Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav zemědělské, potravinářské a environmentální techniky Využití speciálních traktorů při zemních prací Diplomová práce Vedoucí práce: Doc. Ing. Jan Červinka, CSc. Vypracoval: Bc. David Vašíček Brno 2010

2

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Využití speciálních traktorů při zemních prací vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně. dne. podpis diplomanta.

4 Touto cestou bych chtěl poděkovat Doc. Ing. Janu Červinkovi, CSc., vedoucímu diplomové práce, za metodické vedení, odborné rady a konzultace v oblasti dané problematiky, které mi pomohly při zpracování bakalářské práce.

5 Abstrakt Diplomová práce je zaměřena na využití speciálních traktorů při zemních prací. Teoretická část práce zachycuje manipulační prostředky v zemědělství a manipulaci s materiálem v zemědělství. Práce se zabývá rozborem víceúčelového zařízení traktoru pro práci se zeminou (rypadlo nakladač). Je zde uveden přehled technicko ekonomického porovnání vybraných strojů. V experimentální části diplomové práce se provádělo měření, které se zabývá terénním průzkumem půdy, výpočtem produktivity rýpadla a měřením spotřeby nafty. Abstract The thesis is focused on the use of speciál tractors for earthworks. The theoretical section shows the handling equipment in agriculture and material handling in agriculture. Deals with analysis of multi-purpose device for a tractor of earth (backhoe leader). Here is an overview of technical - economic comparison of selected machines. In the experimental part of the thesis were carried out measurements, which deal with field survey of soil, calculation the productivity of an excavator and measurement the consumption of diesel oil.

6 1. ÚVOD 7 2. PRACOVNÍ MATERIÁL - HORNINY Vlastnosti hornin Fyzikální vlastnosti Mechanické vlastnosti Tření horniny o ocel Technologické vlastnosti VÝKONNOST ZEMNÍCH STROJŮ U zemědělských strojů hodnotíme základní druhy výkonnosti VÝVOJ TRHU A SOUČASTNÉ TRENDY V OBORU STAVEBNÍCH STROJŮ POPIS STROJE RÝPADLO NAKLADAČ VICEKRITERIÁLNÍ ROZHODOVÁNÍ EXPERTA EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Cíl práce Metodika polně laboratorních měření Terénní průzkum půd Určení hydroskopické vody ve vzorku za pomocí vysoušeni Stanovení objemové hmotnosti Skutečná produktivita rýpadla za daných podmínek Měření spotřeby nafty metodou měřením doplnění nádrže Použité stroje Postup měření Výsledky polně laboratorního měřeni Výsledky měření terénního průzkumu půdy Výsledky měřeni produktivity rýpadla Výsledek měření spotřeby nafty VÝSLEDKY A DISKUZE ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK 71

7 1. ÚVOD Zemní práce jsou významnou součástí procesu výstavby průmyslových a obytných objektů. Se zeními díly se setkáváme ve všech oblastech národního hospodářství. V průmyslu jsou často hloubeny jámy pro základy budov a jiných objektů, výkopy pro ukládání inženýrských sítí, skladovací a manipulační plochy. Významnou roli má i těžba surovin. Ve vodním hospodářství jsou budovány vodní nádrže, koryta vodních toků, hráze, meliorační kanály aj. V dopravě se staví silniční, dálniční a železniční tělesa, letištní plochy, kanály a hráze pro vodní cesty apod. V zemědělství je nejčastější rekultivace ploch, hloubení jam pro různé stavby a účely, budování cest atd. Pro stavebnictví v oblasti občanské výstavby se nejčastěji provádí hloubení základových jam, úprava terénu, hloubení výkopů pro inženýrské sítě, úprava zelených ploch, hřišť a stadiónů apod. Jejich podíl na celkovém objemu stavebních a stavebně montážních prací ve stavebnictví je asi 10 %. Výrazné prosazování komplexní mechanizace stavebních prací, která má počátek ve druhé polovině sedmdesátých let, a orientace technického pokroku charakterizována dominujícími směry dosažením úspor energie, zvýšením spolehlivosti strojů, zavedením automatizace a elektronizace kladou nové a vysoké požadavky. Ekonomiku zemních prací ovlivňuje vedle plánování a projektu díla výraznou měrou také technologie. Efektivnost stavebních procesů je ve stále se zvyšující míře ovlivňována na proces orientovaným s jednocením konstrukce zemního díla a technologie jeho výroby. V efektivnosti díla se rozhoduje již při jeho přípravě, v období zpracování jeho technického a technologického projektu. Důležitými činiteli v procesu výroby zemního díla budou zejména geologické a hydrologické poměry, konstrukce stavby umožňující využití mechanizace, sladění dílčích procesů, sladění dílčích procesů, předvídání komplikací aj. Technologie zemních prací je nauka o použití a uplatnění znalosti z přírodních a technických věd, organizace a řízení k utváření materiálně technické stránky zemních prací. Zemní stroje jako pracovní prostředky svým působením na zeminu jí přetvářejí tj. mění její vlastnosti, polohu a stav. 7

8 V současné době jsou známy způsoby rozpojování zemin, mechanické, při němž se těžená zemina odděluje od masivu klíny, noži nebo nádobami, které jsou pracovními nástroji dobývacího stroje. Hydraulický způsob využívá k rozrušování zeminy kinetické energie proudu vody. Explozivní způsob využívá k rozrušení horniny přetlaku plynu vzniklého explozivním prohořením třaskavin. Další způsoby jako nekonveční rozpojováni redsod, fyzikální nebo chemické rozpojování jsou ve stádiu zkoušek. (Jeřábek, 1992) 2. PRACOVNÍ MATERIÁL STROJUŮ PRO ZEMNÍ PRÁCE - HORNINY 2.1 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 ap.), což způsobuje značné potíže při výpočtech odporů, kterými reagují na svojí zpracovatelnost. Proto je nutné seznámit se základními a vzájemnými souvislostmi těchto materiálů. Hrubé rozdělení hornin podle ČSN : - dobře soudržné horniny - nesoudržné nebo slabě soudržné 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, 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 8

9 Ve skalních horninách je známo asi 200 horninotvorných materiálů primárních (křemen, živec, uhličitany, slídy ap.). Sekundární minerály se ve sklaních horninách nevyskytují. Vznikají chemickým zvětráváním, které způsobuje desintegraci a změny mineralogického složení skalních hornin. Pozornost bude věnována zjišť ování vzájemných účinků mezi nástrojem a rozpojovanou horninou, vnějším vlivů při jízdě, zatížení strojů a jejich částí apod. Vždy půjde o spojení materiál - stroj. Z tohoto hlediska bude nutno se zajímat o takové vlastnosti geologických materiálů, které ovlivňují předchozí účinky z hlediska energetické náročnosti. Jsou to především: 1. fyzikální vlastnosti 2. mechanické vlastnosti 3. technologické vlastnosti 2.2 Fyzikální vlastnosti 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. Někdy se tyto vlastnosti označují jako indexové. Granulometrické složení (zrnitost) Patří k základní vyhodnocovací vlastnosti nesoudržných i soudržných hornin, která zpravidla rozhoduje o zařazení horniny (tab.1). Zrnitost hornin má přímý vliv na jejich zpracovatelnost a jejich další mechanické vlastnosti. 9

10 Tab. 1 Označení zrn podle ČSN 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 hrubý kameny Větší než: 256 balvany Pórovitost Pórovitost horniny je určena poměrem objemu pórů V p k celkovému objemu vzorku V, tedy: Vp Vp n =, nebo vyjádřeno v procentech n = 100 [ % ] V V Často se používá k hodnocení pórovitosti hornin tzv. číslo pórovitosti e, které udává poměr objemu pórů V p k objemu sušiny (zrn) V s, tedy: Vp e =, kde V s = V - V p V p - objem pórů [ m -3 ] Vs Z praktického hlediska je pórovitost měřítkem ulehlosti hornin. Čím je hornina ulehlejší, tím je pórovitost menší. Pórovitost má dále vliv na objemovou hmotnost, stabilitu, nasákavost, filtrační schopnosti a mrazuvzdornost hornin. Při těžení hornin 10

11 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. 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 hrubozrnější (písčité) 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 11

12 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. Měrná hmotnost Měrná hmotnost, resp. hustota, je poměr hmotnosti pevných částic horniny vysušené při teplotě 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. Podrobnější výklad obsahuje norma ČSM Objemová hmotnost Objemová hmotnost je hmotnost objemové jednotky horniny, sestávající z pevných částic a pórů, které jsou vyplněné částečně (příp. 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 1000 V [ kg m -3 ] kde m - hmotnost vzorku [ kg ] V - objem vzorku [ m 3 ] Takto stanovená objemová hmotnost udává hmotnost horniny v původním, tzv. rostlém stavu. Při těžbě hornin dochází k jejich nakypřování, tedy ke zvyšování původního 12

13 objemu. To znamená, že objemová hmotnost vytěžené horniny se zmenšuje podle stupně nakypření. Při výpočtech výkonnosti zemních strojů a při výpočtech objemu přepravené horniny se spíše 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 C do stálé hmotnosti (ČSN ). 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 [ kg ] ms - hmotnost vysušené horniny [ kg ] dán vztahem: U písčitých hornin se vyjadřuje vlhkost často podle stupně nasycení Sr, ktrý je Sr Vv = V Vs = Vv Vp 13

14 Tab. 2 Označení vlhkosti podle stupně nasycení Sr = 1 - vodou nasycený písek V - celkový objem vzorku m3 Sr 0,8 - velmi vlhký písek Vv - objem vlhké horniny m3 Sr = 0,25-0,8 - vlhký písek Vs - objem sušiny m3 Sr 0,25 - zavlhlý písek Vp - objem pórů m3 Sr 0,02 - suchý písek 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 rozbřídání jejich povrchu, což vede ke zhoršování průjezdnosti strojů. Tvrdé horniny, při zvětšování vlhkosti, snižují v důsledku zmenšení tření na vrstevnatých plochách svou pevnost v tlaku. Konzistence Jakou měrou 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. 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 w s, stav pevný a plastický mez plasticity (vláčnosti) w p a stav plastický a tekutý mez tekutosti w L. 14

15 Kvantitativní výraz konzistence hlinitých hornin je udáván tzv. ukazatelem konzistence I C, který je vyjádřen vztahem : Wl W Ic = Wl Wp Wl W = Ic kde I P = w L - w p je index (číslo) plasticity, w = vlhkost horniny [ % ] Soudržnost hornin je způsobena vnitřními molekulárními silami a silami kapilárními. Soudržnost od kapilárních sil je soudržnost p r a v á, která nepomíjí při změnách vlhkosti. Soudržnost od nekapilárních sil je soudržnost z d á n l i v á, která mizí při vysušení horniny. Podle hodnot konzistenčních mezí můžeme usuzovat na pevnost a stlačitelnost hornin. Má-li např. určitá hornina vyšší mez tekutosti, pak to znamená, že má menší propustnost a sníženou stlačitelnost, či 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. 2.3 Mechanické vlastnosti K mechanickým vlastnostem patří ty vlastnosti, k jejichž zjištění je třeba vyvodit sílu, jejíž účinek na přetvárné charakteristiky materiálů se zjišť uje. Mechanické vlastnosti podstatně ovlivňují průběh rozpojovacího procesu a spotřebu energie. 15

16 Kypřitelnost Při rozpojování hornin dochází vždy ke zvětšování jejich původního objemu. V běžné praxi je zaveden pojem součinitele nakypření k u, který vyjadřuje poměr objemu rozpojené horniny k původnímu objemu horniny v rostlém stavu. Hodnota součinitele nakypření k u závisí na druhu horniny a také na způsobu těžby. Jeho průměrná hodnota se pohybuje v rozmezí 1,1 až 1,5. V tom 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 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,viz tab. 3. Tab. 3 Průměrné hodnoty úhlů vnitřního tření ϕ1 nesoudržných hornin Popis horniny Nakypřený stav ( 0 ) Ulehlý stav ( 0 ) Jemné písky s oblými zrny Písky různorodé Písky různorodé ostrohranné Štěrk

17 Pevnost hornin ve smyku τ se u nesoudržných hornin vyjadřuje pomocí Coulombovy rovnice: τ = σ. tg. ϕ 1 [ Pa ] kde σ - zatížení působící na plochu porušení [ Pa ] ϕ 1 - 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 zjišť uje, viz. tab. 4. Tab. 4 Úhly přirozených sklonů horniny Druh a stav horniny Úhel přirozeného sklonu ( 0 ) suchý Písek vlhký 40 mokrý 25 Písčito suchá hlinitá vlhká hornina mokrá Štěrk suchý Štěrk mokrý 25 U soudržných hornin je smyková pevnost závislá na součiniteli vnitřního tření f 1 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 1 + c = σ. f 1 + c [ Pa ] c - koheze - soudržnost horniny 17

18 Smyková pevnost soudržných hornin se určuje laboratorně na smykových přístrojích. Podstata spočívá v tom, že se neporušený vzorek horniny, sevřený dvěma prsteny, zatíží normálným napětím ( podle hloubky, z které byl vzorek odebrán ) a pak se stříhá.průměrné hodnoty úhlů vnitřního tření a soudržnosti pro soudržné hodnoty jsou uvedeny v tab. 5. Tab. 5 Hodnoty úhlů vnitřního tření a soudržnosti pro soudržné horniny Popis horniny Úhel vnitřního tření ϕ 1 ( 0 ) Soudržnost c ( 0 ) Suché spraše ( 0,1-0,3 ) Mokré jíly 1-3 Vlhké jíly méně jak 25 ( 0,2-0,4 ) Suché jíly méně jak 28 ( 1-2 ) Pevné jíly 30 ( 3-5 ) 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 a pod. Vyjadřuje se přibližně součinitelem tření horniny o ocel, resp. o pracovní nástroj, f 2 = tg ϕ 2 nebo třecím úhlem ϕ 2, jak je uvedeno v tab. 6. Tab. 6 Průměrné hodnoty součinitele tření horniny o ocel f 2 Ocel, stav povrchu Hornina Křemičitý Hornina Humus Stav horniny hlinito-písčitá písek písčitohlinitá 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 18

19 2.5 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. Klasifikace hornin pro zemní práce - podle rozpojitelnosti Klasifikace hornin podle jejich rozpojitelnosti je stanovena normou ČSN 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 navětrání horniny. Pro posouzení rozpojitelnosti je nutné brát v úvahu i vlivy klimatu, zvláště v případech, kdy posuzujeme 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. 19

20 1. Třída Horniny sypké až kypré, rozpojitelné lopatou a) Lehce rozpojitelné soudržné, měkké konzistence I C = 0,05-0,75 (ukazatel konzistence), I P menší než 17 (číslo plasticity). Patří sem například : Ornice, hlína, písčitá hlína, hlinitý písek b) Nesoudržné kypré, popř. se štěrkovými zrny do 5 cm, I P 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. a) Lehce rozpojitelné soudržné, tuhé konzistence, I C = 0,75, I P = menší než 17. Patří sem například: Ornice, hlína, prachová hlína, písčitá hlína, hlinitý písek b) Nesoudržné, středně ulehlé, I P = 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. a) Středně rozpojitelné - soudržné, pevné a tvrdé konzistence, I C = větší než 1,00, I P = menší než soudržné, měkké a tuhé konzistence, I C = 0,05 až 1,00, I P = menší než 17. Patří sem například : Hlína, spraš, jílovitá hlína, písčitý jíl a jíl. b) Nesoudržné ulehlé, I P = větší než 0,67, popřípadě s kameny největšího rozměru 25 cm. 20

21 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, I C = 0,05 až 1,00, nesoudržné, zařazené do 2. a 3. třídy se soudržným tmelem pevné a tvrdé konzistence, I C = větší než 1,00, I P = menší než 17. 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, snadno rozpojitelné mechanicky. a) Těžce rozpojitelné soudržné, pevné a tvrdé konzistence, I C = větší než 1,00, I P = větší než 17. Patří sem například: Jíl, písčitý jíl, jílovitá hlína, písčitá hlína, prachovitá hlína. b) Nesoudržné, popř. s balvany do objemu 0,1 m 3 jednotlivě. Patří sem například: Hrubý štěrk se zrny do 10 cm bez omezení, s kameny největšího rozměru 10 až 25 cm v množství % objemu z celkového objemu rozpojované horniny 4. třídy a s balvany nad rozměr 25 cm do objemu 0,1 m 3 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, I C = větší než 1,00, I P = 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. 21

22 Patří sem například: Rozrušená žula, rozrušená rula, rozrušený andezit, rozrušený vápenec, rozrušený křemenec. f) Kašovité a tekuté konzistence, I C = 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 lehce rozpojitelné trhacími pracemi. a) Nesoudržné balvany do objemu 0,1 m 3. Patří sem například: Hrubý štěrk s kameny do 25 cm bez omezení a s balvany od 25 cm do objemu 0,1 m 3 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, I C = větší než 1,00, I P = 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 f) Zmrzlé horniny 6. Třída Horniny těžce rozpojitelné trhacími pracemi. a) Nesoudržné s balvany do objemu 0,1 m 3. Patří sem například: Balvany do objemu 0,1 m 3 bez omezení, balvany nad 0,1 m 3 v množství do 50% objemu z celkového objemu rozpojované horniny 6. třídy. 22

23 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 křemitovápenitým tmelem, dolomit. 7. Třída Horniny velmi těžko rozpojitelné. Skalní, zdravé, masivní 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. (Celjak, 2004) Tab. 7 Objemová hmotnost některých materiálů Materiál V pevném stavu [kg/m³] V rozrušeném stavu [kg/m³] Hlína suchá Hlína mokrá Hlína + suchý štěrk Hlína + mokrý štěrk

24 Ornice Půdní zemina suchá Půdní zemina mokrá Půdní zemina + písek a štěrk Půdní zemina jílovitá Tab. 8 Prodloužení jednoho pracovního cyklu v důsledku nepříznivých podmínek Mazlavý jíl Kámen a balvany Kopání uvnitř pažících boxů Kopání mezi vzpěrami a jinými překážkami Další nepříznivé podmínky Starší pomalý stroj + 3 s + 8 s + 2 s + 5 s + x s (dle uvážení) + x s (dle skutečnosti) 3. VÝKONNOST ZEMNÍCH STROJŮ Každý zemní stroj má určitou specifickou technologii práce a z toho důvodu existuje u každého poněkud odlišný způsob a rozsah výpočtu výkonnosti. Specifické podmínky práce stroje musí být zejména brány v úvahu při zařazování strojů do pracovních sestav (komplexních skupin) tak, aby byly kapacitně vyváženy. Hlavní zásady výpočtu výkonnosti jsou pro všechny zemní stroje společné, specifické zvláštnosti jsou uvedeny ve statich o příslušných strojích. Existuje výkonnost teoretická, technická a provozní. 24

25 3.1 U zemědělských strojů hodnotíme základní druhy výkonnosti Teoretická výkonnost vychází z konstrukčních parametrů stroje. Je udáván v jeho technické dokumentaci. Stavební stroje pracují cyklicky : Q teor = n q [m 3 h -1 ] kde : n počet cyklů za časovou jednotku [n h -1 ] q množství materiálu v jednom cyklu [m 3 ] Technická výkonnost materiálu stroje vychází z konkrétních podmínek, za kterých stroj pracuje při nerušeném provozu Q tech = Q K [m 3 h -1 ] teor P kde : K p koeficient zahrnující konkrétní podmínky, za kterých stroj pracuje Provozní výkonnost stroje zohledňuje reálné pracovní podmínky včetně nutných přestávek Q prov = Q K K [m 3 h -1 ] tech i Čč kde : K i koeficient intenzity využití závislý na pracovních podmínkách K č koeficient časového využití K základním ukazatelům využití stroje patří : časové využití stroje TSK E C = 100 [ % ] T S kde : T SK - skutečně odpracované hodiny stroje [h] T S - standard času v hodinách [h] Výkonové využití stroje WSK E v = 100 [ % ] W SR 25

26 kde : W SK - objem skutečně vykonané práce [t h -1 ] W SR - objem práce určený standardem [t h -1 ] 4. VÝVOJ TRHU A SOUČASTNÉ TRENDY V OBORU STAVEBNÍCH STROJŮ Celosvětový trh se stavebními stroji zaznamenává v posledních několika letech výrazný nárůst prodeje téměř ve všech strojních kategoriích. Jestliže ve sledovaných oblastech USA, Číny, Evropy a Japonska bylo v roce 2004 zákazníkům předáno kolem nových strojů (z toho pásová rypadla a kolové nakladače cca po ks, minirypadla asi ks, smykem řízené nakladače asi ks, rypadlo-nakladače ks, teleskopické manipulátory ks, atd.), tak v roce 2007 už bylo v uvedených oblastech prodáno téměř 700 tisíc nových strojů. Největší podíl strojů byl přitom prodán podle očekávání poprvé v historii v Číně ( ks), dále následují Evropa ( ks), USA ( ks) a Japonsko ( ks). Pokud se k uvedeným údajům připočtou ještě teritoria Jižní Ameriky, Afriky, Indie, Austrálie a ostatních států Asie, přiblíží se celkové statistiky 2007 k hranici ks prodaných nových stavebních strojů. Podle údajů asociace výrobců stavebních strojů CECE se roční prodeje nových stavebních strojů bez započítání kategorie teleskopických manipulátorů pohybovaly v Evropě v letech 2000 až 2006 v rozmezí až kusů (viz obr.1). Ve velmi úspěšném roce 2006 byly na evropský stavební trh dodány stavební stroje v hodnotě cca 16,4 mld. eur. Nejvíce strojů co do počtu bylo prodáno v Německu (viz obr. 2 cca 16 %, tedy asi ks), dále ve Velké Británii a Irsku (15 %, ks), v Itálii (14 %, ks), ve Francii (14 %, ks) a ve Španělsku (8 %, ks). Ve střední a východní Evropě se pak prodalo celkem 13 % strojů ( ks) a v ostatních státech 20 % strojů ( ks). Ve srovnání s předcházejícím rokem 2005 to znamenalo úctyhodný meziroční nárůst prodeje téměř o 18 % a i další prognózy v následujících letech jsou optimistické. Mezi jednotlivými státy však existují poměrně značné rozdíly. Zatímco západní Evropa zaznamenává až na výjimky spíše mírný nárůst v řádech několika procent, nově přistoupivší státy do EU jsou výrazně dynamičtější v obnově 26

27 strojového parku a meziroční procentuální nárůsty prodejů se pohybují ve dvouciferných číslech. Obr. 1 Prodej stavebních strojů v Evropě Obr. 2 Prodej stavebních strojů v Evropě podle jednotlivých zemí 27

28 Trendy prodeje Z pohledu jednotlivých strojních kategorií je na evropském kontinentu největší zájem o minirypadla, kterých bylo v roce 2006 prodáno cca kusů (30 %, viz obr. 3). Dále následovala pásová rypadla ( ks), kolové nakladače ( ks), teleskopické manipulátory ( ks), rypadlo-nakladače ( ks), smykem řízené nakladače ( ks) a kolová rypadla ( ks). V kategoriích pásových nakladačů, dozerů, grejdrů, kloubových či pevných damprů a skrejprů bylo prodáno celkem 7960 kusů nových strojů (4 % trhu). Vývoj prodeje stavebních strojů sledovaný ve dvou hmotnostních kategoriích, v tzv. lehké a těžké řadě, znázorňují obr. 4 a 5. V kategorii lehkých strojů, kam se zahrnují smykem řízené nakladače, minirypadla, kompaktní kolová a pásová rypadla o hmotnosti do 11, resp. 12 tun, kolové nakladače o výkonu motoru do 80 k a rypadlo-nakladače, bylo v roce 2006 v Evropě prodáno cca kusů nové techniky. V kategorii těžkých strojů, do které se řadí rypadla nad 11 tun hmotnosti, nakladače o výkonu motoru nad 80 k, pásové dozery, grejdry, kloubové dampry, dampry s pevným rámem a skrejpry, se prodalo cca kusů těchto strojů. Obr. 3 Podíl strojních kategorií na celkovém počtu prodaných strojů 28

29 Obr. 4 Prodej lehké řady stavebních strojů v Evropě (ks) Obr. 5 Prodej těžké řady stavebních strojů v Evropě (ks) Prodej v České republice Obdobné trendy v časovém vývoji trhu stavebních strojů lze vysledovat i na území České republiky. Určitou stagnaci prodeje nové techniky v prvních třech letech nového tisíciletí přerušil až rok 2004, kdy se konečně s jistým odstupem času začal projevovat 29

30 stavební boom i ve zvýšené poptávce po stavebních strojích. Masivní přílivy zahraničních investic do výstavby obchodních a průmyslových zón, logistických center, administrativních budov či rozsáhlé státní investice do modernizace a rozvoje dopravní infrastruktury (silnice, železnice), výstavby a rekonstrukce inženýrských sítí, čistíren odpadních vod, do likvidace starých ekologických zátěží a podpory bytové výstavby, ve svém důsledku znamenaly citelné a dlouho očekávané oživení trhu se stavebními stroji. Zvyšující se počet zakázek v oblasti provádění zemních a demoličních prací, mnohdy až enormní tlak ze strany investorů na zkrácení termínů zhotovení prací a v neposlední řadě i rostoucí ceny energií, vstupních surovin, materiálů a lidské práce byly pro řadu firem hnacím motorem v procesu nezbytného rozšiřování a modernizace jejich strojového parku. Procentuální vývoj trhu se stavebními stroji na našem území v letech 2002 až 2007 znázorňují obr. č 6 a 7. Obecně lze konstatovat, že zvýšený zájem ze strany uživatelů byl od roku 2005 zejména o stroje na kolovém podvozku, které umožňují nejen přesun po vlastní ose mezi jednotlivými staveništi, zejména pak v rámci městských aglomerací, ale také zlepšují manévrovací schopnosti přímo na stavbě a umožňují rychlejší přesun na hlídaná noční parkoviště strojů na odlehlejších stavbách. Na rozdíl od většiny jiných států EU je v naší zemi jednoznačně největší zájem o kategorii rypadel-nakladačů, která tvoří přibližně jednu třetinu z celkového počtu prodaných strojů. Tyto vysoce univerzální stroje jsou schopné komplexně obsloužit potřeby většiny stavenišť od hloubení výkopů, přes nakládku materiálu až po manipulaci s břemeny. S vhodným příslušenstvím lze rovněž rozhrnovat sypké materiály po pracovní ploše, ukládat do výkopů kanalizační potrubí či betonové skruže či převážet po staveništi materiály ložené na paletách. Snad právě díky těmto mimořádným užitným vlastnostem a snadné přepravitelnosti mezi staveništi jsou rypadlo-nakladače u větších stavebních firem i menších soukromníků tolik oblíbené. Druhou nejprodávanější skupinou jsou smykem řízené nakladače, které mají přibližně čtvrtinový podíl na celkovém počtu nových prodaných strojů. Podle některých odhadů se zdá, že by se tento podíl mohl dále zvětšovat. Souvisí to především s rozšiřováním sortimentu nabídky výrobců v této kategorii a zlepšováním užitné hodnoty strojů, ať už z hlediska schopnosti provádět s vhodným příslušenstvím rozmanité práce či z výhodného poměru výkonu stroje a pořizovacích nákladů.zvyšují se nosnosti těchto strojů až k hodnotám 1500 kg (u kolových podvozků ) a 2000 kg (u pásových podvozků), pojezdová rychlost se blíží ke 20 km/h a díky osazení podvozku pryžovými pásy je lez používat i v méně únosném terénu. 30

31 Z pohledu procentuálního podílu na celkovém množství prodaných strojů následují již tradiční kategorie, jako kolové nakladače, pásová rypadla, minirypadla, kolová rypadla, pásové dozery a další strojní kategorie, které jsou už především v hmotnostních kategoriích nad 12 tun určeny pro plnohodnotné provádění zemních prací na větších staveništích, v náročnějších pracovních podmínkách či těžebním průmyslu. Obr. 6 Vývoj prodeje stavebních strojů v ČR Obr. 7 Prodej stavebních strojů v ČR v roce 2007 podle kategorií 31

32 Nová a použitá technika Z hlediska pořizování strojů je, při dostatečném počtu zakázek a předpokládaném ročním vytížení stroje nad 1000 motohodin, uživateli zřetelně preferován nákup nové techniky, na kterém se podílejí nejen špičkové kvalitativní parametry strojů, ale také velmi zajímavé obchodní podmínky a možnosti nejrůznějších typů financování strojů a zařízení. V případech nižšího stupně využití strojů, kdy je však nutná jejich trvalá přítomnost na staveništi, se do popředí zájmu dostává u řady firem i oblast použité techniky. Podle odhadů dnes dosahuje asi 45 % celkového obratu z prodeje nových strojů a podle vývoje v zahraničí by během tří až čtyř let mohla dosáhnout úrovně až %. Tento trend je dán zejména mimořádně širokou nabídkou použitých stavebních strojů různého stáří a stavu opotřebení, která obsahuje prakticky všechny vyráběné strojní kategorie v nejrůznějších velikostech a provedeních strojů. Někteří obchodníci již za podpory výrobních závodů začínají dokonce nabízet certifikované použité stroje se záruční lhůtou na systémy pohonu stroje a hydraulické komponenty podobně jako u nových strojů.jde zpravidla o zánovní techniku, u které je podrobně známa její historie provozu, prokazatelně u ní byla prováděna pravidelná údržba a stroje jsou ve velmi dobrém technickém stavu.zákazníci tak mohou získat za zajímavých finančních podmínek relativně mladé stroje, které budou disponovat potřebnou výkonností a spolehlivostí, na jakou jsou zvyklí u strojů nových.největší zájem je o stroje se stářím 3 až 5 let. Rostoucí tendenci má také oblast půjčování strojů. Je všeobecně známo, že v zahraničí je z celkového počtu prodaných nových strojů směrováno až 50 % do specializovaných půjčoven. U nás je tento podíl řádově nižší. Avšak s rostoucím počtem výpůjčních míst po celém území republiky, s rozšiřováním množství a sortimentu půjčovaných strojů, tedy se zlepšováním dostupnosti techniky i v období největší poptávky po zemních pracích a se změnou přístupu stavebních firem k otázce půjčování lze očekávat, že zájem o půjčovny v blízké budoucnosti výrazně poroste. Inteligentní stroje Pro stavební firmy je velmi důležité, že si na českém trhu mohou vybírat ze skutečně reprezentativní nabídky moderních výrobků prakticky od všech renomovaných značek. V abecedním pořadí lze např. namátkou uvést v kategorii stavebních strojů určených 32

33 pro zemní práce značky Ahlmann, Bobcat, Case, Caterpillar, Gehl, Gehlmax-IHI, Hitachi, Hyundai, JCB, Komatsu, Kubota, Liebherr, Locust, Mecalac, Menzi Muck, Merlo, Mustang, Neuson, New Holland, Takeuchi, Terex, Volvo, Weidemann a další. I když by se mohlo na první pohled zdát, že jsou všechny stroje stejné, skutečnost bývá zcela opačná. Výrobci se v konstrukci svých strojů snaží uplatňovat různá technická řešení, kterými se chtějí odlišit od konkurence a získat pro sebe co nejvíce výhod a prodejních argumentů. Návštěvníci různých specializovaných veletrhů si zpravidla kladou otázku, čím ho vystavované stroje překvapily a kam se ubírají jednotlivé konstrukční trendy. Odpověď nemusí být vždy jednoznačná. Současné moderní stavební stroje můžeme většinou hodnotit jako inteligentní stroje, které jsou mnohem přívětivější k životnímu prostředí, mají působivý design, vyšší výkonnost a spolehlivost. Výrobci pokračují v trendu omezování vlivu lidského činitele na optimální chod jednotlivých agregátů. Mikroelektronika a moderní elektronické řídicí systémy dnes zasahují prakticky do všech strojních oblastí, zejména pak u mobilních strojů. Uplatňují se jak dílčí řídicí moduly u spalovacích motorů, převodovek, hydraulických systémů atd., tak zejména jim nadřazené monitorovací systémy, které umožňují vzájemnou komunikací dílčích modulů s cílem dosahování co nejučenějšího chodu stroje podle měnících se podmínek nasazení. Zlepšuje se ochrana životního prostředí. Všechny spalovací motory nových stavebních strojů splňují v současné době přísné emisní limity EU stupně IIIA, které byly pro různé výkonové skupiny motorů postupně uváděny v platnost v letech Výrobci se při vývoji motorů ve srovnání s etapou II museli vypořádat zejména s výrazným snížením limitů pro emise uhlovodíků a oxidů dusíku, které poklesly o více než 40 % předchozího stavu. Dnes se postupně připravují na etapu IIIB, která začne postupně vstupovat v platnost od roku 2011 a výrazným způsobem sníží limity na množství škodlivých emisí ve výfukových plynech. Pokračuje rovněž trend snižování hlučnosti a vibrace strojů. Současně platné limity pro max. hladiny vnějšího hluku podle EU stupně II snížily od roku 2006 ve srovnání s předcházející etapou I hlučnost strojů o 3 db(a), což z hlediska pravidel pro měření hlučnosti znamenalo její efektivní snížení na polovinu. Podle typu stroje a výkonu motorů tak klesla vnější hlučnost strojů pro zemní práce do rozmezí 101 až 110 db(a). Obdobně razantním způsobem se snižuje hladina vnitřního hluku v kabinách strojů, kde se působení hluku na posádku běžně pohybuje výrazně pod 80 db(a) a u některých speciálních provedení strojů dokonce pod 70 db(a). Uložení kabin na pružných 33

34 silentblocích ve spojení s komfortními odpruženými sedačkami, novými systémy ovládání strojů, a tam, kde to jde, i odpruženými podvozky, výrazně snižují přenos vibrací na posádku. Chráněn je tak nejen celý trup obsluhy při přejezdech terénních nerovností, ale i paže, kterými drží ovládací páky stroje. Konstrukce strojů dále snižuje riziko úniku olejových náplní na minimum a díky dokonalejší filtraci se prodlužuje životnost chladicí kapaliny a olejových náplní v motorech, převodových a hydraulických systémech, a to až na dvojnásobek oproti předcházejícímu stavu. Běžně se intervaly výměny provozních náplní pohybují u motoru po 500 Mth, převodových systémů po 1000 Mth, hydraulických systémů po 2000 Mth a za splnění určitých podmínek až po 4000 Mth. Samozřejmostí je používání bezfreonových klimatizací, stejně jako brzdových obložení bez azbestu, a začíná se zvyšovat v duchu moderní doby podíl použití recyklovatelných materiálů (zejména umělých hmot). Někteří výrobci už nahlas mluví, že v blízké budoucnosti bude možné až 90 % dílů stavebních strojů znovu recyklovat. Ve stále větší míře se prosazují nová řešení zvyšující celkovou účinnost strojů. V této souvislosti se mluví o nové oblasti, tzv. mechatronice, jejímž cílem je dosažení optimální energetické součinnosti všech mechanických, hydraulických, elektrických a elektronických konstrukčních celků na daném stroji. Rozšiřují se systémy multifunkčního řízení a ovládání strojů, které zkracují pracovní cykly a zvyšují produktivitu práce. Moderní hydraulické systémy využívající axiální pístová regulační čerpadla (typ loadsensing), která byla před časem výsadou těžších pásových rypadel, se nyní prosazuje i v dalších typech strojů (např. kolové nakladače) a jde směrem nižších hmotnostních kategorií. Snaha výrobců zefektivnit provádění zemních prací a snížit provozní náklady strojů jde tak daleko, že se tyto hydraulické systémy začínají objevovat i u kompaktních rypadel a smykem řízených nakladačů. Obdobné objemy zemních prací je tak možné provádět menšími stroji s nižší pořizovací cenou a provozními náklady. Zavádějí se nové techniky přenosu strojních dat, monitorování provozních ukazatelů a dálkového sledování a řízení provozu stavebních strojů. (Novotný a Dostál, 2008) 34

35 Tab. 9 Emise motorů EU stupeň IIIA Výkon motoru Oxid uhelnatý Součet uhlovodíků a oxidů dusíku Pevné částice (P) (kw) (CO) (g/kwh) (HC + NO x ) (g/kwh) (PT) (g/kwh) 130 P 560 3,5 4,0 0,2 75 P < 130 5,0 4,0 0,3 37 P < 75 5,0 4,7 0,4 18 P < 37 5,5 7,5 0,6 Tab. 10 Emise motorů EU stupeň IIIB Výkon motoru Oxid uhelnatý Uhlovodíky Oxidy dusíku Pevné částice (P) (kw) (CO) (g/kwh) (HC) (g/kwh) (NO x ) (g/kwh) (PT) (g/kwh) 130 P 560 3,5 0,19 2,0 0, P < 130 5,0 0,19 3,3 0, P < 75 5,0 0,19 3,3 0,025 Součet uhlovodíků a oxidů dusíku (HC + NO x ) (g/kwh) 37 P < 56 5,0 4,7 0, POPIS STROJE RÝPADLO NAKLADAČ Základním nosičem těchto strojů je většinou upravený kolový traktor (obr. 8), který má v přední části nakládací lopatu a v zadní rýpadlové zařízení s výložníkem, násadou a pracovním nástrojem. Obě části jsou s traktorem pevně spojeny a tvoří kompaktní stroj. V posledních letech se prosazuje nová tendence tohoto stroje, když základním strojem je lopatový nakladač, k němuž lze podle potřeby snadno instalovat rýpadlové zařízení (obr. 9). Při nakládce pracuje pouze nakladač bez rýpadlové části, která se upevní až pro rýpadlové práce. 35

36 Obr. 8 Kolový traktor Obr. 9 Rýpadlové zařízeni Kolový traktorový nosič Jeho hlavním parametrem je výkon motoru. V našich podmínkách se používají tři druhy velikostí: a) malé stroje o výkonu motoru P = kw, b) stření strije o výkonu motoru P = kw, c) velké stroje o výkonu motoru P = kw, Při posuzování druhu pohonu je třeba rozlišit dva samostatné okruhy: a) pohon pracovního zařízení, který je vždy hydrostatický b) pohon pojezdu, dělí se na dvě skupiny: - hydrodynamický, hydrostatický 36

37 Hydrodynamický pohon Jeho uspořádání vidíme na obr. 10. Energie a točivý moment z motoru (1) přechází do hydrostatického měniče (2), ve které se zvýší točivý moment a sníží otáčky motoru. Za hydroměničem je napojena převodovka s rozvodovkou (3), ze které kardanovým hřídelem (4) jde pohyb na přední osu (5) a taktéž na zadní nápravu (6). V pozici 7 je ruční brzda traktoru. Obr. 10 Hydrodynamický pohon 37

38 Hydrostatický pohon Jeho uspořádání znázorňuje obr. 11. Motor (1) jednou částí své energie pohání hydrogenerátor pro pohon pracovního zařízení a druhou část pohání hydrogenerátor (2), určený pro pojezd stroje. Z regulačního hydrogenerátoru jde tlaková kapalina rozváděčem (3) do rotačního hydromotoru (4), který je napojen na převodovku a rozvodovku (5), z níž je točivý moment přenášen na přední a zadní nápravy. Obr. 11 Hydrostatický pohon U traktorových rýpadel převládá asi ze 70 % pohon hydrodynamický HD, i když v poslední době značně narůstá pro převažující výhody pojezdový pohon hydrostatický HS. Při řízení kolových traktorových strojů se používá několik variant: a) Dvě přední kola menšího průměru jsou kola řídicí a dvě zadní kola jsou hnací (obr.11). Uvedené uspořádání je označováno jako dvě hnací a dvě řídicí kola. b) Dvě zadní kola jsou hnací i řiditelná a přední kola stejného nebo nestejného průměru jsou pevná a mají též označení 2 2. c) Všechna kola jsou hnací, a to dvě z nich, přední jsou řiditelná. Jsou označovány 4 2. d) Řízení stroje je prováděno děleným rámem a všechna kola jsou zpravidla stejného průměru. e) Všechna čtyři kola mají stejný průměr, jsou hnací a řiditelná. Nesou označení

39 Možnosti řízení kol jsou uvedeny na obr. 13. Tento systém řízení značně zlepšuje manévrovatelnost stroje. obr. 12 porovnává průměry otáčení stroje s předním řízením dvěma koly se strojem, řiditelným čtyřmi koly. Rozměr A je vnější průměr obrysů nakládací lopaty, B - vnější průměr obrysů kol, C - vnitřní průměr obrysů kol. Konstrukční provedení pohonu kol kardanovým hřídelem a jejich řízení (naklápění) přímočarým hydromotorem je znázorněno na obr. 3. Praktické využití tohoto systému řízení je patrné z obr. 1, kde postavení stroje při hloubení rýhy nemusí být shodné s osou rýhy. Obr. 12 Manévrovatelnost stroje Obr. 13 Možnosti řízení kol Při mimostaveništní přepravě těchto strojů je možné jednu dvojici kol vypnout z řízení a pro řízení ponechat pouze dvě kola. Traktorové podvozky těchto strojů mají obvykle pevnou řídicí kabinu. Ve výjimečných případech však mohou být otočné i s rýpadlovým zařízením o 360 stupňů.při přepravě stroje je výložník rýpadlové části s lopatou natočen k nakládací lopatě. 39

40 Hnací motor bývá obvykle uložen vpředu za nakládací lopatou. Firma Kramer má však motor uložen uprostřed, čímž zvyšuje přehled při práci stroje, např. u víceúčelových lopat nebo u lopat se stranovým vyklápěním.kabiny strojů jsou moderně vybaveny elektronickou regulační technikou a moderními ergonomickými a klimatizačními prvky. Vysoký životní standard práce strojníka vyjadřuje též nízkou hlučnost 76 db(a) i téměř úplnou eliminaci otřesů sedadla strojníka a všech ovládacích prvků. Standardní modulové prvky kabiny mají ochrannou konstrukci, chránící obsluhu před padajícími předměty, zvanou FOPS podle ISO 3449 a ochrannou konstrukci, chránící obsluhu při převrácení stroje, označovanou ROPS podle ISO Moderní regulační hydraulické systémy (např.load-sensing) automaticky zabezpečují, aby regulační hydrogenerátory dodávaly do exponovaných spotřebičů jen takové množství tlakové kapaliny, kterou nezbytně potřebují ke své činnosti. Pracovní zařízení traktorových strojů Jsou dva druhy pracovního zařízení: 1) Nakládací zařízení v přední části traktorových strojů. Na něm je na krátkém výložníku uložena nakládací lopata. K této části lze instalovat početné druhy pracovních nástrojů a zařízení, zejména nakládací lopaty zubové i bezzubé pro sypké hmoty, nakládací lopaty s bočním vyklápěním, nakládací lopaty víceúčelové, nakládací lopaty drátové pro nakládku štěrku, dozerové a shrnovací radlice, jeřábový hák, vidlice pro zdvihání palet, vysokozdvižné plošiny, zametací rotační kartáč, zařízení pro uchycení vrtacích kladiv. Dále lze připojit různé hydraulicky ovládané nástroje, jako jsou ruční bourací kladiva, řetězové nebo kotoučové pily, prořezání stavebních materiálů, zhutňovací zařízení a další, jak je nabízejí četní výrobci těchto strojů. 2) Rýpadlové zařízení, které je umístěno v zadní části traktoru a skládá se z: - příčného nosníku, který je uchycen na traktoru buď pevně nebo jej lze demontovat pro případ, že je požadováno pouze nakládací zařízení, příčný nosník má dvě hydraulicky ovládané podpěry, 40