Mobilné pracovné stroje na ťažbu, premiestňovanie a rozprestieranie zemín

Pri požiadavke na realizáciu viacerých typov zemných prác je z ekonomického hľadiska vhodné použiť multifunkčné pracovné stroje. Medzi ne možno zaradiť aj skrejpry, mobilné pracovné nástroje vhodné na postupné rozpájanie, naberanie a prepravu zeminy na väčšie vzdialenosti a jej následné rozprestretie a zhutnenie pojazdom stroja.

Skrejpry, mobilné pracovné stroje, sa v stavebnej praxi používajú už od prvej polovice minulého storočia. V roku 1930 ich ako prvý začal vyrábať R. G. LeTourneau. Tieto skrejpry mali pomerne jednoduchú konštrukciu s ovládaním funkčných častí mechanicky ťahadlom a lanami. Dnes patria v oblasti svojho určenia k výkonnej kategórií mobilných pracovných strojov.

Použitie skrejprov
Použitie skrejprov je ekonomicky opodstatnené hlavne v oblastiach, v ktorých treba v pomerne krátkom čase vyťažiť zeminu v požadovanej hrúbke z väčších plôch a odviezť ju na vzdialenosti 100 až 1 500 m (pri väčších vzdialenostiach sa odporúča použitie už len kolesových skrejprov). Typickým príkladom vhodného nasadenia je napríklad výstavba letísk, terminálov, priemyselných parkov, diaľnic, nákupných a zábavných centier, hlavne na miestach, kde sa na vytýčenom stanovisku nachádza poľnohospodársky využiteľná pôda. Prepravovanie zeminy v korbe na väčšie vzdialenosti je oveľa výhodnejšie, ako napríklad jej hrnutie radlicou dozéra (ekonomická hranica na premiestňovanie zeminy radlicou dozéra je 60 až 80 m, v prípade U-radlice maximálne 100 m). Ich praktické nasadenie na stavenisku je však spojené s vyššími nárokmi na organizáciu stavby a budovanie prevádzkových trás.

Vo všeobecnosti možno skrejprami realizovať nasledovné zemné práce:

• odstraňovanie ornice a mačiny, ich odvoz a uloženie na vzdialenosti väčšie ako možno efektívne realizovať dozérmi;
• vytvárať rôzne výkopy pre zárezy a kanály;
• ťažiť a rozprestierať zeminu pri vytváraní násypov, urovnávať pláne, odoberať zeminu na miernych svahoch alebo ich upravovať;
• ťažiť materiál z únosného dna tokov s prijateľnou hĺbkou;
• zahŕňať ryhy a v nutných prípadoch odvážať materiál naložený inými pracovnými strojmi.

Počas počiatočnej fázy práce skrejpra – pri ťažení sa korba osadená v spodnej časti reznou hranou umiestnenou na zdvíhacom dne účinkom pohybu stroja zaplní ťaženou zeminou. Zemina počas jazdy vniká do vnútra korby cez reznú hranu. Odklopený predný kryt sa po naplnení korby uzavrie a nasleduje fáza prepravy. Na mieste vykládky sa dno nadvihne a zemina sa samovoľne alebo nútene vysýpa z korby von cez reznú hranu a rozprestiera sa.

Typy skrejprov
Skrejpry možno deliť podľa viacerých kritérií.

Podľa spôsobu spojenia ide o:

• prívesné (vlečené):

1. ednoosový (s vysýpaním dopredu alebo dozadu) (obr. 2),
2. dvojosový s vysýpaním dozadu (celá hmotnosť aj so zeminou sa prenáša na terén iba skrejprom, a nie ťahačom);

• poloprívesné (sedlové):

1. k jednoosovému ťahaču,
2. k dvojosovému ťahaču;

• samojazdné (motorové), (korba skrejpra a ťahač tvoria kompaktný celok s vlastným pohonom), sú mobilnejšie a majú lepšie manévrovacie schopnosti (obr. 1).

Ťahač môže byť traktor na kolesovom, alebo pásovom podvozku. Ťahačom možno ťahať až tri prívesné skrejpry za sebou (obr. 2), čím sa zvyšuje efektivita práce.

Z hľadiska spôsobu uchytenia korby sa vyrábajú skrejpry s rámovou konštrukciou a skrejpry so samonosnou konštrukciou.

Spôsob vyprázdňovania skrejpra
Skrejpry majú rozličný spôsob vyprázdňovania:

• samovoľné vyprázdňovanie (skrejpry s ma­lým obsahom): Korba skrejpra sa nakloní smerom vpred a zemina sa vlastnou hmot­nosťou vysype, pri mokrých zeminách ne­dochádza k úplnému vyprázdneniu korby;
• polonútené vyprázdňovanie: Dvíha sa iba dno korby, čím sa zemina odlepí od jej stien. Problém nastáva pri vlhkých a lepkavých zeminách;
• štrbinové vysýpanie: Ide o menej energeticky náročný spôsob vyprázdňovania, pretože sa materiál nedvíha ako pri polonútenom vyprázdňovaní;
• nútené vyprázdňovanie (najčastejšie používané v praxi): Za akýchkoľvek pracovných podmienok dochádza k úplnému vyprázdneniu korby. Ide o energeticky náročnejšie vyprázdňovanie, pretože sa realizuje posúvaním celej zadnej steny skrejpra (obr. 3).

Elevátorové skrejpry
Aby sa znížil odpor zeminy pri jej hrnutí do korby, vyvinuli sa elevátorové skrejpry, (obr. 4), pri ktorých dochádza k nútenému plneniu elevátorom, a nie trakciou skrejpra. Tým sa znižujú nároky na trakčnú silu vo fáze plnenia korby, ako aj odpory od plnenia korby a hrnutia zeminy. To umožňuje zvýšiť hrúbku rezanej triesky a odbúrava sa potreba používať v normálnych podmienkach nasadenia takzvaný pomocný postrk. Elevátor nahrádzajúci prednú stenu má sklon 45º a pomáha lepšie hrnúť zeminu do korby skrejpra. V praxi túto funkciu najčastejšie zabezpečujú hrebeňové dopravníky s vlastným hydraulickým pohonom s rýchlosťou 1 až 1,6 m/s a s možnosťou spätného chodu. Lišty elevátora vyhrabávajú rozpojenú zeminu v korbe a súčasne ju drvia. Rýchlosť elevátora musí byť vždy minimálne o 50 % vyššia, ako je rýchlosť skrejpra pri ťažbe zeminy. Korba elevátorového skrejpra sa odlišuje len tvarom prednej časti a úpravou dna, tak aby bolo možné štrbinové vyprázdňovanie.

Hlavnou výhodou tejto koncepcie je konštantné zaťaženie motora v procese plnenia, ktoré nie je závislé od hrúbky odrezávanej triesky. Pri práci s nesúdržnými zeminami sa korba lepšie naplní, čo umožňuje asi 25-percentnú úsporu výkonu motora oproti skrejprom bez elevátora. Určitou nevýhodou je pomerne rýchle opotrebovanie funkčných častí elevátora (lopatiek a reťaze), ktorý stále pracuje v abrazívnom prostredí. Konštrukcia týchto typov skrejprov je zložitejšia a pri vlhkých a lepivých zeminách dochádza k zalepovaniu elevátora.

Pracovný nástroj skrejpra
Pracovným nástrojom skrejpra je nôž umiestnený na prednej časti dna korby, ktorý odrezáva pri pojazde stroja zeminu postupujúcu dovnútra korby. Hrúbka triesky zeminy pre konkrétnu veľkosť stroja sa reguluje podľa stavu zaplnenia korby a vlastností rezanej zeminy. Pracovné nástroje všetkých skrejprov sú ovládané hydraulicky, čo umožňuje zahĺbenie do, alebo z odoberanej vrstvy zeminy. Pohon zadnej nápravy môže byť hydrostatický s vlastným spaľovacím motorom alebo s elektromotorom. Rýchlosť skrejprov sa pohybuje pri plnení v rozmedzí od 20 až do 30 km/h a pri vyprázdňovaní v rozmedzí od 30 až do 40 km/h. Sú určené na rozpojovanie zemín kategórie 1 až 3 (podľa STN 73 3050: 1986: Zemné práce. Všeobecné ustanovenia) s hrúbkou triesky od 0,1 až do 0,5 m.

Ťažná sila F musí byť väčšia ako celkový odpor na konci plnenia korby R. Tento odpor pozostáva z jazdného odporu R1, rezného odporu pri práci skrejpra R2, odporu plnenia korby zeminou R3, odporu hrnutia nakypreného materiálu R4 a odporu noža R5. Celkový odpor rastie s výškou zeminy v korbe skrejpra, maximum dosahuje v konečnej fáze zaplnenia korby. Pre ťažnú silu potrebnú na stanovenie potrebného výkonu motora platí:

F ≥ R = R1 + R2 + R3 + R4 + R5

Pracovný postup a schéma prác
Pracovný postup a schému prác určuje konfigurácia terénu, pričom je vhodné zvoliť prácu tak, aby ťažba a preprava zeminy prebiehala zo svahu. Čas pracovného cyklu t (s) zahŕňa čas potrebný na rezanie a plnenie korby t1, čas potrebný na prepravu t2, čas potrebný na vyprázdňovanie korby a rozprestieranie zeminy t3, čas potrebný na spiatočnú jazdu t4 a čas potrebný na otáčanie stroja na začiatku a konci pracovného cyklu t5. Pohyb skrejpra v teréne pri ťažbe a vyprázdňovaní musí byť dôkladne naplánovaný tak, aby sa zvýšila jeho efektívnosť a nevznikali časové straty pri zbytočnom prejazde po tom istom mieste s prázdnou korbou. Z tohto dôvodu treba navrhnúť vhodnú logistiku pohybu skrejpra po stavenisku a to tak, aby sa zamedzilo zbytočným a neefektívnym prejazdom, v závislosti od rozmerov staveniska, objemu prác, vzdialenosti medzi miestom ťažby a rozprestierania, prípadne iných situačných podmienok. Najbežnejšími schémami pohybu po stavenisku sú:

• pohyb v elipse (obr. 5a),
• pohyb v takzvanej osmičke (obr. 5b),
• pohyb v špirále (obr. 5c),
• striedavý pohyb (obr. 5d).

Obr. 5  Organizácia pohybu skrejpra

Výhody a nevýhody skrejprov
Medzi výhody jednoznačne patria:

• spojenie ťažby, dopravy, vyprázdňovania, rozprestierania a zhutnenia zeminy v jednom pracovnom procese,
• jednoduchá konštrukcia a ľahká ovládateľnosť,
• dosiahnutie veľkej výkonnosti v ľahkých a stredných zeminách s optimálnou vlhkosťou,
• možnosť pracovať aj v tvrdých, respektíve v už rozrytých zeminách za pomoci takzvaného pomocného postrku (obr. 6),
• vyšší súčiniteľ časového využitia ako pri použití jednoúčelových strojov nasadených na rovnaký typ zemných prác v zostave: nakladač – odvozný prostriedok – dozér – valec,
• možnosť ich použitia len na prevoz a rozprestieranie zeminy (obr. 7),
• ľahké premiestňovanie z jedného pracoviska na druhé (vlastný pojazd bez ťahača a podvalníka).

Základnými nevýhodami tejto skupiny strojov sú:

• nemožnosť nasadenia na práce v zeminách s obsahom veľkých kameňov,
• nižšia hodnota súčiniteľa naplnenia korby dosahovaná v piesčitých zeminách,
• nemožnosť nasadenia v rozbahnenom teréne (prekĺzavanie kolies),
• lepenie zeminy na dno steny korby pri vlhkosti zeminy väčšej ako 30 % a z toho vyplývajúce sťažené pracovné podmienky.

Obr. 6  Prívesné skrejpry s takzvaným pomocným postrkom	Obr. 7  Skrejper použitý na prevoz zeminy

Záver
V procese výberu vhodného typu skrejpra treba poznať základné parametre skrejpra, ktorými sú geometrický objem korby Vg (m³), navŕšený objem Vr (m³), výkon motora ťahača P (kW), prevádzková hmotnosť mc (kg), šírka záberu rezacej lišty b (m), maximálna rýchlosť pojazdu v (km/h), prevádzková výkonnosť Q (m³/h) a ekonomická dopravná vzdialenosť L (m). Rovnako dôležité je v pro­cese výberu a nadobúdania poznať podnikateľské zámery budúceho používateľa a technologické možnosti prevádzkového nasadenia. Dôležitú úlohu pri zabezpečení ekonomického využitia skrejprov zohráva aj skutočnosť, že predstavujú skupinu strojov, ktorá z dlhodobého hľadiska vzhľadom na ich jednoúčelovosť a sporadické nasadenie dosa­huje nižší koeficient využitia. Preto je výhod­né ich po nadobudnutí využívať a prevádzko­vať aj v spolupráci s inými podnikateľskými subjektmi alebo ponúkať formou prenájmu.

TEXT: Ing. Vladimír Pulkovník, prof. Ing. Ladislav Gulan, PhD., Ing. Gregor Izrael, PhD.
OBRÁZKY a FOTO: autori

Autori pôsobia v Ústave dopravnej techniky a konštruovania Strojníckej fakulty STU v Bratislave.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.