 - 110° C do stálé hmotnosti (viz. ČSN 72 1012) . Vyjadřuje se jako poměr hmotnosti vody k hmotnosti vysušené horniny. Nejčastěji se vlhkost udává v procentech podle vztahu: m - ms w = --------- . 100 ( % ) ms kde m - hmotnost vlhké horniny ms - hmotnost vysušené horniny

(kg) (kg)

U písčitých hornin se vyjadřuje vlhkost často podle stupně nasycení Sr, který je dán vztahem: Vv Vv Sr = --------- = ------Vp V - Vs Sr = 1

- vodou nasycený písek

V

- celkový objem vzorku

Sr

- velmi vlhký písek

- objem vlhké horniny - objem sušiny - objem pórů

0,8

Sr = 0,25 - 0,8

- vlhký písek

Vv Vs

Sr

0,25

- zavlhlý písek

Vp

Sr

0,02

- suchý písek

m3 m3 m3 m3

Vlhkost má na vlastnosti hornin podstatný vliv, přičemž se u různých hornin projevuje nestejně. Sypké horniny (písky) zvětšují s narůstající vlhkostí svůj objem, ztrácí sypké vlastnosti a hůře se přepravují. Soudržné horniny s přibývající vlhkostí zmenšují svou pevnost, čímž se snižují odpory při rozpojování, avšak zpravidla se současně zvětšuje jejich lepivost. U jílovitých hornin dochází k rozbředání jejich povrchu, což vede ke zhoršování průjezdnosti strojů. Zejména u kolových podvozků dochází k prokluzu kol při překonávání svahu nebo terénních nerovností. Tvrdé horniny snižují na vrstevnatých plochách svou pevnost v tlaku při zvětšování vlhkosti, v důsledku zmenšení tření na plochách. Konzistence Jak je důležitá u nesoudržných hornin jejich ulehlost a stupeň nasycení vodou, tak u hlinitých a jílovitých hornin je rozhodující vlastností jejich soudržnost, která je bezprostředně závislá na konzistenci horniny.

10

Konzistence představuje soudržnost mezi jednotlivými částicemi horniny závisející na její vlhkosti. Podle obsahu vody může být hornina v různých konzistenčních stavech. Stav tvrdý a pevný odděluje mez smrštitelnosti ws , stav pevný a plastický mez plasticity (vláčnosti) wp a stav plastický a tekutý mez tekutosti wL . Kvantitativní výraz konzistence hlinitých hornin je udáván tzv. ukazatelem konzistence IC, který je vyjádřen vztahem : wL - w wL - w IC = ----------- = ---------wL - wp IP kde IP = wL - wp je index (číslo) plasticity, w = vlhkost horniny Soudržnost hornin je způsobena vnitřními molekulárními silami a silami kapilárními. Soudržnost od kapilárních sil je soudržnost pravá, která nepomíjí při změnách vlhkosti. Soudržnost od nekapilárních sil je soudržnost zdánlivá, která mizí při vysušení horniny.Podle hodnot konzistenčních mezí lze usuzovat na pevnost a stlačitelnost hornin. Má-li například určitá hornina vyšší mez tekutosti, pak to znamená, že má menší propustnost a sníženou stlačitelnost, resp. pevnost. Rozpustnost Rozpustnost charakterizuje chování hornin působí-li na ně proudící voda. Rozpouštění a s tím související odplavování hornin nastává při určité rychlosti proudění vody. Tato rychlost je závislá na druhu horniny. U hlinitých hornin se odplavování začne projevovat při rychlostech větších než je 0,1 m.s-1. Rozpustnost a odplavování mají svou důležitost při těžení hornin proudem vody. 1.1.2 Mechanické vlastnosti hornin K mechanickým vlastnostem patří vlastnosti, k jejichž zjištění je třeba vyvodit sílu, jejíž účinek na přetvárné charakteristiky materiálů se vyžaduje. Mechanické vlastnosti podstatně ovlivňují průběh rozpojovacího procesu a spotřebu energie (požadavek na výkon motoru stroje). Kypřitelnost Při rozpojování hornin dochází vždy ke zvětšování jejich původního objemu. V běžné praxi je zaveden pojem součinitele nakypření kn, který vyjadřuje poměr objemu rozpojené horniny k původnímu objemu horniny v rostlém stavu. Hodnota součinitele nakypření kn závisí na druhu horniny a také na způsobu těžby. Jeho průměrná hodnota se pohybuje v rozmezí 1,1 až 1,5. Ve stejném poměru, v jakém zvětší vytěžená hornina svůj objem, sníží se její objemová hmotnost. Z hlediska spotřeby energie může mít zvětšování objemu těžené horniny v případě, kdy odřezaná tříska nemá možnost volného odsunu k povrchu horniny, za následek zvýšení tření v místě rozpojování, a tedy tomu odpovídající zvýšení spotřeby energie. Smyková pevnost

11

Při mechanickém rozpojování horniny, např. působením pracovních nástrojů u strojů pro zemní práce, vzniká v hornině prostorový stav napětí, který se při pronikání pracovního nástroje zvětšuje, až dosáhne mezní hodnoty, odpovídající smykové pevnosti dané horniny. V tom okamžiku dojde k usmýknutí odřezávané třísky. Smyková pevnost je rozdílná u hornin nesoudržných a soudržných. U hornin nesoudržných (písčitých) je hlavním zdrojem jejich pevnosti ve smyku tření mezi zrny, které je dáno úhlem vnitřního tření horniny ϕ1 , viz následující tabulka 2. Tabulka 2 - Průměrné hodnoty úhlů vnitřního tření ϕ1 nesoudržných hornin Popis horniny Nakypřený stav Ulehlý stav 0 Jemné písky s oblými zrny 28 350 0 Písky různorodé 32 400 Písky různorodé ostrohranné 350 450 Štěrk 350 500 Pevnost hornin ve smyku τ se u nesoudržných hornin vyjadřuje pomocí Coulombovy rovnice: τ = σ . tg . ϕ1 ( Pa ), kde σ - normální zatížení působící na plochu porušení (Pa) ϕ1 - úhel vnitřního tření horniny Určení smykové pevnosti písčitých hornin laboratorně je obtížné, protože ze sypkých hornin nelze odebírat neporušené vzorky. Proto se jejich smyková pevnost určuje jednoduše podle úhlu přirozeného sklonu, který u sypkých hornin přibližně odpovídá úhlu vnitřního tření a snáze se zjišťuje, viz následující tabulka 3. Tabulka 3 - Úhly přirozených sklonů horniny Druh a stav horniny Úhel přirozeného sklonu (°) suchý 35 - 40 Písek vlhký 40 mokrý 25 Písčito-hlinitá hornina suchá 40 - 50 Písčito-hlinitá hornina vlhká 30 - 40 Písčito-hlinitá hornina mokrá 20 - 30 Štěrk suchý 35 - 40 Štěrk mokrý 25 U soudržných hornin je smyková pevnost závislá na součiniteli vnitřního tření f1 a na soudržnosti - kohezi - horniny c. Závisí tedy, jak na třecí síle mezi částicemi a normálním tlaku, tak na vnitřních silách soudržnosti. Coulombův vztah má v tomto případě tvar : τ = σ . tgϕ ϕ1 + c = σ . f1 + c ( Pa ) c - koheze - soudržnost horniny Smyková pevnost soudržných hornin se určuje laboratorně na smykových přístrojích.

12

Průměrné hodnoty úhlů vnitřního tření a soudržnosti pro soudržné hodnoty jsou uvedeny v následující tabulce 4. Tabulka 4 - Hodnoty úhlů vnitřního tření a soudržnosti pro soudržné horniny Soudržnost c (°) Popis horniny Úhel vnitřního tření ϕ1 (°) Suché spraše 20 - 35 ( 0,1 - 0,3 ) . 105 Mokré jíly 1-3 Vlhké jíly méně jak 25 ( 0,2 - 0,4 ) . 105 Suché jíly méně jak 28 ( 1 - 2 ) . 105 Pevné jíly 30 ( 3 - 5 ) . 105 Tření horniny o ocel Toto tření má značný vliv na efektivnost rýpání. Závisí na podmínkách, druhu a stavu obou materiálů a na dalších faktorech, zejména na specifickém tlaku, rychlosti vnikání břitu nástroje do horniny a pod. Vyjadřuje se přibližně součinitelem tření horniny o ocel, resp. o pracovní nástroj, f2 = tg ϕ2 , nebo třecím úhlem ϕ2, jak je uvedeno v následující tabulce 5. Tabulka 5 - Průměrné hodnoty součinitele tření horniny o ocel f2 Ocel, stav povrchu Hornina Křemičitý Hornina Humus Stav hlinito-písčitá písek písčito-hlinitá horniny Leštěná ocel 0,45 0,526 0,63 0,45 vlhká Neopracovaná ocel 0,48 0,559 0,78 0,52 vlhká Leštěná ocel 0,33 0,445 0,36 0,36 suchá Neopracovaná ocel 0,41 0,471 0,50 0,43 suchá 1.1.3 Technologické vlastnosti Technologické vlastnosti hornin mají vztah především k provádění zemních a podzemních staveb. Akustická impedance K určení akustické impedance hornin slouží tzv. metody sonické, které zkoumají šíření zvuku ve zkoušeném materiálu. Podle druhu použitého zvuku se používá buď metody ultrazvukové impulsové nebo metody rezonanční. Mrazuvzdornost Mrazuvzdornost je schopnost horniny nasáknuté vodou odolávat střídavému zmrazování a rozmrazování. U pórovitých a nasákavých hornin se vady způsobené mrazem vyskytují tehdy, když vnitřní napětí vzniklé zvětšením objemu zmrzlé vody naruší strukturu horniny. Rozsah změn závisí na velikosti, tvaru, druhu a rozdělení pórů, na množství nasáknuté vody, na maximální a minimální teplotě, rychlosti zmrazování a počtu zmrazovacích a rozmrazovacích cyklů. Sklon horniny

13

Hodnota přirozeného sklonu horniny závisí na druhu horniny, její zrnitosti a vlhkosti. Je podmíněna hodnotami úhlů vnitřního tření a kohezí. Jedná-li se o sypkou horninu, pak se uvažuje tzv. sypný úhel, jehož velikost bude záviset na součiniteli vnitřního tření, na zrnitosti a vlhkosti. Objemová tíha elementu horniny je ρ . g = γ . Tato síla se rozloží do směru rovnoběžného se svahem a do směru kolmého. Proti posunutí elementu působí tření o povrch svahu. Z podmínky rovnováhy vyplývá : ρ . g . sinβ β = ρ . g . cosβ β . tgϕ ϕ1 a po úpravě : tgβ β = tgϕ ϕ1

tedy

β = ϕ1

Při vytvoření násypu ze sypaniny s dodržením určité bezpečnosti svahu, je nutno zvolit sklon menší než je sypný úhel dané horniny. Pokud by se jednalo o stavbu násypu ze soudržných hornin (při současném zhutňování), pak v podmínce rovnováhy elementu horniny je třeba uvažovat též soudržnost horniny. Soudržné horniny jsou schopné se udržet na určitou výšku jako svislá stěna. Dojde-li k sesunutí svahu, vytváří se u těchto hornin samovolná kluzná plocha zakřiveného tvaru. Většina teorií i výpočtových metod k řešení stability svahů vychází z předpokladu, že kluzná plocha má v řezu tvar kruhový. Tabulka 6 - Typické vlastnosti některých hornin v oblasti zemních prací Hornina

Čedič Hlína Jíl Písek vlhký Suchý písek Pískovec Štěrk Žula Vápenec

Objemová hmotnost rozpojené horniny ρn (kg.m-3)

Objemová hmotnost rostlé horniny ρr (kg.m-3)

Koeficient nakypření kn

Koeficient zhutnění kz

1960 1600 1660 1840 1420 1510 2020 1660 1540

2900 1920 1909 2100 1620 2400 2700 2750 2710

1,47 1,2 1,15 1,14 1,14 1,6 1,34 1,65 1,75

0,7 0,8 0,9 0,95

Vlhkost horniny v rostlém stavu (%)

22 40 20 18

0,6

1.2 Klasifikace hornin Při praktickém nasazení strojů pro zemní práce je otázka určení charakteristiky příslušné horniny, zejména z hlediska vzájemného působení pracovního nástroje a podvozku s půdou, zcela zásadní. Je zřejmé, že jiné specifické vlastnosti hornin budou důležité při provádění zemních prací, jiné při sondovacích pracích a jiné při podzemních stavbách či zakládání staveb. Z hlediska působení pracovních nástrojů strojů pro zemní práce na horninu při těžení horniny bude důležitá klasifikace hornin podle obtížnosti jejich rozpojování.

14

Klasifikace hornin pro zemní práce - podle rozpojitelnosti Klasifikace hornin podle jejich rozpojitelnosti je stanovena normou ČSN 73 3050 Zemní práce. Tato norma zatřiďuje horniny podle charakteristických vlastností a podle obtížnosti rozpojitelnosti do sedmi tříd. Na rozpojitelnost mají vliv petrografické vlastnosti hornin, úložné poměry, mocnost vrstev, jejich směr a sklon vzhledem ke hloubení, hustota a rozpukání, odlučnost a stupeň zvětrání horniny. Pro posouzení rozpojitelnosti je nutné brát v úvahu i vlivy klimatu, zvláště v případech, kdy se posuzuje rozpojitelnost horniny dodatečně, po delším časovém období nebo v období mrazů. Rozpojitelnost hornin je třeba určit již předběžně pro účely projektu a volbu strojního zařízení. 1. Třída Horniny sypké až kypré, rozpojitelné lopatou a) Lehce rozpojitelné soudržné, měkké konzistence IC = 0,05 - 0,75 (ukazatel konzistence), IP menší než 17 (číslo plasticity). Patří sem například : Ornice, hlína, písčitá hlína, hlinitý písek b) Nesoudržné kypré, popř. se štěrkovými zrny do 5 cm, IP menší než 0,33. Patří sem například: Písek, písek se štěrkem, písčitý štěrk a drobný štěrk se zrny do 2 cm bez omezení a se štěrkovými zrny od 2 do 5 cm v množství menším než 10% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 1. třídy c) Stavební odpad a navážka obdobného charakteru jako horniny zařazené do 1. třídy. 2. Třída Horniny lehce rozpojitelné, které lze rýpat zahradním rýčem. a) Lehce rozpojitelné soudržné, tuhé konzistence, IC = 0,75, IP = menší než 17. Patří sem například: Ornice, hlína, prachová hlína, písčitá hlína, hlinitý písek b) Nesoudržné, středně ulehlé, IP = 0,33 až 0,67, popřípadě se štěrkovými zrny do 10 cm. Patří sem například: Písčitý štěrk a střední štěrk se zrny do 5 cm bez omezení a štěrkovými zrny od 5 do 10 cm v množství menším než 10% z celkového objemu rozpojované horniny 2. třídy. c) Stavební odpad a navážka obdobného charakteru jako horniny zařazené do 2. třídy. 3. Třída Horniny rozpojitelné kopáním krumpáčem plochým koncem. a) Středně rozpojitelné - soudržné, pevné a tvrdé konzistence, IC = větší než 1,00, IP = menší než 17. - soudržné, měkké a tuhé konzistence, IC = 0,05 až 1,00, IP = menší než 17. Patří sem například : Hlína, spraš, jílovitá hlína, písčitý jíl a jíl. b) Nesoudržné ulehlé, IP = větší než 0,67, popřípadě s kameny největšího rozměru 25 cm. Patří sem například: Hrubý písčitý štěrk a hrubý štěrk se zrny do 10 cm bez omezení a s kameny největšího rozměru 10 až 25 cm v množství menším než 10% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 3. třídy. c) Nesoudržné, zařazené do 2. a 3. třídy se soudržným tmelem měkké a tuhé konzistence, IC = 0,05 až 1,00, nesoudržné, zařazené do 2. a 3. třídy se soudržným tmelem pevné a tvrdé konzistence, IC = větší než 1,00, IP = menší než 17.

15

d) Skalní a poloskalní silně zvětralé, s velmi oslabenou strukturní vazbou, technicky hodnocené jako jílovito-písčité a skeletové horniny, popř. zvětraliny. Patří sem například: Eluvia, tektonicky porušené zóny, hydrotermální rozložené horniny. e) Stavební odpad a navážka obdobného charakteru jako horniny zařazené do 3. třídy. 4. Třída Horniny těžce rozpojitelné kopáním, resp. ostrým koncem krumpáče s vylamováním, snadno rozpojitelné mechanicky. a) Těžce rozpojitelné soudržné, pevné a tvrdé konzistence, IC = větší než 1,00, IP = větší než 17. Patří sem například: Jíl, písčitý jíl, jílovitá hlína, písčitá hlína, prachovitá hlína. b) Nesoudržné, popř. s balvany do objemu 0,1 m3 jednotlivě. Patří sem například: Hrubý štěrk se zrny do 10 cm bez omezení, s kameny největšího rozměru 10 až 25 cm v množství 10 - 50% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 4. třídy a s balvany nad rozměr 25 cm do objemu 0,1 m3 jednotlivě v množství menším než 10% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 4. třídy. c) Nesoudržné, zařazené do 2, a 3. třídy se soudržným tmelem pevné a tvrdé konzistence, IC = větší než 1,00, IP = větší než 17. Patří sem například: Drobný a střední štěrk s jílovitým nebo hlinitým tmelem. d) Poloskalní středně zpevněné, navětralé poloskalní zpevněné, zvětralé s oslabenou strukturní vazbou. Patří sem například: Navětralé jílovce, slínovce, prachovce, vulkanické tufy, tufity, zvětralé pískovce a břidlice, zvětralé měkké vápence, zvětralá opuka. e) Skalní rozrušené, zvětralé se silně oslabenou strukturní vazbou, středně a značně rozpukané, hornina je podél puklin porušená a při jejím rozpojování se uvolnění šíří do okolí záběru, jednotlivé kusy odpovídají zrnitostí nesoudržným horninám 4. třídy. Patří sem například: Rozrušená žula, rozrušená rula, rozrušený andezit, rozrušený vápenec, rozrušený křemenec. f) Kašovité a tekuté konzistence, IC = menší než 0,05. Patří sem například: Bahnité náplavy, tekutý písek. g) Stavební odpad a navážka obdobného charakteru jako horniny zařazené do 4. třídy. 5. Třída Horniny obtížně rozpojitelné mechanicky, snadno rozpojitelné trhacími pracemi. a) Nesoudržné balvany do objemu 0,1 m3. Patří sem například: Hrubý štěrk s kameny do 25 cm bez omezení a s balvany od 25 cm do objemu 0,1 m3 jednotlivě v množství 10 až 50% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 5. třídy. b) Nesoudržné zařazené do 4. třídy se soudržným tmelem pevné a tvrdé konzistence, IC = větší než 1,00, IP = menší než 17. Patří sem například: Střední a hrubý štěrk s jílovitým nebo hlinitým tmelem. c) Poloskalní zpevněné, zdravé, ve vrstvách o mocnosti do 15 cm. Patří sem například: Slepenec s jílovitým tmelem, jílovec, jílovité břidlice, písčité břidlice, travertin, pískovce s jílovitým nebo slinitým tmelem, fylit, chloritické břidlice, opuka. d) Skalní vyvřelé, přeměněné a usazené, porušené, navětralé, rozpukané s plochami dělitelnosti ( vrstevnatost, pukliny ) vzdálenými méně než 15 cm. Patří sem například: Navětralá žula, navětralá rula, navětralý andezit, navětralý vápenec, navětralý křemenec, navětralý pískovec. e) Navážka obdobného charakteru jako horniny zařazené do 5. třídy

16

f) Zmrzlé horniny 6. Třída Horniny těžce rozpojitelné trhacími pracemi. a) Nesoudržné s balvany do objemu 0,1 m3. Patří sem například: Balvany do objemu 0,1 m3 bez omezení, balvany nad 0,1 m3 v množství do 50% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 6. třídy. b) Skalní vyvřelé a přeměněné, zdravé, s plochami dělitelnosti vzdálenými do 1,0 m v lavicovité, kvádrovité odlučnosti, vzdálenost ostatních puklin je menší než 25 cm. Patří sem například: Žula, rula, andezit, čedič, křemité břidlice, svor, svorová žula, porézní čedič, fylitická břidlice. c) Skalní usazené, zdravé, s mocností vrstvy do 1 m (hrubě lavicovité) se vzdáleností ostatních puklin do 25 cm. Patří sem například: Hrubě úlomkovité až balvanité slepence a aglomeráty s vápnitým a slinitým tmelem, vápence, droby, pískovce s vápnitým a křemitovápnitým tmelem, dolomit. 7. Třída Horniny velmi těžko rozpojitelné. Skalní, zdravé, masívní nebo s odlučností polyedrickou, kulovitou, sloupcovitou a pod. s jednotlivými zaklíněnými hranami, s plochami dělitelnosti sevřenými ve vzdálenosti větší než 25 cm. Patří sem například: Křemence, křemité žuly, diority, diabasy, čediče s hrubě sloupcovitou odlučností, spility, buližníky, rohovce, gabra, andezity, amfibolity, granulity, grandiority, slepence s křemitým tmelem, rohovcové vápence, žilné křemeny, znělce.

2 Teorie rozpojování hornin Rozpojování hornin je ovlivněno třemi základními faktory: a) Druhem a vlastnostmi horniny b) Základními parametry nástroje c) Technologií práce 2.1 Způsoby rozpojování hornin V současné době jsou používány následující způsoby primárního rozpojování hornin: a) Mechanický - pracovní nástroj působí bezprostředně na horninu b) Hydraulický - k rozrušování horniny využívá kinetické energie proudu vody c) Explozivní - k rozrušení horniny využívá přetlaku plynu vzniklého explozivním prohořením třaskavin d) Fyzikální - využívá se účinků ultrazvuku e) Chemický - těžený materiál se převádí do tekutého nebo plynného stavu. Všechny horniny nelze rozpojovat pracovními nástroji zemních strojů. Bez vážnějších problémů lze rozpojovat horniny 1. třídy rozpojitelnosti všemi stroji, naopak horniny 7. třídy rozpojitelnosti nelze rozpojovat vůbec. Pro zemní stroje je určení třídy rozpojitelnosti důležité, zejména z hlediska vzájemného působení pracovního nástroje a horniny, se kterou

17

přichází v průběhu pracovního procesu do bezprostředního styku. V následující tabulce je přehled zemních strojů ve vazbě na třídy rozpojitelnosti hornin. Tabulka 7 - Nasazení zemních strojů při rozpojování horniny příslušné třídy rozpojitelnosti Třída horniny Zemní stroj vhodný pro rozpojování Nakladače 1.

2.

3.

4.

5.

6. 7.

Univerzální zemní stroje Skrejpry Rýpadla Dozery Grejdry Rotační rozbíječ Nakladače Univerzální zemní stroje Skrejpry Rýpadla Dozery Grejdry Rotační rozbíječ Rozrývače (nesené grejdry nebo dozery) Univerzální zemní stroje pouze s rýpacím zařízením Skrejpry Rýpadla s vyšším výkonem motoru Dozery Rotační rozbíječ Rozrývače nesené dozery Zemní vrtací stroje Rýpadla s vyšším výkonem motoru Dozery s rozrývači Rotační rozbíječ (STC) Zemní vrtací stroje Rýpadla velmi výkonná Dozery s rozrývači Rotační rozbíječ (STC) Zemní vrtací stroje Rozpojování explozivním způsobem Zemní vrtací stroje Rozpojování explozivním způsobem Zemní vrtací stroje

Mechanický způsob rozpojování Z hlediska měrné spotřeby energie na vytěžení 1 m3 horniny je mechanický způsob nejvýhodnější s 0,05 až 0,3 kWh.m-3. Tento způsob je nejrozšířenější. U těžkých hornin bez předchozího nakypření je nutno použít vyšších pracovních tlaků a spotřeba vzroste na 3,0 až 4,0 kWh.m-3. Mechanickým způsobem je těženo 80 - 85% hornin (podíl hydraulického těžení je 7 8%, podíl explozivního těžení je 1 - 3%). Mechanický způsob rozpojování lze rozdělit podle způsobu technologie na:

18

1. Řezání - tříska horniny je odřezávána od horninového masívu elementárním nožem 2. Vrtání - k rozpojování hornin dochází v důsledku otáčení stroje. Princip řezání je využíván u strojů pro zemní práce, proces vrtání tvoří zpravidla přípravnou část k rozpojování odstřelem. Hydraulický způsob rozpojování Tento způsob využívá účinku proudu tlakové vody. Zpravidla se vody využívá i k dopravě a ukládání vytěžené horniny - tzv. hydromechanizační způsob těžby. Vlastním těžícím nástrojem je zde hydromonitor, kterým se přivádí k místu těžení usměrněný proud tlakové vody o vysoké rychlosti, při těžbě z vody se používá sacích rypadel. Způsob hydraulický pracuje s tlaky 0,6 - 1,0 MPa a má spotřebu energie 0,2 - 2,0 kWh.m-3. Výhodou tohoto způsobu těžby je poměrně malá hmotnost i pořizovací cena strojního zařízení přepočtená na jednotku výkonnosti. Nevýhodou je vysoká spotřeba vody a poměrně rychlé opotřebování kalových čerpadel a potrubí a dále velká závislost efektivnosti tohoto způsobu těžení na fyzikálně-mechanických vlastnostech hornin. Explozivní způsob rozpojování Explozivní způsob rozpojování využívá energii výbuchu třaskavin, přičemž dochází k vývinu vysoké teploty a k tvoření velkého objemu horkých plynů, které způsobují při svém rozpínání mechanickou práci. Jednotlivé nálože se umísťují do vyvrtaných otvorů situovaných podle požadované technologie těžby. Tento způsob rozpojování se používá u skalních masívů. Vlastní rozpojovací proces je časově krátký, ovšem množství přípravné práce a manipulace s trhavinami jsou náročné a spojené s dodržováním přísných bezpečnostních předpisů. Spotřeba energie k nakypření 1 m3 horniny s využitím explozivního způsobu je 0,8 1,1 kWh.m-3. Fyzikální a chemické rozpojování Tyto a další způsoby rozpojování jsou v oblasti zemních prací ve stádiu zkoušek. Jedná se například o využití ultrazvuku, vysokých teplot a vibrací k rozpraskání povrchové vrstvy na drobné částice, které se pak odstraňují proudem vody nebo vzduchu. 2.2 Základní tvary a geometrie pracovních nástrojů Znalost silových účinků působících v procesu rozpojování mezi horninou a nástrojem je nutná z hlediska optimální konstrukce pracovního nástroje a dimenzování jednotlivých částí stroje. Pracovním nástrojem se nazývá ta část stroje pro zemní práce, která bezprostředně působí na horninu prostřednictvím břitů a způsobuje její rozpojování, případně současné těžení. Vlastní tvar pracovního nástroje je závislý na koncepci stroje pro zemní práce a na jeho provozním určení. Pracovní nástroje mohou mít různě tvarované břity. Pracovní nástroj je součástí, radlice, lopaty, korečku, rotoru frézy, korby skrejpru, rozrývače a podobně. Jejich společným znakem je odebírání třísky horniny, přičemž působí na masív rypnou silou vyvíjenou zdrojem energie.

19

Základním požadavkem na konstrukci pracovních nástrojů je dosažení jejich optimálních parametrů, což lze charakterizovat: 1. Minimální spotřebou měrné energie pro proces rýpání 2. Dostatečnou tuhostí a pevností pracovního nástroje 3. Co největší životností jeho aktivní části S těmito problémy souvisí i případná vyměnitelnost opotřebovaného nástroje, tedy způsob upevnění řezné části na základní těleso pracovního nástroje. 2.2.1 Nástroje na řezání Většina strojů pro zemní práce má pracovní nástroj vybaven základními řeznými prvky, zubem, nebo nožem nebo kombinací obou. Na proces rozpojování má největší vliv úhel řezu δ . Mezi jeho hodnotami a odporem rozpojování Fr existuje závislost dosahující za určitých podmínek minima. Je-li jako základ nůž s řezným úhlem 90° (kolmý k povrchu rozrušování horniny), pak při zmenšování úhlu a zachování ostatních podmínek řezání potřebná rýpací síla klesá. Konstrukční důvody obyčejně nedávají možnost použití optimálních úhlů. Úhel hřbetu musí být vždy větší než nula, aby se vyloučilo tření horniny o hřbet pracovního nástroje i při jeho zahlubování. Jeho hodnota bývá 5 – 12°. Také úhel ostří musí zajistit dostatečnou tuhost a odolnost proti opotřebení pracovního nástroje a pohybuje se v mezích 20 – 25° a neměl by přesahovat hodnotu 30°. Z uvedeného vyplývá, že úhly řezu mohou být minimálně 25°, běžně je to 30° a více. Jejich velikost závisí na ostatních funkcích pracovního nástroje. Řezná hrana u většiny pracovních nástrojů má tvar přímky. Většinou je tento břit nazýván jako obdélníkový. Břit pracovního nástroje ve tvaru prostorové křivky, kde břit vystupuje obloukovitě vpřed a je přitom oblý i v rovině kolmé k pohybu stroje (oblý břit). Vlivem vystupujícího břitu probíhá šikmé řezání a pracovní nástroj s tímto břitem vyžaduje o 15 - 20% menší tažnou sílu do řezu než u ostří obdélníkového. Pracovní nástroje s oblou hranou však zanechávají oblou stopu, což brání jejich většímu rozšíření. Řezných hran se zuby se používá u pracovních nástrojů s obdélníkovými řeznými hranami určených do různorodých, kamenitých, těžce rozpojitelných hornin. Základní předností pracovních nástrojů vybavených zuby je snazší pronikání do tvrdých hornin v důsledku větší koncentrace rypné síly na břitech zubů. Zuby zvyšují až dvojnásobně hodnotu měrné rypné síly (síly vyvozené na délkové jednotce břitu) a navíc chrání řeznou hranu pracovního nástroje před poškozením. Rypný odpor u těžce rozpojitelných hornin se při použití řezné hrany se zuby sníží až o 10%. Na hodnotu řezného odporu má značný vliv tvar odebírané třísky, daný poměrem tloušťky třísky (hloubka řezání) h k její šířce b. Hodnota řezného odporu prudce narůstá při zvětšování hloubky řezu vzhledem k šířce. 2.2.2 Rozpojování hornin horizontálním a vertikálním nožem Při čelním řezání pomocí horizontálního nože (úhel nastavení nože vzhledem k podélné ose stroje je 90°) probíhají následující procesy:

20

a) zatlačení nože do horniny, což má za následek vznik oblasti napětí, ve které pak za stavu mezní rovnováhy dochází ke vzniku smykových ploch, jejichž sklon závisí na druhu a stavu horniny, řezném úhlu δ a na hloubce řezání h; b) při dalším pohybu nože dochází k oddělení třísky, jejímu posuvu po vynášecí ploše a současně zatlačení břitu pro oddělení třísky; c) vlivem napětí na čele nože, které se přenáší i do stran a vlivem soudržnosti horniny na bocích závisí kritická hloubka vylamování hk a sklon bočního rozšíření na druhu horniny a na vlivu napětí z čelní plochy; d) určitá část nože v hloubce seřezává nerozpojenou horninu, tato část je svírána horninou vlivem pružných deformací, dochází k tření na stěnách; e) vlivem opotřebení břitu (neostrosti) dochází k zatlačování horniny do dna a pak vlivem pružných deformací dochází ke tření břitu o dno rýhy; f) při dalším postupu horniny je nutno překonat odpory spojené s přesunem horniny při zaplňování pracovního nástroje, případně mezi horninou pohybující se třísky a horninou v pracovním nástroji, někdy dochází i k hrnutí již odřezané horniny. Při práci zubu vertikálního nože probíhají následující procesy: a) před čelní stěnou zubu vzniká v hornině napětí, jehož důsledkem v horní části je vznik smykových ploch, narušení horniny a její vynášení na povrch. Kritická hloubka a sklon smykových ploch je dán druhem horniny, sklonem zubu ve směru pohybu (úhlem řezu) a tloušťkou zubu; b) v dolní části je hornina vytlačována převážně do stran a vzhledem ke stoupající ulehlosti horniny se zvětšující se hloubkou vzrůstá i normálový tlak N1; c) vytlačováním horniny do stran vzniká napětí a trvalé deformace v hornině, vzniknou smykové plochy a narušení i po stranách zubu až po kritickou hloubku hk; d) před čelem břitu se vytváří za určitých podmínek aktivní klín horniny, který pak způsobuje, že na čele zubu (nože) vzniká místo tření horniny o ocel, tření horniny o horninu; e) vlivem pružných deformací horniny dochází ve spodní části zubu k tlaku na jeho boční stěny a na spodní stěnu. V tomto případě dochází k rozpojování v oblasti nadkritické a podkritické. Kritická hloubka je taková, od které dochází k podstatnému zvýšení spotřeby energie na rozpojování. Odpor horniny proti rozpojení je v oblasti nad kritickou hloubkou 2 až 4 krát menší než čelní odpor na jednotku plochy zubu v oblasti pod kritickou hloubkou. Charakteristickým znakem práce svislých nožů je tedy výrazné boční rozšíření profilu řezu v jeho horní části.

21

3 Teorie konstrukce strojů pro zemní práce 3.1 Silové poměry mezi pracovním zařízením a strojovým spodkem Při vývoji strojů pro zemní práce, při optimalizaci jejich konstrukčních parametrů, při hodnocení jevů vznikajících při jejich činnosti a při hodnocení jejich provozních vlastností je nutno vyšetřovat silové poměry, zejména mezi pracovním zařízením a strojovým spodkempodvozkem strojů. Pracovní schopnosti strojů pro zemní práce závisí především na tom, zda jejich parametry odpovídají charakteru technologického procesu, podmínkám, ve kterých stroj pracuje. 3.2 Vymezení hledisek a režimů Silové poměry strojů je nutno sledovat ze dvou základních hledisek: a) Pevnostního b) Provozního Pevnostní hledisko vychází z technologie práce a pohybu stroje a všímá si především úseků činnosti, při kterých na stroj působí maximální síly a kdy v jeho částech vzniká i maximální namáhání. Zjišťují se tedy extrémně nepříznivé polohy s nejhoršími podmínkami v běžném provozu. Výsledkem vyšetřování silových poměrů je správná dimenze nebo kontrola dimenzí jednotlivých částí. Provozní hledisko vychází rovněž z rozboru dané pracovní technologie, úkonů a operací při ní prováděných. Sleduje však především vliv hlavních parametrů na pracovní proces, se zaměřením na rypné síly, účinky hmot, na vlivy polohy a tvaru pracovních zařízení a nástrojů, na vlivy ovládacích mechanismů a pod. Výsledkem je zjištění funkčních možností, provozních vlastností, zjištění vlivu parametrů na funkci stroje a optimální sladění parametrů pracovního zařízení a strojového spodku stroje pro zemní práce. Při vyšetřování silových poměrů stroje je nutno dále rozlišovat přepravní režim a pracovní režim. Přepravní režim se uplatňuje při přesunech po staveništi a při přepravě stroje na velké vzdálenosti mezi stavbami a to většinou vlastním pohonem. Pro dosažení efektivnosti přepravy probíhá přeprava většinou při plném využití motoru pro jízdu stroje. Pracovní zařízení je v přepravní poloze a ovlivňuje zatížení stroje, stabilitu a vyvolává dynamické účinky. Pracovní režim je dán pracovní technologií, konstrukčním zajištěním hlavního pracovního pohybu - řezné síly nástroje, to znamená vztahem stroje jako celku k vlastnímu procesu rozpojování. V podstatě existují tři možnosti tohoto vztahu : a) Pracovní pohyb je vyvíjen tažnou silou strojového spodku, pohybuje se tedy celý stroj (dozery, nakladače, grejdry, rozrývače). Pracovní režim je charakterizován značnými odpory proti pohybu, rypná síla je omezena adhezními schopnostmi stroje.

22

b) Pracovní pohyb je vyvíjen zvláštními mechanismy pracovního zařízení, přičemž strojový spodek stojí na místě (lopatová rýpadla, vrtací soupravy). Strojový spodek je relativně v klidu, stabilizován podpěrami, rypná síla je dána většinou hydraulickým ovládáním pracovního zařízení a její maximální hodnota je omezena stabilitou stroje. c) Pracovní pohyb je dán součtem pohybu stroje a pohybu pracovního zařízení (korečková a kolesová rýpadla, půdní frézy, rozrývač). Rychlost pojezdu stroje je velmi nízká, podstatně menší, než rychlost pohybu pracovního zařízení, maximální rypná síla bývá jištěna speciálními konstrukčními úpravami. 3.3 Pevné spojení pracovního zařízení a strojového spodku Tento stav nastává při ustáleném rýpání, kdy se stroj pohybuje rovnoměrně po rovině, pracovní nástroj je zahlouben a odebírá třísku. Z technologického hlediska je tento stav nejdůležitější, protože tvoří nejdelší časový úsek pracovního cyklu stroje. V obecném případě, kdy je pracovní nástroj uložen výstředně mimo podélnou osu stroje nebo kdy síly i vlastní hmotnost působí nesymetricky, tvoří stroj prostorovou soustavu sil. U většiny strojů pro zemní práce je však pracovní nástroj souměrný k podélné ose stroje a na stroj působí souměrné síly. Tyto případy jsou zvláštním případem prostorové úlohy, kterou lze převést na úlohu rovinnou. Výslednice souměrně působících sil působí pak v podélné rovině souměrnosti stroje. Tím se výpočet zjednodušuje. Určitý vliv na vlastní výpočet má druh strojového spodku stroje. Proto je dále rozlišen výpočet strojů s kolovým i pásovým strojovým spodkem. 3.3.1 Stroj s kolovým strojovým spodkem - analytické řešení Před vlastním výpočtem silových poměrů je vhodné nakreslit pro určitou základní výpočtovou polohu stroje silové schéma, celý stroj silově osamostatnit, tzn. zavést kromě vnějších sil i příslušné reakce a stanovit výpočtové podmínky. Dále bude uvažován základní a nejdůležitější případ použití strojů pro zemní práce, pro který platí následující podmínky: a) Stroj se pohybuje rovnoměrně po rovině; b) Pracovní nástroj je zahlouben a odebírá maximální třísku, probíhá ustálené rýpání. Na každý uvažovaný stroj působí obecně stejný počet vnějších sil, které je vhodné zavádět ve složkovém tvaru. Jsou to: Go - tíha celého stroje; YA, Yb - svislé složky reakcí terénu působící na nápravy (kola); FA, FB - odpor valení; TA, TB - tažné síly na jednotlivých nápravách (kolech) stroje; F1, F2 - složky odporu rýpání na pracovním nástroji, mohou působit před strojem, za strojem i mezi nápravami, podle umístění pracovního nástroje. Pro statické řešení této rovinné soustavy jsou k dispozici tři nezávislé rovnice rovnováhy, z nichž jedna je momentová. Ramena sil (rozměry stroje) jsou jednoznačně určena označením bodů (působišť) k osám zvoleného souřadnicového systému, jehož počátek je možné libovolně zvolit.

23

Rovnice rovnováhy mají následující tvar: Součet v ose x = 0 TA + TB - FA - FB - F1 = 0 Součet v ose y = 0 YA + YB - Go - F2 = 0 Součet momentů = 0 FB . yB + FA . yA - YB . (-xB) + Go . (-xo) - F2 . xE = 0 V uvedených rovnicích jsou, kromě hmotnosti nosiče, všechny ostatní síly neznámé. K jejich určení je třeba použít dalších vztahů a provést některé zjednodušující předpoklady. Za předpokladu, že jsou adhezní podmínky pod všemi koly stejné, platí, že součinitel adheze: ϕA = ϕΒ = ϕ Dále je možno předpokládat, že každá náprava přenáší v každém okamžiku moment odpovídající jejímu zatížení a součiniteli adheze. Pak pro výpočet síly na kolech nápravy platí vztah: TA = ϕ . YA TB = ϕ . YB Tažná síla by tedy neměla být v žádném případě omezena výkonem motoru. Všechna kola náprav jsou hnací o stejném dynamickém poloměru yA = yB = rd. Dále můžeme předpokládat, že i součinitel odporu valení fo je na všech kolech stejný : fA = fB = fo Pro odpor valení pak platí vztah: FA = fo . YA FB = fo . YB Pracovní nástroj může být vpředu, vzadu i mezi nápravami a výslednice odporů rýpání horniny F může působit na pracovní ploše nástroje teoreticky kdekoliv. Zpravidla se při výpočtech uvažuje, že působí na ostří pracovního nástroje pod úhlem α. Pro početní řešení je vhodné vyjádřit i tuto výslednici ve složkovém tvaru a zavést do výpočtu poměr složek k výslednici: F1 ----- = cosα F

F2

−−−− = sinα F

Tento poměr bývá pro různé pracovní nástroje a pro různé podmínky práce zjišťován experimentálně. Po dosazení všech vztahů do rovnic rovnováhy vznikne soustava tří lineárních rovnic, ve kterých se vyskytují pouze tři neznámé - YA , YB a F. (ϕ + fo) . YA + (ϕ + fo) . YB - F . cosα =0 YA + YB - F . sinα = Go YB . fo . (-rd) - YB . (-xB) + YA . fo . (-rd) - F . sin.xE = Go . xo

24

4 Přehled strojů pro zemní a meliorační práce V této části skript bude pozornost věnována konstrukční koncepci stavebních strojů, které jsou v současné době používány. Konstrukční koncepce je zde uvedena pro snazší orientaci při využití strojů. Důraz je také položen na správné rozdělení jednotlivých strojů a platné názvosloví z příslušných norem. U hlavních druhů zemních strojů je uveden metodický výpočet výkonnosti. 4.1 Dozery Dozer (traktor s dozerovým pracovním zařízením - radlicí) je samohybný pásový nebo kolový stroj používaný na vynakládání tlačné nebo tažné síly prostřednictvím namontovaného dozerového pracovního zařízení. Tento stroj může nést i další pracovní zařízení (rozrývač, naviják, tažný závěs) (fotografie 1). Základní stroj je traktor bez pracovního zařízení, je vybaven potřebnými montážními elementy pro připevnění jednoho nebo několika pracovních zařízení. Pracovní zařízení je soubor komponentů namontovaných na základní stroj pro vykonávání základních funkce, pro kterou je stroj určen. Tímto pracovním zařízením je radlice. 4.1.1 Rozdělení dozerů Podle podvozku a) Pásový traktor b) Kolový traktor Podle soustavy řízení a) S řízením předními koly b) S řízením zadními koly c) S řízením kloubovým rámem d) S řízením prokluzem kol e) S řízením prokluzem pásu f) S řízením nezávislým pohybem pásů Rozdělení podle velikostních kategorií Kategorie I. II. III. IV. V. VI.

Výkon motoru do 60 kW 61 - 110 kW 111 - 180 kW 181 - 350 kW 351 - 500 kW nad 500 kW

Provozní hmotnost do 11 000 kg do 18 000 kg do 25 000 kg do 55 000 kg do 70 000 kg nad 70 000 kg

4.1.2 Pracovní zařízení dozerů Hlavní pracovní zařízení tvoří tlačná ramena, radlice a mechanismus jejího ovládání. V zadní části stroje bývá umístěno rozrývací zařízení s příslušným počtem rozrývacích zubů (fotografie 2 a 3) (rozrývač), naviják a bočně výkyvný nebo pevný závěs pro tažení přívěsů a tažených pracovních mechanismů (fotografie 4). 25

Traktory jsou vyráběny pro práci s přímou radlicí, s radlicí pro stranové natáčení (angledozer) a pro naklápění radlice jednou stranou pod rovinu pojezdu (tiltdozer). Jsou to stroje s cyklickým způsobem práce, u kterých dochází k rozpojování horniny pojezdem celého stroje. Jejich výkonnost je značně závislá na trakčních schopnostech strojového spodku. Přímý dozer je pracovní zařízení - čelní radlice, která je udržovaná v poloze, ve které je řezná hrana rovnoběžná s povrchem, na kterém traktor stojí, resp. pracuje a kolmá na rovinu, která prochází osou stroje. Angledozer je pracovní zařízení, jehož radlice může měnit polohy tak, že řezná hrana svírá s rovinou která prochází osou stroje úhel - nejčastěji o 30° na levou nebo pravou stranu (fotografie 5). Uplatňuje se všude tam, kde je nutné hrnutý materiál odsouvat do strany (zahrnování rýh, odklízení sněhu, plošné urovnávání povrchu). Těžba hornin vyšších tříd rozpojitelnosti angledozerem je vyloučena vzhledem k bočním reakcím při šikmém nastavení radlice. Radlice angledozeru je širší než u přímého pracovního zařízení, protože musí i při maximálním šikmém nastavení přesahovat šířku podvozku. Proto v případě, že traktor s angledozerovým zařízením pracuje v kolmé poloze, bude její měrná rypná síla menší. Našikmení a kloubové zavěšení rovněž snižuje tuhost celého ústrojí. Tiltdozerové přídavné zařízení je takové, u něhož se může poloha radlice měnit tak, aby řezná hrana svírala úhel s rovinou rovnoběžnou s rovinou pojezdu (fotografie 6). Radlici je možno natočit v rovině vertikální v obou směrech, radlice tedy rýpe jedním sníženým koncem a vytváří rýhu. To se používá při zahájení záběru do svahu, při dobývání pařezů a stromů a při hloubení rýh pro uložení žlabovek nebo při budování dočasného odvodnění podél cest. Radlice kteréhokoliv z výše uvedených typů pracovního zařízení může ještě uskutečnit naklápění. Naklápění je pohyb radlice, při němž je možné měnit sklon horní části radlice jejím natáčením okolo osy rovnoběžné s řeznou hranou. Rozrývač je rám připevněný k zadní části základního stroje pomocí montážní konzoly, je vybaven jedním nebo více zuby (fotografie 2 a 3). Je používán při rozpojování hornin vyšších tříd rozpojitelnosti. Rozrývače lze rozdělit na: a) Rovnoběžníkové - rozrývací úhel mezi hrotem zubu a zemí zůstává konstantní bez ohledu na změny pracovní hloubky b) Radiální - rozrývací úhel mezi hrotem zubu a zemí se mění se změnou pracovní hloubky. c) Nastavitelné - rozrývací úhel mezi hrotem zubu a zemí je nastavitelný a strojník může tento úhel měnit. Naviják je tvořen rámem, v němž je uchycen buben, na kterém je navinuto lano různého průměru a délky. Bývá umístěn vzadu na stroji. a) Naviják s ručním ovládáním - jeho činnost se uskutečňuje ručně ovládanou brzdou a spojkou. b) Naviják se strojním ovládáním - činnost navijáku se uskutečňuje hydraulicky nebo strojní spojkou a brzdou. Bočně výkyvný závěs - rám vybavený výkyvným táhlem a segmentem nastavování velikosti vybočení táhla. Je připevněn na zadní část stroje. 26

4.1.3 Technické požadavky na dozery Konstrukce a zhotovení musí zabezpečit spolehlivý provoz v klimatické oblasti N 13 podle ČSN 03 8805, pro rozmezí teplot -20°C do +37 °C. Požadavky na jiné rozmezí teplot a korozní agresivitu musí být dohodnuty mezi výrobcem a dodavatelem. Konstrukce strojů určených pro provoz na pozemních komunikacích musí vyhovovat podmínkám provozu vozidel na pozemních komunikacích Stoupavost a stabilita Stroje musí být konstruovány tak, aby byly schopny pracovat bez omezení na svahu se sklonem pojezdové roviny nejméně : 25° - u nosičů na pásovém podvozku 10° - u nosičů na kolovém podvozku Stoupavost strojů na rovném a tvrdém povrchu musí být nejméně: 35° - u nosičů na pásovém podvozku 20° - u nosičů na kolovém podvozku Stroj musí vybaven v kabině umístěným zařízením pro kontrolu pojezdové roviny (sklonoměrem) se stupnicí nejméně do maximálního dovoleného sklonu pojezdové roviny. 4.1.4 Základní rozměry a parametry dozerů Rozměry mají své značky podle normy. Šířkové rozměry jsou značeny W, délkové L, výškové H, poloměry a oblouky R, úhlové rozměry A. Základní parametry: Výkon motoru Maximální rychlost pojezdu Provozní hmotnost Tažná síla podvozku Maximální výkon motoru při otáčkách Objemová kapacita radlice

Pe (kW) v (m.s-1) Gp (kg) Fp (kN) P (kW) Vu (m3)

Doplňkové parametry: Stoupavost Podélná stabilita Příčná stabilita Počet podpěrných kladek (pásové podvozky) Počet pojezdových kladek Počet článků pásu Střední měrný tlak stroje na opěrnou rovinu Objem palivové nádrže Objem nádrže na pracovní kapalinu Měrná spotřeba paliva při nepřetržité práci stroje Brodivost (u kolového podvozku)

27

s (°) sp1 (°) sp2 (°) np1 (ks) np2 (ks) n (ks) ps (kPa) Vpn (l) Vn (l) (l . h-1) (mm)

4.1.5 Pracovní proces dozerů Je dán tvarem a funkcí radlice, která má tvar zakřivené desky se schopností horninu odřezávat, hrnout na kratší vzdálenosti a případně zároveň rozprostírat. Největších výkonností dosahují dozery při práci v lehkých horninách, při hrnutí horniny do vzdálenosti nepřevyšující 60 metrů. Na větších vzdálenostech již dochází ke ztrátám horniny podél boků radlice. Odřezávaná hornina se při těžení hromadí před radlicí až do okamžiku jejího zaplnění. Má-li radlice správný tvar, dochází u těžené horniny k odvalovacímu pohybu po čelní ploše radlice. Odvalovací pohyb, který přispívá k zvětšení množství hrnuté horniny, nastává pouze v soudržných horninách. Radlice přímých dozerů Základní geometrické parametry radlice: Výška radlice : Šířka radlice : Poloměr radlice: Úhel řezu : Úhel sklonu : Úhel hřbetu : Úhel naklápění :

H´ (m) W (m) R1 (m) δ (°) ε (°) α (°) φ (°)

Průmět plochy radlice Am je plocha radlice v m2, kromě prodloužených ostří, promítnutá na vertikální rovinu rovnoběžnou se střední částí řezné hrany radlice. Šířka radlice W je vzdálenost obou vnějších stran radlice v metrech, kromě koncových ostří. Výška účinné části radlice H´ je výška v metrech, která se šířkou W vytváří průmět plochy rovnající se Am Am H´ = -------- (m) W 4.1.6 Teoretický výpočet maximálního objemu horniny hrnutého před radlicí Výpočet vychází z rozměrů radlice a hodnoty sypného úhlu horniny. Teoretický výpočet se nesmí používat na odhad výkonnosti traktorových dozerů v podmínkách reálného nasazení. V těchto případech je nutné brát v úvahu další parametry, jako je účinnost radlice, výkon traktoru, tažná síla, vlastnosti půdy, terén, zručnost obsluhy a pracovní cyklus. Teoretický výpočet výkonnosti může být o polovinu vyšší než reálný. Objem radlice přímého dozeru a angledozeru: Vs = 0,8 . W . H´2 (m3) Hodnota 0,8 odpovídá sypnému úhlu 30°. 28

Objem radlice tvaru polo-U a U Objem radlice přímého dozeru a angldozeru - V1 Objem obrysu radlice polo U a U - Vu Objem radlice při použití zjednodušeného čela radlice - Vs Vu = Z . H´(W - Z).tg α Při přemísťování horniny radlicí dochází v důsledku překonávání odporů tření (hornina o radlici, vnitřní tření horniny, tření horniny o povrch terénu), ke ztrátám horniny podél bočních hran radlice. Doporučuje se zavádět do výpočtu ztrátový součinitel kz, který má rozměr v závislosti na délce hrnutí (přemísťování horniny) - L2 : 1 - 0,005 . L2. Do výpočtu se zavádí rovněž vliv druhu a stavu horniny reprezentovaný součinitelem vlivu horniny kt, který se pro soudržné horniny volí 1 a pro nesoudržné 0,8. Vliv tvaru radlice na účinnost práce Při návrhu radlice je třeba respektovat tyto možnosti maximálního plnění s minimálním odporem, při kterém nemá docházet k lepení horniny na radlici. Na tvar radlice mají největší vliv všechny základní funkce - zahlubování, hrnutí horniny a rozprostírání horniny. Pro řezání tenkých třísek je nejvhodnější tvar, kdy je řezný úhel δ menší než 35° a úhel hřbetu α se pohybuje v rozmezí 5°až 8°. Úhel ostří β s ohledem na životnost má být minimálně 25°. Minimální úhel řezu je pak δ = α + β = 30 - 33°. Má-li docházet k dobrému plnění, musí být tvar radlice takový, aby byla hornina před radlicí obracena. Tento předpoklad je splněn, je-li tečna k hornímu zakřivení skloněna vpřed o úhel φ= 70°. Při dopravě musí být hornina před radlicí držena, aby nedocházelo ke ztrátám horniny jejím únikem do stran. K tomu je vhodný profil, který se přizpůsobuje tvaru volně sypané hromady. Každá technologie práce vyžaduje specifický tvar radlice. Uplatnění vlivu hlavních parametrů radlice: a) Úhel řezu α. Jeho velikost ovlivňuje řezný odpor radlice v tom smyslu, že jeho zmenšením se zlepšuje odřezávání třísky a snižuje se spotřeba měrné energie, ale zvětšuje se odpor pohybu horniny po radlici. Zvětšením úhlu řezu se zvyšuje řezný odpor. b) Úhel překlápění ϕ. Při zvětšování tohoto úhlu dochází k přepadávání hrnuté horniny přes horní hranu radlice. Naopak při zmenšení úhlu překlápění se zhoršuje plynulost pohybu horniny po radlici (nebezpečí zalepování radlice). c) Úhel sklonu radlice ε. Menší hodnoty úhlu sklonu umožňují snížení spotřeby energie, ale současně také usnadňují přepadávání horniny přes horní hranu a naopak. d) Poloměr zakřivení R. Při velkých hodnotách poloměru zakřivení přepadává hornina přes radlici, při malém se zhorší její pohyb po radlici.

29

Základní rozměry radlice jsou určovány ve vazbě na strojový spodek následovně: Šířka radlice je volena tak, aby se stroj při všech pracovních pohybech pohyboval ve stopě po radlici, šířka tedy bývá o 200 až 300 mm větší než šířka stroje. Výška radlice je stanovena z poměru šířky k výšce W/H = 2,8 - 3,0 a měla by odpovídat empirickému vztahu : a) Pro přímou dozerovou radlici : H = 230 Ft - 0,5 . 3 F t b) Pro angledozerovou radlici: H = 210 Ft - 0,5 . 3 F t Výše uvedený způsob vychází z té skutečnosti, že plošná velikost radlice souvisí bezprostředně s odpory, které na ni při práci působí, volí se výška radlice ve vztahu k trakční síle stroje. Kde Ft je trakční síla stroje (kN) Při jiném postupu se používá při volbě výšky radlice vztahů vázaných na výkon motoru: a) Pro přímou dozerovou radlici :

H = (230-280) .

3

b) Pro angledozerovou radlici:

H = (180-220) .

3

P P

Půdorysný tvar radlice ovlivňuje množství hrnuté zeminy a její ztráty během hrnutí. Používají se radlice: a) Rovné b) Lomené c) Rovné s bočními štíty Konstrukce radlice : Zhotovuje se z ocelových plechů. Přední zakřivená část je buď z jednoho nebo ze dvou dílů, přičemž spodní část je z plechu silnějšího. Tloušťka plechu bývá 10 až 20 mm. Nosný mechanismus radlice Nosný mechanismus umožňuje u všech druhů traktorů s dozerovým pracovním zařízením zvedání a spouštění radlice (případně nucené zahlubování), změnu úhlu řezu δ a další specifické funkce podle druhu dozerového zařízení. U přímých dozerů je radlice nesena dvěma tlačnými rameny. K ramenům je přichycena otočně pomocí šroubových vzpěr, případně hydraulických válců. U některých tiltdozerů se používá výztužná diagonální vzpěra, což je masivní ocelová trubka, uvnitř je přímočarý hydromotor, jehož uchycení na levé straně přední části nosiče a na pravé spodní části radlice umožňuje funkci tiltdozeru. U nosného mechanismu angledozerů je radlice ve středu nesena kulovým čepem tlačného rámu a na bocích mechanicky nebo hydraulicky stavitelnými vzpěrami.

30

Mechanismy ovládání radlice Spolu s nosným mechanismem plní mechanismus ovládání následující úkoly : - zvedá a spouští radlici - mění úhel řezu - natáčí radlici v horizontální rovině - angledozery - natáčí radlici ve vertikální rovině - tiltdozery - natáčí křídly u šípových radlic K přítlaku radlice je kromě vlastní tíhy využívána i síla přímočarých hydromotorů zvedání a spouštění nosného mechanismu. Tlaky v hydraulických obvodech ovládání se pohybují v rozmezí 12 - 18 MPa. Příkon hydrogenerátoru při plném zatížení činí až 20% výkonu motoru. Nosné mechanizmy a mechanizmy ovládání by měly zajistit potřebný zdvih radlice (0,8 -1,1)H a rychlost pohybu: a) Při zvedání: b) Při spouštění:

v1 = 0,3 m.s-1 v2 = 0,2 - 0,3 m.s-1

4.1.7 Hodnocení vlastností dozerů K hodnocení vlastností se sledují následující ukazatele: a) Specifický vertikální přítlak radlice, který je vypočten z celkové vertikální síly na hraně radlice v rovině styku pásů s terénem, dělené délkou řezné hrany. Dosahuje hodnoty 30 kN.m-1. b) Specifická jímavost radlice. Je dána maximálním obsahem horniny hrnuté před radlicí na 1 m2 vertikálního průmětu radlice. Dosahuje hodnoty 1 - 1,7 m3.m-2. c) Specifický výkon motoru na 1 metr šířky radlice, dosahuje hodnoty 50 až 70 kW.m-1 d) Specifická hmotnost dozeru na 1 metr šířky radlice. Dosahuje hodnoty 9000 kg.-1. e) Specifická tažná síla dozeru na 1 metr šířky radlice. Dosahuje hodnoty 80 kN.m-1. 4.1.8 Výpočet výkonnosti dozerů 4.1.8.1 Teoretická výkonnost Vypočítá se pouze na základě známých rozměrů radlice a teoretických pracovních rychlostí ze vztahu: 3600 Q = --------- . Vmax (m3.h-1) Tc kde: Tc - doba pracovního cyklu (s) Vmax - maximální objem hrnutého hranolu (m3) Vs = 0,8 . W . H´2 (přímý nebo angledozer) Vu = Vs + Z . H´. (B - Z) . tg α (objem radlice s bočními křídly) kde:

31

W - šířka radlice (m) H´- účinná výška radlice (m) Z - délka křídel měřená paralelně s šířkou radlice α - úhel křídel Doba teoretického pracovního cyklu Teoretický pracovní cyklus je souhrn pracovních úkonů, které stroj vykoná od zahájení pohybu pracovního zařízení až po jeho opětovné vrácení do výchozí polohy. Teoretický pracovní cyklus zahrnuje: a) Těžení horniny odebíráním třísky až do využití maximální kapacity radlice; b) Přemístění horniny hrnutím před radlicí na předem stanovenou vzdálenost; c) Nahrnutí horniny na hromadu nebo její zplanýrování na předem určené ploše; d) Návrat do původního postavení a nastavení radlice do výchozí polohy. Během měření doby teoretického pracovního cyklu se stroj pohybuje maximální možnou rychlostí. Rozhodující vliv na dobu jednoho cyklu bude mít vzdálenost, na kterou je zemina přemísťována - rozvozní vzdálenost. Pokud je v technických údajích o stroji uveden čas jednoho cyklu, je nutné znát, pro jakou rozvozní vzdálenost platí. Výpočet teoretické výkonnosti traktorů s dozerovým pracovním zařízením vychází z následujících předpokladů: a) stroj pracuje nepřetržitě celou hodinu; b) stroj těží a zpracovává horninu o objemové hmotnosti 1370 kg.m-3; c) součástí poháněcí soustavy je převodovka Power Shift, která umožňuje řazení pod zatížením; d) pracovní zařízení je hydraulicky ovládané; e) součinitel adheze má minimální hodnotu 0,5 pro pásové dozery a 0,4 pro kolové dozery (každé zmenšení součinitele adheze o 0,01 pod uvedenou hranici, znamená u kolového dozeru snížení výkonnosti o 4%). 4.1.9.2 Provozní výkonnost Qp Při výpočtu provozní výkonnosti se přihlíží ke skutečným pracovním podmínkám a je dána vztahem: Qp = Q . kz . kt . ko. kp . ks (m3.h-1) kde: kz - koeficient zahrnující ztráty hornin únikem do stran radlice (kz = 1 - 0,005 . L2, kde L2 je délka dráhy hrnutí horniny v metrech)

32

Tabulka 8 - Hodnoty opravných koeficientů pro výpočet provozní výkonnosti dozerů Hodnocení Pásový dozer Kolový dozer výtečná 1 1 ko - koeficient průměrná 0,75 0,60 kvalifikace podprůměrná 0,60 0,50 obsluhy 1,2 1,2 kt - koeficient lehce rozpojitelná 1. a 2. tř. 0,75 0,75 vlivu horniny těžce rozpojitelná 4. třída přilnavá, lepivá 0,80 0,80 rozrývaná, kámen 0,70 1 1 kp – koeficient dobrá mlha, šero, déšť, sněžení 0,80 0,80 vlivu prostředí 1 1 kč – koeficient 60 minut 50 minut 0,83 0,83 časového 45 minut 0,67 0,67 využití V souvislosti s opravnými koeficienty pro dozery je nutné pamatovat i na situaci, kdy stroj pracuje na podélném svahu a jeho výkonnost ovlivňuje odpor stoupání. V následující tabulce je tato skutečnost vyjádřena pomocí koeficientu úhlu svahu: Svah (%) -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

ks – koeficient svahu 1,60 1,51 1,43 1,32 1,22 1,15 1,00

Svah (%) +30 +25 +20 +15 +10 +5 0

ks – koeficient svahu 0,29 0,40 0,56 0,69 0,79 0,90 1,00

4.1.9.3 Pracovní výkonnost Qs Pracovní výkonnost zahrnuje vedle skutečných pracovních podmínek také vliv časového využití stroje. Je to výkonnost praktická a lze ji využít při časových a nákladových kalkulacích. Je dána vztahem: Qs = Qt . kč

(m3.h-1)

kde: kč - koeficient časového využití Je to opravný koeficient, který souvisí s mnoha faktory, ovlivňující činnost stroje, například: a) Charakteristika práce stroje a technický stav stroje; b) Konkrétní (převažující) podmínky na stavbě; c) Organizace práce (začlenění do technologického uzlu) a osobnostní profil operátora; d) Operativnost servisu stroje.

33

Uvažuje se, že stroj teoreticky pracuje 60 minut. Prakticky je to méně (stroj „ztrácí čas určený pro práci“), například o 10 minut. Tuto dobu neplní účely, pro které je přítomen na stavbě (rýpadlo nerýpe, nakladač nenakládá, dozer nepřemísťuje horninu). Při praktickém nasazení strojů lze vysledovat následující ztrátové časy: T1 čas na údržbu (obvyklá činnost daná provozní dokumentací stroje, povinná, resp. plánovaná kontrolní činnost, mazání, plnění PHM, olejů); čas na přípravu stroje k práci (montáž pracovního adaptéru), skládání, fixace stroje T2 v pracovní poloze; T3

čas na seřízení stroje (neobvyklé práce, které vycházejí z pracovní činnosti stroje);

čas na odstranění technických poruch (funkční poruchy – poškozená hadice T4 hydrauliky, složité technické problémy – výměna strojních součástí; čas na odstranění provozních poruch (například odstranění vzpříčené větve, bláta, T5 výměna zubu na lopatě); T6

čas, zaviněný poruchou jiného prostředku v technologickém procesu;

T7

čas zaviněný obsluhou (například kouření, jídlo, telefonování mobilem);

T8

čas nutný k ukončení práce stroje (přemístění do další polohy, na jinou část stavby);

T9 čas zaviněný organizací na stavbě (přednost práci jiného stroje, čekání na příjezd dopravního prostředku); T10

prostoje zaviněné vyšší mocí (například vliv počasí, trhací práce v okolí).

Doba pracovního cyklu stroje : Tc = t1 + t2 + t3

(s)

kde: L1 t1 = doba těžení t1 = -----v1

(s)

L1 - dráha těžení (m) v1 - rychlost jízdy při těžení (m.s-1) L2 t2 = doba hrnutí t2 = ----v2 L2 - dráha hrnutí (m) v2 - rychlost hrnutí (m.s-1)

(s)

34

L3 t3 = doba zpáteční jízdy t3 = -----v3

(s)

L3 = L1 + L2 - dráha zpáteční jízdy v3 = rychlost jízdy zpět (zpravidla zpětný chod)

(m) (m.s-1)

Rozbor jednotlivých dílčích časových úseků: a) Doba těžení - nejvýhodnější hrnutí probíhá při rychlosti 2 až 3 km.h-1. Dráha těžení - L1 závisí na rypných odporech horniny, hloubce těžení. Dosahuje přibližně délky 10 metrů. b) Doba hrnutí představuje v pracovním cyklu nejdelší úsek. Do doby hrnutí se započítává i případné rozprostírání zeminy na místě uložení. Pracuje se vždy při stejné rychlosti jízdy jako u těžení. c) Doba zpáteční jízdy je dána součtem dráhy těžení a dráhy hrnutí a protože obvykle nepřesahuje délku 60 metrů, je časově, i s ohledem na životnost stroje, výhodnější provádět zpětný pojezd couváním. 4.1.10 Výpočet pracovních odporů stroje Odpory při pracovním procesu lze rozdělit do dvou částí : Odpory stroje proti pojezdu - Rp Odpory spojené s vlastní těžbou zeminy Rr1 (odpor na radlici) Proti trakční síle, kterou vyvozuje podvozek stroje, působí oba zmíněné odpory. Odpor působící na přímou dozerovou radlici Rr1 je složen z těchto odporů : Rř - odpor proti řezání třísky horniny Rh - odpor tření horniny hrnuté před radlicí Rtř - odpor tření horniny po čelní ploše radlice Pro práci angledozeru odpadá odpor řezný, ale na druhé straně se uplatňuje složka odporu tření zeminy o radlici při jejím posunu do strany. Trakční síla stroje Ft musí pokrýt všechny dílčí odpory: Ft = Rp + Rr1 = Rp + Rř + Rh + Rtř

(N)

Výpočet jednotlivých složek odporu: Odpor proti pojezdu stroje Rp - je součtem odporu jízdního a odporu sklonu terénu (jízda do stoupání) Rp = G.(fv . cosα + sinα) (N) kde: G - celková tíha traktoru s dozerovým zařízením (N) fv - součinitel jízdního odporu α - úhel sklonu terénu (°) 35

Odpor proti řezání horniny Rř závisí na měrném řezném odporu horniny a na ploše odebírané třísky: (N) R ř = kř . S = kř . W . h kde: kř - měrný odpor řezání dané horniny S - plocha odebírané třísky W - šířka radlice h - tloušťka třísky

(Pa) (m2) (m) (m)

Odpor tření hrnutého hranolu horniny o horninu Rh je ovlivňován tíhou hrnuté horniny a součinitelem tření horniny o povrch terénu : Rh = Vmax . ρ . g . f1 kde: Vmax - maximální objem hrnuté horniny ρ - objemová hmotnost horniny g - tíhové zrychlení f1 - součinitel tření horniny o horninu

(N) (m3) (kg.m-3) (m.s-2) (0,5 - 0,7)

Odpor tření zeminy o radlici Rtř. Při pohybu odřezané vrstvy zeminy po čelní ploše radlice směrem nahoru vzniká třecí síla, jejíž průmět do směru pohybu stroje dává hledanou složku odporu. Tíha hrnuté zeminy: Gz = Vmax . ρ . g (N) Složka třecí síly působící proti pojezdu stroje potom bude: Rtř = Vmax . ρ . g . cosδ . f2 (N) kde: δ - úhel řezu radlice (°) f2 - součinitel tření zeminy o kov (0,4 - 0,6) 4.1.11 Konstrukce dozerů Hlavní rám je skříňového průřezu, má mohutné sedlo a svou tuhostí přispívá ke stabilitě celého stroje. Vedený příčný nosník omezuje nežádoucí příčné pohyby rámů pásů a snižuje tím namáhání stranových převodů. V současné době se prosazují strojové spodky se zvýšeným hnacím kolem. Zvýšené hnací kolo nepřichází přímo do kontaktu s terénními nerovnostmi, což má za následek menší namáhání samotného hnacího kola, koncových převodů a v důsledku toho i celé poháněcí soustavy. Toto konstrukční řešení také zabraňuje přímému pohybu hnacího kola v rozbahněném terénu. Navíc pásy zavěšeného podvozku jsou v lepším styku s terénem, tahová síla lépe přenášena, prokluz pásů je nižší. Motory jsou přeplňované s mezichladičem nasávaného vzduchu, s přímým vstřikováním paliva, kapalinou chlazené válce po celé jejich délce, ventily jsou se stellitovým povlakem, ložiska klikového hřídele tvoří ocelové ložiskové pánve s hliníkovou, mědí spékanou výstelkou. Pásy jsou utěsněny a čepy pásů jsou trvale mazány olejem uzavřeným a utěsněným v mazacích komůrkách. Mazací olej je uzavřený v komůrce kolem každého čepu pásu.

36

Pro práce, při nichž se vyskytují jen mírné rázy nebo se pracuje s vysoce abrazívními materiály, se dodává podvozek pevný, bez vahadel kladek. V systému řízení pojezdu se prosazuje hydraulika, čímž se při zatáčení neztrácí výkon potřebný pro pohyb přemísťovaného materiálu. Tento způsob je nazýván diferenciální řízení, které umožňuje ovládat zatáčení stroje plynule jednou pákou, bez přerušení současného přenosu výkonu na oba pásy. V hydraulickém systému je jeden hydrogenerátor určen pouze pro systém řízení, druhý pro pracovní zařízení. Systém tak zabezpečuje dostatečný hydraulický výkon jak pro řízení, tak současně pro ovládání pracovního zařízení. Diferenciální řízení usnadňuje zatáčení při zachování rychlosti pojezdu. Řízení stroje se provádí přitahováním páky diferenciálního řízení dozadu při zatáčení doprava a odtlačováním páky dopředu při zatáčení doleva. Při otáčení rukojetí páky dopředu jede stroj dopředu, při otáčení rukojetí dozadu jede stroj dozadu. Řazení rychlostních stupňů se provádí otočným knoflíkem na konci ovládací páky diferenciálního řízení. Hydraulický systém je typu „load sensing“, který přizpůsobuje hydraulický výkon pracovního zařízení tak, aby bylo zabezpečeno optimální využití výkonu. Součástí tohoto systému je zpětnovazební hydraulický obvod mezi rozvaděčem pracovního zařízení a hydrogenerátorem pracovního zařízení. Obvod nepřetržitě monitoruje požadavky pracovního zařízení na hydraulický výkon. Při změnách nastavení dozerové radlice nebo rozrývače se výkon čerpadla zvyšuje nebo snižuje tak, aby to přesně odpovídalo prováděné operaci (hrnutí, rozrývání) Moderní stroje jsou vybaveny diagnostickými konektory pro servisní prohlídky stroje a pro případné opravy elektrického systému pomocí elektronického testovacího přístroje. V oblasti hydrauliky jsou připraveny diagnostické vývody se šroubením s rychlospojkami pro zjišťování závad v převodovém ústrojí a v pracovním zařízení. 4.1.12 Předpokládané využití dozerů 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) 12) 13)

Provádění skrývky ornice před zahájením činnosti na staveništi; Vodorovné přemísťování horniny na skládky (hrnutí před radlicí); Rozhrnování horniny a různých materiálů (vrstvení); Urovnávání nerovných terénů tvořených rostlou horninou; Budování dočasných odvodňovacích žlabů (využití tiltradlice); Vyhrnování sedimentů z nádrží a rybníků (odbahnění); Zahrnování výkopů, rýh, prohlubní; Provádění výkopů na šířku radlice; Klučení pařezů (odstraňování pařezů s kořenovým systémem); Demoliční práce nízkých objektů; Odstraňování nežádoucích nárostů dřevin Úprava dočasných cest, odstraňování závalů, naplavenin; Tažný prostředek pro jiné mechanismy (také s využitím navijáku)

4.2 Nakladače Nakladač je samohybný stroj pásový (fotografie 8) nebo kolový (fotografie 7) s integrovanou vpředu namontovanou nosnou konstrukcí lopaty a pákovou soustavou, který nabírá, těží nebo rýpe materiál prostřednictvím pohybu stroje dopředu a který zdvíhá, přepravuje a vysýpá materiál. (ISO 9156, ČSN ISO 7131). Moderní nakladače, zejména s motorem o výkonu nad 100 kW, se řadí mezi stroje pro zemní práce, protože mohou horninu nejen nakládat, ale i těžit a přepravovat.

37

Základní stroj je nakladač popsaný ve specifikaci výrobce. Stroj musí být vybaven potřebnými montážními úchytkami a spojovacími prvky pro připevnění pracovního zařízení. Pracovní zařízení je soubor komponentů, který je namontován na základním stroji a slouží k vykonávání určených základních činností. Výložník tvoří základní prvek pracovního zařízení. Nese jeho ostatní části. Konstrukce musí být ohybově i torzně tuhá. Lopata umožňuje naložení materiálu a jeho udržení během transportu. V průběhu zvedání lopaty do vysýpací polohy musí být automaticky zajištěno setrvání lopaty v poloze, aby nedocházelo k vysypání materiálu. Lopata je složena z hlavních částí - řezná hrana, zub lopaty, boční řezná hrana lopaty, rohová řezná hrana lopaty, táhlo lopaty, čep otočného uložení závěsu lopaty . Víceúčelová lopata Je to čelisťová lopata, která má odhrnovací desku dozerového typu a na její horní části se nachází závěsy pro uchycení čelisti, která může být otevřena do různých poloh a tím možnosti víceúčelového použití, například jako dozer, skrejpr, drapák a lopata. 4.2.1 Rozdělení nakladačů Rozdělení podle podvozku a) Nakladač na pásovém podvozku b) Nakladač na kolovém podvozku Rozdělení podle umístění motoru a) Nakladač s motorem vpředu b) Nakladač s motorem vzadu Rozdělení podle systému řízení a) S řízením předních kol b) S řízením zadních kol c) S řízením všech kol d) S řízením kloubovým e) Řízení s prokluzem kol – smykem řízený nakladač (SŘN)(fotografie 9) f) Řízení s nezávislým otáčením kol g) Řízení s prokluzem pásu h) Řízení s nezávislým pohybem pásů Rozdělení podle sytému pohonu pojezdu a) Pohon předních kol b) Pohon zadních kol c) Pohon všech kol Rozdělení nakladačů podle nosnosti:

38

a) Malé - s nosností do 5 kN (500 kg) b) Lehké - od 5 kN do 20 kN c) Střední - 20 - 50 kN d) Těžké - 50 - 100 kN e) Velmi těžké - nad 100 kN 4.2.2 Pracovní zařízení nakladačů (ISO 7131) Pracovní zařízení by mělo při těžení i nakládání zabezpečit nastavení lopaty do optimální polohy pro těžení horniny, pro její nabírání a nastavení lopaty do polohy umožňující její maximální naplnění. Kromě požadavků na zabezpečení zmíněných poloh se od pracovního zařízení požaduje: - příznivé rozložení hmotnosti (poloha těžiště co nejblíže u strojového spodku); - správné využití činných ploch přímočarých hydromotorů (nastavení ploch pístů kolmo na směr působících pracovních odporů); - ochrana hydraulických prvků před znečištěním, krátké vedení hydraulického potrubí; - rychlé a úplné vysypání lopaty. Nejvýhodnější pracovní zařízení je typu „Z“, které je používáno u moderních nakladačů. Ztrátám naložené horniny během převážení zabraňuje tlumící systém pracovního zařízení RCS, který eliminuje rázy přejezdu terénních vln. Výložník je základním prvkem pracovního zařízení. Sestává se ze dvou ramen, příčně spojených v dolní části příčníkem.Ramena i příčník jsou nejčastěji svařena z plechů a vytváří tak skříňové profily, zejména u těžkých nakladačů. Jinou variantou je konstrukce výložníku z plných silnostěnných plechů. Lopata je hlavním pracovním nástrojem. Je o 100 až 200 mm širší než strojový spodek, aby mohl stroj pojíždět v pruhu odebrané horniny. Lopata je svařena z plechu základní tloušťky 6 - 8 mm. V exponovaných místech je zesílena a vyztužena. Zuby jsou z materiálu o pevnosti 1500 - 1700 MPa, jejich povrchová tvrdost je 46 - 52 HRC. Špička samoostřícího zubu je ve střední části odlehčena. 4.2.3 Konstrukce strojového spodku nakladačů Podvozek Rám podvozku je u menších nakladačů pevný, u větších kloubový. Nápravy jsou tuhé a lepší styk kol s terénem při přejíždění terénních nerovností je zabezpečen výkyvem zadní nápravy na radiálním čepu. Koncové planetové převody jsou umístěny ve střední části nápravy u diferenciálu, aby mohla být olejová náplň společná a také proto, aby hřídel pohonu byla kratší, což se projeví jejím menším průhybem při vyšších otáčkách. Touto konstrukcí jsou vytvořeny předpoklady pro umístění brzd do náboje kola. Brzdy jsou zapouzdřené diskové v olejové náplni. Lamely jsou přitlačovány tlakovým olejem prostřednictvím ovládacích pístů. Nevyžadují seřizování. Diferenciál je samosvorný, aby bylo automaticky sníženo prokluzování kol a zlepšen záběrový moment v nepříznivých terénních podmínkách.

39

Řízení u nakladačů s pevným rámem je pomocí natáčení kol přední nápravy. U menších nakladačů jsou řiditelné obě nápravy, včetně možností tzv. krabího chodu. Nejmenší nakladače jsou řízeny prokluzem kol. Pásové nakladače jsou řízeny prokluzem pásů nebo diferenciálním řízením. Velké nakladače s kloubovým rámem (kloubové řízení) jsou směrově ovládány pomocí hydraulického servořízení. Každý z dvojice přímočarých hydromotorů je uchycen jedním koncem (válcem) na zadní části kloubového rámu a druhou částí (pístnicí) na přední části. Pomocí tlakového oleje hydraulické soustavy servořízení jsou PHM střídavě zasouvány a vysouvány. Poháněcí soustava je ve většině případů hydromechanická s planetovou převodovkou, která umožňuje řazení rychlostí pod zatížením. Při řazení jednotlivých rychlostních stupňů, včetně reverzních, se pomocí tlaku hydraulického oleje spojují lamely, které rotují s centrálním kolem a disky, které rotují s kolem korunovým, s kruhovou skříní převodovky. Spojení lamel a disků znamená zařazení daného planetového převodu, resp. rychlostního stupně. Velmi často se u nakladačů používá hydrodynamický měnič s vnitřním větvením výkonu. Ten umožňuje dělení výkonu mezi pojezdem a hydraulickou soustavou ovládání pracovního zařízení. Skládá se z turbínového kola, statorového kola, vnitřního oběžného kola, spojky oběžného kola a vnějšího oběžného kola. Hydrodynamického měniče se využívá v okamžiku, kdy není potřeba vyvíjet velkou adhezní sílu pro pojezd, ale je nutné dodat výkon do hydraulické soustavy ovládání pracovního zařízení (zvedání plně naložené lopaty). Naopak při jízdě v členitém terénu, kdy je zapotřebí vyvinout značnou adhezní sílu, je možné nastavit HD měnič na režim, ve kterém je výkon dodávaný do hydraulické soustavy pracovního zařízení minimální. 4.2.4 Určování základních parametrů nakladačů Výchozími údaji jsou parametry strojového spodku. Základním požadavkem je pracovní schopnost nakladače vyvinout dostatečnou adhezní sílu potřebnou pro těžení horniny. Měřítkem je tedy měrný rypný odpor na lopatě vztažený na běžný metr řezné hrany nebo na 1 m2 plochy odebírané třísky. Při minimální šířce lopaty W a při odebírané třísce (hloubce záběru) H6 je možné určit pro danou třídu horniny minimální odpor na řezné hraně lopaty : F = W . H 6 . kr (N) kde: kr - měrný odpor rýpání W – šířka lopaty (m) H6 – hloubka těžení (m) Hodnoty měrného odporu rýpání jsou : Třída 1 (písek, hlinitopísčitá půda) 0,40 - 0,8 Třída 2 (vlhká lehlá hlína, štěrk) 1,0 - 2,0 Třída 3 (střední hlína, pevná) 1,6 - 3,2 Třída 4 (těžké horniny) 3,1 - 4,2 (Pa)

(Pa) (Pa) (Pa)

Sílu na překonání celkového odporu proti pohybu F musí vyvinout strojový spodek nakladače. 40

Při adhezním omezení tažné síly je možné určit orientačně hmotnost stroje: F m = ---------(kg) g.(ϕ-fo) kde: ϕ - součinitel adheze fo - součinitel odporu valení Pro takto stanovenou hmotnost nakladače je pak možné určit výkon motoru, objem standardní a čelisťové lopaty. Pracovní časy pro zdvih, spouštění výložníku a pro vyklopení lopaty jsou velmi důležité z hlediska zkrácení pracovního cyklu. Rychlost zdvihu výložníku vz do vysýpací výšky vychází z běžného pracovního cyklu při nakládání. Zdvih je proveden za dobu přejezdu od místa nabrání do místa pro vysýpání na odvozní prostředek, případně na skládku sypaniny. Orientačně lze rychlost zdvihu určit podle vztahu: Lk vz = ----- . vn (m.s-1) Ln kde: vz - rychlost zdvihu výložníku (m.s-1) vn - rychlost jízdy nakladače (m.s-1) Lk - dráha čepů uchycení lopaty výložníku Ln - dráha nakladače z místa nabrání do místa vysýpání Moderní nakladače dosahují vz = 0,8 m.s-1. Rychlost spouštění bývá o 20 - 30% vyšší.

(m) (m)

4.2.5 Hodnocení nakladačů Technické parametry nakladačů jsou při vzájemném porovnání nakladačů hodnoceny pomocí následujících parametrů: a) Specifický výkon motoru na 1 m3 objemu lopaty (kW.m-3); b) Specifická hmotnost nakladače na 1 m3 objemu lopaty (kg.m-3); c) Specifická řezná síla na břitu lopaty na 1 m3 objemu lopaty (kN.m-3); d) Maximální nosnost - zatížení v těžišti lopaty, které při maximálním vyložení způsobí ztrátu podélné stability; e) Trhací síla - vyvozená na řezné hraně, případně na zubech lopaty naklápěním lopaty (kN) - vyvozená na řezné hraně, případně na zubech lopaty zvedáním pracovního zařízení (kN). 4.2.6 Výpočet výkonnosti nakladačů Výkonnost nakladačů je možné definovat jako množství horniny vytěžené a zpracované za jednotku času v m3.h-1. Zpracováním horniny se rozumí : - převezení horniny v pracovním nástroji - naložení horniny na odvozní prostředek, případně její vysypání na zemník.

41

Nakladače jsou stroje pracující cyklicky - pravidelně se opakujícím pracovním cyklem, ve kterém horninu těží, zpracovávají, vrací se do výchozího postavení a nastavují pracovní orgán do výchozí polohy pro těžení horniny. 4.2.7 Teoretická výkonnost V Q = 3600 . -----(m3.h-1) T kde: V - objem horniny vytěžené a zpracované během jednoho teoretického pracovního cyklu (m3) T - doba teoretického pracovního cyklu (s) 3600 - konstanta pro přepočet na m3.h-1 4.2.8 Provozní výkonnost Qp V. kp Qp = 3600 . ---------Tcu

(m3.h-1)

Objem horniny V zpracované během teoretického pracovního cyklu je roven objemu pracovního nástroje - lopaty nakladače. Při stanovení doby teoretického pracovního cyklu T se vychází ze základního postavení nakladače, při kterém stojí nakladač před skládkou s řeznou hranou lopaty na hranici skládky a lopata je položena dnem na základní vztažné rovině, na které stroj stojí. Doba teoretického pracovního cyklu nakladače Teoretický pracovní cyklus je souhrn pracovních úkonů, které nakladač vykoná od zahájení pohybu pracovního orgánu až po jeho opětovné vrácení do výchozí polohy. Teoretický pracovní pohyb zahrnuje: a) Nájezd do skládky v rovině pojezdu a nabírání horniny v množství odpovídajícímu jmenovitému objemu lopaty, přiklápěním lopaty za současného najíždění nakladače do skládky b) Přemístění nakladače jízdou vzad za současného zdvíhání výložníku. Nakladač se při tomto přemístění pohybuje po dráze minimálního poloměru zatáčení, přičemž se musí dostat do polohy kolmé na polohu předchozí. c) Přemístění nakladače k odvoznímu prostředku jízdou vpřed za současného zdvíhání výložníku do výsypné výšky. d) Vysypání zeminy na korbu odvozního prostředku vyklopením lopaty na maximální úhel vyklopení. U čelisťových lopat současným otevřením čelistí na maximální úhel otevření. e) Návrat nakladače jízdou vzad po stejné dráze za současného spouštění výložníku, jízda nakladače směrem vpřed po dráze minimálního poloměru zatáčení do výchozí polohy a nastavení lopaty do výchozí polohy.

42

Pro výpočet provozní výkonnosti je třeba upravit dobu teoretického pracovního cyklu T podle konkrétních pracovních podmínek na „upravenou dobu pracovního cyklu Tcu. Tcu = t1 + t2 + t3 + t4

(s)

Časové hodnoty pro výpočet skutečné doby pracovního cyklu nakladače jsou v tabulce 9. Tabulka 9 - Časové hodnoty pro výpočet skutečné doby pracovního cyklu nakladače Hodnocení Opravné časy (s) 1. až 2. třída 0 t1 Hornina dle ČSN 73 3050 3. třída 0,8 4. třída 1,5 5. třída 2,7 navršená dozerem nebo 0,6 t2 Hromada dopravníkem do 3 metrů t3 Průběh pracovního cyklu t4 Vyklápění kč Koeficent časového využití

konstantní se změnami na malou korbu - do 10 m3 na velkou korbu - nad 10 m3 60 minut pracovního času 50 minut pracovního času 45 minut pracovního času

0 2,4 2,4 0 1 0,83 0,67

Dalším důležitým opravným koeficientem je koeficient plnění lopaty kp. Tabulka 10 - Hodnoty koeficientu plnění lopaty nakladačů jsou v tabulce. Hornina kp - Koeficient plnění lopaty (%) v rostlém stavu 88 - 92 nehomogenní, vlhká 95 - 100 homogenní, příp. štěrk s průměrem zrn : do 3 mm 95 - 100 3 - 9 mm 90 - 95 12 - 20 mm 85 - 90 20 mm a více 83 - 86 trhavinou rozpojená: velmi dobře 90 - 95 průměrně 75 - 90 nedostatečně 60 - 75 kámen v horninách 1. až 3. třídy 100 - 120 vlhká hlína 100 - 110 s balvany a kořeny 85 - 95 4.2.9 Pracovní výkonnost Qs Je dána vztahem:

Qs = Qp . kč

(m3.h-1)

4.2.10 Výběr nakladače 43

Jedna z možných aplikací výpočtu výkonnosti nakladačů je případ, kdy je znám celkový objem horniny k vytěžení, resp. k naložení nakladačem, případně i celkový čas pro vykonání této práce. Úkolem je vybrat vhodný nakladač, který je schopen v daném čase tuto práci vykonat. Při výběru vhodného typu nakladače je možné postupovat podle následujících kroků: a) Stanovení požadované výkonnosti; b) Stanovení doby pracovního cyklu a počet cyklů za hodinu; c) Stanovení požadovaného objemu zeminy zpracované v průběhu jednoho pracovního cyklu; d) Výběr nakladače podle potřebné velikosti lopaty. Požadovanou výkonnost je možné získat dělením celkového objemu horniny, kterou je nutno zpracovat a celkové doby, která je pro práci k dispozici. Vyjadřuje se v m3.h-1. Stanovení doby pracovního cyklu znamená upravit dobu teoretického pracovního cyklu časovými hodnotami uvedenými v tabulce. Počet pracovních cyklů za hodinu při stoprocentním využití celé hodiny: 3600 i = -----Ts kde: Ts - doba pracovního cyklu v sekundách V případě nevyužití celé hodiny pro práci nakladače (nakladač pracuje pouze 50 minut) 50 ip = i . ------60 Požadovaný objem horniny se získá dělením požadované hodinové výkonnosti počtem cyklů nakladače za hodinu - ip. Stanovení potřebné velikosti lopaty znamená respektovat nejen hmotnost horniny, ale především objem horniny, který bude zpracován během jednoho pracovního cyklu. Z toho vyplývá, že bude nutné znát i měrnou hmotnost horniny. Postup je následující: a) Vychází se z požadované hodinové výkonnosti a ze zjištěného počtu pracovních cyklů nakladače za hodinu - ip;. b) Zjistí se hustota horniny v kg.m3 a přepočítá se na hustotu v t.m-3; c) Vypočítá se požadovaný objem zpracované horniny za jeden pracovní cyklus. Takto získaný objem lopaty nakladače se upraví koeficientem plnění; d) Po korekci vypočítaného objemu lopaty koeficientem plnění lopaty se vyhledá příslušný nakladač s odpovídající lopatou. Pokud vypočítaný objem neodpovídá typorozměrové řadě lopat nakladačů, volí se vždy nejbližší vyšší objem lopaty. 4.2.11 Předpokládané využití nakladačů

44

a) Nakládání rozpojené horniny a dalších materiálů ze skládky na odvozní prostředek (nákladní automobil), do jiného mechanismu (drtič stavebních hmot), na jinou skládku (oddělení materiálů), k jinému použití; b) Nakládání horniny s jejím částečným rozpojením; c) Shrnování vrstvy horniny; d) Urovnávání ploch; e) Zasypávání nerovností (prohlubní) s následným urovnáním povrchu; f) Liniové zpětné zásypy (lopatou s bočním vysypáváním); g) Nakládání přesně určené hmotnosti nebo objemu materiálu; h) Manipulace s břemeny uchopitelnými do víceúčelové lopaty (rozevíratelná čelist); i) Naložení a převezení materiálu na krátkou vzdálenost; j) Montáží jiných adaptérů lze využít i pro jiné činnosti. 4.3 Univerzální čelní nakladače smykem řízené Univerzální čelní nakladače tvoří samostatnou kategorii nakladačů. Vyznačují se malými rozměry, velkou pohyblivostí a vynikající schopností manévrovat v omezených průchodech, nízkou hmotností, avšak vysokými výkony motorů a velkým počtem přídavného zařízení. Jsou charakteristické dvojramenným výložníkem, uprostřed něhož se nachází kabina operátora (fotografie 9). Univerzální čelní nakladač smykem řízený je opatřen nejen základním pracovním zařízením, ale také přídavným zařízením. Přídavné zařízení je, podle ČSN ISO 7131, volitelná sestava částí, která může být namontována na základní stroj pro specifické použití. Schopností připojení přídavných zařízení se nakladač stává univerzálním strojem a záleží na uživateli, která přídavná zařízení ke stroji zakoupí. Nejlepší systém řízení pojezdu pro malý nakladač je řízení prokluzem kol. Tento systém umožňuje otáčení stroje na místě, čímž je průměr zatáčení o málo větší než je maximální délka stroje (například délka stroje s lopatou položenou na zemi CAT 216 je 3233 mm, průměr otáčení je 3880 mm). Tímto systémem řízení jsou vybaveny právě univerzální čelní nakladače smykem řízené. Pojezdové ústrojí tvoří nejčastěji dva na sobě nezávislé redukční převody poháněné neregulačními hydromotory. Regulací dodávky tlakového oleje do hydromotorů se zatáčí s možností otáčení okolo těžiště stroje protichodem hnacích kol. 4.3.1 Předpokládané využití smykem řízených nakladačů Se svými výkony motorů, konstrukcí a velkým množstvím přídavných zařízení (někteří výrobci dodávají až 50 ks různých pracovních adaptérů a agregátů) se stávají vyhledávanými pomocníky nejen při nakládání horniny, resp. jiného sypkého materiálu z hromady, ale mohou částečně rozpojovat horninu, nakládat ji na odvozní prostředky (přívěsy, návěsy, kontejnery), do jiného mechanismu (dopravníky, drtiče), na jinou skládku nebo k jinému použití (míchání materiálů). Mohou být využívány k zahrnování výkopů a rýh po položení inženýrských sítí, ke shrnování, rozprostírání a urovnávání materiálu pro následné stavební nebo zemní operace (válcování, pokládka panelů). Mohou převážet různá břemena na krátkou vzdálenost (strom, palety se stavebním materiálem). Lze je využít pro nakládání, resp. skládání materiálu v odměřené hmotnosti nebo odměřeném objemu. Celková hmotnost nakladačů smykem řízených se pohybuje v závislosti na modelu v rozmezí 2600 až 3250 kg, celková délka je 3100 – 3300 mm s lopatou, maximální šířka je 1500 – 1800 mm, maximální celková výška 3500 – 3700 mm, výsypná výška od 2150 mm až 45

po 2600 mm, hloubka rozpojování s nakládací lopatou je až 700 mm, jmenovitá provozní nosnost je od 680 kg do 1200 kg, rychlost pojezdu se pohybuje kolem 12,5 km.h-1 vpřed i vzad, světlá výška se pohybuje od 170 až po 250 mm, výkon motorů je v rozsahu 43 – 61 kW, střední kontaktní tlak pod kolem je 24 až 30 kPa, stoupavost strojů je 36% (20°), brodivost je až 250 mm. Moderní nakladače disponují mechanismem výložníku, který zajišťuje vertikální zdvih (bez dráhy lopaty, která opisuje kružnici). Teoretický pracovní cyklus u smykem řízených nakladačů je v rozsahu 12 - 16 s, čemuž odpovídá teoretická výkonnost s nakládací lopatou o objemu 0,4 m3 přibližně 120 m3.h-1. Lze tedy předpokládat, že i při započítání všech možných negativních faktorů (včetně charakteru manipulovaného materiálu, kdy může dojít k horšímu plnění lopaty a nakládaný objem bude nižší) je skutečná výkonnost smykem řízených nakladačů v rozsahu 60 až 80 m3.h-1. 4.3.2 Nejpoužívanější přídavné adaptéry smykem řízených nakladačů Nakládací lopaty jsou dodávány v několika modifikacích (objem, šířka, tvar zubů). Šířka lopat se pohybuje v rozsahu 1500 mm až 2000 mm. Navršené objemy lopat jsou v rozmezí 0,35 až 0,6 m3. Univerzální lopata je určena pro hloubení, nakládání, převážení na krátké vzdálenosti, urovnávání povrchu a na zpětné zásypy. Lopata na lehký materiál je určena k nakládání a převážení materiálu rostlinné produkce. Víceúčelová lopata je určena pro nakládání, shrnování a manipulaci s horninami a stavební sutí. Výsypná výška se pohybuje v rozsahu 2300 až 2500 mm. Nosič vidlí je integrován s ochrannou mříží a je určen k manipulaci s materiálem uloženým na paletě, například pytlovaný materiál, stavební materiál a kusový materiál připevněný k paletě. Vidle jsou posuvné pro přizpůsobení manipulovaným břemenům. Délka vidlí se pohybuje v rozsahu 910 až 1220 mm. Nakladače mohou ukládat palety do výšky nad 3 metry (fotografie 10). Hydraulická kladiva jsou určena k rozbíjení silničních betonových a asfaltových podkladů, k rozrušování jednotlivých bloků a pro provádění demoličních prací. Pro tuto činnost se používá špičatý hrot. K rozrušení zmrzlé vrstvy horniny v zimním období se používá rýčové zakončení, pro horniny částečně zvětralé nebo menších vrstev se používá sekáč. Hydraulické kladivo lze využít i pro hutnění materiálu. V tomto případě se používá hutnící patka. Rýpací zařízení lze využít při hloubení rýh pro pokládku inženýrských sítí, pro těžbu horniny se současnou nakládkou, pro provádění údržby melioračních objektů (svodné kanály), pro čištění a pro opravu vodotečí, pro úpravu svahů, pro budování dočasných nebo trvalých odtokových žlabů podél cest a skladovacích ploch. Pro každou konkrétní práci jsou k dispozici rýpací lopaty určité šířky a objemu. Šířka lopat se pohybuje v rozsahu 260 mm až po 1200 mm. Široké lopaty jsou určeny pro úpravu svahů a čištění. Objem lopat se pohybuje v rozmezí 0,03 až 0,116 m3 (fotografie 11). Lopata s přidržovačem je používána pro manipulaci s břemeny, která je nutné přidržovat z důvodů jejich objemu, tvaru a možnosti uchopení. Jedná se o břemena jako lisovaný papír, plasty, rostlinný odpad, nepravidelné kamenné bloky, nesvázané seno, podestýlka, vytěžené nálety dřevin, větve, balíky a kmeny stromů. K dispozici jsou různé šířky těchto lopat. Šířka se pohybuje v rozsahu 1500 mm až 1900 mm. Otevření čelisti se pohybuje v rozsahu 900 mm až 1100 mm. Délka spodní části lopaty je kolem 940 mm. Dozerová radlice se stavitelným úhlem je určena pro shrnování, vyhrnování, vyrovnávání, zahrnování a rovnání povrchů. K dispozici jsou lopaty se současným naklápěním a otáčením při jízdě stroje. Předpokladem při práci s touto radlicí je pevný povrch terénu, na němž lze pojíždět bez prokluzu kol. Úhel natočení radlice je 30° doleva i doprava. Šířka

46

radlice je v rozsahu 2000 až 2400 mm, záleží na modelu nakladače. Výška radlice se pohybuje kolem 600 mm. Zemní vrtáky jsou používány pro vyvrtávání otvorů pro uložení sloupů, sloupků oplocení, sadbu stromů a keřů, pro budování základových patek přístřešků, pro uložení dopravních značek a informačních tabulí a podobně. Průměry vrtáků se pohybují v řadách 152, 229, 305, 457, 610, 762 a 914 mm. Rýhovače jsou používány pro budování úzkých rovných drážek v lehce rozpojitelné hornině do hloubky 80 až 120 cm. Lze je využít při údržbě melioračních kanálů. Šířku vytvářené drážky (rýhy) lze volit v rozsahu od 152 mm do 305 mm. Zametací kartáče jsou vyrobeny z plastových štětin nebo lze volit i kombinaci plastu s ocelovými dráty. Ke kartáči je u některých modelů připevněn kontejner na smetený odpad. Kartáč bez sběrné nádoby je úhlově stavitelný pro vymetání nečistot mimo uklízenou plochu. Šířka záběru se pohybuje v rozsahu 1800 až 2300 mm. Jejich využití je možné při čištění skladových ploch, komunikací, sportovišť, parkových pěšin apod. Silniční frézy jsou určeny k rozpojování asfaltových povrchů do hloubky až 200 mm v šířkách 80, 150, 200, 350, 450, 600 a 1000 mm. Mulčovače jsou určeny pro odstraňování hustého a neudržovaného porostu, drobných náletů dřevin při údržbě okolí hospodářských budov, komunikací, na hrázích a kolem melioračních objektů. Pracovní šířka se pohybuje v rozmezí 1300 až 1850 mm. Na rotoru je v několika řadách umístěno 24, resp. 36 otočných kladiv. Kladivové rozbíječe s volnými kladivy jsou určeny k likvidaci odumřelých bylin, dřevin, ležících větví, rostoucích nežádoucích víceletých nárostů dřevin (průměry kmínků až 20 cm), kultivaci povrchu, rozbíjení větších zrn horniny, k povrchovému míšení materiálů a k urovnávání povrchu půdy. Rotor je opatřen pevnými kladivy, jejichž hroty jsou vyrobeny z karbidu wolframu. Frézy na pařezy mohou odstraňovat pařezy různých průměrů stromů do hloubky půl metru ve vzdálenosti 1500 mm od místa kam může nakladač zajet. Na frézovací hlavě je 32 pevných zubů, jejichž hroty jsou vyrobeny z karbidu wolframu a mohou tak pracovat i v místech, kde stromy vyrostly v kamenitém povrchu. Vibrační válec je určen k hutnění různorodých povrchů před pokládkou zámkové dlažby, panelů, asfaltových povrchů, mohou být využity ke zhutnění povrchů na cestách, pěšinách a podobně. Pracovní šířka válce je v rozmezí 1600 až 1850 mm. S válcem lze zhutňovat do hloubky 30 cm jedním průjezdem v případě rozpojené horniny 1. až 2. třídy rozpojitelnosti. 4.4 Teleskopické nakladače (fotografie 12) Teleskopické nakladače si svoji pozici v oblasti zemních a stavebních prací budovaly již mnoho let, ale teprve v posledních letech jsou pracovně nasazovány na stavbách, při terénních úpravách a při manipulaci s horninami výrazněji. Teleskopické výložníky se prodloužily a nosnost při výškovém i čelním dosahu zůstala vysoká. Například u nakladače s hmotností kolem 5 000 kg je nosnost 2 200 kg při výškovém dosahu 5,2 m a čelním dosahu 2,8 m; u středního teleskopického nakladače o hmotnosti 8 000 kg je nosnost 3 200 kg při výškovém dosahu 11 m a čelním dosahu 7,4 m; u velkého teleskopického nakladače o hmotnosti 12 000 kg je nosnost 5 000 kg při výškovém dosahu 13,2 m a čelním dosahu 8,8 m. Teleskopické nakladače mohou vykonávat některé zemní práce v hornině třídy 1. a 2. V omezené míře mohou horninu těžit, dobře mohou horninu rozhrnovat i na svazích a mohou nakládat do automobilových odvozních prostředků i železničních vagónů..

47

U středních a velkých teleskopických nakladačů je patrný pokrok ve všech oblastech (provozní, ekonomické, ekologické, technické, užitné). Lze vysledovat několik obecných trendů, které lze charakterizovat následovně: ·

·

·

·

·

·

· ·

·

·

·

Ovládání pracovních funkcí strojů využívá nejnovějších poznatků z oblasti ergonomie. Ovladače jsou velmi snadno dosažitelné a pokyny jsou přesné a jednoduché. Výkonné servořízení umožňuje otáčení koly stojícího stroje s minimálním vynaložením síly a pokyny k ovládání výložníku a lopaty prostřednictvím joysticku vycházejí z logiky vzájemného pohybu pracovního nástroje a ruky; Prostornější kabiny umožňují obsluze pohodlné pracovní podmínky při bezproblémovém výhledu okolo stroje. Pohodlí operátorům poskytují komfortní sedačky a stavitelné sloupky řízení. Kabiny jsou klimatizované, čímž přispívají k bezpečnosti práce a k udržení směnové výkonnosti na konstantní úrovni. Prosklené kabiny disponují atraktivním designem při zlepšeném nastupování a vystupování obsluhy ze stroje; Výborná průchodnost strojů umožňuje vykonávat práce i ve složitějších terénních podmínkách. Pohon je 4 x 4 s uzávěrkami diferenciálů a převodovky s řazením pod zatížením umožňují bezproblémové práce i ve složitých terénních a půdních podmínkách; Režim řízení všech kol usnadňuje manévrování v omezených průjezdech, v úzkých prostorách, při zajíždění ke stěnám a rampám. Při jízdě po silnici lze využívat citlivé řízení pouze předních kol. Stroje disponují funkcí automatického vyrovnávání zadních kol do přímého směru. Krabí chod umožňuje manévrování mezi překážkami a ve stísněných podmínkách; Při jízdě, kdy se stroj přesunuje po silnici, lze zapnout pouze pohon přední nápravy. Tím jsou šetřeny pneumatiky. Při brždění se automaticky zapíná pohon obou náprav; Vzhledem ke krátkým časům dílčích akcí v oblasti činnosti výložníku (zvedání, vysouvání a zasouvání) a pracovního orgánu je výkonnost strojů velmi dobrá. Zdvihací síla a rychlost hydrauliky při operaci zdvihu vyhovují požadavkům na optimální výkonnost stroje; Dobrá stabilita strojů umožňuje využívat vyšší rychlost pojezdu mezi dopravními operacemi a při manipulaci s břemeny při vysunutém výložníku; Velká pozornost byla při konstrukci věnována bezpečnosti práce. Elektronické systémy varují operátora akustickou a optickou signalizací, že se stroj nachází v nebezpečném jízdním (náklon stroje) i pracovním režimu (hlídání zatížení výložníku). Zjednodušený systém připojení pro diagnostické přístroje umožňuje pravidelné sledování životně důležitých funkcí. Stanovené servisní práce pro operátora jsou usnadněny snadným přístupem k filtrům a kontrolním bodům. U některých strojů čištění hydraulického a převodového oleje zajišťuje jediný integrovaný filtr; Další pokrok byl zaznamenán v oblasti ochrany životního prostředí. Elektronika řízení motoru snížila obsah emisí, snížil se hluk vyzařovaný do prostředí i do kabiny operátora; Využitelnost v mnoha oblastech díky možnosti připojení rozmanitých pracovních nástrojů, včetně vlečení přívěsů. Na zádi strojů jsou přípojky pro

48

·

·

elektrické i hydraulické vývody pro ovládání přípojných vozidel (sklápění přívěsů); Zdokonalen je systém chlazení pro bezproblémovou práci na místě při vysokém zatížení motoru. Nasávání vzduchu pro chlazení je realizováno z „nejchladnějšího místa“ stroje. Reverzní rotor s lopatkami zajišťuje čištění mřížek chladiče v místech s poletujícími částicemi prachu, o něž není v zemědělství nouze; Objevují se systémy, které slouží k odpružení ramene výložníku. Odpružení umožňuje nezávislý pohyb podvozku a ramene s naplněným pracovním orgánem a eliminuje prudké výkyvy ramene při rychlejší jízdě na nerovném povrchu terénu. Je tím zajištěna stabilita stroje při převážení materiálu a také je chráněn sypký materiál před ztrácením při naplněné lopatě;

4.5 Lopatová rýpadla Lopatová rýpadla jsou stroje s vlastním pohonem pro rozpojování a přemísťování výkopku v dosahu pracovního nástroje (fotografie 13 - 23). Pracují cyklickým způsobem pomocí jednoho pracovního zařízení, aniž by bylo nutno během pracovního cyklu se strojem pojíždět. Pracovní zařízení se otáčí prostřednictvím otočné nástavby v úhlu 360°.Typ rýpadla je charakterizován koncepcí, konstrukcí, parametry motoru (velikostní třídou) a rozměry stroje, resp. pracovních zařízení. Základními parametry pro zatřídění hydraulických lopatových rýpadel jsou jmenovitá provozní hmotnost (t) a výkon hnacího motoru (kW), přičemž první parametr je více určující. A ) Rozdělení rýpadel podle typu pracovního zařízení: 1) Rýpadlo s hloubkovým pracovním lopatovým zařízením (rýpadlo s hloubkovou lopatou): Je to rýpadlo uzpůsobené pro práce zejména pod opěrnou rovinou (rovina na níž stroj stojí), aniž by byly vyloučeny práce do určité úrovně nad opěrnou rovinou. Pracovním nástrojem je lopata, která se plní pohybem směrem k rýpadlu a zpravidla i směrem dolů (fotografie 14). 2) Rýpadlo s nakládacím lopatovým zařízením (s výškovým pracovním lopatovým zařízením) (fotografie 15): Je to rýpadlo uzpůsobené pro práce zejména nad opěrnou rovinou, avšak nejsou vyloučeny práce do určité úrovně pod opěrnou rovinou. Pracovním nástrojem je lopata, která se plní pohybem směrem od rýpadla nahoru. 3) Další druhy rýpadel podle použitého pracovního adaptéru: rýpadlo s drapákem, s vlečným korečkovým zařízením, se srovnávacím zařízením, pro boční rýpání, s jeřábovým zařízením, s magnetem, s vytahovačem, s vrtací soupravou, s pěchovacím zařízením apod. B) Rozdělení rýpadel podle schopnosti jejich přemísťování (pohyblivosti): 1) Samojízdné rýpadlo je rýpadlo, které se může přepravovat vlastní motorickou silou na svém pásovém nebo klovém podvozku; 2) Přípojné rýpadlo se může přepravovat pomocí tahače; 3) Přívěsné rýpadlo je přípojné rýpadlo, u něhož jen nepodstatná část jeho hmotnosti se přenáší na tažné vozidlo; 4) Návěsné rýpadlo je přípojné rýpadlo, u něhož se podstatná část jeho hmotnosti přenáší na tažné vozidlo;

49

5) Samohybné rýpadlo je takové, jehož podvozek nemá pohon, ale přemísťuje se pomocí pracovního zařízení, popř. pohonu otočného svršku. Pohybuje se zpravidla pouze v oblasti stavby (fotografie 16). C) Rozdělení rýpadel podle konstrukce podvozku: 1) Pásové rýpadlo - jeho podvozek se skládá z rámu a dvou souběžných nekonečných pásů, odvalujících se po pojezdové rovině, přetažených přes hnací a napínací kola a kladky (fotografie 13- 15) 2) Kolové rýpadlo - jeho podvozek je opatřen pojezdovými koly s pneumatikami (fotografie 17) 3) Automobilové rýpadlo je samojízdné rýpadlo, jehož podvozkem je speciální automobil 4) Kolejové rýpadlo má podvozek pro pojíždění po kolejích 5) Samohybné rýpadlo („kráčivé“) je opatřeno podvozkem, který se skládá z opěrné desky a pohyblivých chodidel, umožňujících přemísťování rýpadla ve složitém terénu (fotografie 16) D) Rozdělení rýpadel podle únosnosti podkladu pracovní roviny: 1) Rýpadlo s podvozkem pro málo únosný podklad (LC - long crawler) je rýpadlo, jehož podvozek je přizpůsoben pro provoz na málo únosném terénu, zpravidla při středním měrném tlaku rýpadla na podklad menším než 30 kPa (fotografie 18). 2) Rýpadlo s podvozkem pro středně únosný podklad (ST - standart), střední měrný tlak v rozsahu 30 - 120 kPa. 3) Rýpadlo s podvozkem pro vysoce únosný podklad (HD - heavy duty), střední měrný tlak je větší než 120 kPa. 4.5.1 Hlavní části a celky rýpadel Podvozek je spodní část rýpadla umožňující jeho přemísťování. Při pracovním cyklu rýpadla zůstává zpravidla v klidu. Otočný svršek je otočná část horní konstrukce rýpadla, připojená k podvozku otočně kolem svislé osy. Spočívá na ní hnací soustrojí rýpadla, kabina řidiče a má připojovací prvky pro uchycení pracovního zařízení. Otočný svršek je vybaven vlastním axiálním pístovým hydromotorem. Rychlost otáčení je přibližně 10 ot . min-1. Pracovní zařízení je pracovní nástroj včetně jeho nosných a funkčních částí (výložník, násada, lopata, přímočaré hydromotory, spojovací prvky), které po namontování na otočný svršek slouží k vykonávání pracovních úkonů rýpadla (fotografie 19). Výložník se sklápí pomocí jednoho nebo dvou hydraulických přímočarých motorů výložníku. Výložníky lze rozdělit na hydraulicky stavitelné (dělené) a na jednodílné (monobloky). Pracovní nástroj je nástroj namontovaný na konci pracovního zařízení, kterým se bezprostředně vykonávají pracovní úkony rýpadla. Zpravidla je tímto nástrojem lopata (fotografie 20 a 21), ale mohou to být i jiné pracovní nástroje (fotografie 22). Výložník je nosná část pracovního zařízení s příslušným hydraulickým zařízením. Je připojen zpravidla kloubově k otočnému svršku (jednodílný, vícedílný, teleskopický). Násada je spojovací článek mezi výložníkem a pracovním nástrojem. Násada je kloubově upevněna na výložníku a je ovládána válcem násady. Násady jsou krátké - 1,6 - 2m, střední - 2,0 - 2,8m, středně dlouhé - 2,8 - 3,2m, dlouhé - 3,2 - 4,0m, mimořádně dlouhé - nad 4,0 m a teleskopické (délka se variabilně prodlužuje).

50

Rozdělení lopat: - nakládací - těží na úrovni nebo pod úrovní postavení rypadla a vytěženou horninu nakládá (fotografie 20); - hloubkové - pro těžbu pod úrovní postavení rýpadla; - výškové - pro těžbu nad úrovní postavení rýpadla; - drenážní - těží pod úrovní postavení rýpadla úzkou lopatou; - srovnávací - srovnává terén a přebytečnou zeminu nakládá (fotografie 21); - shrnovací - rozprostírá zeminu směrem od sebe nebo k sobě; - na trhání dlažby; - profilové - na čištění příkopů. Podle velikosti lopaty se rozlišují rýpadla: a) malá - do objemu 0,63 m3 (fotografie 23) b) střední - od objemu 0,63 - 4,0 m3 c) velká - od 4,0 m3 Lopata je opatřena zuby (fotografie 20), které jsou různě tvarované podle předurčení. - krátké - pro rýpání v těžkých podmínkách; - dlouhé - pro všeobecné použití; - penetrační - pro práci v horninách vyšších tříd rozpojitelnosti; - ostré - pro práci ve zhutnělém materiálu. Zuby jsou celistvé nebo uchycené v držácích, které mohou být: - jednoramenné - dvouramenné Příslušenství rýpadla je pomocné zařízení, přístroje a prostředky s rýpadlem pevně spojené, které jsou po technické stránce nezbytné pro funkci rýpadla, popř. jsou předepsány technickou normou (návěstní, osvětlovací zařízení, mazací, chladící a ohřívací zařízení, pohyblivá kabina a ochranná konstrukce FOPS - failling object protective structures - chrání řidiče proti padajícím předmětům). 4.5.2 Hlavní konstrukční části pásových a kolových podvozků Pás podvozku je nekonečný pás vytvořený s kloubově spojených článků pásu nebo řetězu, jehož články jsou opatřeny deskami. Pásy mohou být různé šířky. U malých rýpadel 200 mm, velká rýpadla mají pásy široké 500 mm s tlakem na opěrnou plochu 50 - 70 kPa, 600 mm s tlakem na opěrnou plochu 40 - 50 kPa a šířkou 700 mm s tlakem na opěrnou rovinu 30 40 kPa (fotografie 24). Pás je hnán hnacím kolem a na odvrácené straně je veden vodícím kolem. Na horní části je podpírán podpěrnými kladkami a na spodní části se pohybuje v nosných kladkách. Kola a kladky jsou připevněny na nosiči pásu podvozku. Rám podvozku je základní nosná konstrukce podvozku. Rámy jsou vyráběny podle toho, pro jaká rýpadla jsou určena. Rám tvaru „X“ je pro menší rýpadla. Rám typu „H“ je pro rýpadla v těžkém provozu. Hnací kolo pohání pás podvozku Vodící kolo - napíná se jím pás podvozku 51

Náprava tuhá, výkyvná, hnaná, hnací, řízená) je nosná část kolového podvozku Opěry (sklopné, výsuvné) je zařízení, kterým se zvyšuje stabilita rýpadla při práci. U pásových rýpadel opěry tvoří pásy. Hnací ústrojí rýpadla je celek tvořený hnací jednotkou, spojkou, popř. převodovkou a hydraulickým zařízením (hydrogenerátor, nádrž, rozvaděče, rozvody) Hnací jednotka - motor rýpadla, zpravidla spalovací vznětový nebo elektrický se všemi přídavnými zařízeními potřebnými pro jeho chod, v poslední době se prosazují motory hybridní (kombinace vznětového motoru a elektromotoru). Ovládání strojového spodku rýpadla a pracovních orgánů se provádí ovladači, které musí vyhovovat technickým normám a ergonomickým zásadám. Ovládací systém je soustředěn do nejmenšího počtu ovladačů. Smysl jejich pohybu je shodný se smyslem pohybu stroje nebo jeho pracovního zařízení. Ovládače sloužící k ovládání pracovních pohybů stroje nebo jeho částí se z pracovní polohy do nulové vrací samočinně. 4.5.3 Hlavní parametry rýpadel Provozní hmotnost (Gp) je hmotnost základní části rýpadla včetně přídavné zátěže a příslušného pracovního zařízení (s prázdnou lopatou), včetně hmotnosti řidiče (75 kg), plné palivové nádrže a náplně provozních hmot ve všech systémech. Jmenovitá provozní hmotnost rýpadla (Gj) je provozní hmotnost rýpadla se základním pracovním zařízením. Rypná síla (kN) - F je síla působící na špici zubu pracovního nástroje (na jeho břitu). Hloubící rypná síla - F1h je rypná síla hloubkového, výškového pracovního zařízení a zařízení s rozrývacím zubem, vyvozená výhradně činností hydromotoru násady, procházející ve směru kolmém ke spojnici osy otáčení násady a špice zubu, popř. břitu bezzubé lopaty působící ve smyslu pohybu pracovního nástroje. Vylamovací rypná síla F2 je rypná síla vyvozená výhradně činností hydromotoru lopaty, procházející ve směru kolmém ke spojnici osy otáčení lopaty a špice zubu, popřípadě břitu bezzubé lopaty a působící ve smyslu pohybu pracovního nástroje. Zvedací síla F4 (hydraulická nosnost Qh) je největší akční svislá síla vyvozená výhradně činností HM pracovního zařízení, procházející těžištěm jmenovitého objemu lopaty (VR) , kterou může rýpadlo vynaložit při jmenovitém tlaku hydraulické soustavy. Výpočtová rypná síla Fr je síla potřebná k rozpojení nebo urýpnutí horniny nebo jiného materiálu, při stanoveném měrném rypném odporu (k), vnitřní šířce pracovní nádoby (W) a průměrné tloušťce třísky (ok) nutné k naplnění pracovní nádoby na jmenovitý objem (VR) : Fr = k . W . ok ( kN ) 4.5.4 Technické a technologické požadavky kladené na rýpadla Při těžení zemin je základním pochodem řezání třísky. Tvoření třísky je závislé na vlhkosti a soudržnosti zemin: a) vlhké - tříska je celistvá a posunuje se po klínu; b) nesoudržné a sypké - tříska se drobí a hrne před klínem; c) suché a pevné - tříska se láme v blocích a sune se po klínu. U lopaty se přihlíží ještě k dalšímu teoretickému rozdělení třísky: a) blokové řezání - tříska se odděluje z celé masy materiálu (lopata je pod úrovní terénu a zahlubuje se do terénu)

52

b) polovázané řezání třísky - tříska je již ze dvou stran uvolněna (postupné ubírání horniny z jedné strany) c) volné řezání třísky - tři strany jsou již uvolněny (nabírání z hromady horniny) 4.5.5 Výkonnost hydraulických lopatových rýpadel Rýpadlo při těžení horniny stojí na místě a v činnosti je pouze jeho pracovní zařízení: Stanoviště odvozního prostředku může být ve vztahu k rýpadlu považováno za konstantní. 4.5.6 Teoretická výkonnost Pro výpočet teoretické výkonnosti platí vztah: V Q = 3600 . -----(m3.h-1) T kde: V - objem horniny vytěžené a zpracované během jednoho teoretického pracovního cyklu (m3) T - doba teoretického pracovního cyklu (s) 3600 - konstanta na přepočet (m3.h-1). Doba teoretického pracovního cyklu se měří podle normy ČSN 27 003. Pohyb pracovního zařízení a lopaty zahrnuje tyto úkony: Ve výchozí poloze je lopata vyklopena na maximální úhel vyklopení a v polovině hloubkového dosahu zuby nebo řeznou hranou opřena o protější stranu těžební jámy. Pohyb pracovního zařízení a lopaty zahrnuje následující úkony: a) rýpání a nabírání horniny při činnosti přímočarého hydromotoru násady, přičemž se musí lopata naplnit na jmenovitý objem; b) zvednutí lopaty do výsypné výšky, nejméně však 3,5 m; c) otočení otočného svršku s plnou lopatou o 90°; d) vysypání horniny z lopaty při výsypném úhlu 45° u překlápěcích lopat a při plném zdvihu hydromotoru čelistí u čelisťových lopat; e) otočení otočného svršku zpět o 90°; f) spuštění a nastavení lopaty do výchozí polohy počátku rýpání. Časy se stanovují z největších rychlostí pracovního zařízení nebo jejich dílčích částí. 4.5.7 Provozní výkonnost Qp Provozní výkonnost se vypočítá podle vztahu: Qp = Q . kp . ko . kú . kn . kl

(m3.h-1)

V následujících tabulkách jsou uvedeny hodnoty koeficientů, se kterými je nutné ve výpočtech uvažovat. Tabulka 11 - Koeficienty plnění lopaty kp podle třídy rozpojitelnosti hornin Třída rozpojitelnosti hornin Koeficient plnění

53

1. - 2. 3. 4. 5. - 7.

0,99 0,96 0,89 0,63

Koeficient kvalifikace obsluhy vyjadřuje závislost dosažené výkonnosti na zkušenostech obsluhy s obsluhou rýpadla a na schopnostech pracovníka. Lze použít koeficienty kvalifikace obsluhy, které jsou uvedeny v tabulce 12. Tabulka 12 - Koeficienty kvalifikace obsluhy ko Stupeň kvalifikace koeficient ko zkušený pracovník dobrá obsluha nezkušená obsluha začátečník

1,10 1,00 0,85 0,70

Koeficient úhlu otáčení upozorňuje uživatele na zmenšení výkonnosti rýpadla při zvětšujícím se úhlu otáčení, tedy úhlu mezi místem těžení a místem vysýpání horniny. Zvláštní pozornost je tedy třeba věnovat optimálnímu postavení odvozního prostředku. Hodnoty koeficientů úhlu otáčení jsou uvedeny v tabulce 13. Tabulka 13 - Koeficienty úhlu otáčení kú Úhel 45 otáčení (°) Koeficient 1,2 kú

60

75

90

1,15

1,12

1,08

105 1,03

120 0,98

135 0,95

150 0,93

165 0,91

180 0,90

Koeficient opotřebení pracovního nástroje rýpadla udává závislost mezi stupněm opotřebení a výkonností. Základní předpoklad je, aby bylo rýpadlo od počátku provozu vybaveno vhodnými zuby s ohledem na třídu horniny, ve které bude pracovat a to jak z hlediska jejich geometrických parametrů (šířka, úhel, ostří), tak i z hlediska kvality použitého materiálu na jejich výrobu. Zkoušky rýpadel prokázaly pokles přibližně o 22% při práci s úplně opotřebeným pracovním nástrojem. Tato hodnota naznačuje, že včasná výměna nebo úprava opotřebených zubů či ostří řezné hrany lopaty rýpadla má velký vliv na udržení vysoké výkonnosti. Tabulka 14 - Koeficienty opotřebení lopaty rýpadla kn Stupeň opotřebení Koeficient kn bez opotřebení průměrné opotřebení úplné opotřebení

1,00 0,90 0,78

Koeficient poměru objemu ovlivňuje výkonnost z hlediska poměru mezi objemem korby odvozního prostředku a objemem lopaty rýpadla. Menší objem korby odvozního prostředku s největší pravděpodobností znamená i menší užitečnou plochu pro vyprazdňování lopaty a tím delší dobu věnovanou nastavení lopaty rýpadla nad místo vysypání horniny. Menší objem korby znamená větší prostoje rýpadla zaviněné častějším střídáním odvozních prostředků. Aby byla hospodárná spolupráce mezi rýpadlem a odvozním prostředkem, měla

54

by korba odvozního prostředku pojmout minimálně tři plně naložené lopaty rýpadla. Hodnoty koeficientu poměru objemu jsou v tabulce 15. Tabulka 15 - Koeficient poměru objemu lopaty a objemu korby odvozního vozidla kl 2 3 4 5 6 Poměr objemu 0,82 0,87 0,91 0,94 0,96 Koeficient kl 4.5.8 Pracovní výkonnost Qs Vypočítá se podle vztahu: Qs = Qp . kč (m3.h-1) Koeficient časového využití kč se počítá stejným způsobem jak bylo uvedeno u dozerů. 4.5.9 Výkonnost lopatových rýpadel při hloubení příkopů Hydraulické lopatové rypadlo může být použito nejen pro těžení horniny a její nakládání na odvozní prostředek nebo na hromadu, ale velmi často provádí výkopové práce pro pokládání potrubí, inženýrských sítí nebo základů budov a oplocení (rýhy). V této souvislosti zajímá uživatele spíše výkonnost rypadla z hlediska běžných metrů, než z hlediska objemu vytěžené horniny. Přepočet výkonnosti v (m3.h-1) na výkonnost v běžných metrech za hodinu (m.h-1) je možné provést podle vztahu : Qp Qbm = ------------- (m.h-1) Vbm kde : Qp - provozní výkonnost (m3.h-1) Vbm - objem horniny jednoho běžného metru příkopu s danou plochou příčného řezu (m3 . m) 4.5.10 Předpokládané využití rýpadel a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Rozpojování hornin s následným přemístěním na odval (rýhy, stavební jámy); Rozpojování horniny s následným nakládáním na odvozní prostředek; Čištění melioračních objektů (kanály, příkopy); Nakládka rozpojených hornin ze skládek (dozery, dopravníky); Odstraňování sedimentů při rekultivacích vodních nádrží a rybníků; Úprava svahů a povrchů; Prohlubování vodotečí těžbou usazenin (samohybné rýpadlo); Budování studní, klučení pařezů, přemísťování předmětů (jako jeřáb); Jako pomocný stroj pro nesení pracovních adaptérů (hydraulické nůžky, kladivo, kladivový rozbíječ, mulčovač, harvestr, fréza na pařezy). 4.5.11 Sací rýpadlo využívající k těžení horniny energii vody

Modelů sacích rýpadel je používáno několik. Liší se například velikostí, hmotností, hloubkovým dosahem pracovního adaptérů, konstrukcí výložníku, kypřícího zařízení, způsobem pohonu pracovního agregátu (spalovací nebo elektrický motor) výkonem sacích čerpadel a dosahovanou výkonností při těžbě a transportu sedimentů. Sací rýpadla jsou ve

55

světě používána například při čištění nádrží, rybníků, plavebních kanálů, odkališť velkých průmyslových podniků, při odstraňování usazenin v zavlažovacích kanálech, při průmyslové těžbě písků, při těžbě sedimentů v přístavech a podobně. Nasazení může být tedy plánovité (periodická údržba) nebo operativní (například po záplavách, sesuvech hornin do vodotečí, po splavení ornice při prudkých deštích apod.). Lze říci, že společnými rysy sacích rýpadel je, že se jedná zpravidla o plovoucí stroje pro těžení horniny ze dna vodního díla (vodních nádrží a rybníků a vodotečí). Jeho pracovní zařízení, pohonný agregát a ovládací zařízení s pracovištěm operátora (kabina) jsou neseny na plovoucím ocelovém pontonu. Ponton je u většiny modelů svařen tak, aby jeho horní část tvořila palubu pro připevnění pohonných agregátů, hydrogenerátorů, kabiny operátora a dalších prvků pro řešení odvodu kalů. U elektricky poháněných sacích rýpadel jsou to například dva plováky naplněné pěnou, které jsou příčně spojeny nosníky. Paluba pontonu bývá vymezena ohrazením. V přední části pontonu je výřez pro výložník, který je uložen na čepu k zesílené střední části pontonu tak, aby byl umožněn jeho pohyb ve vertikálním směru pod ponton. Způsob kotvení a pohybu rýpadla při práci a způsob ovládání výložníku je rozdílný. Rýpadlo je v některých případech posunováno prostřednictvím ukotvených lan na březích. Při těžbě sedimentů výkonnými sacími rýpadly je jejich fixace zajištěna zemními kotvami v podobě hydraulicky nebo mechanicky vysouvatelných vertikálně uložených tyčí. Sací rýpadlo SB-20-R vyráběné v ČR. Hmotnost stroje je 7000 kg, délka pontonu 7 m, šířka 2,3 m (fotografie 25). Pohyb výložníku je realizován pomocí lan a kladek, které jsou umístěny na krátkém rameni jeřábu. Rozsah pohybu bývá až do 45° pod rovinu hladiny vody. Ve spodní části výložníku je neseno sací potrubí, ke kterému je připevněno kalové čerpadlo. V horní části výložníku je uložena hřídel pro pohon rotující nožové hlavy umístěné v na čele výložníku („rotavátorový rozrývač“) (fotografie 26). Hřídel otáčející nožovou hlavou je spojena s pohonem na pontonu prostřednictvím kardanových kloubů. Nožová hlava je tvořena spirálními noži, které napomáhají při uvolňování ulehlých sedimentů, resp. při rozpojování soudržných hornin. Rotující nožová hlava uvolňuje sedimenty mechanicky a kalové čerpadlo je nasává jako vodní kaly do potrubí energií vodního proudu. Kal je dopravován na břeh pružným potrubím, které je uloženo na hladině vody na plovácích a v terénu vedeno v místech, kde nemůže dojít k jeho destrukci nebo k poškození lidskou činností. Pohyb stroje při těžení sedimentů umožňuje pětibubnový lanový naviják. Kotevní lana jsou uchycena na čtyřech pracovních kotvách. Hloubka těžby je 3,5 m, výkonnost se pohybuje v rozsahu 5 až 8 m3.h-1, při poměru vody a sedimentů 7 : 3. V některých případech může být těžený materiál ukládán přímým střikem do okolí nádrže. Vyústění potrubí musí být situováno do míst, kde lze kaly bezpečně ukládat tak, aby nebyly unášeny vodou tam, kde to není žádoucí. V některých případech jsou pro tento účel vybudovány zemní konstrukce (hrázky, jímky apod.). Výhodné se jeví hrázky z propustných materiálů, jako je sláma, kterou lze po použití zaorat. Někdy postačí i drnové hrázky, které po využití rozprostře dozer nebo traktor s víceúčelovou lopatou. Prostorovou navigaci sacího rýpadla zajišťuje automatika stroje, která umožňuje sledování těženého pruhu nebo je kontrolována pomocí teodolitu s dálkoměrem ze břehu vodního díla. Jestliže operátor spustí výložník ke dnu, kde jsou uloženy sedimenty, vzroste zúžením průtočného průřezu rychlost nasávané vody do potrubí (Q = S.v) a hornina je v podobě kalu unášena rychlým proudem vody do potrubí. Kalové čerpadlo vychází z konstrukce odstředivého čerpadla, které je upraveno tak, aby jím mohly procházet i větší abrazívní části sedimentů. Uzavření čerpadla od výtlačného potrubí (aby se do čerpadla nenasál vzduch)

56

zajišťuje automaticky působící zpětná klapka. Světlost výtlačného potrubí bývá v závislosti na výkonu čerpadla 300 až 800 mm. Ze zahraničních strojů lze uvést stroj MUD CAT 815, jehož hmotnost je 7500 kg, délka 9,2 m, šířka 2,45, ponor 0,69 m (fotografie 32). Tento stroj využívá jinou konstrukci pracovního adaptérů, který těží sedimenty. Pracovní adaptér tvoří šneková (vřetenová) fréza, obdobná jako je používána u dvoustupňové sněhové frézy. Průměr šnekovice je 346 mm, otáčky v rozmezí 0 až 92 ot.min-1. Po obvodu závitů šnekovice jsou připevněny zahnuté nože, jimiž se realizuje těžba sedimentů a travin (fotografie 31). Transport vytěžených sedimentů a rozvlákněných travin obstarávají dva pracovní nástroje. Šnek s protiběžnými šroubovicemi realizuje těžbu, sběr sedimentů a jejich dopravu ke u kalovému čerpadlu, které sedimenty transportuje odváděcím pružným potrubím do vhodného místa mimo vodní nádrž. Výkon čerpadla je 450 m3.h-1. Výložník s frézou je ovládán pomocí hydraulických přímočarých motorů (hydraulické válce). Při jednom průchodu odstraňuje fréza vrstvu sedimentů o tloušťce 45 cm a šířce 245 cm. Sedimenty ukrajované frézou zachycuje štít, čímž nedochází k velkému zakalení vody v okolí stroje. Největší pracovní hloubka je 4,6 m. Sedimenty jsou dopravované plastovým nebo hliníkovým potrubím o průměru 20 cm do vzdálenosti 470 m s převýšením 47 m. Pohyb stroje umožňuje hydraulický naviják. Stabilita stroje je zajištěna 2 kotvami. Výkonnost stroje se pohybuje v rozsahu 40 – 95 m3.h-1. Podobným strojem je model MUD CAT 915, jehož hmotnost je 9900 kg, délka 11,93 m, šířka, 2,74, výška 2,64 m (fotografie 30). Šířka vřetenové frézy je 2,5 m. Do skupiny sacích rýpadel lze zahrnout malé rýpadlo RCD-6, které nese obdobný pracovní orgán jako mají sací rýpadla a kal je odváděn také plastovým potrubím prostřednictvím odstředivého kalového čerpadla. Stroj je dálkově ovládán. Rýpadlo je 3 metry dlouhé, 1,4 m široké a 1,21 m vysoké. Jeho hmotnost je 1360 kg. Šířka záběru šnekovice je 1,68 m (fotografie 27). Rýpadlo není přizpůsobeno plavbě, ale pohybuje se obdobně jako smykem řízené pásové nakladače, tedy prokluzem pásů. Model Ellicott 370HP DRAGON Dredge je 11 m dlouhý, 3,66 m široký, hloubka těžby se pohybuje v rozsahu 0,6 až 6 m (fotografie 28). Stroj je poháněn motorem o výkonu 306 kW. Průměr frézovací hlavy je 800 mm a otáčky v měnitelném rozsahu 0 – 39 ot.min-1. V zadní části stroje jsou umístěny dvě vertikální kotvy. Při práci je stroj kotven na jedné kotvě, aby mohl celý stroj vykonávat kývavý pohyb a frézovací hlava prováděla těžbu sedimentů v kruhové výseči před strojem. Kývavý pohyb je vyvozen pomocí lan připevněných k výložníku stroje. Tento stroj dosahuje výkonnosti 245 m3.h-1. Model Ellicott 670 Dragon je dlouhý 15,24 m, s vodorovně umístěným výložníkem je jeho délka 21,18 m, šířka stroje je 6,15 m, hloubka těžby je v rozsahu 1,22 až 8 m. Stroj je poháněn motorem o výkonu 533 kW. Průměr frézovací hlavy je 1054 mm a otáčky v měnitelném rozsahu 0 – 40 ot.min-1 (fotografie 29).

Model Swinging Dragon 8´ je vybaven pracovním adaptérem v podobě šestinožové frézovací hlavy o průměru 787 mm, která se otáčí rychlostí v rozsahu 0 až 40 ot.min-1. Výložník je k pontonu připevněn tak, aby mohl vykonávat kývavé pohyby do stran. Ponton je v přední části vykrojen pro umožnění výkyvu výložníku. Při práci je stroj kotven třemi vertikálními kotvami, aby mohla být pracovní činnost frézovací hlavy zajištěna (stroj musí být fixován, protože by byl posunován pracovním adaptérem). Po odtěžení sedimentů jsou dvě

57

přední kotvy zdviženy a zadní kotva svým výkyvem v ose stroje umožní posunutí stroje do dalšího záběru. Model Ellicott Wheel-Dragon využívá k těžbě pracovního adaptéru v podobě dvojitého kolesa s korečky umístěnými po obvodu. Těžba je vykonávána prostřednictvím 8 korečků na jednom kolesu (koreček je kapsa o určitém objemu, která je svojí jednou stranou připevněna na obvodu kolesa). Korečky jsou opatřeny dlouhými zuby po svém obvodu. Výkonnost tohoto stroje je až 765 m3.h-1. Stroj je poháněn motorem o výkonu 1120 kW. Model Super Dragon 4170 těží v hloubce až 18 metrů, dosahuje výkonnosti 1375 m .h a jeho pracovní činnost zajišťuje motor o výkonu 3037 kW. 3

-1

Protože sedimenty jsou odsávány ve směsi s vodou (v níž voda převažuje), je přemísťování nánosů možné hydrodopravou na velké vzdálenosti. Dopravní vzdálenost je závislá na výkonu čerpadla a u některých výkonných čerpadel je to až 3600 m. Využití může být přímo na zemědělských pozemcích tak, že dopravovaná směs může být rozstřikována a později zaorána. Další možností je vytvoření usazovacích lagun, v nichž se vytvoří mnohem vyšší vrstva bahna než je zaoratelná vrstva. Sedimenty se po vyschnutí odtěží a využijí na jiných pozemcích (pokud vyhoví chemický rozbor). Sacími rýpadly lze obtížně odtěžit sedimenty v místech, která jsou porostlá vegetací, zejména dřevinami nebo tvrdými travními porosty. Použití sacího rýpadla je oproti těžení a vyhrnování sedimentů výhodné v tom, že může být nasazeno v lokalitách, kde z ekologického hlediska není přípustný pohyb těžké mechanizace, kde není technicky možné vodní dílo vypustit, nebo tam, kde by po vypuštění mohlo dojít k narušení statiky okolních staveb. Odstraňování sedimentů s využitím sacího rýpadla může probíhat i v době hnízdění vodního ptactva a vodní dílo může být nepřetržitě využíváno k plánovaným účelům. Pokud je cílem odbahnění i úplná nebo částečná likvidace bylinných a houževnatých travních porostů, je možné zvolit cestu kombinovanou, tzn. plochy dna bez porostů vytěžit sacím rýpadlem a zbytek odtěžit suchou cestou, ke které může postačit pouze částečné vypuštění nádrže a snížení hladiny. 4.5.12 Sací rýpadlo využívající energii vzduchu Sací rýpadlo využívající energii vzduchu nemá nic společného s klasickým lopatovým rýpadlem. Je to nástavba v podobě skříně (obdoba vozidel technických služeb pro svoz odpadků) na nákladním automobilu o celkové hmotnosti 20 až 32 tun (podle modelu). Na zádi je opatřen mohutnou sací trubicí, jejíž ústí je pomocí hydrauliky namířeno do prostoru odkud je vysávána hornina (zpravidla ze zpětných zásypů inženýrských sítí). Průměr sací hadice je v rozsahu 125 až 250 mm (v závislosti na modelu). Hornina unášená vzduchem je nasávána do sběrného kontejneru a přes filtrační zařízení odchází mimo vozidlo. Sací efekt je docílen pomocí výkonného ventilátoru (objem 25 000 m3.h-1 při tlaku 17 000 Pa), který je poháněn motorem automobilu. Sací rýpadlo nasává sypký materiál (štěpka, hobliny, hornina, štěrk, kamenivo do průměru 25 cm a hmotnosti až 40 kg) z hloubky 8 m pod povrchem. Sběrný kontejner je velikosti objemu podle modelu a může být až 12 m3. Kontejner je po naplnění vyklopen do strany. Výhody použití sacího rýpadla využívajícího energie vzduchu:

58

a) Časová úspora až do výše 12 násobku oproti ručnímu hloubení; b) Komplexní řešení prací jedním mechanismem; c) Minimální rozměry výkopové jámy; d) Absence hrozby poškození inženýrských sítí; e) Okamžité, ekologicky nezávadné odstranění odsávaného materiálu; f) Nasazení sací technologie je možné i v omezených prostorových podmínkách; g) Čisté okolí staveniště. 4.6 Skrejpry Jsou to stroje s cyklickým způsobem práce, které v sobě zahrnují 5 různých zemních strojů: 1. Rýpadlo - rozpojuje a nakládá 2. Nakladač - nakládá rozpojenou horninu 3. Dampr - převáží horninu na vzdálenost 100 až 1500 m 4. Dozer - rozprostírá horninu v určité vrstvě 5. Válec - navrstvenou horninu zhutňuje Skrejpr je tvořen traktorovým tahačem a ocelové, ze spodní části otevíratelné, korby. Jsou vyráběny jako jednomotorové (Fotografie 35), kdy je motor v traktorové části, nebo jako dvoumotorové, kdy je motor umístěn za korbou (Fotografie 34). Korba je v přední části opatřena po celé její šířce připevněným břitem. Při jízdě se korba sklopí pod úroveň pojezdu a působením břitu korby se hornina plošně rozpojuje a nahrnuje buď samovolně nebo pomocí elevátorů do korby (Fotografie 33). Hornina je v korbě převezena na místo skládky, pomocí sklopení nebo nuceným způsobem (dopravníkem, zadním pohyblivým čelem korby) je v určité vrstvě rozprostírána. Po rozprostřené hornině může pojíždět skrejpr při dalším vyprazdňování korby a rozprostírání horniny, čímž horninu svými širokými koly zhutňuje. Základním parametrem skrejpru je objem korby, který je obvykle 15 až 20 m3, u větších modelů je to až 25 m3. Pracovní proces skrejprů obsahuje: a) Těžbu horniny b) Přepravu horniny c) Rozprostírání horniny a její urovnání d) Hutnění hornin pojezdem po rozprostřené hornině Hornina je přepravována v korbě, do které je dopravována při jízdě stroje nebo prostřednictvím dopravníků, tedy beze ztrát (podél radlice) a s menší spotřebou energie než například u dozeru. Skrejpry se používají zejména pro skrývkové a zemní práce na velkých plochách, to je převážně při stavbách dálnic, silnic, letišť, při výstavbě teras, při provádění zářezů a náspů, při skrývkách a úpravách rozměrných ploch poldrů. Na pracovní proces potřebují skrejpry síly, které dodává trakce podvozku. Odpory vznikající při těžbě zeminy jsou obvykle vyšší, než je skrejpr schopen vyvinout a proto způsob jejich pokrytí je složitý.

59

Způsob pokrytí sil je řešen pohonem obou náprav, používáním postrku při těžbě („pull-push“) a zejména nuceným zaplňováním korby pomocí hřeblových nebo šnekových dopravníků. Vhodnost nasazení skrejprů ovlivňují i ekonomické přepravní vzdálenosti, které se pohybují od 400 m do 1 500 metrů. Vzhledem k větším vzdálenostem, jsou pro skrejpry vhodné kolové podvozky, u nichž jsou však omezené trakční schopnosti. Vzhledem ke konstrukci a hmotnosti skrejprů jsou tyto stroje obtížně použitelné v málo únosných podložích a při výrazných terénních nerovnostech. Konstrukčně jsou tyto problémy řešeny vysokou světlou výškou a velkorozměrovými pneumatikami. Použití skrejprů klade vysoké nároky na organizaci a provoz stavby a také na údržbu provozních tras. Možné způsoby spojení tahače a korby: a) Skrejpry vlečené (přívěsné) - korba na čtyřech nebo dvou kolech je tažena pásovým nebo kolovým traktorem, resp. jiným vhodným mobilním energetickým prostředkem(Fotografie 37, 38, 39). Veškerá hmotnost včetně obsahu korby se přenáší na terén prostřednictvím kol skrejpru - nepřenáší se na tahač. Některé jsou jednonápravové se 4 koly pro nesení vysoké hmotnosti horniny. Vhodná rozvozní vzdálenost při běžných provozních podmínkách je pro přívěsné skrejpry následující: a) Skrejpry s malou korbou (Fotografie 39 a 40), b) Skrejpry se střední korbou (Fotografie 37), c) Skrejpry s velkou korbou (Fotografie 34, 35 a 36),

(1,5 – 3,5 m3) do 300 m (4 – 9,5 m3) do 600 m (10 – 35 m3) do 1500 m

b) Skrejpry sedlové (návěsné) jsou spojeny s pásovým nebo kolovým traktorem pomocí speciálního závěsu. Část hmotnosti skrejpru a nákladu se přenáší na tahač, což zlepšuje jeho trakční vlastnosti. Uspořádání pohonu je buď na přední nápravu nebo na obě nápravy. Nejúčinnější je náhon na přední i zadní kola, protože v tomto případě působí celá tíha jako tíha adhezní. Pro další zlepšení tažné síly jsou některé modely vyráběny jako dvoumotorové, kdy je druhý motor umístěn nad zadní nápravou. c) Další modifikace skrejprů – například korba v podobě skrejpru je nesena v tříbodovém závěsu traktoru. Při práci je spuštěna na terén a po naplnění horninou je zvednuta. Slouží především k urovnávání povrchu terénu (Fotografie 40). Skrejprová technologie využívající pásových traktorů a tažených skrejprů V posledních letech se prosazuje technologie tandemově spojených přívěsných skrejprů (např. Reynolds 20E12,5) o objemu korby 15 m3 s pásovými traktory vysokých výkonů motorů (například Chalenger MT875B s výkonem motoru 424 kW) (Fotografie 38). U traktorů jsou provedeny úpravy podvozků a pásů. Jedná se zejména o úpravu spodní části traktoru (pancéřování), zvětšení šířky pásů, zvětšení šířky lamel dezénu a zesílení vodících bloků pásů. Napínání pásů je řešeno dusíkovými akumulátory. Tuto technologii lze použít na stavbě velké rozlohy, resp. dostatečně dlouhých přeprav těžené horniny. Předpokladem úspěšného nasazení jsou horniny dobré rozpojitelnosti, bez větších kamenů.

60

Zkušenosti ukazují, že dvě soupravy (Chalenger a 2 tažené skrejpry) vykonají za jednu pracovní směnu tolik práce, kolik by vykonala technologická linka: rýpadlo (50 t) + 4 dampry (25m3) + dozer (35 t) (vzájemně přizpůsobené velikostně). Tato technologie vyžaduje, aby při těžbě byla rychlost jízdy udržována nad hranicí 6 km.h-1, kdy je zajištěn bezproblémový vstup horniny do korby a její naplnění na jmenovitý objem. Tloušťka odebírané horniny 1. a 2. třídy rozpojitelnosti se pohybuje v rozsahu 5 – 8 cm. Při optimálních pracovních podmínkách lze dosáhnout naplnění korby za 30 s. Vliv na ekonomiku má použitá sestava strojů. Při odvozní vzdálenosti do 200 m se používá sestava traktoru s jedním skrejprem (délka soupravy se pohybuje kolem 14 m). Při vzdálenostech do 1500 m je výhodná sestava se dvěma skrejpry, na vzdálenosti do 2000 m je výhodná souprava traktoru se 3 skrejpry (délka soupravy je 28 m). Technologie je využívána také jako odvozní souprava (náhrada damprů). Korby skrejprů jsou nakládány velkými rýpadly a převoz a rozprostírání zajišťuje tato technologie samostatně. 4.6.1 Hlavní výhody skrejprů a) V jednom pracovním procesu spojují těžení, dopravu, vyprazdňování, rozprostírání a hutnění hornin; b) Jsou konstrukčně jednoduché a snadno ovladatelné; c) Dosahují vyšší výkonnosti při odvozu horniny než by tomu bylo při nasazení jednoúčelových zemních strojů, pokud se stavební výkony pohybují v objemech přibližně nad 200 tisíc m3. V lehkých a středních zeminách při jejich optimální vlhkosti dosahují dvojnásobné výkonnosti; d) Za pomoci postrku mohou pracovat i v tvrdých, resp. předem rozrytých zeminách; e) Součinitel využití času je vyšší než u technologií používaných pro stejnou práci více jednoúčelových strojů (nakladač, odvozní prostředek, dozer, válec); f) Snadno se přemísťují z jednoho pracoviště na druhé (vlastní pojezd bez tahače a podvalníku); g) Lze jimi docílit vyšší přesnosti při těžbě než je tomu u rýpadel. 4.6.2 Hlavní nevýhody skrejprů a) Vzhledem k rozměrům a celkové hmotnosti se nemohou pohybovat po běžných komunikacích (délka 18 m, šířka korby 3,4 m, hmotnost 45 až 55 tun); b) Při jízdě po málo únosných terénech má problémy s přenesením tažné síly na podložku (kolový podvozek, protože převáží náklad na delší vzdálenost); c) Nemůže těžit horniny vyšší třídy rozpojitelnosti a horniny lepivé a s vysokým obsahem vody; d) Nemohou pracovat v horninách s obsahem velkých balvanů; e) V písčitých (suché písky) je součinitel zaplnění korby nízký; f) Použití skrejprů klade vysoké nároky na organizaci a provoz stavby; - údržba cest a tras (zahrnování vyjetých kolejí, zvyšování únosnosti mostků); - čerpání pohonných hmot; - míjení na úzkých trasách (místa pro vyhýbání). 4.6.3 Rozdělení skrejprů a jejich použití 1. Podle způsobu plnění:

61

a) Působením tažné síly b) Mechanizované plnění 2. Podle způsobu vyprazdňování a) Volné b) Polonucené c) Nucené 3. Podle způsobu spojení a) Skrejpry vlečné b) Skrejpry sedlové c) Skrejpry tandemové (vícekorbové) 5. Podle typu tahače a) Pásový b) Kolový Způsob plnění korby skrejpru a) Působením tažné síly tahače, který překonává odpory zaplňování korby. Tyto odpory rostou se stupněm zaplnění korby. b) Mechanické plnění korby je nucené plnění. Zemina je do korby dopravována dopravníkem Způsob vyprazdňování a) Volné - korba se nakloní směrem vpřed a zemina se vlastní hmotností vysype. Vysýpání je obtížné u vlhkých a vazkých zemin. b) Polonucené - zvedá se pouze dno korby, čímž se zemina odlepí od bočních stěn korby a snadněji se vysype. Ani toto uspořádání nezaručuje spolehlivé vyprázdnění korby. c) Nucené vyprazdňování je v současné době nejvíce užívané. Zajišťuje spolehlivé vyprázdnění korby za všech pracovních podmínek. K vyprázdnění dochází posunem zadní stěny, která při otevřeném předním uzávěru vytlačí horninu z korby ven. Způsob spojení tahače a korby a) Skrejpry vlečené - korba na čtyřech kolech je tažena pásovým nebo kolovým traktorem. Veškerá hmotnost včetně obsahu korby se přenáší na terén koly skrejpru - nepřenáší se na tahač (Fotografie 37, 38 a 39). b) Skrejpry sedlové jsou spojeny s pásovým nebo kolovým traktorem pomocí speciálního závěsu. Část hmotnosti skrejpru a nákladu se přenáší na tahač, což zlepšuje jeho trakční vlastnosti. Traktor lze odpojit a využít pro jiné účely. c) Skrejpry samojízdné - korba skrejpru a tahač vytváří kompaktní celek s vlastním pohonem, který zajišťuje pojezd stroje i pohyb pracovních orgánů. Nejčastější provedení těchto skrejprů je s jednoosým tahačem. d) Skrejpry nesené jsou ovládány zpravidla tříbodovým závěsem mobilního energetického prostředku. 4.6.4 Problematika pracovního procesu skrejpru

62

Řezný odpor je úměrný ploše odebírané třísky a vzhledem ke konstantní šířce záběru pro daný typ skrejpru je úměrný tloušťce třísky. Pokud by tloušťka třísky byla stálá, byl by stálý i odpor řezání. Protože však kola nápravy skrejpru pojíždí po odříznutém povrchu horniny, dochází k samočinnému přihlubování a tím i ke zvětšování tloušťky a plochy třísky. Tím dochází i k postupnému narůstání odporů zaplňování korby a je nutné zmenšovat tloušťku odřezávané třísky tak, aby celkové pracovní odpory nepřevýšily trakční sílu skrejpru. Zmenšování tloušťky odřezávané třísky znesnadňuje dobré plnění korby, protože tenká tříska se drobí, ztrácí svoji kompaktnost a není schopna dále pronikat do korby, čímž dochází ke zvětšování objemu horniny hrnuté před korbou a tím i k nárůstu odporu hrnuté horniny. Odpory zaplňování korby rostou s výškou zaplnění korby horninou. Během těžby tedy vzrůstají od minima na počátku záběru, do maxima na konci záběru. Na plnění korby se vedle trakční síly skrejpru podílejí i konstrukční parametry - úhel a tvar řezných nožů, geometrie korby, předního uzávěru a další. Trakční síla rozhoduje nejen o stupni zaplnění, ale i o době potřebné k zaplnění. Po dokončení těžby se uzavře přední uzávěr, korba se zvedne do přepravní polohy a skrejpr dopravuje horninu na místo skládky. Doba přepravy tvoří podstatnou část pracovního cyklu a proto vystupuje do popředí zájmu otázka přepravních rychlostí. U neodpružených podvozků skrejprů dochází při vyšších rychlostech k rozkmitání stroje, ke zhoršení jeho ovládání a k vyšší únavě řidiče. S tím souvisí kvalita přepravních cest, která ovlivňuje velikost přepravní rychlosti. Proto se vyplatí, při větším nasazení stkrejprů vyčlenit na úpravu a údržbu přepravní cesty grejdr nebo dozer. Volba vhodného typu a počtu nasazených skrejprů je dána také rozměrem stavby. Velikost stavby určuje vhodný typ skrejpru a jejich počet. Konfigurace terénu určuje i vlastní pracovní postup a schéma práce, přičemž je vhodné volit práci tak, aby těžební fáze i fáze přepravy horniny probíhaly po spádu. Vyprázdnění korby se děje na zvoleném místě. Je-li zemina dopravována na násyp, který se zhutňuje, je nutno rozprostřít horninu na požadovanou tloušťku podle typu hutnícího mechanismu. Práceschopnost skrejpru je bezprostředně závislá na jeho trakční síle a proto se v této souvislosti velmi výrazně uplatňuje i kvalita povrchu terénu. Suchý povrch terénu je pro práci nejvhodnější. Deštivé počasí, zejména na jílovitých horninách, způsobuje problémy s nakládkou a vyprazdňováním horniny a také prudce snižuje adhezi, resp. zcela znemožňuje práci. 4.6.5 Teoretická výkonnost skrejpru Teoretická výkonnost skrejpru v nakypřeném stavu horniny bude: 3 600 Q = --------------- . V tc 4.6.6 Provozní výkonnost Qp

(m3.h-1)

63

Qp

3 600 kp = --------------- . V . ------tc kc

(m3 h-1)

4.6.7 Pracovní výkonnost Qs 3 600 kp Qs = -------------- . V . ------- . kč tc kc

(m3.h-1)

kde: V - geometrický objem korby (m3) tc - teoretická doba pracovního cyklu (s) kp - součinitel naplnění korby (pohybuje se v rozmezí 0,9 až 1,3) kc - součinitel zahrnující vliv skutečných pracovních podmínek, způsobujících prodloužení doby cyklu oproti výpočtové hodnotě. Jeho hodnotu lze získat změřením skutečné doby cyklu – platí: tcs = tc . kc a dosazením do rovnic pro výpočet provozní a pracovní výkonnosti. kč - součinitel časového využití stroje (pohybuje se v rozmezí 0,7 až 0,8) Při počítání výkonnosti v rostlém stavu horniny se zavádí ještě do výpočtu součinitel nakypření kn. Doba pracovního cyklu tc, která je v určitých pracovních podmínkách hodnotou proměnnou, závisí na zručnosti strojníka, technického stavu stroje, charakteru pracoviště a staveništních cest. Celková doba pracovního cyklu sestává : tc = t1 + t2 + t3 + t4 + t5

(s)

t1 = doba těžení Doba těžení představuje dobu nutnou k naplnění korby. Protože maximální trakční sílu vyvíjí stroj při nejnižším převodovém stupni, probíhá těžení při jeho zařazení. L1 t1 = -------v1 kde : L1 - délka úseku, na kterém probíhalo těžení v1 - rychlost pojezdu při těžení

(s)

(m) (m.s-1)

Délku úseku těžení při daném objemu korby lze vypočítat z rovnice : V . kp . kz L = ----------------(m) h . B . kn kde: kz - součinitel zahrnující ztráty při nabírání horniny (1,2)

64

h - tloušťka odebírané třísky B - šířka třísky (korby)

(m) (m)

Doba přepravy horniny t2 je nejdelší částí cyklu a proto má být rychlost přepravy co nejvyšší. Platí : L2 t2 = -------v2 kde: L2 - délka přepravní cesty v2 - rychlost jízdy při přepravě

(s)

(m) (m.s-1)

Doba vyprazdňování t3 zahrnuje dobu nutnou pro vyprazdňování a rozprostření horniny v místě skládky. Platí : L3 t3 = ------v3 kde: L3 - dráha nutná pro vyprázdnění korby v3 - rychlost pojezdu při vyprazdňování

(s)

(m) (m.s-1), obvykle je v3 = v1 .

Dráha vyprazdňování závisí na objemu korby a tloušťce rozprostírání vrstvy horniny. V . kp L3 = ---------h1 . B1 kde: h1 - výška vrstvy B1 - šířka vrstvy

(m)

(m) (m) (B1 je přibližně 1,15 až 1,2 . B)

Doba zpáteční jízdy t4 je doba potřebná k přepravě prázdného stroje od skládky k místu těžby. Platí : L4 t4 = ------v4 kde: L4 - délka zpáteční cesty v4 - rychlost zpáteční jízdy

(m)

(m) (m.s-1)

Pro délku zpáteční jízdy přibližně platí : L4 = L1 + L2 + L3

(m)

4.6.8 Stanovení pracovních odporů skrejpru

65

Za základ výpočtu obvykle se volí pracovní odpor působící na skrejpr během cyklu těžení horniny. Pro takto získané podmínky vypočítáme potřebný výkon motoru, který slouží jako základ pro výpočty přepravních vlastností skrejpru. Výpočet pracovních odporů skrejpru je složitější než u ostatních strojů pro zemní práce. Vedle vlastního rozpojovacího procesu se vytváří velmi složitý proces při plnění korby, při němž určitá část horniny unikne před korbu a podílí se na zvýšení odporu proti pohybu skrejpru. Celková trakční síla musí pokrýt všechny odpory vznikající při těžbě : Ft = R1 = Rř + Rh + Rk + Rp

(N)

kde: R1 Rř Rh Rk Rp

- těžební odpor - řezný odpor - odpor hrnuté horniny - odpor plnění korby - odpor proti pojezdu

(N) (N) (N) (N) (N)

Výpočet jednotlivých odporů: Řezný odpor - Rř Vytváří se při odřezávání třísky horniny břitem korby. Jeho velikost je dána plochou třísky a měrným řezným odporem horniny. (N) R ř = kř . S kde: kř - součinitel řezného odporu, který pro jednotlivé druhy hornin má velikost: a) lehce rozpojitelné horniny : b) středně rozpojitelné c) obtížně rozpojitelné horniny

(0,5 až 1,0) . 105 (1,0 až 2,0) . 105 (2,0 až 3,0) . 105

(Pa) (Pa) (Pa) (m2)

S - plocha odřezávané třísky

U skrejpru s přímým nožem je plocha odřezávané třísky horniny: (m2)

S = B.h kde: B - šířka záběru h - tloušťka odebírané třísky

(m) (m)

Tloušťku třísky s ohledem na objem korby udává následující tabulka.

Objem

Tloušťka třísky s ohledem na objem korby Tloušťka odřezávané třísky Tloušťka odřezávané třísky

66

korby (m3) 6 10 15 20 25 30

(m) Písčitá hornina 0,06 až 0,08 0,1 až 0,12 0,14 až 0,16 0,18 - 0,22 0,24 - 0,30 0,32 - 0,43

(m) Hlinitopísčitá hornina 0,04 až 0,06 0,08 až 0,10 0,12 až 0,14 0,16 - 0,20 0,22 - 0,28 0,30 - 0,40

Odpor horniny hrnuté před korbou - Rh Velikost tohoto odporu je dána stupněm zaplnění korby horninou. Rh = Gz - f1 = Vz .ρ .g . f1 (N) kde: Gz - tíha hrnuté horniny (N) Gz = Vz. ρ . g (N) (0,5 až 0,7) f1 - součinitel tření horniny o terén (m3) Vz - objem hrnuté horniny Vz = y . B . Hz2 (m3) y - součinitel zahrnující vliv tvaru hrnuté horniny (0,5 až 0,7) (m) B - šířka záběru Hz - výška zaplnění korby horninou (m) Po dosazení bude mít rovnice pro výpočet Rh tvar: Rh = y . B . Hz2 . g . f1 . ρ

(N)

Pro skutečné, konkrétní podmínky při práci a pro konkrétní skrejpr zůstává na pravé straně rovnice neznámou hodnotou výška zaplnění korby horninou Hz. Při výpočtu plnících odporů se používá zjednodušujících předpokladů a řeší se tento úkol ve směru odporu proti zvedání odřezané vrstvy horniny Rz a ve směru odporu tření této vrstvy o zeminu v korbě. Platí : a) Odpor proti zvedání horniny : R z = B . Hz . h . g . ρ

(N)

b) Odpor tření horniny vnikající do korby : Rtř = x . B . Hz2 . g . ρ

(N)

kde: Fb - je boční tlak ve směru normály na pronikající horninu od horniny v korbě f1 - součinitel vnitřního tření horniny (f1 = tg ϕ1) x - součinitel zahrnující vlastnosti hornin, pro který platí: - hlinitá hornina = 0,24 - 0,31 = 0,37 - 0,44 - písčitá horniny - písek = 0,45 - 0,50

67

Celkový plnící odpor bude : Rk = Rz + Rtř = h . b . Hz . ρ . g + x . B . Hz2 . ρ . g

(N)

Měřením v praxi bylo zjištěno, že plnící odpory mohou dosáhnout 50 až 70% z celkových odporů skrejpru při těžbě. Odpor proti pojezdu skrejpru - Rp mění svojí hodnotu od minima na začátku záběru, do maxima při naplnění korby. Jízdní odpory se vyjadřují v závislosti na výšce naplnění korby Hz za konstantní velikosti součinitele valivého odporu fv. Za tohoto předpokladu je změna jízdního odporu přímo závislá na tíze skrejpru a horniny v korbě. Objem horniny v korbě: Hz2 . B . z Vz = ------------tg ϕ

(m3)

kde: ϕ - sypný úhel horniny (34°, tgϕ = 0,67) - pod tímto úhlem jsou skloněny volné plochy horniny v korbě skrejpru. z - součinitel tvaru korby (0,7 - 0,8) Odpor skrejpru proti pojezdu : Rp = (Gs + Gz) . fv = (Gs + Vz . ρ . g) . fv

(N)

Gs - celková tíha skrejpru Gz tíha horniny v korbě

(N) (N)

kde:

Potom rovnice pro výpočet pracovního odporu skrejpru bude mít tvar : R1 = Rř + Rh + Rk + Rp R1 = kř . S + y . B . Hz2 . ρ . g . f1 + h . B . Hz . ρ . g + x . B . Hz2 . ρ . g + (Gs + Vz . ρ . g) . fv U skrejprů s oběma poháněnými nápravami lze trakční sílu počítat pro různé fáze zaplnění korby podle rovnice: Ft = (Gs + Gz) . ϕ

(N)

kde: ϕ - součinitel adheze pro daný stroj a daný charakter podloží;

Potřebný výkon hnacího motoru P : R1 . vp 68

P = -----------1000 . η

(kW)

vp - rychlost pojezdu η - mechanická účinnost pohonu

(m.s-1)

kde:

U skrejprů s nuceným plněním korby se odpory zaplňování korby překonávají plnícím ústrojím, nikoliv trakcí skrejpru. Plnící ústrojí má samostatnou náhonovou větev a v praxi se nejčastěji používá hřeblový dopravník s vlastním náhonem, situovaný v přední části korby. Těžení probíhá stejně jako u běžného skrejpru až do okamžiku, kdy se odřezaná hornina dostane do styku s hřeblovým dopravníkem, který ji nahrnuje do korby. Skrejpry s mechanickým plněním korby, které se nazývají skrejprelevátory, snižují spotřebu trakční síly ve fázi plnění korby o odpory plnící a odpory hrnuté horniny, což umožňuje zvětšit tloušťku odřezávané třísky a není nutno používat postrků. Předností skrejprelevátorů je rovněž úspora na výkonu motoru přibližně o 25 % a mnohem lepší zaplnění korby při práci v nesoudržných zeminách. Hlavní částí dopravníků je pravoúhlý rám s příčnými výztuhami, na jehož horním konci je hnací hřídel s řetězovými koly. Na spodním konci jsou umístěny napínací kladky. Dopravník je zavěšen v horní části korby s možností výkyvu, aby byl umožněn průchod kamenů mezi nožem a dopravníkem bez nebezpečí poškození lopatek. Po průchodu kamene se elevátor vrátí zpět do původní polohy, která je fixována soustavou pružin upevněných na bočních stěnách korby. Pohon dopravníku je hydraulický. Rotační hydromotor je umístěn přímo na hnací hřídeli dopravníku a tlakový olej přivádí pružné hadice. Dopravník je ovládán samostatným hydraulickým okruhem, zadní stěna korby také, takže na skrejpru jsou dva samostatné hydraulické okruhy. Rychlost dopravníku se pohybuje v mezích od 1 do 1,6 m.s-1 a musí být vždy vyšší než rychlost skrejpru při těžbě, aby se před korbou nevytvářel zemní hranol. Obvykle bývá rychlost dopravníku o 50 % vyšší než rychlost pojezdu skrejpru při těžbě. U některých strojů mají dopravníky možnost volit rychlost podle druhu horniny. Dopravníky pracují pod úhlem sklonu 45°a jejich lopatky mají obdélníkový tvar a jsou přišroubovány k řetězům dopravníku. Výška lopatek odpovídá velikosti stroje a pohybuje se v rozmezí od 0,15 m do 0,25 m. Délka lopatek činí asi 60 až 90 % šířky korby. Velkou výhodou je skutečnost, že zaplňování korby hřeblovým dopravníkem zajišťuje rovnoměrné zatížení motoru během celé doby plnění a také to, že průběh plnění korby není závislý na tloušťce odřezávané třísky horniny. Určitou nevýhodou je rychlejší opotřebení funkční části dopravníku (lopatek a řetězů), protože neustále pracují v abrazivním prostředí hornin. Skrejprelevátory jsou citlivější na kameny, konstrukce strojů je složitější a v lepivých nebo vlhkých horninách dochází k zalepování dopravníku. 4.6.9 Předpokládané využití skrejprů Jsou určeny pro těžení, naložení a odvoz lehce rozpojitelných hornin ve složitém terénu a ve složitých terénních podmínkách (nezpevněné cesty, převýšení), k rozprostírání hornin a případně i k utužování rozprostřené horniny. Skrejpry se používají zejména pro skrývkové a zemní práce na velkých plochách, to je převážně při stavbách dálnic, silnic, letišť, při výstavbě teras, při provádění zářezů a náspů, při skrývkách a úpravách rozměrných ploch (například poldrů).

69

1. Skrejpry s korbami o objemu nad 20 m3 jsou používány na stavbách většího rozsahu plošného a délkového, například: a) b) c) d) e)

Stavba silnic, dálnic; Stavba hrází rybníků a řečišť; Stavba umělých poldrů; Přípravné práce v dolech; Stavba železničních koridorů;

2. Skrejpry s korbami o objemu do 20 m3 jsou používány na stavbách menšího rozsahu plošného a délkového, například: a) Odstraňování porostu (nežádoucí bylinné nárosty a náletové dřeviny); b) Odstraňování ornice s jejím přemístěním k dalšímu využití; c) Zřizování násypů; d) Urovnávání povrchů, v korbě se udržuje určité množství vhodné zeminy, kterou se vyplňují prohlubně; e) Přípravné práce při budování hypermarketů (skrývka, urovnávání povrchu); f) Přípravné práce při budování velkoplošných obytných částí; g) Vrstvení a nanášení humusu; h) Budování rozlehlých sportovišť s plánovanou úpravou konfigurace terénu (golfová hřiště) 3. Skrejpry s korbami o objemu do 5 m3 jsou používány na malých stavbách, například: a) Údržba cest (srovnávání); b) Prokopávky zářezů; c) Urovnávání povrchů 4.7 Grejdry Grejdry (fotografie 41) jsou stroje na kolovém podvozku opatřené radlicí, která je umístěna mezi přední a zadní nápravou a lze ji natáčet v rovině horizontální, naklánět, zvedat a vysouvat mimo stroj (fotografie 42). Vedle základního pracovního mechanismu - radlice, je grejdr vybaven ještě pomocným pracovním zařízením - radlicí jako dozer, která je umístěna před přední nápravou. Také bývá vybaven rozrývačem, který nakypřuje zhutnělé horniny. Vybavení grejdru a možnost různého nastavení pracovních zařízení z něho dělá univerzální stroj, určený pro práci v zeminách nesoudržných a sypkých. Není však schopen přesouvat větší množství materiálu ve směru jízdy na delší vzdálenosti. Grejdry lze rozdělit podle: 1) Způsobu pohybu: a) přívěsné; b) tažené traktorem (starší typy); c) samojízdné – tzv. autogrejdry, které jsou vybaveny vlastním motorem. 2) Rozměru radlice a) lehké s šířkou radlice 2,5 až 3,0 m, hmotnost 6 – 9 t; b) střední s radlicí širokou do 3,6 m, hmotnost 10 – 12 t; c) těžké s radlicí širokou 3,6 – 4,8 m, hmotnost 13 – 28 t;

70

d) velmi těžké s radlicí širokou 4,8 – 7,3 m. 3) Způsobu ovládání a) mechanické (starší typy); b) hydraulické, které jsou v současné době nejvíce používané. 4.7.1 Technický popis grejdru Grejdry se skládají z několika základních uzlů, které tvoří podvozek, rám, hnací agregát, pracovní zařízení a ovládací mechanismus (fotografie 41 a 42). Podvozek je kolový, dvou nebo třínápravový, s pohonem buď jedné, dvou nebo všech tří náprav. Kola přední nápravy jsou stavitelná a mohou zachycovat boční tlaky i samy vyvozovat tlak na radlici. Největší grejdry mají všechna kola stavitelná. Rám je tvořen z profilového materiálu, spojuje přední a zadní část podvozku, nese hlavní pracovní orgány a jejich ovládací mechanismy. Rám musí umožňovat maximální manipulaci radlice, zabezpečovat snadné ovládání a vyhovovat pevnostním požadavkům. Hnací agregát je vznětový motor a zajišťuje nejen pohyb grejdru, ale je i zdrojem síly pro ovládání pracovních orgánů grejdru. Základním pracovním orgánem je radlice, která umožňuje nastavení podle požadavku práce a zpracovávaného materiálu. Radlice se skládá z nože, odhrnovačky a vzpěr. Její profil je určen poloměrem zakřivení r, úhlem řezu γ, úhlem odvalu β a úhlem postavení radlice v půdorysu α. Poloměr radlice r lze určit ze vztahu : H r = ---------(m) 2 . sin γ kde: H - výška radlice (m) - u grejdrů bývá 0,3 až 0,8 m. Úhel řezu γ se nastavuje podle druhu práce. Při řezání a odhrnování zeminy je velikost 30° až 40°, při urovnávání povrchu zeminy je 70° až 90°. Úhel odvalu β se pohybuje od 45°do 65°. Úhel postavení radlice v půdorysu α je při hrnutí zeminy roven 90°, Při odhrnování zeminy je vždy menší než 90°. 4.7.2 Pracovní proces grejdru Pracovní proces grejdru je tvořen dvěma hlavními pracovními úkony, které na sebe bezprostředně navazují. Je to oddělování zemní třísky a její odsouvání do strany. Tím vzniká hranol zeminy se sypným úhlem rovným úhlu přirozeného sklonu zeminy. Optimální průřez odřezávané zemní třísky při jedné jízdě, při povoleném prokluzu, který je závislý na adhezní síle. Tato adhezní síla je dána vztahem: Fa = f . ηVg . Gg

(N)

kde: f - součinitel smykového tření (0,7 - 1,0) 71

Gg - celková tíha grejdru (N) ηVg - součinitel využití adhezní síly grejdru z hlediska přijatelného prokluzu kol. Při prokluzu 18 až 22% je 0,45 až 0,55. Velikost optimálního průřezu třísky lze vyjádřit vztahem: f . ηVg . Gg S = ---------------(m2) k kde: k - měrný odpor při rozpojování horniny. Podle druhu horniny je 25 až 50 kPa, protože grejdr zpracovává snadno rozpojitelné horniny (třída rozpojitelnosti 1. a 2.). 4.7.3 Pracovní výkonnost Qs Výkonnost grejdru je dána velikostí plochy, kterou upraví za určitou časovou jednotku. Častěji se však používá jiný ukazatel - vytěžený a přemístěný objem horniny. Skutečná výkonnost grejdru podle objemu zpracované horniny je dána vztahem: V . kč Qs = ------------- (m3.h-1) Tc . kn kde: V - objem zpracované horniny před radlicí při úpravě povrchu terénu v jednom pracovním cyklu (m3), resp. zpracovávaného materiálu při úpravě terénu. Tc - celková doba jednoho pracovního cyklu (h) Obvykle se doba pracovního cyklu Tc vyjadřuje součtem dílčích časů: kde: t1 - čas přemísťování horniny při současném odřezávání zemní třísky t2 - čas na zvednutí radlice do pracovní polohy (u moderních strojů se již neuvažuje) t3 - čas potřebný na řazení převodových stupňů a otáčení (u moderních strojů se již neuvažuje) t4 - čas zpětné jízdy do záběru t5 - čas spotřebovaný na spuštění radlice do nového záběru (u moderních strojů se již neuvažuje) kč - součinitel využití pracovního času (0,8 až 0,95) kn - součinitel nakypření půdy v hrnutém hranolu horniny: - pro suchou písčitou půdu - pro vlhkou písčitou půdu - pro hlinitopísčitou půdu - pro hlinitou půdu

= 1,10 = 1,15 - 1,20 = 1,20 - 1,30 = 1,25 - 1,40

Objem zpracovávané (hrnuté) horniny nebo materiálu se vypočítá ze vztahu: V = h . l1 . L (m3) kde:

72

L - délka dráhy přemísťování při jedné pracovní jízdě (m) h - výška oddělené zemní třísky při hrnutí (průměrná výška zpracovávané horniny) (m) l1 - šířka radlice, která je v záběru (řezu) (m) 4.7.4 Potřeba energetického zdroje Potřebná tažná síla, která vyjadřuje potřebu energetického zdroje, musí být větší, než výsledný pracovní odpor grejdru. Výsledný pracovní odpor grejdru se určí ze součtu dílčích odporů, vznikajících během pracovního procesu: R = R1 + R1 + R3 + R4 (N) kde: R1 - odpor proti oddělování zemní třísky, resp. odpor proti řezání horniny. Jeho velikost je dána vztahem: R1 = h . k . l1 (N) kde: h - výška řezané třísky (m) l1 - část radlice, která je vřezu (m) k - měrný odpor řezání, jehož velikost je dána druhem horniny (kPa) R2 - odpor tření horniny o povrch terénu. Jeho velikost je dána vztahem: R2 = h12 . l1 . ρ . (tgϕ +- i) . g (N) kde: h1 - výška hrnuté horniny před radlicí (m) ρ - měrná hmotnost nakypřené horniny v přemísťovaném hranolu. Její hodnota se pohybuje v rozmezí 1300 až 1800 kg . m3. ϕ - úhel vnitřního tření horniny (°) i - součinitel odporu proti pohybu při práci do svahu nebo ze svahu (i = tgα) R3 - odpor tření horniny o horninu v hrnutém hranolu. Jeho velikost lze vypočítat z rovnice: R 3 = x . l1 . h 1 2 . ρ . g (N) kde: x - poměrový činitel vnitřního tření částic horniny : tgϕ x = ---------1 + tg2ϕ Jeho rozměr pro různé druhy horniny je: - pro hlinitou horninu je 0,24 - 0,31 - pro hlinitopísčitou horninu 0,37 - 0,41 - pro písčitou horninu 0,46 - 0,50 R4 - odpor valení grejdru: R4 = Gg . f . v (N) kde: 73

Gg - celková tíha grejdru (N) f - součinitel valivého odporu (jeho velikost se pohybuje od 0,3 do 0,5 v závislosti na druhu podložky) Pokud by se grejdr pohyboval do svahu, přibyl by ještě odpor proti pohybu do svahu : R5 = Gg .f . sinα . v (N) kde: α -úhel stoupání (°) v - rychlost jízdy grejdru 4.7.5 Předpokládané využití grejdrů Grejdry jsou využívány při údržbě a stavbě cest, skladovacích ploch, letišť, údržbě cest v lomech, při dokončovacích prácích před hutněním, při čištění cest od nánosů bláta na stavbě nebo po živelních událostech. Přemísťuje horninu s částečným těžením; Přemísťuje horninu na krátké vzdálenosti; Rozprostírá horninu z místa, kde je soustředěna na hromadách; Urovnává povrch terénu (částečně těží a zasypává) = dokončovací práce; Promíchává dva různé materiály (štěrk s pískem); Vytváří zářez do svahu po vrstevnici; Odhrnuje materiál do stran (čistí cesty); Velmi dobře se hodí pro odklízení velké vrstvy sněhu na silnici (plovoucí poloha radlice, velký úhel natočení angledozeru, možnost jet vyšší rychlostí); 9. Srovnává vyjeté koleje v nezpevněných cestách; 10. Vytváří odtokové žlaby podél cest; 11. Průběžně udržuje cesty pro bezproblémový pohyb damprů; 12. Rozšiřuje cesty do stran při rovnoběžné jízdě s osou cesty; 13. Srovnává povrch bočních svahů běžných sklonů (kolem silnic); 14. Odsouvá částečné závaly a zátarasy na cestách; 15. Vyhrnuje sedimenty a nárosty z příkopů (operativní čištění příkopů); 16. Omezeně odhrnuje horninu na hromady; 17. Omezeně rozpojuje materiál rozrývačem (nikoliv 5. třídu rozpojitelnosti jako dozer).

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Výhody při práci: a) b) c) d)

Urovnává povrch do hladké plochy; Je mobilní = operativnost nasazení v rámci rozsáhlé stavby; Může pracovat podél obrubníků, stěn a zdí; Má dobrou průchodivost terénem (pohon všech kol, na předních kolech proměnný moment, aby mohl vyjíždět z kolejí).

Nevýhody při práci grejdrů: a) Nemůže těžit horninu a vyhrnovat ji na skládky jako dozer;

74

b) Vzhledem k rozměrům a absenci doplňků na podvozku se nesmí pohybovat po silnicích, ale je přepravován na podvalníku; c) Není schopen rozpojovat horninu 3. a vyšší třídy rozpojitelnosti (není k tomu určen). 4.8 Dampry Dampr je stroj na kolovém nebo pásovém podvozku s vlastním pohonem, vybavený otevřenou korbou, který přepravuje a vysypává, nebo rozprostírá materiál (fotografie 44 - 46). Nakládání do korby dampru musí být prováděno nakladači. Dampry jsou používány převážně pro odvoz materiálu v lomech, dolech a na velkých stavbách (silnice, letiště). Vyznačují se mohutností celého stroje (fotografie 47) a velkým objemem korby (běžně je to 15 m3 zarovnaný objem, 25 m3 navršený objem). Podvozek damprů je konstruován pro obtížné terénní podmínky a neupravené odvozní cesty. Dampry jsou určeny pro odvoz materiálu s malými náklady na tunu odvezeného materiálu. Největší dampr japonského výrobce Komatsu disponuje motorem o výkonu 2000 kW a přepraví horninu o hmotnosti 310 tun. 4.8.1 Rozdělení damprů (ČSN ISO 7132) Podle způsobu vysypávání materiálu z korby a) Dampr se zadním vysypáváním b) Dampr se spodním vysypáváním c) Dampr s bočním vysypáváním Podle soustavy řízení a) Dampr s řízením předními koly nebo pásy b) Dampr s řízením s kloubovým rámem (Fotografie 45) Podle soustavy pohonu pojezdu dampru a) Dampr s pohonem všech kol b) Dampr s pohonem prostřední nápravy c) Dampr pásový (fotografie 44) Podle počtu náprav a) Se dvěma nápravami (Fotografie 43) b) Se třemi nápravami (Fotografie 29 a 30) c) S více než třemi nápravami d) Dampr pásový (Fotografie 44) 4.8.2 Technický popis dampru Rám kloubového dampru je tvořen skříňovou konstrukcí předního rámu a zadního rámu. Skříňová konstrukce předního rámu je opatřena vnitřními výztuhami. Součástí předního rámu je i mohutný přední nárazník stroje. Dva nosníky skříňové konstrukce zadního rámu, které nesou závěsné čepy vyklápěcí korby a čepy zavěšení náprav. Spojení rámu je provedeno kloubovým spojem, což zajišťuje neustálý styk všech kol se zemí, eliminuje namáhání rámu kroucením mezi předním a zadním rámem. Součástí závěsu jsou dvě velkoprůměrová naklápěcí ložiska v trubce závěsu.

75

Hnací ústrojí tvoří vznětový motor s velkým zdvihovým objemem. Palivový systém je s přímým vstřikováním paliva. Motory jsou přeplňované s mezichlazením vzduchu. Dampry jsou vybaveny automatickou planetovou převodovkou s programovatelným systémem elektronického řízení převodovky. Tento systém sleduje otáčky motoru a provádí řazení v optimálním režimu. Systém nedovolí řazení při v režimu, kdy by mohl být motor přetočen, blokuje vyřazení na neutrál, jestliže stroj nestojí. Systém ukládá do paměti historii řazení, údaje o průběhu dějů a kódy závad komponent. Tyto informace využívá servisní služba při odstraňování závad. Měnič momentu násobí točivý moment motoru pro zvýšení tažné síly na obvodu kol. Mezinápravové diferenciály automaticky rozdělují točivý moment mezi přední nápravu a zadní nápravy. Talířový mezinápravový diferenciál umožňuje používat uzávěrku diferenciálu i za jízdy. Diferenciály s omezeným prokluzem kol jsou montovány na všech nápravách. Koncové převody jsou tvořeny planetovým soukolím. Přední náprava je uložena na výkyvných ramenech, která se otáčejí kolem čepů na předním rámu a dovolují utlumený pohyb ve svislé rovině. Dva tlumiče zabezpečují měkké uložení a dobré tlumení. Dusíkový tlakový akumulátor pohlcuje rázy, které jsou přenášeny olejem z tlumičů při nakládání a odvozu. Zadní nápravy jsou uchyceny na mechanických závěsech na vahadlech. Vahadla spojují nápravy s elastomerovými pružinami, což umožňuje, aby všechna čtyři zadní kola byla v neustálém styku se zemí. Skříně náprav jsou montovány na rámech tvaru A. Každá je uchycena uprostřed a uložena výkyvně. Jiný způsob zavěšení náprav je tvořen dvěma velkoprůměrovými tlumiči s dlouhým zdvihem. Dusíkový tlakový akumulátor pohlcuje rázy přenášené olejem z tlumičů. Systém zavěšení zadních náprav je tvořen dvěma vzájemně propojenými tlumiči, které rozdělují zatížení shodně na obě zadní nápravy a umožňují, aby všechna čtyři kola byla v neustálém styku se zemí. Tento systém dovoluje velký výkyv náprav a pohyb kol. U damprů se používají v zadní nápravě lamelové brzdy, které jsou trvale chlazeny cirkulujícím olejem a nevyžadují seřizování. Olejový film zabraňuje přímému styku mezi lamelami a odvádí teplo. Například výrobce strojů Caterpillar využívá u brzd dvou pístů pro brždění nouzové, parkovací a odlehčovací. Hlavní píst se uvádí do činnosti hydraulicky a zajišťuje funkci provozních a odlehčovacích brzd. Vedlejší píst je přitlačován pružinou a v odbržděné poloze se udržuje hydraulickým tlakem. V případě poklesu tlaku v hydraulickém systému pod určitou hodnotu, zabrzdí vedlejší píst brzdy automaticky prostřednictvím účinku pružiny. Pro zvýšení výkonnosti a hospodárnosti provozu jsou zaváděny automatické elektronické systémy zlepšení trakce. Tyto systémy jsou řešeny tak, že snímače sledují prokluz kol a jestliže prokluz kola překročí nastavenou mez, lamelové brzda přibrzdí prokluzující kolo. Systém tak přenáší točivý moment na kolo, které má lepší záběr na obvodu. Pásové dampry jsou řízeny obdobně jako pásové dozery prostřednictvím prokluzu pásů nebo diferenciálním řízením pohybu pásů. Korba je zhotovena z plechů různé tloušťky. Dno je vyrobeno z plechů tloušťky 14 mm, boční část korby je z plechů 12 mm, přední část korby je z plechu tloušťky 8 mm a výztužné části korby jsou z plechu tloušťky 14 mm (Fotografie 46). Zvýšené přední čelo zabraňuje rozsypávání materiálu a chrání kloubový spoj rámů. Ke standardnímu vybavení patří vyhřívání korby výfukovými plyny. Lze volit i závěsné zadní čelo. Sklápění korby je prováděno pomocí dvojčinných vyklápěcích válců. Objem korby se pohybuje v rozmezí 20 - 30 m3 u menších strojů a 31 až 51 m3 u větších.

76

4.8.3 Pracovní výkonnost Qs mn . 3600 . kč Q = ------------------Tc kde: mn – hmotnost nákladu Tc – čas cyklu

(t . h-1)

(t) (s)

Tc = tn + tL1 + ts + tL2 (s) kde: (s) tn – čas nakládání tL1 – čas jízdy na složiště (s) ts – čas skládání (s) tL2 – čas jízdy do místa nakládání (s) L1 tL1 = ------ (s) v1 kde: L1 – délka odvozní cesty (m) v1 – průměrná rychlost jízdy (m.s-1) Poznámka: čas na zvedání korby se pohybuje kolem 11 s. Optimalizace organizace práce, technických a konstrukčních parametrů je důležitá pro maximální výkonnost. a) Optimalizace cyklů nakládání -

přizpůsobení systému dampr a nakladač přizpůsobení systému dampr a rýpadlo

Optimální počet cyklů nakládání je v závislosti na velikosti korby dampru a nakládacího prostředku a měl by se pohybovat v rozsahu 3 až 5 lopat do korby do jejího naplnění pro bezpečnou přepravu. Například kloubový dampr CAT 735 (objem korby 19.7 m3) by měl pracovat v systému: a) s rýpadlem 385 B, 365 B, resp. 345 B, které mohou nést lopatu o objemu 4.8 m3. b) S nakladačem 988 G, 980 G, 966 G a 962 G, Volvo L330D, které mají lopatu o objemu 6.1 m3.

c) Optimalizace poměru užitečného zatížení vozidla Nu k provozní hmotnosti vozidla Gp Nu Poměr = ----- = 1,15 až 2,55. (koeficient zatížení vozidla)

77

Gp Například dampr s kloubovým řízením Volvo A 35 D má užitečné zatížení Nu 32 500 kg a provozní hmotnost Gp = 28 300 kg. Koeficient zatížení dampru je 1,15. d) Optimalizace poměru výkonu hnacího motoru P a užitečného zatížení Nu P Poměr = ----- = 7 až 10 kW na 1 t nosnosti vozidla Nu Například dampr Volvo A 35 D má výkon motoru P - 285 kW. Koeficient výkonu motoru je 8,89. 4.8.4 Potřeba energetického zdroje Bilance výkonů vyjadřuje rovnováhu výkonů přivedených s výkony ztracenými, spotřebovanými a využitými. Na základě známých údajů ze stavby a odvozních cest lze vypočítat předpokládanou rychlost jízdy dampru. U dampru je přivedeným výkonem efektivní výkon motoru Pe, který se spotřebuje na: 1. Výkon ztracený v převodech traktoru - Pm 2. Výkon ztracený prokluzem - Pδ 3. Výkon ztracený odporem valení - Pv 4. Výkon spotřebovaný na překonání stoupání - Ps Poznámka: Výkon spotřebovaný na zrychlení a výkon na překonání odporu vzduchu v případě dampru se neuvažuje. Výkonovou bilanci lze vyjádřit rovnicí : Pe = Pm + Pδ + Pv + Ps

(kW)

Přičemž Pδ, Pv - jsou ztráty ve styku hnacího ústrojí s podložkou, Pv, Ps - jsou jízdní odpory, Pm - Výkon ztracený v převodech - třením mezi ozubením převodových kol, pohybem převodových kol v oleji, vlivem tření v ložiskách, prouděním oleje. Pm = Pe - Pk , Pk = Pe . ηm Pm = Pe .(1 - ηm) (kW) , kde : ηm = mechanická účinnost Pk = výkon na hnacím kole a) U kolových strojů je to: 0,9 - 0,94 b) U pásových strojů je to: 0,86 - 0,9 Pv - Výkon ztracený odporem valení - deformace pneumatiky, stlačování podložky pod kolem, vytváření klínu před kolem u měkkého povrchu. Pv = G . v . ϕ (kW), kde : 78

G = tíha dampru (včetně nákladu, pokud má korbu naloženou) (kN) v = rychlost jízdy (m.s-1) ϕ = součinitel odporu valení (jeho velikost záleží na stavu podložky) Fv = G . ϕ - Síla odporu valení na rovině (kN) Fv = G .cos β . ϕ - Síla odporu valení do svahu s úhlem stoupání β G = m.g (N) kde: g – tíhové zrychlení (9,81) (m.s-2) Pδ - Výkon ztracený prokluzem - je dán rozdílem výkonů na kolech před a po prokluzu Pδ = Pk - Pk . ηm Pδ = Pe . δ . ηm (kW), kde : δ = prokluz ( %) Ps - Výkon ztracený překonáním svahu Ps = G sin β . v (kW) β = úhel stoupání (°) 4.8.5 Předpokládané využití damprů 1. Na stavbách většího rozsahu plošného a délkového (například stavba komunikací a železnic) pro: - odvoz velkého objemového množství materiálu jednou jízdou (20 - 50 m3) - odvoz materiálu po nezpevněných cestách 2. -

V lomech a povrchových dolech odvoz velkého množství nevyužívané horniny na dočasné skládky odvoz horniny (kameniva) k dalšímu zpracování (kamenolomy) a využití (rudné doly) odvoz materiálu na příkrých svazích a v podmínkách velmi náročného terénu

3. Odvoz vlhké horniny při nízkých teplotách - odvoz naplavenin (usazenin) při údržbě rybníků - odvoz lepivých hornin při budování melioračních staveb Výhody použití damprů a) odváží velký objem materiálu při jedné jízdě na velkou vzdálenost (přes 3 km); b) je použitelný pro jízdu v terénu bez ohledu na povětrnostní podmínky; c) snadno překonává příkrá stoupání a klesání (umožňuje to vysoký výkon motoru a konstrukce převodovky); d) může se pohybovat po zpevněných i nezpevněných cestách (málo únosných, blátivých, extrémně prašných) díky velkým průměrům kol a širokým pneumatikám, maximální rychlost jízdy je běžně přes 55 km.h-1 na nejvyšší převodový poměr. Rychlost jízdy naloženého v terénu závisí na dalších podmínkách (prokluz, stoupání, valivý odpor); e) může překonávat kolmé stupně, prohlubně, zlomy, příkopy díky velké světlé výšce a velkým průměrům kol a kloubovému rámu (kontakt hnacích kol je kloubovým spojením zajištěn neustále); f) může přepravovat různorodé materiály (vyhřívaná korba eliminuje přimrzání);

79

g) může přepravovat kamenivo (speciální tvar dna do „V“ a tloušťka dna 20 mm, proto otěru a průrazu při nakládání velkého množství); h) disponuje velmi dobrou manévrovatelností (díky kloubovému řízení) v omezených průchodech a v nerovném terénu (čep umožňuje stranové i vertikální vychýlení). Nevýhody při používání damprů a) vzhledem k hmotnosti a rozměrům se nemohou pohybovat po běžných komunikacích; b) dočasné komunikace musí být zpevněny pro velkou hmotnost (mostky, železniční přejezdy, hráze). 4.8.6 Výkonnost damprů a motorových vozidel při přepravě materiálu Obecně lze říci, že výkonnost nákladní dopravy vozidly je limitována následujícími faktory: a) Rozměry vozidel (v souladu s legislativou); b) Hmotnostmi vozidel a souprav (podle legislativy a skutečného stavu prostředí na předpokládané trase); c) Omezením maximální rychlosti jízdy v souladu s legislativou, rersp. vzhledem k situaci v dopravě a na trase jízdy (například a) vzhledem k profilu terénu = limitující je výkon motoru odvozního prostředku, b) stavu vozovky = kluzký povrch činí obtíže při dodržení předpokládané rychlosti jízdy, c) okamžité situaci na trase = kolony vozidel, křižovatky, přejezdy, semafory); d) Situací a opatřeními na silnicích (šířková, výšková a hmotnostní omezení dané dopravními značkami, resp. omezeními vyplývajícími z legislativy – například zákaz vjezdu vozidel, u nichž okamžitá hmotnost připadající na nápravu přesahuje vyznačenou mez, zákaz vjezdu vozidel přepravujících náklad, který může způsobit znečištění vody). a) Rozměry vozidel: 1. Největší celková šířka vozidel smí být 2,55 m. Tuto šířku mohou přesahovat pouze sklopná zrcátka, pneumatiky v blízkosti styku s vozovkou. 2. Největší přípustná celková výška vozidla včetně nákladu je 4,00 m. (rozumí se jak motorové vozidlo, tak přívěs). 3. Celková délka jednotlivého vozidla s výjimkou návěsu může být nejvýše 12,00 m. 4. Nejvyšší přípustná celková délka návěsové soupravy je 15,50 m. 5. Nejvyšší celková délka přívěsové soupravy s jedním přívěsem je 18,00 m. 6. Největší přípustná celková délka přívěsové soupravy se dvěma přívěsy je 22,00 m.

b) Hmotnosti vozidel a) Přípojná hmotnost – mpř (kg) je hmotnost přípojného vozidla, které může automobil připojit do tažného závěsu;

80

b) Největší povolená hmotnost je hmotnost, se kterou smí být vozidlo užíváno v provozu na pozemních komunikacích mc (kg); mc = mpo + mu c) Největší technicky přípustná hmotnost na nápravu je hmotnost, odpovídající největšímu technicky přípustnému statickému zatížení, kterým působí náprava na povrch vozovky (kg); d) Největší technicky přípustná hmotnost vozidla je hmotnost vozidla, daná jeho konstrukcí a hmotností nákladu podle údajů výrobce vozidla (kg); e) Největší technicky přípustná hmotnost jízdní soupravy je součet největších technicky přípustných hmotností tažného a přípojných vozidel mjs (kg); mjs = mc + Σmpř f) Okamžitá hmotnost vozidla nebo jízdní soupravy je hmotnost zjištěná v určitém okamžiku při jejich provozu na pozemních komunikacích (kg). Celková hmotnost smí být nejvýše u motorového vozidla: 18 tun; se dvěma nápravami se třemi nápravami 25 tun; se třemi nápravami, je-li hnací náprava vybavena dvojitou montáží pneumatik se vzduchovým pérováním 26 tun; se čtyřmi a více nápravami 32 tun. Celková hmotnost smí být nejvýše u přívěsů: se dvěma nápravami 18 t; 24 t; se třemi nápravami se čtyřmi a více nápravami 32 t. Celková hmotnost jízdních souprav vozidlo+návěs smí být nejvýše: u třínapravové návěsové soupravy 28 t; u čtyřnápravové návěsové soupravy 36 t; u pěti a šestinápravové návěsové soupravy 44 t. Celková hmotnost jízdních souprav vozidlo+přívěs smí být nejvýše: • • •

u vozidla s jednonápravovým přívěsem u vozidla s dvounápravovým přívěsem u vozidla s třínápravovým přívěsem

4.8.6.1 Teoretická výkonnost dopravy a) Hmotnostní výkonnost: mn Qdh = ------(kg.h-1) 81

28 t; 36 t; 42 t.

Tc kde: m Tc

- hmotnost nákladu - cyklus dopravy

(kg) (h)

Tc = tn + td1 + ts + td2

(h)

kde: tn td1 ts td2

(h) (h) (h) (h)

- čas nakládky - čas přesunu - čas skládání - čas přesunu zpět

b) Objemová výkonnost: Vn Qdh = ------(m3.h-1) Tc kde: Vn - objem nákladu (m3) Tc - cyklus dopravy (h) Tc = tn + td1 + ts + td2

(h)

kde: tn td1 ts td2

(h) (h) (h) (h)

- čas nakládky - čas přesunu - čas skládání - čas přesunu zpět

Vn tn = -------(h) Qn kde: Vn - objem nákladu (m3) Qn - výkonnost nakládacího prostředku (m3.h-1) L1 td1 = ------v1 kde: L1 v1

(h)

- vzdálenost ke skládce - průměrná rychlost jízdy L2 td2 = ------(h) v2

(km) (km.h-1)

kde:

82

L2 v2

- vzdálenost k nakládce - průměrná rychlost jízdy

(km) (km.h-1)

Ekonomické nasazení prostředků dopravy a manipulace se liší u jednotlivých prostředků v závislosti na obecných faktorech, jako jsou například délka a charakter přepravní trasy, konfigurace trasy a limitující faktory prostředí na trase (legislativní omezení), druh převáženého materiálu (břemen), vazba manipulačního prostředku na odvozní prostředek (například počet cyklů při nakládání by měl být v rozsahu 3 až 5), použitý pracovní adaptér manipulačního prostředku a v neposlední řadě také technický stav manipulačních a odvozních prostředků a schopnosti řidičů a operátorů využívat jejich technické možnosti. 4.9 Univerzální zemní stroje Univerzální zemní stroje jsou uzpůsobeny jako nakladač a rýpadlo současně, jsou vybaveny vlastním motorem pro pojezd. Vpředu jsou opatřeny neseným nakládacím pracovním zařízením s pracovním nástrojem - nakládací lopatou. Vzadu jsou opatřeny rýpacím pracovním zařízením s pracovním nástrojem - rýpací lopatou (fotografie 47). Rýpací lopata může mít různou velikost a konstrukci. Podle toho pro jaké účely je používána (rýpací a nakládací, profilová, drenážní a pod.). Přechod řidiče z práce s jedním pracovním zařízením na druhé, je okamžitý, protože stačí, aby se řidič otočil k ovladačům druhého pracovního zařízení (fotografie 48). Při hloubkovém rýpání pracuje stroj pod úrovní roviny, na které stojí. Lopata se pohybuje směrem ke stroji. Hloubkové rýpací zařízení zdvihá, otáčí a vysypává materiál, přičemž podvozek se nepohybuje. Při použití stroje jako nakladače stroj nabírá, těží nebo i rýpe materiál prostřednictvím pohybu stroje dopředu. Materiál zdvihá, přepravuje, vysypává a může ho i rozhrnovat. Pro vysypání může být montována čelně otevíraná lopata. Univerzální zemní stroje lze vybavit mnohým přídavným pracovním zařízením, které lze na stroji zaměnit za nakládací nebo rýpací pracovní zařízení, čímž je zvyšována univerzálnost použití stroje - různé šířky lopat, jeřábové zařízení, hydraulické kladivo, nožové paletizační vidle, vrtací zařízení, shrnovač, sněžný pluh, zametací zařízení, rozrývací zařízení, vrtací zařízení, vidle na obří balíky a celá škála lopat, například drenážní lopata, profilová příkopová lopata, čelisťová lopata, lopata na kámen, roštová lopata, velkoobjemová lopata a pod. Lopaty rýpacího zařízení jsou dodávány s různými pracovními šířkami. Například u výkopové lopaty se šířky pohybují v rozmezí 300 mm až 800 mm. Nakládací lopaty jsou v šířkách 900 až 1000 mm. Lopata jílová je široká 350 mm, drenážní lopata je široká 200 mm. Hmotnost lopat se pohybuje v rozmezí 120 až 225 kg u rýpacího zařízení. Hmotnost lopaty nakládacího zařízení je u standardních lopat 380 - 450 kg, u víceúčelových až 700 kg.

83

Rýpací zařízení je přesuvné na obě strany, což umožňuje pracovat podél obrubníků a zdí. Rozsah otáčení rýpacího zařízení je 180 až 201°. Pracovní nakládací nástroj univerzálních zemních strojů je určen k rozpojování hornin třídy 1. až 3., pro nabírání rozpojené nebo sypané horniny, jejího přemísťování, nakládání, zahrnování a urovnávání ve všech třídách zemin. 4.9.1 Výkonnost univerzálního zemního stroje Stanovuje se obdobně jako u nakladačů a rýpadel. Výhodou tohoto stroje spočívá v tom, že se může samostatně (tedy bez doprovodu nebo vezení na dopravním prostředku) pohybovat v silničním provozu. Stroj může zabezpečovat zemní a stavební práce na několika pracovištích, mezi kterými přejíždí. Rychlost přesunu na dopravní komunikaci může být až 40 km.h-1. 4.9.2 Předpokládané využití univerzálního zemního stroje 1) Nakládací pracovní zařízení a) nakládka sypkých stavebních hmot (písek, štěrk); b) nakládka sutě, odpadu ze stavenišť; c) urovnání povrchu terénu na staveništích; d) zahrnování příkopů, rýh a jiných nerovností (planýrování, zpětné zásypy); e) přemísťování zeminy na kratší vzdálenost a její případné urovnání; f) úprava a zprůchodňování cest; g) likvidace zátarasů a závalů; h) přemístění stavebních hmot do místa využití v přesně určeném objemu; i) zahrnování odpadu na skládkách; j) přemístění hmotných břemen na staveništích na krátkou vzdálenost; l) zakládání a budování teras a příkopů; m) vyhrnování a odvoz, resp. nakládání sněhu; n) manipulace s kulatinou; o) další použití je závislé na druhu přídavného zařízení - zametání - nakládání a skládání palet - nakládání okopanin s roštovou lopatou - nakládání obřích balíků 2) Rýpací pracovní zařízení Pracovní rýpací nástroj je určen k hloubení jam a rýh, k ukládání či nakládání vytěžené zeminy v horninách 1. až 4. třídy s výjimkou hornin obsahující kusy a kameny o rozměrech, které by mohly způsobit jejich vzpříčení v pracovním nástroji. Dále může sloužit pro : - hloubení přesných rýh pro pokládku kabelů, vodovodního a odpadního potrubí;

84

- provádění melioračních prací; - hloubení stavebních jam (jímky, septiky, základy); - úpravu břehů vodních toků, rybníků a nádrží; - hloubení základů pro stavbu budov, zdí, plotů, pilířů a sloupů; - jako jeřábové nakládací zařízení, pokud je násada vybavena hákem; - vykládání vytěženého materiálu z odvozních prostředků; - srovnávání svahů; - čištění příkopů. Univerzální zemní stroje jsou mobilní a při provádění zemních prací menších rozsahů jsou využitelné po celou dobu prováděných prací (zahrnou a uvedou terén do původního stavu po předchozím vyhloubení příkopů, rýh a jam - „uklidí po sobě“). Jejich využití na stavbách je velmi variabilní. Jejich průchodnost terénem je velmi dobrá, působí nízkými kontaktními tlaky na půdu a mají velmi dobré manévrovací schopnosti. Pro zatřídění univerzálních zemních strojů můžeme použít za základní parametry jmenovitou provozní hmotnost a výkon hnacího motoru. Informativní hodnoty parametrů pro zatřídění univerzálních zemních strojů Skupina

Třída

Malé UZS

01 02 03 04 05 06 07

Střední UZS Velké UZS

Jmenovitá provozní hmotnost (kg) 1600 - 2500 2500 - 3200 3200 - 4000 4000 - 5000 5000 - 6000 6000 - 7000 7000 - 8000

Výkon hnacího motoru (kW) 20 - 30 30 - 35 35 - 40 40 - 45 45 - 50 50 - 60 60 - 75

4.9.3 Technický popis univerzálního zemního stroje Univerzální zemní stroje jsou vybaveny většinou již přeplňovanými motory se zdvihovým objemem 3000 - 5000 cm3, disponují výkony 35 kW až 91 kW. Maximální točivý moment se pohybuje v rozmezí 325 - 380 Nm při 1400 - 1500 ot.min-1. Motory jsou vybaveny zařízením pro start za nízkých teplot. Pohon pojezdu je plně synchronizovanými převodovkami s řazením pod zatížením. Vícekotoučové spojky v olejové lázni, měnič kroutícího momentu. Rychlost jízdy vpřed se pohybuje v rozmezí 25 až 38 km.h-1. Stálý pohon všech čtyř kol a uzávěrky diferenciálů zvyšují tažnou sílu a zlepšují výkon nakladače a pohyblivost i v těžkém terénu. Řízení je nejčastěji hydrostatické s posilovačem, s regulací posilového účinku podle potřeby. Obvyklým se již stává řízení obou náprav, což zajišťuje dokonalou manévrovatelnost a ovladatelnost za všech podmínek. U některých strojů je již sériově dodáváno řízení systému „krabí chod“. Brzdy jsou několikakotoučové v olejové lázni, nejčastěji ve skříni rozvodovky. Při brždění je automaticky sepnut náhon na všechna kola, což má svůj význam z hlediska bezpečnosti při jízdě na vozovce. Hydraulický pohon pracovních zařízení je řešen zubovými hydrogenerátory, dodávajícími tlak 18 až 21 MPa a s dodávkou 80-104 l.min-1.

85

Přímočaré hydromotory nakládacího i rýpacího zařízení mají tlumení koncové polohy, čímž je chráněna obsluha a stroj před náhlým zatížením součástí konstrukce stroje nárazem a současně se prodlužuje životnost stroje. Ovládání pracovních zařízení pomocí joysticků. Hydraulické rychloupínací zařízení pracovního nakládacího a rýpacího zařízení. Pracoviště řidiče je v uzavřené, prosklené kabině, která samozřejmě splňuje mezinárodní předpisy FOPS (zabezpečení proti létajícím, resp. padajícím předmětům) a ROPS (zabezpečení řidiče při převržení stroje). 4.9.4 Poznámky k pohybu univerzálních zemních strojů na svazích při práci Univerzální zemní stroj se často pohybuje ve složitém terénu stavby. Může to být i jízda v příčném a podélném sklonu a v málo únosném terénu a v terénu s příkopy, stupni, mezi balvany a pařezy. Nebezpečí převrácení univerzálního zemního stroje hrozí pokud jede ve směru vrstevnice. Univerzální zemní stroj má sklon pohybovat se od svahu (překlápět se), případně se dostává do smyku. Tyto pohyby musí být vyrovnávány šikmým držením osy traktoru. Nebezpečí smeknutí je závislé na postavení kola na svahu, na skluzu a na deformaci bočnic pneumatiky. Jestliže stojí kolo kolmo k linii svahu, je deformace pneumatiky větší než když kolo stojí šikmo ke svahu. Příčné sklouznutí nastane, je-li příčná složka tíhové síly větší, než příčná adhezní síla. Nemá-li ke sklouznutí stroje dojít, musí platit: G . sinβ < G . cosβ . ϕpř kde: G - tíha (G = m.g, kde m je hmotnost stroje, g je tíhové zrychlení (9,81 m.s-1) β - úhel svahu (stoupání) ϕpř - součinitel adheze v příčném směru (uvažuje se 0,8.ϕ) ϕ - součinitel adheze (pneumatika a povrch staveniště = 0,5) K převrácení může dojít, ztratí-li kola na straně stroje ležící výše na svahu dotyk s terénem. Nemá-li dojít k převrácení, pak musí platit: B+b G . sinβ . h < G . cosβ . -------2 kde: G – tíha stroje β - úhel svahu h - výška těžiště stroje B - rozchod kol nebo pásů stroje b - šířka běhounu pneumatiky

(N) (°) (m) (m) (m)

Ve skutečnosti jsou vlivem polohy nákladu, skřížitelnosti náprav, pérování, deformací pneumatik a podloží podmínky méně příznivé a kritický úhel svahu β je menší.

86

4.10 Hutnící mechanizace Zhutňování hornin je základním technologickým procesem při stavbě dopravních komunikací, parkovišť, skladovacích ploch, železnic, hrází a podobně. Zhutňovací stroje slouží nejen pro hutnění podloží, ale i při dokončovacích pracích, při stabilizaci a úpravě povrchů. Zhutňováním se rozumí takový mechanický postup, při kterém se zmenšuje velikost a snižuje počet dutin a pórů ve zpracovávaném materiálu. Způsoby hutnění: 1. 2. 3. 4.

Statickým tlakem (tíhou stroje) Dynamickým tlakem (nárazy prostřednictvím dotykové plochy = desky, části běhounu) Vibrací (periodickým působením statického a dynamického tlaku) Hnětení (působením na malé plochy povrchu určitou částí = pneumatika, hroty na běhounu) 5. Kombinace výše uvedených způsobů Stroje na hutnění hornin

a) b) c) d) e)

Stroje působící statickým tlakem (válce) Stroje působící tlakem a vibracemi (vibrační válce) Stroje hutnící dynamickým tlakem (nárazem) (pěchy, dusadla) Stroje hutnící převážně vibracemi (vibrační desky) Stroje hutnící hnětením (pneumatikové a tampingové válce)

Způsob zhutňování je v podstatě otázkou půdní mechaniky a pro určitý způsob zhutňování se mají volit nejvhodnější hutnící stroje. Nejlépe se zhutňují zeminy, které mají přirozenou vlhkost a jsou vazké. Tyto zeminy stačí zhutňovat prostým tlakem. Nesoudržné zeminy se lépe zhutňují dusacími rázy nebo vibračními stroji. 4.10.1 Válce Válec je stroj, který působí tlakem na horninu prostřednictvím styčné plochy jednoho nebo několika běhounů (fotografie 52 a 51). Velikost tíhy je závislá na hmotnosti stroje a jejím rozdělení na nápravy, včetně hmotnosti doplňkových závaží. Tlak je dále závislý na konstrukci běhounů a jejich rozměrech (šířka, průměr). Běhoun je pracovní část ve tvaru kruhového válce z kovu nebo jiného konstrukčního materiálu, jehož pracovní povrch je hladký nebo je různě tvarován, resp. opatřen výstupky nebo žebry (fotografie 51). Nejčastěji je to stroj vybavený vlastním motorem a podvozkem. Podvozek je přizpůsoben pro dodatečnou montáž zátěže (voda, písek, železo). Je vybaven kabinou operátora s vypouklými skly pro sledování okrajů běhounu. Válce rozčleňujeme do několika skupin:

87

1. Podle účelu a) Silniční - válec používaný zejména při stavbě komunikací, letištních ploch apod.; b) Víceúčelové - válec, jehož konstrukce umožňuje snadnou změnu druhu pracovních částí; c) Speciální: - krajnicové - válec s běhouny pouze na jedné straně a se stavitelným opěrným kolem nebo koly; - příkopové - válec určený pro zhutňování v příkopech, rýhách apod.; - svahové - válec určený pro zhutňování svahů; - sanitární - válec určený pro zhutňování odpadků na skládkách. 2. Podle způsobu vyvození hutnícího účinku : a) Statické - válec zhutňující pouze svou hmotností; b) Vibrační - válec zhutňující svou hmotností a periodickým kmitáním jedné nebo několika pracovních částí. Jsou určeny pro práce na stavbách silnic, sypaných hrází a průmyslových ploch. Jsou vhodné k nasazení na široké škále materiálů, zejména nesoudržných směsných a zrnitých materiálů (písky, štěrky, zeminové směsi) ve vrstvách od 40 do 150 cm (podle hmotnosti použitého vibračního válce). Válce s ježkovými běhouny se používají na práce velkého rozsahu při hutnění směsných a soudržných zemin ve vrstvách do 70 cm; c) Tampingové - válec s běhouny opatřenými výstupky speciálního tvaru, který zhutňuje při vyšších rychlostech pojezdu kombinovaným působením statického a dynamického tlaku, vibrace a hnětení. 3. Podle druhu pracovních částí : a) Běhounové - válec s jedním nebo několika běhouny (válcová plocha); b) Pneumatikové - válec s pracovními částmi ve tvaru pneumatikových kol. Dezén pneumatik může být hladký nebo vzorovaný. 4. Podle druhu pracovního povrchu běhounů : a) S hladkými běhouny - válec, jehož běhouny mají hladký pracovní povrch; b) S mřížovými běhouny - válec, jehož běhouny mají pracovní povrch ve tvaru mříže; c) S deskovými běhouny - válec, jehož běhouny mají pracovní povrch ve tvaru desek kloubově upevněných k plášti běhounu; d) S rýhovanými běhouny - válec, jehož běhouny mají pracovní povrch tvořen žebry nebo rýhami orientovanými ve směru pojezdu; e) S výstupkovými běhouny - válec s běhouny, jejichž pracovní povrch má výstupky různých tvarů: - s trnovými výstupky - s patkovými výstupky - s univerzálními výstupky 5. Podle způsobu pohonu pojezdu : a) Ruční - válec bez vlastního pohonu pro pojezd, je tažen nebo tlačen lidskou silou; b) Přívěsné - válce bez vlastního pohonu pro pojezd, tažené vhodným tažným prostředkem, jehož hmotnost se při zhutňování nepřenáší na tahač; c) Motorové - válce s vlastním motorovým pohonem pro pojezd; c) Návěsné - válce bez vlastního pohonu pro pojezd. Hmotnost válce se při zhutňování částečně přenáší na tahač. 6. Podle počtu os a počtu běhounů

88

a) Jednoosé - jednoběhounové, dvouběhounové; b) Dvouosé - dvouběhounové, tříběhounové, čtyřběhounové, víceběhounové; c) Tříosé – tříběhounové. 7. Podle způsobu řízení směru jízdy a) S řídícím kolem - válec s tuhým rámem, řídící účinek je vyvozen natáčením řídícího pojezdového kola ve vodorovné rovině; b) S jednou řízenou osou - válec s tuhým rámem, řídící účinek je vyvozen natáčením jedné osy ve vodorovné rovině; c) Se dvěmi řízenými osami - válec s tuhým rámem, řídící účinek je vyvozen natáčením dvou os ve vodorovné rovině; d) S kloubovým rámem - válec s děleným rámem, jehož části jsou spojeny kloubem, řídící účinek je vyvozen vzájemným natáčením částí rámu kolem svislé osy kloubu; e) S prokluzovým řízením - válec s tuhým rámem, řídící účinek je vyvozen rozdílnými otáčkami běhounů na téže ose. 8. Podle umístění obsluhy a) Vedené - válec ovládaný a řízený obsluhou kráčející současně s pojezdem válce; b) Řízené - válec ovládaný a řízený obsluhou nacházející se přímo na válci; c) Dálkově ovládané - válec ovládaný a řízený prostřednictvím dálkového ovládání obsluhou umístěnou mimo válec. 9. Podle konstrukce a) Kombinované - válec, na kterém jsou použity různé druhy pracovních částí nebo různé způsoby vyvození hutnícího účinku, nebo současně různé druhy pracovních částí a různé způsoby vyvození hutnícího úřčinku; b) Tandemové - válec s běhouny uspořádanými za sebou tak, že se jejich stopy kryjí; c) Tahačové - válec, u něhož hnací kola tahačové části nejsou určena ke zhutňování. d) Zdvojené - dvouosý běhounový válec s krátkým rozvorem, vzájemnou polohu běhounů nelze měnit. 4.10.1.1 Výpočet tloušťky zhutnění válci Základním ukazatelem zhutnění je tloušťka zhutnělé vrstvy - h, která závisí na typu válce a na povrchu válcované plochy. Tloušťka zhutnělé vrstvy u závěsných hladkých válců je ovlivněna tíhou válce - G, měrným tlakem při zhutňování - p, šířkou válce - W a průměrem válce - d . Při výpočtu se vychází z předpokladu, že válce po projetí na zhutňované vrstvě způsobí pouze trvalé deformace a nenastává odpružení materiálu. Hloubku zhutnění lze vyjádřit vztahem: G2 h = -----------W 2 . p2 . d kde: G - tíha válce

(m)

(N)

89

W - šířka válce p - měrný tlak d - průměr válce

(m) (Pa) (m)

Měrný tlak při zhutňování se určí rovnicí : G G p = ----- = -----------------(Pa) S W . d.h kde: S - plocha, kterou válec tlačí na zhutňovanou vrstvu - S = a . W = W . (m) Minimální průměr válce pro požadovanou hloubku zhutnění : G2 d = ----------------W 2 . p2 . h

d.h

(m)

Měrný tlak p lze vyjádřit rovnicí : p = qo . h (Pa) kde: qo - součinitel odporu zeminy proti stlačení. Je to tíha na 1 cm2, potřebná na stlačení o 1 cm v mezích trvalých deformací a její velikost činí : Pro nakypřený materiál Pro lehký materiál Pro částečně zhutnělý materiál Pro zhutnělý materiál

3-5 10 - 12 19 - 22 28 - 32

Pa Pa Pa Pa

Zhutnění je docíleno oběma válci a to předním hnaným a zadním hnacím. Intenzita zhutnění není u obou válců stejná. Rozhodující vliv má zadní hnací válec, jehož působení určuje tloušťku zhutňované vrstvy - h. Tloušťku zhutnělé vrstvy lze vypočítat z empirického vzorce pro přípustné zatížení hnacího válce. K G2 = k . W ( 1 - ------ ) . h°k . d.h (N) 3 kde: k - součinitel stlačení horniny. Pro horniny o měrné hmotnosti 13000 - 18000 N .m-3 je 2 až 4. W - šířka válce (m) K - konstanta vyjadřující vlhkost horniny : Pro převlhčené horniny 0,2 - 0,4 Pro optimálně vlhké horniny 0,4 - 0,6 Pro suché horniny 0,6 - 0,8 h - hloubka hutnící vrstvy (m) d2 - průměr válce Z uvedené rovnice lze vyjádřit h: G2

90

hK + 0,5 = ---------------------------------------K d2 (1 - ----- ) K.W . 3 4.10.1.2 Stanovení celkového odporu závěsného válce

(m)

U závěsných válců se celkový odpor vyjadřuje rovnicí : FR = ( fn + sinα ) . Gc (N) kde: fn - součinitel valení, který závisí na tloušťce zhutňované vrstvy a stupni zhutnění. fn = f1 (1 log n), f1 - součinitel odporu valení při prvním průjezdu, f1 = 0,2 až 0,45 n - počet přejezdů po jednom pásu α - úhel stoupání svahu (αmax = 15°) Gc - celková tíha závěsného válce (N) U samojízdných hladkých válců lze celkový odpor vyjádřit jako součet dílčích odporů rovnicí: FR = F1 + F2 + F3 (kN) kde: F1 - odpor valení (kN), F1 = ( fn + sinα ) . Gc F2 - odpor setrvačných sil při rozjezdu hutnícího válce: Gc . v F2 = -------------- (kN) g . Tr kde: v - rozběhová rychlost (m.s-1) Tr - rozběhový čas (3 až 4 s) F3 - odpor v zatáčkách : F3 = fz . G1 (kN) kde: fz - součinitel odporu valení v zatáčkách, který má hodnotu : 0,2 Pro částečně zhutnělé zeminy Pro nezhutnělé zeminy 0,3 Gc - tíha připadající na přední řídící válce (kN) 4.10.1.3 Pracovní výkonnost Qs válců Pro závěsné i samochodné válce platí pro výpočet plošné výkonnosti vztah:

Qpl

3600 . W . β . v . kč = -------------------------n

kde: W - šířka běhounu válce v - pracovní rychlost

(m2.h-1)

(m) (m . s-1)

91

kč - součinitel využití pracovního času (u závěsných válců je 0,90 - 0,95, u samojízdných válců je 0,95 - 0,97) β - součinitel využití záběru (0,95 - 1,0)

Výkonnost objemová Qo = Qpl . h (m3.h-1) kde: h - tloušťka zhutňované vrstvy (m) 4.10.1.4 Předpokládané využití válců Jsou určeny k hutnění hornin na plochách parkovišť, letišť, komunikací, chodníků, hrází, hřišť, sportovních areálů, vyvážené horniny, komunálního odpadu, drážních těles, zpětných zásypů apod. Některé zásady pro použití válců: • • • • • • • • • •

zhutňování musí probíhat po vrstvách v závislosti na hmotnosti válce a vyvození hutnícího účinku; zhutňování musí probíhat po jednotlivých vrstvách od prvního podloží; zhutňuje se několikanásobným pojezdem ve stejné stopě běhounu; lze pouze omezeně drtit kusový materiál, který je rozprostřen po pevném povrchu tloušťka zhutňované vrstvy musí odpovídat použité mechanizaci a charakteru vrstvy zhutňované horniny nebo materiálu; lze zatlačovat kusový materiál do plastického (měkkého) podloží zhutňuje se i zdánlivě rostlá hornina (například po odtěžení určité vrstvy) zhutňují se i dočasné plochy (skladiště, objížďky, podloží jeřábů, prostranství kolem skladových hal apod.) zhutňují se zavážky, suť, komunální odpad; zhutňují se zpětné zásypy výkopů po jednotlivých vrstvách až k vrchní vrstvě.

Obtíže při práci válců: • • • • • •

obtížná činnost u příčných a podélných svahů (do 27°); obtíže při zhutňování rozmoklé a lepivé horniny; nelze spolehlivě zhutňovat nestejnorodý materiál ve slabší vrstvě (velké balvany jsou hrnuty před běhounem); nelze zhutňovat vrstvy ve větší hloubce (maximálně do 50 cm, záleží na hmotnosti a provedení válce); nelze zhutňovat zmrzlé horniny; nelze zhutňovat v málo únosném terénu (propadání do podloží, vyhrnování horniny do stran). Technické parametry tandemových vibračních válců Třída 1. 2. 3. 4. 5. Hmotnost (kg) Výkon motoru (kW) Šířka běhounu (cm)

do 2500 10 – 23 85 - 120

2500 - 5500 12 - 25 90 - 120

92

5500 - 7500 8000 - 11000 30 - 52 40 - 65 100 - 140 140 - 170

nad 11000 60 - 1100 140 - 220

Rychlost jízdy (km-h-1) Maximální hloubka hutnění (cm) - horniny - živice *

0–8

0-9

0 - 12

0 - 13

0 - 10

15 - 30 15 – 25

20 - 50 10 - 30

20 - 60 10 - 30

20 - 75 2.5 - 25

20 - 90* 2,5 - 30

záleží na vlhkosti a charakteru horniny, je to maximální údaj

4.10.1.5 Zhutňování pneumatikovými válci Pneumatikové válce jsou určeny pro zhutňování soudržných a stabilizovaných zemin, stavebních materiálů stmelených hydraulickými pojivy. Možnost přitížení umožňuje volit pro každý hutněný materiál optimální statický tlak. Tyto válce jsou zejména určeny pro hutnění živičných směsí, pro které je zvlášť vhodná hnětací efekt při přejíždění elastické pneumatiky. Pneumatikové válce přenáší tíhu válce na zhutňovanou zeminu prostřednictvím pneumatikových kol. Zde nastávají při zhutňování zemin složitější poměry než u válců hladkých. Při zhutňování pneumatiky pojížděním stlačují zeminu a současně se samy deformují. Zatížením pneumatiky tíhou G vznikne v místě jejího styku se zeminou plocha, kterou můžeme považovat za obdélník se zakulacenými rohy. 4.10.2 Vibrační desky Jsou stroje, které se pohybují různou rychlostí pomocí pracovní ocelové desky působením vibrací vyvolaných prostřednictvím otáčení výstředníků = excentrů (tzv. budiče vibrace) (fotografie 52). Mohou se pohybovat buď jedním směrem (pokud je budič vibrace jeden), nebo oběma směry (v případě, že jsou dva budiče reakce). Rotační pohyb excentrů je realizován pomocí spalovacího motoru (3 až 12 kW). Pro hutnění živičných povrchů jsou vybaveny skrápěním. Technické údaje: a) provozní hmotnost: b) frekvence vibrace: c) rychlost posunu desky: d) hloubka hutnění: e) plošná výkonnost:

100 až 700 kg 40 – 90 Hz 0 – 28 m.min-1 25 – 80 cm (záleží na hmotnosti desky) 450 –700 u malých desek, 800 – 1300 m2.h-1 u velkých desek

4.10.2.1 Předpokládané použití vibračních desek a) hutnění zpětných zásypů; b) hutnění podkladů pod zámkovou dlažbu a dlažby; c) hutnění základových spár; d) hutnění živičných povrchů; Provozní hmotnost (kg) 100 150 200 300 700

Hloubka hutnění (m) 0,25 0,30 0,35 0,50 0,65

93

4.10.3 Vibrační pěchy Jsou to stroje, které zhutňují horninu cyklickým úderem prostřednictvím malé plochy, tzv. patky (0,04 až 0,08 m2). Patka dopadá na zhutňovaný materiál ve frekvenci 10 až 13 Hz z malé výšky (přibližně 6 cm (fotografie 53). Hmotnost vibračních pěchů se pohybuje v rozsahu 60 až 100 kg. Pohon pěchů je spalovacím motorem (2D a 4D) s výkonem 2,4 až 3 kW. Ojnice motoru je připevněna na táhlo patky. Hloubka hutnění je závislá na velikosti patky a hmotnosti stroje: Provozní hmotnost (kg) 40 65 80 120

Hloubka hutnění (m) 0,35 0,45 0,60 0,70

4.10.3.1 Předpokládané použití vibračních pěchů a) na práce menšího plošného rozsahu; b) zhutnění zpětných zásypů (rýhy); c) hutnění pod zámkovou dlažbou (chodníky, úzké profily); d) hutnění hornin v úzkých, obtížně přístupných místech; e) hutnění zásypů za ochrannými zdmi mostů; f) hutnění sypaniny pod usazováním žlabovek, obrubníků. 4.10.4 Poznámka k hutnění zpětných zásypů rýh v silničním tělese Každá porucha vozovky má svoji závažnost, z hlediska provozních funkcí vozovky a její únosnosti. Ovlivňuje především bezpečnost silničního provozu a její příčina by neměla být zastírána například § 18 Zákona 361/2000 Sb. o provozu na pozemních komunikacích, ve kterém je řidiči uloženo, aby přizpůsobil rychlost jízdy předpokládanému stavebnímu stavu pozemní komunikace, její kategorii a třídě. Jenže silnice je pro řidiče výrobkem, který byl vyroben pro bezpečnou, plynulou a pohodlnou jízdu s běžně vyráběným vozidlem. V tom má oporu ve Vyhlášce č.137/1998 Sb. o obecných technických požadavcích na výstavbu, je v odst.(1), § 16 uvedeno: Stavba musí být provedena tak, aby zatížení a jiné vlivy, kterým je vystavena během užívání při řádně prováděné údržbě, nemohly způsobit větší stupeň nepřípustného přetvoření (deformaci konstrukce nebo vznik trhlin), které může narušit odolnost a uživatelnost stavby nebo její části. Každá porucha na vozovce ovlivňuje také rychlost a plynulost silničního provozu. S tím úzce souvisí i hospodárnost provozu a negativní vliv na životní prostředí. Životní prostředí je v tomto případě zasaženo negativně několikrát. Například brzdící a akcelerující vozidla produkují více prachu a emisí, spotřebují více paliva a produkují více výfukových plynů. Brzdící a zrychlující vozidla emitují vyšší hladinu hluku svými brzdami a motory. Vyšší hladinu hluku emitují i kola automobilů při přejezdu příčných deformací vozovky a také produkují otřesy tím, jak kola překonávají prohlubeň. O hluku prázdných koreb nákladních automobilů to platí zejména. Zde je rozpor s odst. (1), § 13 Vyhlášky č.137/1998 Sb. o

94

obecných technických požadavcích na výstavbu, kde se hovoří o negativních účincích staveb na životní prostředí, zejména exhalací, hluku, otřesů, vibrací, zápachu apod. Příčiny poruchových stavů spočívají v nedodržení technologie práce, zejména při hutnění zpětných zásypů, při použití nevhodných hornin do zpětných zásypů a nedodržení vnějších podmínek při práci. Také kontrolní činnost zaměřená na kontrolu zhutnění zásypu není prováděna nebo není v souladu s Technickými podmínkami TP 146 Povolování a provádění výkopů a zásypů pro inženýrské sítě ve vozovkách pozemních komunikací. 1) Použití vhodné hutnící mechanizace Cílem hutnění je zvýšit objemovou hmotnost horniny, zvýšit smykovou pevnost, snížit stlačitelnost a snížit propustnost. Zmenšuje se velikost a snižuje počet dutin a pórů ve zpracovávaném materiálu. Zhutňování hornin je základním technologickým procesem při stavbě dopravních komunikací, parkovišť, skladovacích ploch, železnic, hrází a podobně. Zhutňovací stroje slouží nejen pro hutnění podloží, ale i při dokončovacích pracích, při stabilizaci a úpravě povrchů. Při provádění hutnění zpětných zásypů se uplatní stroje hutnící dynamickým tlakem nebo vibracemi. Stroje pro hutnění zpětných zásypů úzkých rýh (šířka podle použitého pracovního orgánu rýpadla) musejí být rozměrově přizpůsobeny této šířce rýhy. Pro hutnění zpětných zásypů jsou vhodné vibrační desky a pěchy. Pro hutnění zpětných zásypů větších rozměrů jsou k dispozici pracovní adaptéry, které lze nést rýpadly nebo nakladači. Jsou to hutnící desky o rozměrech 300 x 450, resp. 800 x 1000 mm, jejichž hmotnost se pohybuje v rozsahu 120 až 1100 kg. K přípravě vhodné zeminy pro zpětný zásyp slouží míchací lopaty. Pomocí míchací lopaty lze připravit zeminu s vhodným pojivem. K úpravě nevhodné zeminy k hutnění lze použít třídící lopatu, kterou lze drtit soudržné materiály, čímž je možné dosáhnout vhodného složení pro zpětný zásyp. Třídící lopaty jsou vyráběny pro a nakladače o hmotnosti 6000 kg (objem lopaty 0,65 m3) až po stroje o hmotnosti 20 tun (objem lopaty 2,9 m3) a pro rýpadla 13 tun až 3 tun (objemy 0,65 a 1,9 m3). Pro malé nakladače, univerzální zemní stroje a malorýpadla jsou k dispozici třídící lopaty o objemu 0,4 m3. 2) Hlavní zásady správné technologie hutnění zpětných zásypů • • • • • • • • • •

zhutňování musí probíhat po vrstvách v závislosti na hmotnosti hutnící mechanizace a na způsobu vyvození hutnícího účinku; zhutňování musí probíhat po jednotlivých vrstvách od prvního podloží; hutnění se provádí ihned po položení každé vrstvy zeminy; zhutňuje se několikanásobným působením ve stejné stopě dotykové plochy hutnící mechanizace; lze pouze velmi omezeně drtit kusový materiál, který je rozprostřen po pevném povrchu nebo těsně pod povrchem; tloušťka zhutňované vrstvy musí odpovídat použité mechanizaci a charakteru vrstvy zhutňované horniny nebo materiálu; obtížně lze zhutňovat rozmoklé a lepivé horniny; nelze spolehlivě zhutňovat nestejnorodý materiál ve slabší vrstvě (větší množství velkých zrn horniny); nelze zhutňovat vrstvy ve větší hloubce (záleží na hmotnosti a provedení hutnící mechanizace); nelze zhutňovat zmrzlé horniny; 95

•

na poslední zhutněnou vrstvu zásypu musí být položeny v technologicky nejkratší době vrstvy vozovky.

3) Použití vhodných hornin pro zpětné zásypy Podle ČSN 72 1002 jsou zeminy zařazeny do deseti skupin podle vhodnosti použití do podloží pozemních komunikací a zpětných zásypů. Zeminy I. až V. třídy lze použít, zeminy VI. až IX. třídy musí být před použitím upraveny, zeminy X. třídy nelze použít (ČSN 73 6133). Obecně lze říci, že na zpětné zásypy nelze použít velmi tvárné jíly a slíny, horniny obsahující příměsi organických látek, sedimenty křídy, pískovce, břidlice, vápencové a křemičité jíly, štěrk s většími zrny, písčitý jíl a hlína. Vhodná zemina na zpětné zásypy je například štěrk hlinitý, štěrk s příměsí jemnozrnné zeminy, písek a písčitá hlína. Zemina nebo mícháním připravená směs musí mít vhodnou vlhkost, plasticitu a musí obsahovat stanovený ekvivalent písku. 4) Kontrola míry zhutnění Investor musí požádat před zahájením konečné úpravy povrchu vozovky o změření úrovně zhutnění. To provádí akreditovaná silniční laboratoř pomocí lehké dynamické desky. O měření vydá investorovi protokol s výsledkem měření. Požadované hodnoty míry zhutnění jsou stanoveny Technickými podmínkami TP 146 – Pro povolování a provádění výkopů a zásypů pro inženýrské sítě ve vozovkách pozemních komunikací. U moderní hutnící mechanizace (vibrační válce) jsou k dispozici systémy pro měření zhutnění. Například Systém Electronic Compaction Meter ECM-PLUS. 4.11 Kompaktory Jsou samojízdné stroje na speciálním kolovém podvozku vybavené pracovním zařízením radlicí a se zvláštními úpravami pracoviště operátora (nízká úroveň hluku, vibrací, přetlakový systém větrání a vytápění, klimatizace a těsnost kabiny) a podvozkových částí (dokonalé zakrytí chránící agregáty před poškozením) (fotografie 54). 4.11.1 Technický popis kompaktoru Kolový podvozek je tvořen ocelovými koly, jejichž obvodová plocha je vybavena speciálními výstupky pro drcení, hnětení a rozmělňování materiálu. Stroj je vybaven zpravidla 4 koly a řízení je realizováno kloubem. Stroj nese prvky dozeru a sanitárního válce. Vzhledem k jiné oblasti využití je radlice a její mechanismus rozdílně provedený. Radlice je nižší a je v horní části opatřena mříží. Stroj není určen k rozpojování hornin, ale pouze k povrchovému zpracování a manipulaci s materiálem. Kompaktory mohou být vybaveny nakládací lopatou pro hrnutí i další manipulaci s navezeným materiálem. Užitné parametry kompaktorů 1. Tlak pod hroty je 19000 kPa, pod kříži 7400 kPa (při hmotnosti stroje 23 t); 2. Plocha otisku pod kolem s hladkým běhounem je 0.18 - 0.25 m2; 3. Mohou jezdit do svahu, stoupavost stroje je 80%;

96

4. Boční stabilita stroje je 32 - 36°; 5. Maximální rychlost stroje se pohybuje v rozsahu 11 - 13 km.h-1 vpřed a přibližně rychleji o 3 až 5 km vzad; 6. Hmotnosti stroje: 22 až 40 t.

4.11.2 Předpokládané využití kompaktorů Jsou určeny především pro práci na skládkách komunálního odpadu, při rekultivacích skládek a omezeně pro provádění zemních prací. Pracovní proces kompaktorů na skládkách komunálního odpadu zahrnuje: 1. Současné rozhrnování, drcení a zhutňování materiálu, po kterém pojíždí; 2. Při jízdě dochází k redukci materiálu o 60 - 70 % původního objemu na skládkách; 3. Zvyšují objemovou hmotnost komunálního odpadu z 400 kg.m-3 na 1000 kg.m-3. Další možnosti pracovního nasazení kompaktorů: 1. Likvidace nežádoucích nárostů a potěžebních zbytků a jejich zpracování; 2. Zahrnování redukovaného odpadu vrstvou jiného materiálu; 3. Urovnávání krycího materiálu do konečné podoby pro setí. Při výpočtu výkonnosti kompaktorů lze obecně postupovat jako u dozerů v případě shrnování radlicí a při rozprostírání horniny. Při zhutňování, resp. redukci objemu komunálního odpadu lze postupovat obdobně jako u válců. K tomu je potřeba znát šířky ocelových kol (jsou to běhouny válců). 4.12 Bezvýkopové technologie Podle Vyhlášky 104/1997 Sb. Ministerstva dopravy a spojů, kterou se provádí Zákon o pozemních komunikacích §50, odst. (1) je stanoveno, že při křížení podzemních inženýrských sítí se silnicí nebo místní komunikací musí být v technicky a ekonomicky únosné míře používáno tunelování a protlaky. Překop nesmí být povolen u dálnice, rychlostní silnice a rychlostní místní komunikace mimo zastavěné území obcí. 4.12.1 Přehled hlavních technologií pro realizaci bezvýkopových otvorů a) Propichovací neřízené rakety pro přímý směr – protlačování potrubí, tvorba otvorů v hornině s využitím materiálu horniny k vytvořením stěn (fotografie 55); b) Řízené protlačování se zpětným zatahováním užitného potrubí (fotografie 56); c) Horizontální vyvrtávání; d) Hydrostatické protlačování; e) Dynamické protlačování;

97

Technologie řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí Tato technologie je charakteristická tím, že při budování rýhy nedochází k rozpojování, případně k těžení horniny jako je tomu v případě klasické technologie s využitím rýpadla. Místo rýhy je budován otvor v určité hloubce pod povrchem terénu. Nedochází tak ke klasickému rozpojování a těžení horniny, ale naopak k jejímu stlačování (hutnění) kolem pronikajícího pracovního nástroje – vrtné, resp. rozšiřovací hlavy. Touto technologií je tedy realizována neotevřená rýha, resp. horizontální otvor variabilních průměrů. Povrch terénu zůstává nedotčen, není vystaven přejezdům a pohybům zemních strojů (rýpadel, nakladačů) a prostředí zůstává po celou dobu stavby v původním stavu. Je tak umožněno provádění běžné každodenní činnosti. Tato technologie může být využita při zemních pracích při ukládání podzemních vedení různých potrubí, elektrických vodičů, telefonních kabelů a propustí pod stavbami, komunikacemi i objekty. Při použití bezvýkopové technologie – řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí se na stavbě nepohybují ostatní zemní stroje, například rýpadlo, nakladač, hutnící mechanizace. Jejich činnost realizuje pouze jeden stroj – vrtná souprava pro řiditelné podzemní vrty. 4.12.2 Obecné výhody bezvýkopové technologie řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí • • • •

•

• • • • • •

Technologie je šetrná vůči povrchům (zachovává v původní podobě traviny na parkových plochách, květiny a byliny na okrasných a užitkových záhonech, nepoškozuje stromy a keře); Není omezena doprava při vlastní práci i při provádění zpětných zásypů a při opravách povrchů vozovek (nejsou nutné objízdné trasy, uzavírky); Obyvatelé v okolí stavby nejsou v pohybu omezováni (nepřekážejí v chůzi výkopy, není nutné budovat lávky a doprovodná zábradlí pro bezpečnost chodců a dopravní techniky); Technologie je čistá (nedochází ke znečištění chodníků produkty vznikajícími při těžbě a manipulaci s horninami, nedochází ke znečištění vozovek a ohrožení bezpečnosti a plynulosti silničního provozu, není nutné organizovat a zajišťovat zvláštní režim pohybu odvozních vozidel a zemních strojů); Odpadá problém se zpětnými zásypy (obtížné a zdlouhavé hutnění zpětných zásypů po vrstvách, odpadá technologický proces při asfaltování tak, aby výkop nenarušil celistvost povrchu vozovek, odpadají problémy s tvorbou příčných výmolů na vozovkách); Lze pracovat i pod vodotečemi bez budování složitých obtoků, přečerpávání, odpadá budování vodotěsných šachet); Lze pracovat i v zimních měsících, kdy je promrzlá vrchní vrstva horniny (vrtná hlava proniká snadno i zmrzlou horninou); Lze pracovat i v místě, kde je málo únosný terén (bahno) v němž by zemní a stavební stroje měly problémy s pohybem a stabilitou, čímž by byla ohrožena bezpečnost práce; Lze pracovat i pod železnicemi (pod korunami náspů) bez nutnosti přerušení dopravy na železnici; Nedochází k porušení speciálních konstrukčních částí povrchů (například fotbalová hřiště, tenisové kurty) a nedochází k omezení (přerušení) činnosti; Lze se vyhýbat nadzemním i podzemním překážkám (studny, hluboké základy), pokud o nich existují záznamy; 98

• • • • •

Při využití této technologie se lze vyhnout stávajícím inženýrským sítím; Technologie vykazuje úspory časové a finanční (v případě stavby, která zahrnuje výše uvedené překážky v činnosti); Bezvýkopová technologie je ekologická (šetrná vůči přírodě); Není nutné zajišťovat povolení vstupu na cizí pozemky;

Technologii lze využít pro nedestruktivní opravy stávajících odpadních a vodovodních potrubí – vtažení vložky na bázi plastu, tkaná textilie napuštěná pryskyřicí která přilne ke stěně stávajícího potrubí – vyvložkování = sliplining, relining, destruktivní technologie spočívá v roztržení stávajícího potrubí a vtažení nového, aby byl průtok zachován – roztlačení potrubí do stran = cracking.

4.12.3 Nevýhody bezvýkopové technologie řízeného horizontálního vrtání se zpětným vtahováním užitného potrubí 2) obtížná realizace u členitého potrubí (odbočky, hydranty, domovní přípojky); 3) musí být k dispozici podmínky pro práci - musí se vykopat startovací a cílová jáma (musí být pro ně prostor); 4) hornina vyšší třídy rozpojitelnosti (skalnaté podloží se musí vrtat); 5) v dutinách, které se nalézají v podloží raketa vybočuje. 4.12.4 Předpokládané využití: -

oprava a budování vodovodních a kanalizačních sítí budování podzemní drenáže pokládka elektrických kabelů pokládka telefonních kabelů pokládka plynového potrubí

4.12.5 Technické údaje řízeného vrtání se zpětným zatahováním užitného potrubí K hlavním částem stroje patří pásový podvozek, motor, hydrogenerátor, stanoviště operátora, hydromotory pro posuv vrtných tyčí, hydromotor pro zajištění rotace vrtných tyčí, zásobník na tyče, vysokotlaké čerpadlo pro rozstřik bentonitu pomocí trysek ve vrtné hlavě a různé vrtné hlavy pro horniny příslušné třídy rozpojitelnosti. Při průchodu protlačovací hlavy (fotografie 57) horninou lze regulovat její horizontální i vertikální směr, aby se vyhnula obtížně překonatelným překážkám, resp. aby nebyly poškozeny podzemní objekty, které se v předpokládaném směru nacházejí. Stroj na protlačování je na pásovém podvozku s možností ukotvení stroje k podložce. K tomu jsou k dispozici kotvy v podobě zavrtávaných tyčí nebo opěrná radlice. Protlačování je realizováno hydromotory, jejichž ozubené kolo se otáčí po mohutné ozubené konzole a tyče s propichovací hlavou jsou posunovány dopředu nebo vytahovány zpět. Tyče jsou duté a ohebné. Otáčení tyčí s propichovací hlavou je realizováno hydromotorem. V přední části propichovací hlavy jsou trysky (fotografie 57), do kterých proudí dutými tyčemi směs bentonitu a vody pod tlakem 30 MPa. Tlak je realizován vysokotlakým čerpadlem, které se nachází na stroji. Vysokotlaké paprsky směsi bentonitu a vody rozplavují horninu v přední části propichovací hlavy, čímž podporují její průnik horninou. Směs bentonitu také usnadňuje pronikání hlavy a tyčí horninou, protože snižuje mezi nimi tření. Vrtná hlava se do přímého

99

směru protlačuje přítlakem a rotací. Jakmile má změnit směr (vyhnout se překážce), působí pouze přítlak a kolmá složka síly, která působí na šikmou plochu protlačovací hlavy (fotografie 57), vychýlí její směr ve směru působení této síly. Tímto způsobem je propichovací hlava směrována při svém průniku v podzemí. Její směr je elektronicky sledován operátorem stroje. Takto protlačené otvory jsou obvykle do průměrů 180 mm. Je-li potřeba větších průměrů, vymění se v cílové šachtě propichovací hlava za rozšiřovací hlavu, která se pomocí adaptéru připojí k dutému soutyčí a strojem je postupně vtahována zpět. Na druhou stranu rozšiřovací hlavy je napojeno užitkové potrubí (chránička), které je zároveň vtahováno do vzniklého otvoru. K usnadnění průchodu rozšiřovací hlavy a užitkového potrubí jsou k dispozici trysky po obvodu rozšiřovací hlavy, kterými se rozstřikuje směs bentonitu a vody. Pokud se v trase vyskytuje hornina 5 . – 7. třídy rozpojitelnosti, používá se hlava opatřená rotujícími segmenty na jejím čele (fotografie 58). Větší stroje jsou pojízdné na pásovém podvozku (například VERMEER NAVIGATOR 24x40, resp. 50x100A) a disponují tahem 22 tun. Stroje mohou propichovat otvory až do délky 400 m a vtahovat užitkové potrubí průměrů 800 mm. 4.12.6 Technologie s využitím propichovací neřízené rakety pro přímý směr – protlačování potrubí, tvorba otvorů v hornině s využitím materiálu horniny k vytvořením stěn Propichovací rakety jsou pneumaticky poháněné nástroje. Posun je realizován úderem pístu. Píst je uváděn do pohybu tlakovým vzduchem, který působí v určité frekvenci (250 – 450 min-1), jeden úder pístu posune v hornině 1. a 2. třídy rozpojitelnosti raketu o 5 cm, v hornině 3. třídy rozpojitelnosti je posun přibližně 1 cm. V příznivých podmínkách lze dosáhnout posunu rakety kolem 1250 cm za minutu. 4.12.7 Technické údaje běžně používaných propichovacích raket: a) b) c) d) e) f)

průměr rakety: délka rakety: objem vzduchu: tlak vzduchu: síla úderu: počet úderů:

45, 65, 85, 110, 130, 160, 180 mm 920, 1110, 1410, 1690, 2150 mm 0,45 – 4,5 m3.min-1 0,6 – 0,7 MPa 410 – 2000 N 240 – 440 min-1, cca 5 s-1

5 Stroje pro údržbu staveb k odvodnění pozemků Stavby k odvodnění pozemků jsou podle Vyhlášky MZ č. 225/2002 následující: a) svodné odvodňovací příkopy b) záchytné kanály c) suché nádrže k zachycení vnějších vod d) objekty sloužící k regulaci odtoku (přehrážky, skluzy, stupně) e) objekty k ochraně pozemku před erozní činností vody (příkopy, terasy) Vyhláška MZ č. 225/2002 Sb. v § 3 stanovuje, že údržbu provádí vlastník, který je podle § 4 povinen provádět prohlídky v rozsahu: - stav nánosů v korytě - stav travních porostů

100

- stav břehových porostů, křovin a dřevin - výskyt vodních řas a jiných rostlin v korytě - stav regulačních objektů Vyhláška MZ č. 225/2002 Sb. v § 5 stanovuje provádění údržby v rozsahu: - ošetření porostů (odstranění, doplnění) - odstranění nánosů - odstranění překážek v korytě bránících průtočnosti - péče o travní porosty a svahy koryta Zákon 254/2001 Sb. o vodách (vodní zákon) v § 47 ukládá povinnost: Pečovat o koryta vodních toků, zejména udržovat koryta vodních toků ve stavu, který zabezpečuje při odvádění vody z území dostatečnou průtočnost a hloubku vody, udržovat břehové porosty na pozemcích koryt vodních toků nebo na pozemcích sousedících s korytem vodního toku tak, aby se nestaly překážkou odtoku vody při povodňových situacích. Zákon 254/2001 Sb. o vodách (vodní zákon) v § 59 ukládá povinnost: a) odstraňovat předměty a hmoty zachycené či ulpělé na vodních dílech; b) odstraňovat náletové dřeviny. Možné příčiny poškozování vodních děl a staveb k odvodnění pozemků: 1) Splachy bahna z polí při intenzivních a dlouhotrvajících deštích – sedimenty hornin; 2) Jiné splaveniny než bahno (z lesů, plodiny z polí) – předměty a hmoty; 3) Půdní eroze (v důsledku nevhodně vedených polních a lesních cest, nezalesněných svahů apod.); 4) Odlesnění, odstranění ochranných lesních pásů, pěstování nevhodných zemědělských plodin – chybějící retence vody; 5) Nevhodná konstrukce a regulace toků (neosazení kritických míst regulačními kameny); 6) Pěstování nevhodných plodin na svazích nevhodným způsobem (řádky napříč vrstevnicemi); 7) Neexistence krajinných prvků pro zadržení vody (meze, terasy, remízky aj.); 8) Povrchová (nikoliv hloubková orba), která neumožňuje vsakování dešťové vody; 9) Zanesená koryta v důsledku nedostatečné péče (nálety dřevin jsou přirozeným procesem); 10) Neudržované meliorační kanály (překážky v korytě jsou příčinou vymílání břehů); 11) Nezajištěné stavební plochy, nevhodná manipulace s horninami a jejich ukládání; 12) Přirozené zvětrávání a sesypávání stěn odvodňovacích příkopů, kanálů; 13) Svévolné zásahy lidí do objektů povrchového odvodnění (výsypky smetí, prořezávek, komunálního odpadu); 14) Tvorba překážek v odvodňovacích objektech při kalamitách (pády větví, kmenů při větru) Většinu prací v oblasti budování a údržby melioračních staveb lze provádět mechanizací, která je totožná s mechanizací pro zemní a stavební práce. Tato mechanizace je vybavena pracovními adaptéry, které jsou přizpůsobeny pro použití při pracích spojených s údržbou melioračních staveb. Existují samozřejmě i druhy melioračních prací, které mohou provádět pouze jednoúčelové meliorační stroje (například drenáže). První skupinu strojů tvoří víceúčelové zemní stroje. Jsou to zemní stroje s příslušnými výměnnými pracovními orgány (například univerzální zemní stroje, univerzální

101

čelní nakladače, rýpadla), kolové a pásové traktory s možností nesení, tažení a pohonu různých pracovních mechanismů (rýhovačů, drtičů, kladivových rozbíječů, štěpkovačů, fréz na pařezy, mulčovačů, cepových příkopových čističů apod.). Jsou to víceúčelové stroje, které mohou vykonávat odděleně i současně různé práce (skrejpr, UZS, rýpadlo). Druhou skupinu strojů tvoří jednoúčelové stroje, které jsou určeny pouze pro jeden druh prací – čištění příkopů. Pro čištění svahů a dna otevřených příkopů jsou využívány rýhovače. Rýhovače jsou určeny k tvorbě rýh, například pro inženýrské sítě. Citlivým směrováním nosiče pracovního orgánu lze odebírat sedimenty a nárosty ze svahů a dna příkopu a pracovními orgány je vynášet mimo příkop. Lze tedy prostřednictvím rýhovačů provádět pravidelnou údržbu příkopů. K jednoúčelovým strojům patří: a) b) c) d)

Korečkový rýhovač Řetězový rýhovač s řeznými noži Frézový rýhovač s hroty z tvrdokovu Kolesový frézový rýhovač

5.1 Korečkový rýhovač Používá se k údržbě nebo ke zvětšování profilu starých příkopů. Může pracovat pouze v horninách 1. a částečně 2. třídy rozpojitelnosti. Při jednom průjezdu čistí zpravidla pouze jednu stranu otevřeného příkopu. Základní konstrukční jednotkou je pracovní mechanismus, který je tvořen stavitelným výložníkem a podvozkem. Výložník je opatřen řetězem, na kterém jsou připevněny korečky. Koreček je nádobka o určitém objemu, která je na vnější straně opatřena břitem nebo zuby. Břit, resp. zub korečku rozpojuje horninu, která se jeho pohybem nuceně vsunuje do korečku a naplní jeho objem. Výložník lze nastavovat v požadovaném úhlu svahu. Dosahují do hloubky až 2,5 m. Vytěženou horninu transportuje příčně uložený pásový dopravník na odval nebo do korby odvozního prostředku. Podvozek stroje může být pásový nebo kolový. 5.1.1 Výpočet výkonnosti korečkového rýhovače Vytěžené množství sedimentů je závislé na rychlosti pracovního mechanismu, na objemu korečků, na počtu korečků, na rychlosti posuvu korečků (rychlost pohybu řetězu). Vytěžené množství sedimentů lze považovat za výkonnost v m3 za jednotku času. Také lze sledovat výkonnost v běžných metrech vyčištěného (vybudovaného) příkopu za jednotku času. 3600 . n . V1 . k1 . k3 . k4 Q = --------------------------------k2 kde: n – počet výsypů korečků za čas minutu) V1 – objem jednoho korečků k1 – koeficient časového využití k2 – koeficient nakypření horniny k3 – koeficient plnění korečku k4 – koeficient obtížnosti těžby

(m3.h-1) (s-1) (počet výsypů se pohybuje v rozsahu 20 – 40 za (m3) (0,63 – 0,75) (1,05 – 1,35) (0,9 – 1,2) (0,8 – 1)

102

Počet výsypů korečku za čas n lze vypočítat: v n = ------- (s-1) t kde: v – rychlost pohybu řetězu (m.s-1) t – rozteč korečků (m) Vytěžené množství sedimentů lze považovat za výkonnost v kg za jednotku času: v . k3 . ρ . V1 Q = -----------------(kg.h-1) t kde: ρ – objemová hmotnost horniny (kg.m-3) Plošnou výkonnost lze vypočítat podle vztahu: Qpl = 3600 . b .vp . k1 (m2.h-1) kde: b – šířka čištěného svahu (m) vp - pracovní rychlost stroje (m.s-1) 5.2 Řetězový rýhovač s řeznými noži (fotografie 48) Používá se k údržbě nebo ke zvětšování profilu starých příkopů. Může pracovat pouze v horninách 1. a částečně 2. třídy rozpojitelnosti. Základní konstrukční jednotkou je nekonečný článkový řetěz, na jehož článcích jsou vně přišroubovány řezné nože (fotografie 64). Nože rozpojují horninu a zanechávají drážky široké 6 – 75 cm. Řetěz se posunuje na výložníku. Plynulým posunem výložníku s řetězem lze odebrat určitou tloušťku horniny ze svahu otevřeného příkopu. Dosahují do hloubky 0,4 až 6 metrů, záleží na použitém modelu. Jsou vyráběné i jako ručně vedené s hydrostatickým pohonem, které čistí příkopy do hloubky 1,5 m. Řetězem vyhrnutá hornina (sediment) je jednostranným šnekem vysouvána mimo příkop. Větší modely jsou na kolových nebo pásových podvozcích. Jsou opatřeny hydrostatickým pohonem s plynule měnitelnými rychlostmi. Stroje jsou vybaveny v přední části dozerovou radlicí pro rozprostření vytěžených sedimentů v okolí příkopu. 5.2.1 Výpočet výkonnosti řetězového rýhovače Na řetězu jsou připevněny řezací nože, které horninu odřezávají a současně plní úlohu odhazovacích lopatek. Odřezaná hornina je odsouvána z čištěného příkopu pohybem řetězu. Výložník, na kterém se pohybuje řetěz s noži, je postaven přibližně kolmo na směr pohybu stroje. Q = 3600 . V1 . n . p . k1 . k2 (m3.h-1) kde: V1 – přibližný objem horniny odřezané jedním nožem

103

(m3)

(s-1)

n – počet otáček p – počet nožů k1 - koeficient časového využití (0,63 – 0,75) k2 – koeficient pro korekci objemu (0,85) 5.3 Frézový rýhovač s hroty z tvrdokovu

Používá se k údržbě nebo ke zvětšování profilu starých příkopů. Může pracovat pouze v horninách 4. a částečně 5. třídy rozpojitelnosti. Základní konstrukční jednotkou je pracovní mechanismus, který je tvořen stavitelným výložníkem a podvozkem (fotografie 59). Výložník je opatřen řetězem, na kterém jsou těsně za sebou připevněny segmenty s hroty. Řetěz je hnán řetězovými koly po obvodu výložníku a současně unáší připevněné segmenty s hroty (fotografie 60). Hroty z tvrdokovu (fotografie 61) rozpojují horninu, která je vynášena k příčně uloženému šnekovému dopravníku. Vytěženou horninu odsunuje příčně uložený šnekový dopravník na stranu podél čištěného příkopu. Výložník lze nastavovat v požadovaném úhlu svahu příkopu. Výložníky dosahují do hloubky až 2,5 m. Podvozek stroje může být pásový nebo kolový. 5.4 Kolesový frézový rýhovač (fotografie 62) Používají se k údržbě nebo ke zvětšování profilu starých příkopů. Mohou pracovat pouze v horninách do 4. třídy rozpojitelnosti a částečně 5. třídy rozpojitelnosti. Hlavním pracovním zařízením je koleso, po jehož obvodu jsou rozmístěny hroty z tvrdokovu (fotografie 63). Kolesem může operátor pohybovat tak, aby hroty rozpojovaly a současně vynášely horninu z příkopu ven

6 Zemní vrtací stroje Jsou určeny pro vytváření otvorů různých průměrů v hornině a v požadované délce (hloubce). Lze provádět otvory v horizontálním, vertikálním směru a v jejich kombinaci (pod požadovaným úhlem). Mohou pracovat ve všech třídách hornin podle rozpojitelnosti. V závislosti na třídě rozpojitelnosti hornin je volen vrtací nástroj. Zemní vrtací stroj se skládá z podvozku (přívěs, návěs, automobil, zemní stroj), z motoru pro pohon vrtacího zařízení, nosiče vrtacího zařízení (integrovaná lafeta, výložník zemního stroje, účelový nosič stroje – tříbodový závěs traktoru) a příslušenství pro zabezpečení chodu stroje (kompresor pro dodávku tlakového vzduchu, odsávací zařízení, filtrační zařízení, elektrický generátor). Princip vrtání spočívá v rozpojování horniny na čele vrtu a jejím následným vynášením na povrch terénu. K rozpojování horniny může docházet ve středu dna vrtu, po obvodu nebo v celé ploše dna vrtu. Záleží na použitém vrtacím nástroji. Vrt je charakterizován ústím, stěnami a dnem vrtu. Vzdálenost mezi ústím vrtu a čelem vrtu je hloubka vrtu. Průměr vrtu je dán největší vzdáleností protilehlých stěn vrtu. 6.1 Funkční principy vrtných systémů 1. Rotační vrtání 2. Rotačně příklepové vrtání 3. Příklepové vrtání

104

1. Rotační vrtání Vrtací nástroj koná otáčivý pohyb a současně řezný břit nástroje je osově stálým tlakem přitlačováno do horniny silou, která způsobuje, že břit je nepřetržitě v dotyku s horninou a kontinuálně ji rozpojuje. a) vrtání na celý profil (řezný břit se podílí na rozpojování v celém ústí vrtu) (fotografie 67); b) vrtání jádrové (pracovním nástrojem je dutý válec s čelními zuby) (fotografie 68); c) vrtání valivé (valivé dláto se rovnoměrně otáčí a současně na ně působí velká osová síla zvaná přítlak; d) kombinace výše uvedeného. 2. Rotačně příklepové vrtání Nástroj vytvoří v hornině příklepem vrub a následným pootočením nástroje se hornina odděluje v třískách. 3. Příklepové vrtání Nárazem úderníku vrtacího kladiva na vrtací tyč spojenou s vrtacím nástrojem dochází na jeho břitu k rozpojení horniny. Po každém úderu následuje pootočení břitu o určitý úhel. 6.2 Rozdělení vrtných souprav podle konstrukční koncepce: 1. Vrtací sloupy Po sloupu se pohybuje příklepové vrtací kladivo poháněné vzduchem bez stálé obsluhy. Používá se tam, kde nasazení vrtací soupravy z hlediska přístupnosti terénu není možné 2. Vrtné soupravy vlečené Pohybují se pouze po blízkém okolí pracoviště. Zdrojem pohonu je elektrohydraulický agregát nebo kompresor. 3. Vrtné soupravy samohybné Pohybují se na speciálním podvozku a jsou řízeny obsluhou, která je mimo stroj. 4. Vrtné soupravy samojízdné Pohybují se na podvozku jiných zemních strojů a využívají systémů ovládání a pohonu ze stroje, na jehož podvozku a pracovním zařízení jsou připevněny 6.3 Rozdělení podle způsobu pohybu: a) samojízdné s vlastním agregátem pro pohon (na automobilním podvozku, na pásovém podvozku)(Fotografie 65, 66); b) přívěsné (na samostatném přívěsu, který je tažen mobilním energetickým prostředkem, systém UNI, VARI); c) návěsné (v tříbodovém závěsu traktoru); d) přídavné vrtací soupravy (pásové podvozky rýpadel, v ramenech výložníku UNC, místo rýpacího zařízení UZS) (fotografie 69); e) ručně vedené s pojezdem, bez pojezdu (na kolovém podvozku, s opěrným kolem, koly); 105

f) ručně nesené (s vlastním pohonem, s pohonem externím). 6.4 Rozdělení podle průměru a hloubky vrtaných otvorů: a) malé b) střední c) velké

40 - 350 mm 400 - 1200 mm 1200 - 2700 mm

do 15 - 25 m 25 - 250 m 250 - 1000 m

6.5 Předpokládané využití zemních vrtacích strojů a) b) c) d) e) f) g) h)

otvory pro trhací práce v lomech; otvory pro sloupy vedení, oplocení, sadbu stromů, dopravní značení, ohradníky, reklamní billboardy; horizontální vrtání pro položení sítí pod objekty, komunikacemi; vrtané studny, tepelná čerpadla; meliorační objekty, trativody; zapouštění podpěr (piloty) mostů; vrtání otvorů pro železobetonové výztuhy (injektáž) při zpevňování břehů, hrází, podloží; geologické sondy.

7 Stabilizační frézy Stabilizační fréza je stroj na kolovém podvozku, který je určen ke zpracování hornin pro zlepšení jejich mechanických vlastností (fotografie 72). Jejím hlavním pracovním nástrojem je mohutný rotor, na jehož obvodu jsou umístěna kladiva s hroty (fotografie 73). Rotor je umístěn mezi nápravami v krytém prostoru. Tento prostor se nazývá směsná komora (fotografie 74). Prostřednictvím rotoru dochází k rozpojování určité tloušťky horniny (až 400 – 550 mm). Hornina se ve směsném prostoru rozbíjí na menší části, míchá s určitými pojivy, která jsou do směsné komory dávkována a kontrolovaně je opět ukládána. Druh a množství přidávaného pojiva je přesně stanoveno laboratorním rozborem upravovaných zemin, který zlepšování předchází. Pohon všech kol a řízení všech kol zajišťují dobrou trakci a manévrovací schopnosti stroje i ve složitém terénu. Pohon stroje je hydrostatický. Dávkování pojiva lze nastavit v závislosti na rychlosti jízdy a tak lze měnit obsah pojiv a emulzí. 7.1 Předpokládané využití stabilizační frézy a) Při místní úpravě hornin při zemních pracích, zvláště při úpravě jemnozrnných zemin vápnem. To umožňuje využít naplavených a jílových zemin, které by jinak byly pro své vlastnosti vyváženy na skládku a nahrazovány novým sanačním materiálem; b) Při technologii zlepšování zemin je využívána ke zlepšení mechanických vlastností hornin, zejména jejich zpracovatelnosti, zvýšení únosnosti, odolnosti vůči zátěži a odolnosti proti účinkům klimatu; c) Při využití místního nebo naváženého materiálu, kdy se materiál zpracovává přímo v zemním tělese mísením s jinou zeminou nebo se sypkými či kapalnými pojivy. Nejčastěji se používají sypká pojiva a to hlavně nehašené vápno, cement nebo jiná pojiva, například glorit; d) Při technologii pro úpravu nenosných půd se stabilizačními přísadami; e) Při technologii vedoucí ke změně zrnitosti nebo obsahu vody v podkladu.

106

Hlavními oblastmi nasazení jsou stavby, cest, cyklistických stezek, silnic, kde se zlepšuje únosnost podkladu. Také se používá na skládkách, kde se zhotovuje směs pro základní utěsnění skládek proti podzemní vodě.

8 Mechanizace určená k odstraňování melioračních a stavebních plochách

nežádoucích

nárostů

na

Nežádoucí nárosty jsou tvořeny: • travinami a bylinami rostoucími na povrchu; • buření a odumřelých částí bylin; • křovím a odumřelými zbytky dřevin; • nálety dřevin různého stáří = jednoleté a víceleté (výška); • jednotlivými stromy různého stáří; • pozůstatky odumřelých dřevin (pařezy, vývraty, zlomy kmenů) • směsí komunálního odpadu a dřevin na černých skládkách; • nevyužívané řízené nárosty (sady, plantáže); • naplaveniny (nánosy) tvořené směsí dřevin a bylin. Proč jsou nárosty a jejich zbytky nežádoucí: a) brání pohybu mechanizace a pracovníků při jejich činnosti; b) mohou být příčinou úrazů a požárů; c) překáží při provádění zemních prací a při dopravě; d) jsou příčinou zanášení objektů odvádějících vodu ze stavby. 8.1 Rozdělení mechanizace podle způsobu odstranění nežádoucích nárostů 1. Mechanizace pro seříznutí nadzemní části bylin a dřevin (oddělení od kořenů) 2. Mechanizace pro odstranění bylin a dřevin z půdy (vyjmutí) 3. Mechanizace pro likvidaci nadzemní části bylin a dřevin (bez operace seřezávání) 4. Mechanizace pro sběr a soustředění oddělených částí bylin a dřevin 5. Mechanizace pro zpracování nadzemní (kmeny a větve) a podzemní (kořeny) části bylin a dřevin 1. Mechanizace pro seříznutí nadzemní části bylin a dřevin (oddělení od kořenů) a) motorová řetězová pila b) křovinořez c) žací stroje (nožové, bubnové, cepové) d) harvestr e) nůžky na dřeviny 2. a) b) c) d) e)

Mechanizace pro odstranění bylin a dřevin z půdy (vyjmutí) rýpadlo dozer UZS Přesazovač Naviják (UKT, dozer)

107

3. Mechanizace pro likvidaci nadzemní části bylin a dřevin (bez operace seřezávání) a) drtič s horizontální osou rotace b) mulčovač c) dozer (UZS, nakladač) d) grejdr 4. Mechanizace pro sběr a soustředění oddělených částí bylin a dřevin a) shrnovač klestu b) vyvážecí traktor s klanicemi (vyvážecí souprava) c) čelní nakladač d) vazač klestu 5. Mechanizace pro zpracování nadzemní (kmeny a větve) a podzemní (kořeny) části bylin a dřevin a) štěpkovače b) fréza na pařezy c) rotační kladivový rozbíječ d) štípače e) míchací vozy 8.2 Drtiče biomasy Drtiče biomasy pracují na principu rotujících válců, které jsou po obvodu opatřeny několika kladivy s velmi odolnými břity a k těmto břitům je přiváděn dřevní odpad. Kladiva jsou různého provedení (konstrukce a tvaru). Liší způsobem uchycení na rotoru (volná a pevná kladiva). 8.2.1 Drtič nesený s horizontální osou rotoru (Fotografie 76) V některých případech konstrukce drtičů je využit pouze jeden horizontálně rotující válec (jako u kladivových rotačních rozbíječů, fréz na pařezy, resp. drtičů lesního odpadu), který je nesen těsně nad zemí a jehož kladiva „tlučou“ do materiálu, resp. do povrchu země. Rotor je poháněn prostřednictvím převodovky a vývodové hřídele z traktoru a je nesen v zadním tříbodovém závěsu traktoru (jako nosiče lze využít i některé zemní stroje). Délka rotoru je variabilní a záleží na podmínkách při prováděné práci. V omezených průchodech může být nasazen drtič s rotorem šířky 120 cm, pro velkoplošné nasazení jsou k dispozici rotory šířky 250 cm. Stroj nesoucí drtič pojíždí po ploše, na které má být dřevní materiál zpracován nebo couvá do míst, kde jsou stromky vzrostlé natolik, že brání průjezdu stroje. Pomocí rámu jsou stromky ohnuty natolik, že jejich kmeny jsou zasaženy kladivy rotoru, položeny v ose stroje na povrch půdy a postupně jsou rozvlákněny. Drtiče nesené v závěsu traktoru mohou rozvlákňovat rostoucí stromy do průměru na pařezu 20 až 30 cm, do hloubky 20 až 40 cm. 8.2.2 Mobilní uzavřené drtiče pro zpracování odpadní dřevní hmoty (Fotografie 75) Mobilní uzavřený drtič je obecně stroj, který zpracovává určitý výchozí materiál na požadované formy produkce (fyzikální vlastnosti). Působením specifického pracovního orgánu vytváří drtič produkt požadovaných vlastností, vždy několika menších objemů, než zaujímal výchozí objem. Lze také nastavit maximální i minimální velikost dílčích objemů

108

drceného materiálu a také selekci různých materiálů, které se nacházejí v drceném materiálu (minerály a kov, dřevo a kov). K redukci objemu může dojít okamžitě nebo postupně několikanásobným působením pracovních orgánů stroje. Pracovním orgánem může být břit kladiva, nárazová plocha, rovná drtící čelist, hrot, kuželová drtící plocha, válcová drtící plocha, ozubená kola a pod. V drtičích a mlýnech je materiál rozmělňován v principu úderem, nárazem, roztíráním, tlakem a štípáním. Z hlediska otáček rotorů mobilních uzavřených drtičů lze rozdělit drtiče na pomaluběžné (Fotografie 78) (36 – 46 ot.min-1) a rychloběžné (Fotografie 77) (900 - 1200 otáček za minutu). Rychloběžné drtiče jsou určeny pro zpracování běžného dřevního odpadu, který je ve formě stromků, větví, klestu a podobně. Pomaluběžné drtiče zpracovávají dřevní odpad, který je ve formě propletených křovin, pařezů, stavebního dřeva, starého dřeva, nábytku a podobně. Průměry rotorů se pohybují v rozsahu 0,6 až 1,2 m u rychloběžných drtičů a 0,6 až 0,8 u pomaluběžných drtičů. Obvodová rychlost kladiv u rychloběžných drtičů dosahuje rychlosti 42 až 76 m.s-1. Například rychloběžný drtič Doppstadt, model AK 430 disponuje pracovními otáčkami 1000 ot.min-1 a průměrem rotoru 1,1 m, na němž je připevněno 36 kladiv. Průměr rotoru se tedy ještě zvětší délkou kladiva. Drtiče jsou poháněny motory s výkonem od 150 kW až po 450 kW. Hmotnost strojů se pohybuje v rozsahu 15 000 kg u menších modelů a 45 000 kg u větších modelů (například drtiče firmy Doppstadt). K pohonu mobilních drtičů jsou využívány motory s výkony podle předurčení pro zpracovávaný materiál a požadovanou výkonnost. Lze nalézt mobilní přívěsné drtiče s motorem o výkonu 53 kW pro zabezpečení jejich teoretické výkonnosti 25 m3.h-1, ale také drtiče s výkonem motoru přes 320 kW s teoretickou výkonností 170 m3.h-1. Výrobce JENZ ve své technické dokumentaci k drtičům uvádí, že výkonnost středního, rychloběžného, mobilního uzavřeného drtiče (model AZ 35-120) je při zpracování zeleně 60 m3.h-1, při zpracování kůry je výkonnost 120 m3.h-1, při zpracování stavebního dřeva je výkonnost 50 m3.h-1. U velkého drtiče firmy JENZ (model AZ 660) je výkonnost následující: Při zpracování zeleně 150 m3.h-1, při zpracování kůry je výkonnost 220 m3.h-1, při zpracování stavebního dřeva je výkonnost 110 m3.h-1. Rychloběžný drtič využívá jako pracovní části jeden rotor, který je umístěn kolmo na osu podvozku v jeho zadní části (Fotografie 79). Dopravníkem a podávacím (vtahovacím) válcem je k jeho pracovní části přiváděn z násypky materiál. Pracovní část tvoří rotor s otočně připevněnými kladivy, u něhož lze zastavit, resp. změnit směr otáčení v případě vzniklých problémů, například při zpracovávání kmenů větších průměrů vlhkých dřevin. Veškerá činnost stroje je ovládána operátorem prostřednictvím dálkového ovládání. Materiál je z násypky posunován dopravníkem a vtahovacím otvorem k rotoru prostřednictvím vrubovaného podávacího válce, nebo prostřednictvím dvou válců, které jsou uspořádány s vodorovnou i svislou osou rotace (boční podávání). U některých strojů (například Pezzolato) je posun materiálu realizován pásovým dopravníkem, nad nímž je přítlačný pás, který materiál stlačuje a posunuje k rotoru s kladivy. Po zpracování je transportován hydraulicky nastavitelným dopravníkem nebo výhozem za stroj nebo vedle stroje. Pro dosažení požadované velikostní struktury zpracovaného materiálu jsou k dispozici síta (koše) s různě velkými otvory. Velikost výstupního materiálu je volena použitím sít s různou velikostí otvorů (v rozsahu 50 – 300 mm). Podvozky drtičů jsou jednoosé nebo víceosé, záleží na velikosti drtiče. Mohou být vybaveny vlastním pojezdem nebo jsou konstruovány jako přípojné, resp. jako jejich kombinace. Vlastní pojezd slouží k pohybu stroje na pracovišti, například při ukládání zpracovaného odpadu na povrch skladovací plochy, resp. pro optimalizaci cyklů (způsobů zajíždění) externího nakládacího mechanismu (nakladače). Na pracoviště jsou drtiče dopravovány pomocí mobilního energetického prostředku, nejčastěji traktoru.

109

Pomaluběžné drtiče využívají jednoho nebo dvou rotorů, které jsou umístěny na mobilním podvozku rovnoběžně s osou podvozku (Fotografie 80). Po obvodu rotorů jsou kladiva různého uspořádání z hlediska vzájemné vzdálenosti od sebe, upevnění a jejich počtu. Ke zpracování dochází činností kladiv, která drtí materiál o protiostří drtícího hřebenu. Drtící hřeben je možné hydraulicky ovládat, čímž dochází k regulaci velikosti rozdrceného materiálu. Materiál může být vkládán do široké násypky nebo na dopravník pomocí drapáku integrovaného hydraulického jeřábu s drtičem. Také může být vkládán externím strojem, například kompaktním nakladačem, resp. teleskopickým nakladačem (rýpadlem), který je opatřen vhodným adaptérem pro manipulaci s dřevinami. 8.2.3 Předpokládané využití drtičů Drtiče lze použít při likvidaci rostoucích dřevin, které překážejí v činnosti nebo ohrožují bezpečnost silničního provozu, bezpečnost elektrických sítí, splavnost potoků a řek (vytěžené dřeviny nesmí zůstat ležet podél břehů, protože by mohly být transportovány velkou vodou do místa, kde by vytvořily „bobří hráz“) nebo ohrožují pohotovost (plánovaný průtok vody) melioračních objektů (kanály, příkopy). Likviduje se jimi nadzemní část rostoucích dřevin a částečně i podpovrchová část dřevin. V těchto případech není realizován sběr dřevin, ale pouze se sleduje to, aby dřevina svým růstem negativně neovlivňovala prostředí, kde se nachází. Drtiče lze použít při likvidaci nebo řízeném zpracování naplaveného dřevního odpadu po povodních (jsou to většinou pískem znečištěné větve, zlomené kmeny, keře a také dřevěné konstrukce rozmanitého původu s hřebíky, vruty a dráty), při likvidaci zachycených plovoucích zbytků u přehrad (odpad s povrchovým průnikem kameniva a písků), při odstranění zbytků z neznámých zdrojů (nejčastěji při likvidaci černých skládek), zbytků z kalamitních závalů (vyvrácené dřeviny s obaleným kořenovým systémem), při zpracování dřevin přejížděných kolovou a pásovou mechanizací (obalené půdou, horninami, stavebními hmotami apod.), při zpracování dřevin po rekultivacích rybníků a čištění řečišť, které byly zaplaveny vodou a pronikly do nich křemičité kaly a zachytily se na jejich povrchu nedřevnaté částice, při likvidaci skládek rozmanitého dřevního odpadu po úklidu stavenišť, skladovacích a komunálních ploch. 8.2.4 Předpoklady pro dosažení optimální výkonnosti drtiče a) Příprava zpracovávaného materiálu spočívá v tom, že materiál je nakrácen tak, aby mohl být snadno vložen do násypky drtiče a obsluha nakladače nemusela s ním složitě, resp. zdlouhavě manipulovat. Maximální délka zpracovávaného dříví (dřevního odpadu) rychloběžnými drtiči by měla být 2 násobek délky násypky. Například při optimální vzdálenosti a umístění drtiče vzhledem ke skládce, dosahuje teleskopický nakladač s víceúčelovou lopatou se svěrným vidlicovým drapákem (s teoretickým objemem 0,8 m3) průměrného cyklu 32,44 s. To je za předpokladu, že dřevní odpad je na skládce urovnán do maximální výšky 2 metry a délkově odpovídá délce násypky drtiče. Pokud je odpad délky maximálně 3 metry (převážně větve do průměru 8 cm), je propleten na vysoké skládce, která je již prorostlá bylinami, protože zde byla uložena již například přede dvěma roky, délka průměrného cyklu nakladače je 48,18 s. Je to způsobeno potížemi s uchopením materiálu do lopaty. Pokud je skládka neurovnaná (plošně rozprostřená), obsahuje různorodý materiál (kmeny stromů do průměru 15 cm, propletené větve, délky stromů přesahující délku násypky, délka průměrného cyklu nakladače je 75,13 s.;

110

b) Není nutné drcením zpracovávat veškerý materiál z prováděné údržby. Měl by se sortimentovat dřevní odpad i pro jiné využití (palivo do klasických topenišť, výrobky ze dřeva, stavební dříví, ohrady, oplocenky). Například výřezy kmenů větších průměrů naleznou výhodnější uplatnění v dřevozpracujícím průmyslu, než jako energetický produkt nebo přísada do kompostu; c) Lépe se manipuluje s krátkým svazkovaným dřívím uloženým na skládky do výše 2 metry, umístěným kolmo na osu přijíždějícího nakládacího stroje; d) Manipulační prostor pro nakladač musí umožňovat kolmé najetí ke skládce a také k drtiči, aby byl cyklus nakládání maximálně 36 s, protože přibližně za tuto dobu zpracuje drtič vloženou surovinu. Například lopatu stavebního odpadního dřeva zpracuje rychloběžný drtič za průměrný čas 31,16 s, tutéž lopatu tvrdého dříví z lesní těžby zpracuje za průměrný čas 35,53 s; e) Nakládací mechanismus (nakladač) musí být vybaven lopatou (drapákem) s objemem v optimální vazbě na velikost násypky drtiče; f) Mokré kmeny větších průměrů se obtížně zpracovávají rychloběžnými drtiči, protože zuby přítlačného válce kloužou po vláknech a kladiva rotoru obtížně oddělují dřevní hmotu, dochází k zahřívání, až k lokálnímu pálení dřeva; 8.3 Mulčovače Mulčovač je návěsný nebo přívěsný stroj poháněný prostřednictvím vývodové hřídele nebo hydromotoru mobilního energetického prostředku (Fotografie 81). Jedná se v podstatě o žací stroj, protože je používán k přerušení vláken travin a bylin těsně nad zemí. Produkt tohoto mulčovacího sečení není vhodný pro hospodářské využití (jako seno, krmivo pro zvířata a zvěř) protože obsahuje nežádoucí příměsi, které jsou zvednuty z povrchu. Mulč je v podstatě jakýkoliv pokryv povrchu půdy organickým materiálem. Může to být sláma, posečená tráva, listí, kůra, rostlinný odpad a podobně. Mulčovače jsou určeny: a) k likvidaci částí rostlinné biomasy rostoucí nad povrchem půdy (bylin a jiného organického materiálu), se současným zpracováním biomasy na hmotu vhodných vlastností s následným rovnoměrným rozprostíráním této biomasy na povrchu půdy. Může se jednat o rostoucí i odumřelé části biomasy. Před rozprostíráním předchází promísení jednotlivých částí biomasy. b) k likvidaci rostoucích i odumřelých dřevních náletů stromů a dřevin a odumřelých travin v místech, kde jsou jako pokryv půdy nežádoucí (hráze, příkopy, okolí cest, vstupy do poldrů). Mulčováním je omezen jejich další růst a je snížena tak četnost ošetřovacích zásahů. Mulčování ve smyslu ponechání rozdrcené biomasy na porostu se používá v zemědělské i trávníkářské praxi v případech, kdy není využití pro vyprodukovanou hmotu nebo by její odvoz a zpracování byly zbytečně pracné a nákladné. Běžně je uplatňováno u extenzivních krajinných trávníků, např. podél komunikací.

111

Mulčovače pracují na principu rotujícího válce - rotoru, na kterém jsou po obvodu v řadách, buď rovných nebo spirálovitě zahnutých, umístěna volně otočná kladiva s velmi odolnými břity (fotografie 82). Kladiva jsou připevněna tak, aby se mohla volně pohybovat. Variabilní je jejich rozteč (vzdálenost od sebe). Kladiva se liší svým provedením (typ „V“, „T“, „L“) (Fotografie 88). Rotor je umístěn v krytu mulčovače a v zadní části je opatřen ochrannými řetězy nebo manžetou, aby nedocházelo k vylétávání zpracovávaného materiálu. Rychlost jízdy mobilního energetického prostředku musí být přizpůsobena charakteru zpracovávaného materiálu, konfiguraci terénu a výskytu překážek v pruhu. Pracovní rychlost se pohybuje v rozmezí 1,5 – 2,0 m.s-1. Měrný odpor při mulčování travin se pohybuje v rozmezí 0,8 – 1,2 kN.m-1 a při mulčování dřevin je měrný odpor v rozmezí 1,4 – 1,8 kN.m-1. Výška mulčování je nastavována: a) pomocí válce umístěného v zadní části mulčovače (údržba luk a komunálních ploch), b) pomocí opěrných kol (při práci v zemědělství), c) prostřednictvím bočních ližin, d) hydraulickým závěsem. Způsob nesení mulčovače a) Mulčovač je nesen v zadním tříbodovém závěsu traktoru nebo v přední části stroje, u něhož je k dispozici hřídel v přední části a mechanismus ovládání (Fotografie 81, 82 a 83). Mulčovače s menší šířkou záběru jsou neseny v závěsech na malotraktorech (Fotografie 85) b) Mulčovače je nesen výložníkem zemního stroje (smykem řízený nakladač, rýpadlo, univerzální zemní stroj) a rotor je poháněn vývodovou hřídelí mechanizačního prostředku (traktoru) pomocí krátkého kloubového hřídele nebo hydraulickým olejem ze soustavy zemního stroje. Tlak oleje pohání hřídel hydromotoru. c) Mulčovače je nesen mobilním energetickým prostředkem (systémovým nosičem) se zvláštními podvozky pro jízdu ve složitém terénu (málo únosný, svahy) (Fotografie 84). d) Mulčovač je nesen malým víceúčelovým nosičem pro údržbu komunálních ploch v omezených průchodech na členitých plochách (Fotografie 87). Z hlediska šířky záběru zpracování lze rozdělit mulčovače na: a) mulčovače jednosekční (1 rotor) – šířka záběru se pohybuje v rozmezí 90 – 260 cm b) mulčovače vícesekční (velkpološné, které jsou složeny ze 3 až 5 sekcí) – šířka záběru se pohybuje v rozmezí 400 až 800 cm. Z hlediska způsobu jejich nesení a ovládání lze rozdělit mulčovače na: a) Horizontální umístěné v ose traktoru (stroje) (Fotografie 81) b) Horizontální s možností bočního vychýlení (posun do stran) (Fotografie 85) c) Horozintální s automatickým vyosením při nárazu mechanického čidla na překážku c) Příkopové s umístěním na hydraulickém rameni stroje (možnost naklápění rotoru v určitém úhlu) (Fotografie 86) d) Savahové umístěné na rameni hydraulického jeřábu nebo na násadě rýpadla 8.3.1 Výkonnost mulčovačů

112

Orientačně lze stanovit plošnou výkonnost při likvidaci nežádoucích bylinných nárostů mulčováním: 3600 . W . v . kč Q = -------------------- (m2.h-1) n kde: W - šířka záběru stroje v - rychlost jízdy mobilního energetického prostředku kč - součinitel časového využití n - počet jízd ve stejném úseku

(m) (m.s-1) (0.75) (zpravidla = 1)

8.4 Motorové řetězové pily Motorová řetězová pila je tvořena řezací částí, která je tvořena nekonečným hoblovacím řetězem vedeným v drážce lišty (fotografie 90) a řetězkou, která uvádí řetěz do pohybu (fotografie 91). Motorovou část tvoří motor s ovladači a systémem zajištění chodu motoru. Při práci je pila nesena pracovníkem, který směruje lištu s řetězem do místa řezání. Řezným nástrojem řezného ústrojí pil je řezací hoblovací řetěz (fotografie 89). Hoblovací zub řetězu odebírá v řezu přesně stanovenou tloušťku hobliny e, která je určena výškovým rozdílem mezi omezovacím zubem a hřbetním břitem a šířku hobliny b, která je dána rozměrem zubu řezacího řetězu. Zub se pohybuje obvodovou rychlostí v. Rozlišují se tři základní směry řezání. Při řezání kolmo k vláknům je směr řezání kolmý k průběhu dřevních vláken, při řezání podél vláken je směr řezání rovnoběžný s průběhem vláken. Síla, kterou se břit do dřeva zatlačuje, se nazývá řeznou silou F. Skládá se ze tří složek: a) ze síly potřebné k vniknutí nástroje do dřeva a deformaci dřeva v blízkosti řezné hrany b) ze síly potřebné k oddělování třísky její deformací, c) ze síly potřebné k překonání tření mezi třískou, nástrojem a ostatním dřevem. Určení jednotlivých složek řezné síly je velmi obtížné, protože se podmínky při řezání neustále mění. 8.4.1 Výkon spotřebovaný na řezání Výkon spotřebovaný na řezání lze vypočítat ze vztahu: P = F . v (W) kde: F - řezná síla v - rychlost pohybu břitu

(N) (m.s-1)

Řeznou sílu elementárního břitu lze vypočítat ze vztahu: F=k.b.e kde: k - měrný řezný odpor dřeva

(N) (N.mm-2)

113

b e

- šířka třísky - tloušťka třísky

(mm) (mm)

Měrný řezný odpor dřeva je proměnná veličina, kterou ovlivňuje mnoho faktorů. Jsou to především: druh dřeviny, vlhkost dřeviny, směr řezání vzhledem ke směru dřevních vláken, úhel řezu, tloušťka třísky, stupeň opotřebení břitu a řezného nástroje, počet břitů podílejících se na řezání a rychlost posuvu do řezu. Řeznou sílu při řezání vícebřitým nástrojem lze vypočítat ze vztahu: vp Fř = k . b . h .------ (N) v kde: k - měrný řezný odpor (N.mm-2) b - šířka řezné spáry (mm) h - výška řezné spáry (mm) vp - rychlost posuvu (rychlost vnikání pily do dřeva) (m.s-1) (m.s-1) v - rychlost pohybu zubů řetězu Měrný řezný odpor je proměnná veličina, kterou lze uvést vztahem: k = k0 . kd . ke . ks . kn . kv . k t . kp kde: k0 - základní měrný řezný odpor (N.mm-2) - koeficient vyjadřující druh dřeviny kd - koeficient vyjadřující vliv tloušťky třísky ke ks - koeficient vyjadřující vliv úhlu řezu vůči vláknům - koeficient vyjadřující otupení břitu nástroje kn - koeficient vyjadřující vlhkost dřeviny kv kt - součinitel vyjadřující tření (řetěz o lištu) - koeficient vyjadřující vliv průměru dřeviny kp 8.4.2 Výkonnost při práci s motorovou řetězovou pilou Výkonnost je ovlivněna mnoha faktory. Jednak jsou to faktory, které ovlivňují řeznou sílu a potom faktory, které s sebou přináší prostředí. Například charakter uspořádání a rozmístění dřevin v terénu, tloušťka kmenů, druh dřevin a mnoho dalších. V praxi se výkonnost nepočítá. Z experimentálních měření na katedře zemědělské techniky v roce 2008 byl zjištěn orientační čas na zpracování jehličnanů (smrků) o průměrném objemu jednoho stromu 2 m3 v délce 8,4 minuty na zpracování 1 m3. Zpracováním se rozumí odvětvení stromu a jeho sortimentování na výřezy různých délek. 8.4.3 Předpokládané využití motorové řetězové pily a) Kácení, odvětvování a sortimentace rostoucích stromů; b) Krácení a sortimentace kalamitních vývratů a zlomů;

114

c) Odvětvování stromů, jejichž větve překážejí v činnosti nebo ohrožují bezpečnost provozu nebo chůze; d) Odstraňování poškozených dřevin nebo jejich částí, které hrozí pádem; e) Zpracování ležících dřevin na využitelný produkt (palivové dříví);

8.5 Štěpkovače Štěpkovač je stroj, který zpracovává dřevní odpad k usnadnění jeho dopravy a dalšího využití. Působením jeho pracovního mechanismu na zpracovávaný dřevní materiál vzniká strojně nakrácená a naštípaná dřevní hmota na částice o délce od 3 do 50 mm. Tomuto produktu se říká štěpka. Štěpkovač se skládá z kolového (Fotografie 92) nebo pásového podvozku (Fotografie 93) (mobilní štěpkovač – nebo stabilního rámu (stacionární štěpkovač), na němž je stroj fixován, pohonné jednotky (spalovací motor, elektromotor, externí mobilní energetický prostředek), pracovního mechanismu, vstupní a výstupní sekce a systémového příslušenství. Přívěsné štěpkovače jsou opatřeny jednoosým nebo dvouosým podvozkem a k pohonu pracovního orgánu jsou vybaveny vlastním spalovacím motorem (Fotografie 94) nebo jsou poháněny prostřednictvím vývodové hřídele mobilního energetického prostředku (Fotografie 94). Štěpkovací stroje jsou vyráběny v mnoha velikostních kategoriích, v závislosti na nich disponují i teoretickou výkonností. Velmi výkonné štěpkovače jsou vybaveny integrovaným hydraulickým jeřábem pro vkládání dřevní suroviny ke vtahovacímu válci (Fotografie 95). Vyfukování štěpky je realizováno do kontejneru, který je součástí štěpkovače (Fotografie 96). Štěpkovače svými břity na noži přeřezávají dřevní vlákno. (na rozdíl od drtičů, které dřevní surovinu rozvlákňují, přetrhávají nebo drtí tlakem nebo úderem břitů kladiv). Nože štěpkovačů rotují po obvodu řezného ústrojí (Fotografie 97 a 99) a přicházejí do řezu svými břity na průběžně přisouvaný dřevní odpad. Nože jsou vyráběny v několika geometrických modifikacích (rovnoběžník, lichoběžník, kruh), rovnostranný trojúhelník, kruhová výseč, obdélník, čtverec). Optimální obvodová rychlost břitů nožů zajišťuje bezproblémový řez vláken a transport (výhoz) zpracovaného materiálu. Průběžný posuv dřevního odpadu do místa zpracování (přeřezání) realizují zpravidla svěrné podávací ozubené (drážkované) válce. Válce jsou uloženy s horizontální osou rotace nebo s vertikální osou rotace. Tento nucený posuv materiálu je řešen zpravidla soustavou podávacích válců s nuceným pohonem závislým nebo i nezávislým na otáčkách nožového setrvačníku (mechanický nebo hydraulický pohon), je nejčastějším vybavením pojízdných štěpkovačů. Podávání materiálu je realizováno buď ručně do vstupního hrdla (fotografie 98), nebo dopravníkem, na který je dřevní odpad vkládán hydraulickým jeřábem, zejména u velkých štěpkovačů. V některých případech je vkládání řešeno také kombinovaně gravitací s vtahováním působením vtahovací síly, které je dosaženo šikmým vstupem dřevního vlákna na břit nožů na rotujícím disku nebo šikmo postaveným nožovým diskem (u malého zahradního štěpkovače) a šroubovicí řezacího nože. Vstupní hrdlo bývá široké pro usnadnění vkládání rozvětvených částí nebo svazků dřevin. Postupně se zužuje a nejmenší průřez je těsně před podávacími válci. Po obvodu vstupního hrdla je montován mechanický resetovací

115

systém podávacích válců, který v případě stlačení systému (obvodová tyč kolem hrany) obsluhou zajistí bezpečnost obsluhy. Štěpka je buď vyhazována nastavovatelným (otočným) výfukem do korby odvozního prostředku (Fotografie 101 a 104), nebo vynášena dopravníkem do korby, resp. kontejneru odvozního prostředku (Fotografie 101) nebo u malých modelů štěpkovačů je to do nádoby, která je umístěna pod strojem nebo vedle stroje (Fotografie 103).

Štěpkovače lze rozdělit podle několika kritérií, například podle druhu řezného ústrojí: a) Řezné ústrojí diskové b) Řezné ústrojí bubnové c) Řezné ústrojí v podobě šroubovice d) Jiné řešení Diskové řezné ústrojí se vyznačuje tím, že řezací nože jsou uloženy na setrvačníku v rovině kolmé k ose otáčení. Nože jsou uloženy radiálně a jejich počet je v rozmezí od 2 do 7. Průměr setrvačníku je od 720 mm do 2000 mm. Bubnové řezné ústrojí je charakterizováno tím, že nože jsou uloženy na povrchu pláště bubnu s břity rovnoběžnými s osou otáčení. Způsob uložení nožů umožňuje menší rozměry setrvačníku při relativně větších rozměrech vstupního prostoru. a šnekové (podle typu použitého šneku) až do 80 mm. Řezné ústrojí využívající šroubovice (šneku) seřezáváním odděluje šikmo vlákna dřevin. Jiné řešení využívá například firma Eliet. Výrobce reaguje na skutečnost, že se dřevo skládá z vláken, která ve vrstvách tvoří masivní dřevní hmotu. Dřevo má rovnoběžně s vlákny nižší soudržnost než je tomu napříč. Pomocí pevně fixovaných nožů se dřevo rozštěpí a rozsekne ve směru vláken a potom je menší svazek vláken krácen na délku štěpky. Podle způsobu dopravy lze štěpkovače rozdělit na: a) Převozné; b) Přípojné (přívěsné); c) Nesené; b) Samojízdné Podle druhu podvozku lze štěpkovače rozdělit na: a) Kolovém podvozku (přívěs, návěs) b) Na kolovém podvozku automobilovém c) Na pásovém podvozku Podle velikosti, výkonnosti, popřípadě podle způsobu pohonu, lze štěpkovače rozdělit na: a) Zahradní - jsou určeny převážně pro zpracování zahradního odpadu (větve, kořeny, listí). Jsou přenosné, resp. lze je přemísťovat naklopením na 2 kola a tažením ručně na určené místo. Jsou určeny pro zpracování malého množství dřevního odpadu pro kompostování nebo

116

mulčování. Jejich využití pro energetické účely je vzhledem k jejich nízké výkonnosti a k charakteru zpracovávané hmoty nevýhodné. Výkon motoru je zde v rozmezí 1,6 – 2,2 kW. b) Malé - jsou charakterizovány tím, že nemají vlastní podvozek, jsou neseny na traktoru s výkonem motoru 15 až 40 kW. Tyto štěpkovače lze již využít pro zpracování dřevní hmoty pro energetické účely. Jako příklad lze uvést štěpkovač firmy Pezzolato, typ PZ 150, štěpkovacím systémem je buben se dvěma noži pro zpracování dřeva o průměru 15 cm, rozměry vstupního otvoru jsou 15 x 18 cm; zpracovávaná délka štěpky je v rozsahu 0,5 – 1,5 cm; otáčky vývodové hřídele traktoru 540 ot.min-1; potřebný minimální výkon traktoru je 15 kW. c) Střední štěpkovače - jsou konstruovány jako jednonápravové přívěsy tažené zpravidla traktorem nebo poháněny motory s výkonem 41 - 100 kW. Lze je využít pro zpracování dřevní hmoty pro všechny účely, protože délka štěpky může být variabilní. Jako příklad lze uvést štěpkovač firmy Eschlböck Biber; typ Bobr 7, štěpkovací systémem je buben s 8 noži pro zpracování maximálního průměru dřeva 35 cm; rozměry vstupního otvoru jsou 35 × 56 cm; zpracovávaná délka štěpky je v rozsahu 1, 2, 3 cm; otáčky vývodové hřídele 1000 ot.min-1; potřebný příkon 44 kW; teoretická výkonnost 300 m3.h-1. 8.5.1 Výpočet výkonnosti štěpkovače Výkonnost štěpkovače lze stanovit podle vztahu: Q = b . h . l . n . i . ρ . kč . kp . ko . 3600 (kg.h-1) kde: b - šířka vkládacího ústí (m) h - výška vkládacího ústrojí (m) l - délka štěpky (m) n - otáčky disku (bubnu) s noži (s-1) i - počet nožů na disku (bubnu) ρ - měrná hmotnost stlačeného dřevního materiálu (kg.m-3) kč - koeficient využití pracovního času (0.75) kp - koeficient pro plnodřevnost hmoty při průchodu vkládacím ústím (0.6 - 0.7) ko - součinitel nerovnoměrnosti plnění (1 pracovník = 0.4 až 0.6) Výkonnost štěpkovačů závisí na velikosti modelu a konstrukčních parametrech konkrétního stroje. Podle údajů výrobce konkrétního štěpkovače lze vypočítat jeho teoretickou výkonnost. Zde záleží například na rozměru vstupního hrdla, na otáčkách disku nebo bubnu, na počtu nožů, které zpracovávají materiál, na délce štěpky. Teoretická výkonnost je několikanásobně snížena vlivem charakteru zpracovávaného materiálu (tloušťka větví, způsob uložení, propletení dřevin), organizací a způsobem vkládání do vstupního hrdla (vzdálenost od vstupního hrdla), počtem pracovníků, kteří realizují vkládání (zda je vkládání kontinuální nebo s přestávkami). Například teoretická výkonnost se opírá o rozměry vstupního hrdla, resp. o jeho průřez. Uvažuje se skutečností, že hrdlo je kontinuálně zaplněno v celém průřezu vstupující dřevní hmotou (jako by byl ke štěpkovacímu mechanismu vkládán nekonečný hranol o rozměrech vstupního hrdla). To prakticky nelze realizovat ani za předpokladu, že vkládání budou provádět 3 pracovníci.

117

Při štěpkování lze vysledovat několik problémů. Například obtížná dostupnost (neprůjezdnost terénu vlivem nízké únosnosti, omezené profily, příkopy) dopravní technikou k místu, kde probíhá štěpkování. Odpad se tak musí přiblížit k cestě. Dalším problémem je rozmístění odpadu na velké ploše. Odpad musí být sbírán a shromažďován na deponie, ke kterým štěpkovač přijíždí, je nesen nebo tažen. Tuto činnost lze provádět různou mechanizací, například shrnovačem klestu, speciální lopatou na nakladači nebo smykem řízeným nakladačem s pracovním adaptérem, jímž lze sevřít svazek větví nebo kmenů. Druhou možností je, že mobilní štěpkovač s dobrými manévrovacími schopnostmi putuje za odpadem. Například stroje firmy Green Mech (Track-Chip TC 260MT70) nebo Eliet (Cross country) mohou na svých pásových podvozcích zdolávat i málo únosné podklady, svahy a mohou projíždět omezenými průchody, protože jejich šířka se pohybuje do 1800 mm. 8.5.2 Předpokládané využití štěpkovačů a) Zpracování nadzemních částí drobných dřevin (jejich využití pro průmysl nebo energetiku v nezpracovaném stavu je obtížné); b) Zpracování větví kácených stromů; c) Zpracování propletených a zkroucených dřevin; d) Cílené zpracování dřevin na štěpku pro energetické využití ve spalovnách; e) Cílené zpracování dřevin pro využití v zahradnictví (mulčování štěpkou); f) Zpracování překážejících dřevin v obtížně přístupných místech (koridory vysokého napětí). 8.6 Mechanizace pro klučení pařezů Pařezy se klučí vyrýpnutím, vytrhnutím a vystřelováním. Nejrozšířenějším způsobem je klučení dozerovou radlicí a rozrývačem na dozeru. Radlicí se pařez vyrýpne přímo s využitím pohybu tiltdozerové radlice, kdy se břit a hrana radlice dostane pod pařez. Pařez je s částečným kořenovým systémem vyvrácen a odsunut na skládku. Pokud je to velký pařez, uvolní se ze půda (hornina) tak, že stroj odtěží určitou tloušťku půdy kolem pařezu a také částečně oddělí kořeny od pařezu. Rozrývačem se pařezy klučí tak, že se rozrývač spustí za pařez a pojezdem stroje (dozer, grejdr) se současným naklopením rozrývače proti jízdě se pařez vytrhne s kořeny. Na stavbách je také využíváno lopaty rýpadel pomocí níž jsou pařezy hydromotorem lopaty a násady vyrýpnuty se současným naložením do lopaty. V oblasti lesnictví jsou používány tzv. klučící radlice, které jsou opatřeny, místo břitu, několika trny. 8.7 Frézy na pařezy Stroj používaný na frézování pařezů se nazývá fréza na pařezy. Sestává se z kolového (Fotografie 105) nebo pásového (Fotografie 106), energetického prostředku, který zajišťuje pohyb vlastního stroje a pohon pracovní části stroje. Stroje jsou přípojné, návěsné (Fotografie 110), závěsné (Fotografie 109), ručně vedené (Fotografie 108) nebo samojízdné (Fotografie 107). Pracovní část frézy na pařezy je tvořena kotoučem frézy (Fotografie 111) , na kterém jsou po obvodu přišroubovány nože s břity ze slinutých karbidů (Fotografie 112).

118

Průměr kotoučů je variabilní a závisí na velikostní kategorii frézy. Počet nožů umístěných na obvodu kotouče obecně závisí na jeho průměru (například průměr kotouče 400 mm nese 12 nožů, průměr 500 mm nese 18 nožů). Frézovací hlava je ovládána (zvedána, spouštěna a natáčena v určitém úhlu od osy stroje) několika způsoby. Může to být využitím tříbodového závěsu traktoru, pomocí hydraulicky ovládaného ramena jeřábu, násadou, resp. výložníkem rýpadel, univerzálních zemních strojů nebo výložníkem smykem řízených nakladačů. U malých strojů se spouštění a manipulace provádí ručně. Vertikálně rotující kotouč je poháněn prostřednictvím vývodové hřídele traktoru nebo pomocí hydromotorů, které využívají tlak a objem oleje z hydrogenerátoru mobilního energetického prostředku, jímž je frézovací hlava nesena. Princip činnosti spočívá v tom, že rotující kotouč s připevněnými břity po jeho obvodu, je dáván do řezu (břity jsou postupně ponořovány do dřevní hmoty pařezu) a nože ubírají hmotu pařezu ve vertikálních pruzích. Odřezaná hmota je rotujícím kotoučem vrhána směrem ke stroji. Obvodová rychlost břitů nožů se pohybuje v rozsahu 45 – 70 m.s-1. Frézy na pařezy jsou vyráběny v různých velikostech: a) Malé na jednoosém podvozku s pohonnou jednotkou pro pojezd i pohon o výkonu 9 až 20 kW a hmotností přibližně do 250 kg. Jsou to ručně vedené stroje s vlastním pohonem spalovacím motorem (firma LASKI dodává na trh stroj F 450, u něhož je využíván k pohonu elektromotor). Určeny jsou pro likvidaci pařezů a jejich částí do hloubky pod povrch terénu 120 - 200 mm; b) Střední jsou vyráběny v několika variantách. A) Jako poháněné vývodovou hřídelí traktoru a neseny v tříbodovém závěsu traktoru; B) Přívěsné nebo návěsné s jednoosým nebo dvouosým podvozkem s vlastním motorem pro pohon pracovní části; C) Kompaktní samojízdné stroje na pásovém podvozku (Fotografie 106 a 107); D) Závěsné na výložníku nebo násadě zemních strojů (Fotografie 109). Jsou určeny pro likvidaci pařezů a jejich částí do hloubky 350 mm. Výkon motoru pro pohon je v rozmezí 20 - 50 kW. c) Velké jsou poháněny motory o výkonu nad 50 kW. Jsou umístěny na podvozku jako přípojné nebo návěsné, resp. jako kompaktní samojízdné stroje na pásovém podvozku. c) Vytrhávání pařezů traktorovým navijákem Tato technologie je uplatňována zejména tam, kde vzhledem k obtížné průjezdnosti terénu (omezený profil, málo únosný terén, ostrov obklopený vodou apod.) nelze využít klučení mechanizací nebo frézováním frézami na pařezy. Klučení navijákem vyžaduje traktorový naviják s potřebnou tažnou silou a vhodným průměrem lana. Při klučení velkých pařezů je využíván systém jedné nebo více kladek a přírodní nebo umělé kotvy. Klučení navijákem je velmi obtížná a nebezpečná operace, protože dochází k sesmeknutí lana z pařezu. 8.8 Rotační kladivový rozbíječ (půdní fréza) Rotační kladivový rozbíječ (Fotografie 113) pevných povrchů je nesen v tříbodovém závěsu traktoru a jeho rotor je poháněn vývodovou hřídelí mechanizačního prostředku (traktoru) pomocí krátkého kloubového hřídele přes spojku a ozubené soukolí. Účinek kladivového rozbíječe pevných povrchů je vyvolán speciálními kladivy z tvrdokovu

119

(Fotografie 115 a 116), která jsou pevně nebo otočně uchycena po obvodu rotoru (Fotografie 114). Pohon rotoru je realizován od vývodové hřídele traktoru Rotor může rozbíjet povrch pod úroveň pojezdu v rozsahu zpravidla 20 - 40 cm. K nastavení hloubky zpracování slouží výškově stavitelné kluzáky. Rotační kladivové rozbíječe se mohou používat v horninách s různými požadavky na jejich rozpojení z hlediska konečné hrubosti zrna. 8.8.1 Potřeba energetického zdroje pro rotační kladivový rozbíječ Pro úspěšnost činnosti rotačního rozbíječe je nutné, aby byl k dispozici dostatečný výkon motoru Pe (kW). Výkon Pe je využit jednak pro vlastní pohyb stroje (pojezd traktoru) a také pro pohon rotoru. Důležitým požadavkem je zajištění konstantních otáček rotoru s pevnými kladivy při rozbíjení materiálu (zhutnělé horniny, asfaltových povrchů, cementobetonových krytů nebo kameniva stmeleného hydraulickým pojivem) v určitém průřezu. Průřez je dán šířkou záběru, tedy délkou rotoru a hloubkou zpracování. Výkon motoru Pe, který je k dispozici, musí tedy pokrýt požadavky pojezdu Pp a pohonu pracovního ústrojí Pú. Pe = Pp + Pú (kW) Velikost výkonu potřebného pro pojezd závisí na mnoha faktorech. Jedním z nich je svah cesty, který stroj musí zdolávat. Dalším faktorem je valivý odpor, který je závislý na stavu pneumatik a podložce, po které se stroj pohybuje. Také rychlost pojezdu rozhoduje o požadavku na výkon. Určitou roli zde může hrát i velikost prokluzu hnacích kol v případě, že se stroj pohybuje na nezpevněné vozovce. Velikost výkonu pro pohon pracovního ústrojí závisí na konstrukci pracovního ústrojí (hloubka zpracování, záběr = šířka zpracování), na stavu břitů a především na charakteru zpracovávané horniny nebo rozbíjeného materiálu. Rozmanitost jednotlivých faktorů je ve stavební praxi velká. Výkon motoru by měl zajistit bezproblémovou práci v nejsložitějších podmínkách, které lze rozumně předvídat pro předpokládané pracovní nasazení rotačního rozbíječe. U mechanizace, která nese rotační rozbíječ je k dispozici tzv. efektivní výkon motoru Pe, který se spotřebuje především na: 1. Výkon ztracený v převodech mechanizačního prostředku - Pm 2. Výkon ztracený prokluzem v závislosti na povrchu terénu - Pδ 3. Výkon ztracený odporem valení v závislosti na terénu a pneumatikách - Pv 4. Výkon spotřebovaný na překonání stoupání - Ps 5. Výkon spotřebovaný na zrychlení - Pa 6. Užitečný tahový výkon - Pt 7. Užitečný výkon na vývodové hřídeli - Pvh 8. Výkon spotřebovaný na překonání odporu vzduchu - Po Výkonovou bilanci lze vyjádřit rovnicí : Pe = Pm + Pδ + Pv + Ps + Pa + Pt + Pvh + Po , přičemž : Pδ, Pv Pv, Ps, Po Pt, Pvh

- jsou ztráty ve styku hnacího ústrojí mechanizačního prostředku s podložkou, - jsou jízdní odpory, - jsou užitečné výkony.

120

U mechanizačního prostředku, který realizuje práce s rotačním rozbíječem a pohybuje se na rovině, se bilance výkonů zjednoduší na základní rovnici: Pe = Pm + Pδ + Pv + Ps (kW) Pm - Výkon ztracený v převodech - třením mezi ozubením převodových kol, pohybem převodových kol v oleji, prouděním oleje, vlivem tření v ložiskách apod. Pm = Pe - Pk , Pk = Pe . ηm Pm = Pe .( 1 - ηm ) (kW) , kde : ηm = mechanická účinnost Pk = výkon na hnacím kole a) U kolových mechanizačních prostředků se pohybuje v rozmezí: 0,9 - 0,94 0,86 - 0,9 b) U pásových mechanizačních prostředků je rozmezí: Pv - Výkon ztracený odporem valení je ovlivněn například deformací boků a ramen pneumatiky, stlačováním podložky pod kolem, vytvářením klínu před kolem u měkkého povrchu terénu, tzv. bořením do povrchu lesní půdy. Pv = G . v . ϕ (kW), kde : G = tíha mechanizačního prostředku (kN) v = rychlost pohybu mechanizačního prostředku při práci (m.s-1) ϕ = součinitel odporu valení Fv = G . ϕ - síla odporu valení na rovině (kN) Fv = G .cos β . ϕ - síla odporu valení do svahu s úhlem stoupání β (kΝ) G = m . g, kde m je hmotnost mechanizačního prostředku včetně rotačního rozbíječe, g je tíhové zrychlení na planetě Zemi. Velikost součinitele odporu valení pro mechanizační prostředek může mít různé hodnoty podle toho, na jakém povrchu se pohybuje, například : a) na pevné vozovce : 0,02 b) na strništi : 0,06 - 0,08 c) na kyprém poli: 0,12 - 0,20 d) na vlhké louce : 0,20 – 0,40 Pδ - Výkon ztracený prokluzem - je dán rozdílem výkonů na kolech před prokluzem a po prokluzu. Pδ = Pk - Pk . ηm Pδ = Pe . δ . ηm (kW), kde : δ = prokluz ( % ) Ps - Výkon ztracený překonáním svahu Ps = G sin β . v (kW) β = úhel stoupání Potom je třeba ještě prověřit, jaký výkon Pú je nutné dodat pro pohon pracovního rotoru.

121

Jedná se o složitý proces, který nelze spolehlivě matematicky vyjádřit. Do procesu vstupuje mnoho měnících se faktorů, které s sebou přináší jednak variabilita horniny (přítomnost rozdílných minerálů, celistvost, objemová hmotnost horniny, vlhkost horniny a mnohé další faktory) ve zpracovávaném pruhu a také nelze spolehlivě definovat procesy probíhající v těsné blízkosti kolem rotoru, které ovlivňují výslednou sílu pro překonání odporu horniny, zpracovávanou rotorem frézy. Orientačně lze stanovit potřebný výkon motoru Ppr pro pohon rotoru s horizontální osou rotace na základě následujících fyzikálních vztahů a hodnot fyzikálních veličin. Vztah pro stanovení potřebného výkonu motoru pro pohon frézy s horizontální osou rotace: Ppr = Fř . vp (kW) kde: Fř – síla pro překonání odporu horniny břity kladiv umístěných na rotoru (pevně uchycená kladiva) (kN); vp – rychlost pohybu mechanizačního prostředku (m.s-1); přitom platí, že: Fř = kř . S . β (kN) kde: kř – součinitel řezného odporu, který má pro jednotlivé druhy hornin různou velikost (je zde závislost na třídy rozpojitelnosti hornin, přičemž od 6. třídy rozpojitelnosti (obtížně rozpojitelné horniny) s prací frézy již neuvažujeme) (kPa); S – plocha odfrézovávané vrstvy (m2); β - koeficient upravující šířku záběru (pohybuje se v rozsahu 1,0 – 1,3) reaguje na situaci, kdy krajní břity kladiv ovlivňují rozpojování horniny ve větší šířce. U plastických hornin je koeficient 1, u hornin s přítomností větších zrn štěrku, u hornin utužených s nižším obsahem vody to může být až 1,3. Přitom platí, že: S=b.h (m2) kde: b - šířka záběru rotoru frézy h – hloubka záběru frézy (ponoření břitů kladiv rotoru pod úroveň pojezdu)

(m); (m);

Pro součinitele řezného odporu kř pro jednotlivé druhy hornin lze použít následující hodnoty: a) Snadno rozpojitelné horniny (1. a 2. třída rozpojitelnosti hornin) = b) Středně rozpojitelné horniny (2. a 3. třída rozpojitelnosti hornin) = c) Těžko rozpojitelné horniny (4. a 5. třída rozpojitelnosti hornin) =

50 – 100 kPa; 100 – 200 kPa; 200 – 300 kPa.

Při modelovém výpočtu potřebného výkonu traktoru pro pohon rotoru kladivového rozbíječe Ppr s pracovní šířkou 2,5 m, s hloubkou frézování 0,4 m v obtížně rozpojitelné hornině (300 kPa), β - koeficientem upravujícím šířku záběru = 1,1, vyjde hodnota téměř 200 kW při rychlosti jízdy traktoru 0,6 m.s-1. To není nikterak nízký výkon a proto musí být k dispozici traktor s vyšším výkonem než je 200 kW, protože musejí být ještě uhrazeny požadavky pojezdu Pp. Z výše uvedeného lze zjistit, že požadovaný výkon lze snížit například

122

nižší hloubkou zpracování nebo snížením rychlosti pojezdu při práci. Pokud musí být dodržena technologie práce, nelze zmenšit hloubku zpracování. Může být ale snížen řezný odpor horniny tím, že je hornina předem již částečně rozpojena rozrývačem. Výhodnou se jeví i změna rychlosti jízdy. Operativní a plynulé změně rychlosti jízdy vyhovuje převodovka s plynulou změnou rychlosti jízdy. Například čím menší je řezný odpor horniny, tím může jet traktor rychleji a naopak. Pokud hornina klade vyšší řezný odpor, rychlost jízdy je automaticky snížena. Tato automatická změna rychlosti je výhodou při práci s kladivovým rozbíječem. Při požadavku na rozbití horniny na velmi malá zrna je potřebné, aby rotor s kladivy setrval delší čas v jednom místě. Zrna jsou několikrát zasažena břity kladiv a vržena proti pevné části stroje. Tím dochází k jejich drcení na menší části. Proto musí traktor disponovat možností velmi nízké rychlosti jízdy (superplazivé rychlosti = od 0,02 km.h-1). Z výše uvedeného vyplývá, že pro bezproblémovou činnost s kladivovým rozbíječem je potřeba splnit následující požadavky na traktor: a) b) c) d) e) f)

Dostatečný výkon motoru vzhledem k předpokládané šířce kladivového rozbíječe; Plynulá změna rychlosti jízdy při práci; Rychlostní rozsah začínající na hodnotě 0,02 km.h-1; Automatická volba optimálního pracovního režimu (maximální výkon nebo úsporný); Malý poloměr otáčení vzhledem k šířce a křížení polních cest; Účinná filtrace vzduchu v kabině.

Přehled základních technických údajů vybraných kladivových rozbíječů je uveden v následující tabulce. Přehled základních technických údajů vybraných kladivových rozbíječů Technický údaj

D.Gutzwiller BPS 250

Seppi m ® Multiforst

MERI Crushers MJS2.5 DT

FAE SSH 250

Pracovní šířka (cm) Hmotnost (kg) Počet kladiv na rotoru (ks) Požadavek na výkon traktoru (kW) Maximální hloubka zpracování (cm)

250

250

250

250

3870 32

2200 44

1360 93

4200 36

133

107

130

260

40

20

25

50

8.9 Křovinořezy Křovinořez je motomanuální stroj, který slouží k vyžínání trávy, odstraňování zdřevnatělé vegetace, pro kácení stromků a odvětvování. Záleží na použitém pracovním adaptéru. Zdrojem jeho pohonu je dvoudobý motor, jehož točivý moment je přenášen na pracovní orgán hřídelí umístěnou v trubce. Tato trubka tvoří zároveň nosnou část křovinořezu. 123

Na trubce jsou umístěny ovladače, kryt pracovního adaptéru, držadla a nosný popruh. Pracovník stojí při práci vzpřímeně a kývavým pohybem kolem svislé osy těla provádí vyžínání porostu před sebou nebo směruje řezný kotouč do řezu při kácení stromků nebo při odstraňování keřů. 8.9.1 Řezné orgány křovinořezu Řezné orgány se dělí podle druhu materiálu, který zpracovávají 8.9.1.1 Řezné orgány pro vyžínání měkkého bylinného pokryvu Orgány této skupiny jsou konstruovány v několika typických podobách: a) Strunové vyžínací hlavy - vlastní řezací nástroj je tvořen nylonovou strunou o tloušťce 2,5 - 3,0 mm. Struna je navinuta uvnitř vyžínací hlavy a je pracovníkem podle potřeby vysunována na plný záběr (maximální možnou délku, aby nepřesahovala kryt). Na vyžínacích hlavách jsou zpravidla použity dvě struny. b) Vyžínací hlavy s výklopnými plastovými noži zavěšenými na čepech zasazených do stěn hlavy. Nože jsou odstředivou silou vzniklou při rotaci hlavy stavěny radiálně a svými břity seřezávají nebo přesekávají byliny a traviny. Vyžínací hlavy bývají opatřeny dvěma, častěji třemi noži rovnoměrně rozmístěnými po obvodu. c) Plastové řezné kotouče a nože jsou symetrické pevné pracovní orgány. Přesekávání rostlinného materiálu zabezpečují zdvojené břity, které jsou v počtu 2, 3, 4 nebo 8 rozmístěny po obvodu pracovního adaptéru. 8.9.1.2 Řezné orgány pro vyžínání odrostlého a zdřevnatělého bylinného pokryvu a odstraňování keřové vegetace Řezné orgány jsou tvarovány zpravidla do podoby kotouče, na jehož obvodu jsou vytvořeny břity. Počet břitů po obvodu se u jednotlivých typů orgánů pohybuje od 2 do 8. Materiálem řezných orgánů je speciální pevná, houževnatá a oděruvzdorná ocel. Břity jsou vybroušeny na řezných orgánech do podoby přímých břitů s průřezem tvaru pravoúhlého či rovnoramenného trojúhelníku. Břity mají tvar nesouměrného či souměrného klínu. 8.9.1.3 Řezné kotouče pro kácení dřevinné vegetace Řezné orgány této skupiny jsou označovány jako pilové kotouče na dřevo. Vyznačují se zejména značným počtem zubů - od 20 do 80 zubů. Pilové kotouče jsou opatřeny těmito druhy ozubení : a) Trojúhelníkové asymetrické, mají nižší řeznost. Jsou vhodné do parků a zahrad. b) Vlčí s omezovači nebo bez omezovačů, mají vysokou řeznost. Jsou vhodné pro použití v náročnějších podmínkách při odstraňování dřevin s kmínky. c) Hoblovací ozubení, mají vysokou řeznost. Jsou vhodné pro nejnáročnější práci při přeřezávání větších průměrů kmínků stromků.

124

Pro praktické použití je třeba zohledňovat průměr pilového kotouče. Pro kácení stromků do tloušťky 30 mm jsou vhodné kotouče s průměrem 200 mm. Pro stromky s většími průměry kmínků jsou vhodnější kotouče s průměrem minimálně 225 mm. V závislosti na používání kotoučů s různými průměry je nutné používat křovinořez s vyšším objemem motoru, resp. s vyšším výkonem motoru (od průměru kotouče 225 = objem motoru od 35 cm3). K základním funkčním parametrům řezných orgánů křovinořezů patří řeznost. Řeznost je parametrem, který ovlivňuje výkonnost pracovních zásahů s křovinořezem a je vyjádřena vztahem: S R = --------- (cm2.s-1) t S ... přeřezaná plocha materiálu (cm2) t ... doba času (s) Profesionální křovinořez by měl být co nejlehčí, dobře ovladatelný, s ekologickým provozem, s malou spotřebou pohonných hmot, s nízkou hladinou vibrací, s vysokou životností a co nejvýkonnějším motorem, aby disponoval dostatečným výkonem při sečení různých bylinných porostů a zejména při řezání křovin a stromků. Lze říci, že poměr mezi výkonem a hmotností je užitečnou srovnávací hodnotou a možným ukazatelem při výběru křovinořezu. Pro sečení i řezání musí motor křovinořezu vyvinout takovou sílu, se kterou struna i řezný nástroj lehce přesekává, resp. přeřezává řídké i husté zaplevelení, propletené traviny, keře, divoký porost, dřevinnou vegetaci, křoviny a stromky. K tomu je nutné, aby obvodová rychlost břitů pracovního adaptéru neklesla pod určitou mez. Také obvodová rychlost struny musí být dostatečně vysoká. Obecně lze tuto mezní rychlost stanovit na 62 m.s-1 pro řezný pracovní adaptér a 112 m.s-1 pro strunu. Obvodovou rychlost lze vypočítat podle vztahu:

π . D . n2

vo = ------------- (m.s-1) 60 kde: D - průměr řezného kotouče (max. záběr struny) (m) vo - obvodová rychlost žacího (řezacího) adaptéru (m.s-1) n1 n2 = ------(ot.min-1) ic kde : n1 - otáčky motoru (ot.min-1) n2 -otáčky žacího adaptéru (ot.min-1) ic – převodový poměr úhlového převodu

125

Například u struny záběru 30 cm a řezného adaptéru o průměru 30 cm u křovinořezu s výkonem 1,6 kW a s otáčkami motoru 10 200 min-1, s úhlovým převodem ic = 1,3 jsou otáčky koncového hřídele 7.846 min-1 a obvodová rychlost je 123,18 m.s-1. 8.9.2 Předpokládané využití křovinořezů a) Sečení trávy v místech obtížně přístupných pro stroje s plošně působící mechanizací (žací stroje, mulčovače); b) Sečení trávy a seřezávání dřevin na svazích, v příkopech, kolem vodotečí; c) Sečení trávy a dřevin v omezených profilech; d) Sečení trávy a odstraňování dřevin na málo únosných půdách; e) Selektivní odstraňování dřevin.

9 Manipulační prostředky Velmi často se hovoří o manipulaci v souvislosti s dopravou. Jsou to totiž operace, které na sebe navazují a úzce spolu souvisejí. Lze říci, že manipulace s materiálem je poněkud důležitější než doprava, protože je vždy na začátku a téměř vždy na konci cyklu. Například i pouhé vysypání horniny z korby odvozního prostředku, je manipulací. V mnoha případech nelze dopravu od manipulace oddělit. To se týká zejména manipulace s menšími břemeny pomocí malých manipulačních prostředků. Například na paletizačním vozíku probíhá manipulace a doprava současně. Manipulace je pracovní operace, při které je zvláštním, odborným způsobem záměrně přemísťován různorodý materiál na určitou krátkou vzdálenost. Při manipulaci se jedná o uchopení právě určitého množství, a velmi často maximálně možného množství materiálu, jeho přemístění po stanovené dráze, nejčastěji beze ztrát, na přesně stanovené (ohraničené) místo (na dopravní prostředek, do regálu), bez poškození přemísťovaného materiálu a bez ovlivnění místa a okolí, ve kterém je s materiálem manipulováno. Například poškození budov, zeleně, terénu i zdraví lidí a zvířat. 9. 1 Hydraulické jeřáby jako manipulační prostředky Hydraulické jeřáby (také nazývané „hydraulická ruka“) jsou manipulační prostředky především pro ložné operace (Fotografie 117). Ložné operace zahrnují nakládku, vykládku a překládku různorodých materiálů nebo technologických zařízení z dopravních prostředků. Jejich využití je vzhledem k jejich konstrukci téměř všestranné a v současné době jsou používány ve všech oblastech, spojených s manipulací s materiálem. Lze je spatřit například při manipulaci se zemědělskými produkty, v lesnictví, ve stavebnictví, v odpadovém hospodářství, na všech druzích překladišť, v montážních dílnách, u hasičských záchranných sborů a servisních středisek. Upravený hydraulický jeřáb je také velmi často využíván pro nesení a manipulaci pracovních zařízení, která nejsou určena ke zvedání břemen, ale využívají vlastností a schopností tohoto jeřábu (například lesní harvestor, mechanický seřezávač dřevin, cepový rotační žací stroj, vrtací zařízení). Hydraulické jeřáby mohou díky své konstrukci výložníku (teleskopické vysouvání) a kinematice drapáku (rotace a rozevření) plnit pracovní operace lépe než dokáže například lidská ruka.

126

Vzhledem k tomu, že je na trhu k dispozici velké množství těchto jeřábů, může si každý uživatel opatřit konfiguraci technologických a technických parametrů „přímo na tělo“ dopravního prostředku, resp. pro potřebu převládajícího charakteru ložných operací. Ovládání pracovního adaptéru a tím i manipulace s břemeny je velmi přesná a vycvičená obsluha může manipulovat s břemeny i ve velmi omezených profilech. K tomu napomáhá kloubové zavěšení drapáku, rotátor, kombinovaný teleskopický výložník a dvouokruhový hydraulický systém. Pohyby pracovní části hydraulického jeřábu jsou citlivé. Hydraulické jeřáby se obvykle montují na kolové, pásové nebo kolejové podvozky dopravní a manipulační techniky. Na nákladních automobilech jsou buď vepředu za kabinou řidiče, vzadu za zadní nápravou nebo posuvné ve středu vozidla. Také se montují na kolové nebo pásové traktory, nakladače nebo na jiná speciální nebo jednoúčelová vozidla v zemědělství a lesnictví. V lesnictví se montuje u polopřívěsových a návěsových souprav za kabinu na zpevněném rámu, u valníku za kabinu nebo na konci ložné plochy. U traktorů pracujících v lese, může být hydraulický jeřáb součástí návěsu a je umístěn na jeho přední části, přičemž ovládán je z kabiny traktoru. U lesních vyvážecích traktorů je hydraulický jeřáb umístěn na přední části kloubově řízeného podvozku (Fotografie 118). Při přepravě jsou hydraulické jeřáby složeny příčně na šířku vozidla za kabinou nebo na konci korby, nebo na korbě (plošině) vozidla. V některých případech odvozních prostředků v lesnictví (automobily pro odvoz dlouhého dříví) je výložník uložen nad kabinou vozidla. U některých speciálních lesnických traktorů jsou uloženy na nákladu. U zemědělských traktorů jsou složeny na zádi traktoru nebo připevněny v polorozloženém stavu nad kabinou, resp. na přední části traktoru. Hydraulický jeřáb (HJ) je tvořen rámem HJ, otočným svislým sloupem (stožárem), na kterém je umístěna sedačka operátora, výložníkem, pracovním adaptérem s příslušenstvím a hydraulickým vybavením (Fotografie 118) (hydromotory, rozvaděč) a v poslední době lze spatřit i systémy dálkového ovládání. Součástí hydraulických jeřábů jsou hydraulicky nastavitelné podpěry. Některé hydraulické jeřáby jsou vybaveny kabinou pro práci operátora umístěné na svislém sloupu. Ovládání hydraulických jeřábů nesených na lesním vyvážecím traktoru je uvnitř kabiny traktoru. Výrobci dodávají modulové systémy s mnoha kombinacemi ramen, čímž si uživatel sám „sestavuje“ jeřáb pro jeho optimální činnost, resp. pro nejčastější využití jeřábu. Výložníky mohou být: a) ramenové s hydraulickým ovládáním jednotlivých ramen b) kombinované ramenové s teleskopickým výložníkem Pracovním adaptérem bývá nejčastěji dvoučelisťový drapák pro nakládání sypkých hmot, pro manipulaci se kulatinou a tyčovinou, hák pro zavěšování a manipulaci s břemeny, kleště pro vrstvení kamenů, jeřábové vidle, nožový drapák a vícečelisťový drapák pro nakládání šrotu. Otočný systém sloupu hydraulického jeřábu pracuje na principu dvou ozubených tyčí a pastorku. Drapák sestává z jednoduchých kleštin a svíracího mechanismu se závěsem (Fotografie 118). Svírání je řešeno hydraulickým válcem umístěným horizontálně, aby konstrukční výška byla co nejmenší. Kleštiny jsou uchyceny buď ve skříni svíracího válce nebo soustavou táhel a vzpěr. Kinematika svírání zajišťuje největší rozevření při shrnování nákladu a jejich překryt pro možnost uchopení i jednotlivého kusu (například kmene).

127

Otáčení drapáku proti vlastnímu závěsu na ramenu HJ umožňuje kloubový závěs, rotátor s nekonečnou otočí na obě strany. Rotátor je ovládán hydraulicky, rychlost otáčení rotátoru je 8°- 12° za sekundu. Rotátor lze objednávat i samostatně. Drapáky a rotátory lze používat (dokupovat) k hydraulickým jeřábům v závislosti na dodávaném minimálním množství hydraulického oleje. 9.1.1 Technologické a technické parametry hydraulických jeřábů a) Nosnost Q (kg); b) Délka vyložení L (m) je vodorovná vzdálenost mezi osou otáčení otočné části jeřábu a svislou osou nezatíženého prostředku pro uchopení břemene; c) Výška zdvihu H (m) je svislá vzdálenost mezi rovinou, na níž jeřáb stojí a prostředkem pro uchopení břemene, nachází-li se v nejvyšší poloze; d) Moment břemene Mz = L . Q (kNm); e) Délka vyložení od hrany klopení A (m) je vodorovná vzdálenost od klopné hrany vozidla k svislé ose nezatíženého prostředku pro uchopení břemene; f) Klopný moment MA = A . Q (kNm); g) Rychlost zdvihu břemene vn (m.s-1) je rychlost svislého přemísťování břemene za stálých podmínek pohybu; h) Rychlost spouštění břemene vm (m.s-1) je minimální rychlost plynulého spouštění břemene odpovídajícího maximální nosnosti jeřábu za ustáleného pohybu; i) Rychlost otáčení ω je úhlová rychlost otáčení otočné části jeřábu za ustáleného pohybu s břemenem, které odpovídá maximální nosnosti jeřábu při maximálním poloměru vyložení, při vodorovném ustavení jeřábu a při rychlosti větru do 3 m.s-1 ve výšce 10 metrů. Podle konstrukce a technických parametrů lze rozdělit hydraulické jeřáby do tří základních skupin: 1. Lehké HJ jsou montovány na kolové traktory, návěsy a přívěsy 2. Střední HJ jsou montovány na traktory s provozní hmotností nad 6000 kg a výkonem motoru nad 90 kW, automobily a vyvážecí traktory 3. Velké HJ jsou montovány na speciální dopravní a nakládací prostředky (průmyslové jeřáby) 9.1.2 Příklady technických parametrů hydraulických jeřábů* a) Závislost nosnosti (kg) na délce vyložení u skupiny lehkých HJ: L (m) Q (kg)

2m 1350-2000

3m 900-1400

4m 680-1150

5m 550-950

6m 430-750

7m 360-500

8m 3800-4150

9m 3450-3650

9m

10 m

b) Závislost nosnosti (kg) na délce vyložení u skupiny středních HJ: L (m) Q (kg)

4m 7650-8300

5m 6200-6700

6m 5000-5650

7m 4300-4800

c) Závislost nosnosti (kg) na délce vyložení u skupiny velkých HJ: L (m)

5m

6m

7m 128

8m

*

Q (kg) 7200-6700 5050-5600 4000-4800 v tabulkách jsou uvedeny průměrné hodnoty

3750-4200

3350-3700

2900-3300

Zvedací rychlost HJ je 0,4 až 0,6 m.s-1, zdvih nahoru asi 75°, dolů asi 12°, úhel otoče 410°, zdvihový moment 30 až 120 kNm. Jak je patrné z uvedených tabulek, nosnost jeřábu klesá s prodlužováním ramena. Hmotnost hydraulického jeřábu zvětšuje výšku těžiště stroje, čímž zhoršuje jeho příčnou stabilitu. Ta se zmenšuje nejvíce při nakládání a skládání nákladů při maximálním vyložení ramena a při plném zatížení výložníku jeřábu.

9.1.3 Technicky možná výkonnost HJ 3600 . m Qt = -----------(kg.h-1) T kde: m - maximální hmotnost břemene (kg) T - minimální čas jednoho cyklu nakládání (s) Skutečná výkonnost HJ 3600 . V . ρ . kč Q = -------------------Tc

(kg.h-1)

kde: V - objem nakládaného materiálu (m3) ρ - objemová hmotnost materiálu (kg.m-3) kč - koeficient časového využití (0.65 - 0.83) Tc - čas cyklu nakládání (s) 9.1.4 Směnová výkonnost hydraulického jeřábu Ts Qs = Qn . -------- . kč (m3.sm-1) Tc kde: Ts doba trvání směny (h) Tc doba trvání jednoho cyklu (h) Tc = t1 + t2 + t3 + t4 kde: t1 čas pro uchopení břemene (h) t2 čas pro otáčení a zvedání břemene (h) čas pro umístění a složení břemene (h) t3 t4 čas na návrat do výchozí polohy (h)

129

kč Qn

koeficient využití času (0,7 - 0,85) průměrný objem břemene v drapáku (m3)

10. Mechanizace pro odstraňování sněhu z komunálních ploch a vozovek Odstranění sněhu je jedna z několika operací zimní údržby komunikací a komunálních ploch (viz schéma „Mechanizace pro zimní údržbu komunikací a komunálních ploch“). Mechanizaci pro úklid sněhu lze rozdělit podle toho, jakým způsobem se sněhem manipuluje. S některými mechanizačními prostředky je sníh odsouván ve stlačené formě po podložce do místa, kde nebude překážet, resp. odkud bude později jiným mechanizačními prostředky naložen a odvezen. Tento transport je cyklicky realizován v určitých objemech sněhu před pracovním adaptérem mechanizačního prostředku. Tímto pracovním adaptérem je radlice rozdílných tvarů a provedení (rovná, lomená) (Fotografie 119). Po naplnění určitého objemu před radlicí musí být odsunut na deponii po uklizeném úseku, aby nedocházelo ke zvětšování objemu před radlicí. Velikost odsouvaného objemu sněhu závisí na rozměrech radlice a na charakteru sněhu. Je zde také vazba na schopnostech mechanizačního prostředku přenést trakční sílu na podložku, resp. na výkonu jeho motoru, který je k dispozici. Výjimku tvoří radlice s proměnnou geometrií (tzv. šípové radlice) nebo radlice se schopností natočení do strany (angledozerová radlice). S lomenými radlicemi je sníh odsouván kontinuálně na obě strany a nedochází tedy k jeho hromadění před radlicí, s angledozerovou radlicí je sníh odsouván na zvolenou stranu. Jedná se o odstranění sněhu z vozovek komunikací a není řešen problém co se sněhem, který zůstává ležet podél vozovek, resp. za krajnicí silnice. S jinými mechanizačními prostředky je sníh odstraňován kontinuálně v načechrané formě (ve formě přesunu a vznosu) mimo čištěný prostor. Čištění probíhá jízdou v pruhu nebo v několika sousedních pruzích tak, aby byl sníh uložen do místa, kde nebude překážet. Pracovními adaptéry, kterými se realizuje transport sněhu, jsou rotační kartáče rozdílného provedení, rozměrů a pracovních částí (Fotografie 120). Přemísťovat sníh lze tímto způsobem tak dlouho, dokud nedojde k vytvoření kritické výšky vrstvy zhutnělého sněhu, kterou již štětiny kartáče spolehlivě neodstraní. Tomu lze předejít včasným, resp. průběžným odstraňováním padajícího sněhu. Rotující kartáče s horizontální osou rotace lze natočit o určitý úhel s osou pojezdu, aby byl sníh přesouván vedle jízdního pruhu, ve kterém se stroj pohybuje. Dalšími mechanizačními prostředky je sníh odstraňován výškovým odhozem vzduchem a s podporou proudícího vzduchu. Odhoz je realizován kontinuálně do určité vzdálenosti vedle čištěného pruhu. Tyto mechanizační prostředky jsou nazývány sněhové frézy (Fotografie 121). Hlavním jejich pracovním adaptérem je rotující šnek, uložený v dopředu otevřeném krytu. Šneky fréz jsou buď jednochodé nebo dvouchodé. Vřetena šneků jsou pryžová nebo kovová. U velkých fréz jsou šnekovice opatřeny pilovitými břity pro uvolnění zhutnělé vrstvy sněhu. Sníh je vyvrhován otočným výhozem.

130

Při výběru mechanizace pro úklid sněhu (odstranění z plochy a jeho uložení) vždy záleží na několika faktorech. Například na velikosti a tvaru udržované plochy, na charakteru povrchu udržované plochy, na možnostech a schopnostech operátora, na možnosti transportu sněhu do blízkého okolí udržované plochy a také na převládajícím charakteru sněhové pokrývky. Obecně platí, že pro velké plochy jsou vhodné výkonnější stroje s velkým záběrem pracovního nářadí (šířkou). Záběr malých strojů se pohybuje v rozsahu 45 – 80 cm a výkonem motoru v rozsahu 3,5 až 10 kW. Větší stroje disponují záběrem 210 – 300 cm a výkon energetických prostředků musí být adekvátní. Pro úklid sněhu z úzkých pěšin nebo malých ploch postačí mechanizace s menší šířkou záběru 30 – 45 cm. Zde postačuje výkon motoru 1,6 až 3 kW. Jak široký pruh stroj se svým nářadím od sněhu očistí především závisí na výkonu motoru, kterým je poháněn pracovní adaptér mechanizačního prostředku (šnek frézy na sníh) nebo realizován pohyb mechanizačního prostředku (kola, pásy) s pracovním adaptérem radlicí. Také záleží na způsobu přenosu hnací síly na pracovní nářadí (ozubené soukolí, klínový řemen, řetěz). Mnohdy výrazně „do hry“ vstoupí i stav sněhu. Vlhký sníh a vyšší vrstva odklízeného sněhu vyžaduje také vyšší výkon motoru a hmotnost stroje, zejména u strojů pracujících s radlicí. Například objemová hmotnost prašanu je v rozsahu 120 – 150 kg.m-3 a u vlhkého sněhu to může být až 800 kg.m-3. Při pravidelných údržbách komunikací a ploch je důležité vědět (zejména při kalamitních situacích), za jak dlouho bude úklid sněhu realizován, resp. s jakou výkonností určitý mechanizační prostředek pracuje, aby mohl být zařazen například do časové posloupnosti v krizovém kalamitním plánu. Jak lze orientačně stanovit výkonnost výše uvedených mechanizačních prostředků bude uvedeno dále. V případě mechanizačních prostředků s pracovním adaptérem radlicí je výpočet teoretické objemové výkonnosti Qo proveden pouze na základě známých rozměrů radlice a pracovních rychlostí ze vztahu: 3600 (m3.h-1) Qo = --------- . Vmax Tc kde: Tc - doba pracovního cyklu (s) Vmax - maximální objem hrnutého sněhu (m3) Pro výpočet objemu materiálu Vs (například horniny) hrnutého před radlicí lze použít vztah: (m3) Vs = 0,8 . W . H´2 kde: W - šířka radlice (m) H´ - účinná výška radlice (m) Pro výpočet objemu sněhu Vmax je potřeba vzít v úvahu stav sněhu. Jinak se před radlicí chová sníh prachový a jinak vlhký a lepivý. Stav sněhu je zohledněn zavedením koeficientu ks. Pro prachový sníh je vhodné do vztahu vložit koeficient reagující na jeho „ochotu“ hromadit se v uvažovaném geometrickém objemu před radlicí. Volí se 1,1. U mokrého sněhu je koeficient ks přibližně 0,8. Výpočet objemu sněhu před přímou radlicí mechanizačního prostředku lze vypočítat ze vztahu: (m3) Vmax = 0,8 . W . H´2. ks

131

Doba pracovního cyklu je závislá na rychlosti pohybu mechanizačního prostředku vp při hrnutí sněhu a při jízdě zpět a na délce hrnutí L. L Tc = ----(s) vp Skutečná objemová výkonnost Qos zahrnuje vedle skutečných pracovních podmínek také vliv časového využití stroje. Je dána vztahem: Qos = Q . kz . kč (m3.h-1) kde: kč - koeficient časového využití kz - součinitel zahrnující ztráty sněhu únikem do stran radlice (zejména prachového) (kz = 1 - 0,005 . L, kde L je délka dráhy hrnutí sněhu v metrech) Koeficient časového využití je opravný koeficient při výpočtu skutečné výkonnosti, který souvisí s mnoha faktory, ovlivňují činnost stroje. Nejdůležitější faktory jsou následující: a) b) c) d)

Charakteristika práce stroje a technický stav stroje Konkrétní (převažující) podmínky při práci stroje Organizace práce (začlenění do technologického uzlu) a osobnostní profil operátora Operativnost servisu stroje

Při výpočtu výkonnosti s rotačními kartáči a radlicemi se uvažuje s plošnou výkonností Qpl. Plošnou výkonnost mechanizačního prostředku lze stanovit ze vztahu: Qpl = W . vp . 3600 . kp

(m2)

kde: W vp kp

(m) (m.s-1) (0,85 - 0,9)

- šířka radlice - rychlost jízdy - koeficient překrytí stopy

(koeficient překrytí stopy reaguje na skutečnost, že operátor se strojem při jízdě v pruzích jede částečně okrajem radlice ve vyčištěné stopě) Plošná výkonnost bude brána v úvahu při úklidu menších vrstev sněhu, kdy mechanizační prostředek odstraní sníh při jedné jízdě. To platí i v případě úklidu sněhu z vozovek za krajnici při jízdě angledozerovou radlicí. Při výpočtu výkonnosti mechanizačního prostředku s pracovním adaptérem frézou na sníh je třeba odhadnout charakter sněhu a podívat se do technické dokumentace ke stroji. Objemové hmotnosti sněhu se pohybují ve velkém rozsahu. U prachového sněhu je to pouze 125 kg:m-3, mokrý sníh má objemovou hmotnost 500 kg.m-3, ulehlý, vlhký sníh může mít objemovou hmotnost až 800 kg.m-3. Z technických parametrů je nutné znát technické parametry frézy. Rozhodující roli hraje šířka záběru, průměr šneku, frekvence otáčení šneku, průřez vyhazovacího hrdla, součinitel zaplnění šnekovice sněhem a také stoupání šnekovice. Přibližně lze vypočítat výkonnost sněhových fréz podle následujícího vztahu:

132

Qs = 3600 . b . d . n . s . ρ . kp . kč . kš

(kg.h-1)

kde: b d n s ρ kp kč kš

(m) (m) (s-1) (m) (kg.m-3) (0,45 – 0,65) (0,83 – 0,67) (0,85 – 0,95)

- pracovní šířka frézy - průměr šnekovice - počet otáček šnekovice - stoupání šnekovice - objemová hmotnost sněhu - koeficient pro zaplnění šnekovice sněhem - koeficient časového využití frézy - koeficient využití pracovní šířky frézy

V některých případech se provádí přepočet na výkonnost v m3.h-1. Výkonnost sněhové frézy lze vypočítat, pokud jsou k dispozici potřebné údaje. To z běžných dokumentů nelze zjistit, zejména otáčky šnekovice a stoupání šnekovice nejsou uváděny. Obecně lze říci, že výkonnost sněhové frézy stoupá s pracovní šířkou (záběr šnekovice) a s průměrem šnekovice. Ostatní technické parametry jsou ve vazbě na tyto parametry. Samozřejmě také rozhoduje objemová hmotnost zpracovávaného sněhu. Čím je vyšší objemová hmotnost sněhu, tím je vyšší výkonnost frézy v t.h-1. Výrobci sněhových fréz udávají jednak výkonnost v t.h-1, m3.h-1 , ale také plošnou výkonnost v m2.h-1. Dobře lze stanovit plošnou výkonnost Qpl, protože lze vycházet ze vztahu pro výpočet plošné výkonnosti Qpl, Z každého prospektu lze přečíst pracovní šířku W. Rychlost jízdy vp při odstraňování sněhu pomocí frézy se pohybuje v rozsahu 0,8 – 4,0 km.h-1 u malých modelů (s motory výkonů do 25 kW) a 3 – 15 km.h-1 u velkých modelů, které jsou neseny a poháněny mobilními energetickými prostředky s výkony 110 kW.

11 Použitá literatura Celjak, I: Stroje pro zemní a lesní práce II. Stroje pro lesní práce, ZF České Budějovice, 2000, 195 s.; Celjak, I: Stroje pro zemní a lesní práce I. Stroje pro zemní práce, ZF České Budějovice 1998, 136 s.; Čítek, J. – Krupauer V.: Rybníkářství, Informatorium Praha, 1993; Kudrna, K.: Zemědělské soustavy, SZN, Praha, 1985, 706 s.; Mašek, V: Stroje pro meliorační a zemní práce. VŠZ Praha 1985, 329 s.; Nováček, J.: Péče o rybníky a jejich zařízení, IVV MZ ČR, 2000; Pavlík, V.: Technologie melioračních staveb, MZLU Brno, 2001; Smitka, V. a kol.: Mechanizace a provádění staveb, SNTL, Alfa, Praha, 1968, 353s.; Šálek, J.: Rybníky a účelové nádrže, VUT Brno, 2001; Vaněk, A.: Strojní zařízení pro stavební práce, Sobotáles Praha, 1999, 299 s.; Vaněk, A.: Strojní zařízení pro stavební práce, Sobotáles, Praha, 1994, 192 s; Vrána, K.: Rybníky a účelové nádrže, ČVUT Praha, 1998; 25 Jahre Zeppelin Katalog, Zeppelin Baumaschinen GmbH, Graf-Zeppelin-Platz 1, 85748 Garnisch bei München; Petříček, V. Mechanizační prostředky v lesnictví, SZN, Praha, 183, 288 s.; Phoenix-Zeppelin ,www.p-z.cz/; KUHN Bohemia a.s. ,www.komatsu.cz; Liebherr, www.liebherr.com;

133

AGROTEC a. s., www.new-holland.cz; Volvo Stavební stroje s.r.o, www.volvo.com; ISO 6165, Stroje pro zemní práce, základní typy, terminologie ISO 7131, Nakladače – terminologie; ISO 7132, Dampry, názvosloví, obchodní specifikace; ISO 6747, Traktory, názvosloví a obchodní specifikace; ISO 9246, Dozerové radlice traktorů na pásovém a kolovém podvozku, určení objemu; ISO 6746-1, Stroje pro zemní práce a lopatová rypadla, definice rozměrů a jejich symboly, Základní stroj; ISO 6746-2, Stroje pro zemní práce, definice rozměrů a jejich symboly, pracovní zařízení; ISO 7095, Pásové traktory a pásové nakladače; ISO 6749, Konzervace zemních strojů, všeobecná ustanovení, metody konzervace; ISO 6750, Stroje pro zemní práce, provoz a údržba, provedení příruček; ISO 4557, Stroje pro zemní práce, hydraulická lopatová rýpadla, ovladače řidiče; www.tesastop.com; www.jcb.cz; www.ppsdetva.sk; www.bilia.cz; www.dressta.com.pl; www.prodeco.cz; www.stavostroj.cz; www.liebherr.de; www.volvo-stavstroje.cz; www.best.prodejce.cz; www.terramet.cz; www.bagry.cz;

134