Využitie kráčajúcich rýpadiel v praxi

Stavebné stroje, a teda aj mobilné pracovné stroje, musia okrem realizácie požadovaných prác pri zachovaní ­optimálneho pomeru produktivity a ceny zabezpečiť aj požiadavky bezpečnosti,  ochrany zdravia pri práci a minimalizovať negatívne vplyvy na životné prostredie. To sú kritériá, splnenie ktorých sa v ostatnom období stáva prio­ritou aj pre výrobcov rýpadiel.

Rýpadlá sú vo všeobecnosti mobilné pracovné stroje určené na dobývanie hornín, rozrušovanie zeminy, respektíve jej premiestňovanie prostredníctvom pracovného zariadenia. Pracujú zväčša cyklicky a charakterizuje ich koncepcia, konštrukcia, technické a rôzne ďalšie prevádzkové parametre. Za základné technické parametre, ktoré sú dôležité pre správne rozhodnutie používateľa v procese výberu a zaobstarávania nových strojov, sa považuje:

• výkon motora (tiež typ) [kW],
• maximálna a nominálna nosnosť [kg],
• prevádzková hmotnosť [kg, t],
• rezná, trhacia a zdvíhacia sila [N],
• objem pracovného nástroja [m³, l],
• čas pracovných cyklov [s],
• pracovné dosahy [m],
• rázvor [m],
• rozchod [m],
• minimálny polomer zatáčania [m],
• hlavné rozmery stroja [m],
• pracovné tlaky [Pa] a podobne.

Hydraulické rýpadlá sa podľa hmotnosti rozdeľujú do štyroch skupín:

• mikrorýpadlá 0,8 až 1,6 t,
• minirýpadlá 1,6 až 4 t,
• rýpadlá strednej veľkosti 4 až 125 t,
• veľkorýpadlá 125 až 1 000 t.

Tieto skupiny výrobcovia rozdeľujú na ďalších dvadsať veľkostných tried (označovaných 1 až 20). V nich sa rýpadlá zoraďujú podľa hmotnosti (s priradením výkonu motora, veľkosti nástroja, respektíve reznej sily).
V procese zaobstarávania stroja musí budúci používateľ podrobne analyzovať svoje požiadavky s ohľadom na predpokladané činnosti, teda realizované pracovné technológie. Týmto požiadavkám a špecifikám predpokladaného pracovného prostredia treba prispôsobiť nielen typ stroja z hľadiska jeho funkčných možností, ale aj jeho veľkosť. Preto je nutné poznať aj základné konštrukčné znaky rýpadiel. Medzi ne patrí:

• druh pracovného zariadenia,
• spôsob premiestňovania,
• konštrukcia podvozku,
• druh podvozku (v závislosti od únosnosti podkladu),
• druh hnacej jednotky,
• rozsah otáčania otočnej nadstavby.

Druh pracovného zariadenia
Rýpadlá sa vyrábajú s hĺbkovým pracovným zariadením alebo tiež s takzvanou podkopovou lyžicou, ktorá sa plní pohybom smerom dole, ako aj s výškovým pracovným zariadením alebo s výškovou či nakladacou lyžicou, ktorá sa plní pohybom smerom hore. Dostupné sú aj iné druhy rýpadiel určené pre konkrétne pracovné technológie, ako sú napríklad práca s drapákom, s vlečným korčekovým zariadením, so svahovacím zariadením, zariadením na bočné rýpanie alebo s žeriavovým zariadením s rôznymi druhmi nástrojov a podobne.
 
Spôsob premiestňovania
Ak sa rýpadlo prepravuje vlastnou motorickou silou, ide o samopojazdné rýpadlo. Ďalej sa vyrába prípojné rýpadlo premiestniteľné pomocou ťahača, prívesné rýpadlo, v prípade ktorého sa len časť jeho hmotnosti prenáša na ťažné vozidlo, a návesné rýpadlo, pri ktorom sa na ťažné vozidlo prenáša podstatná časť hmotnosti. Na trhu je dostupné aj samohybné rýpadlo, ktoré nemá pohon kolies, ale premiestňuje sa napríklad pomocou pracovného zariadenia.
 
Konštrukcia podvozku
Z hľadiska konštrukcie podvozku je dostupné:

• pásové rýpadlo. Podvozok sa skladá z rámu a dvoch (alebo viacerých) nekonečných pásov (natiahnutých na hnacie koleso, napínacie koleso, pojazdové a podperné kladky) odvaľujúcich sa po pojazdovej rovine;
• kolesové rýpadlo. Podvozok je vybavený pojazdovými kolesami (s pneumatikami alebo oceľovými podperami);
• automobilové rýpadlo. Ide o samojazdné rýpadlo na špeciálnom automobilovom podvozku;
• koľajové rýpadlo. Podvozok koľajového rýpadla je prispôsobený pojazdu po koľajniciach;
• plávajúce rýpadlo, adaptované na plavidlách;
• rýpadlo s duálnym (takzvaným dvojcestným) podvozkom. Je vybavené napríklad kolesovým a aj koľajovým podvozkom;
• kráčajúce rýpadlo. Podvozok tvoria pohyblivé nohy s opernými doskami, umožňujúcimi pohyb rýpadla.

 
Druh podvozku v závislosti od únosnosti podkladu
Dôležitú úlohu pri výbere rýpadla zohráva únosnosť podkladu. Podvozok rýpadla s podvozkom pre málo únosné podklady (LC – long crawler) je prispôsobený pojazdu po málo únosnom teréne so stredným merným tlakom do 30 kPa. Rýpadlo s podvozkom pre stredne únosné podklady (ST – standart) má podvozok prispôsobený na pojazd po teréne so stredným merným tlakom v rozpätí od 30 až do 120 kPa. V neposlednom rade sa vyrába rýpadlo s podvozkom vhodným na pojazd po vysoko únosnom podklade (HD – heavy duty) so stredným merným tlakom väčším ako 120 kPa.

Hnacia jednotka
Hnacou jednotkou rýpadla môže byť spaľovací motor, elektrický motor alebo spaľovacia turbína. Výnimkou nie je ani hybridný pohon.
 
Rozsah otáčania otočnej nadstavby
Otáčanie nadstavby rýpadla môže byť neobmedzené – plne otočné rýpadlo – alebo sa môže nadstavba rýpadla otáčať len v obmedzenom rozsahu – čiastočne otočné rýpadlo.

Z uvedeného prehľadu je zrejmé, že rýpadlá predstavujú veľmi širokú druhovú a veľkostnú skupinu mobilných pracovných strojov, ktoré sa líšia svojím určením vzhľadom na pracovné prostredie. Správny výber si vyžaduje zohľadniť všetky špecifické podmienky. Realizovať pracovné technológie v náročných podmienkach, ako je napríklad vysokohorský terén, korytá potokov a riek, respektíve v iných sťažených pracovných podmienkach možno len prostredníctvom účelovo konštrukčne prispôsobených rýpadiel. Konštrukcie so zodpovedajúcou kvalitou, spoľahlivosťou a bezpečnosťou, prispôsobené práci v extrémnych podmienkach a terénoch umožňujú totiž používateľovi dosiahnuť vysokú produktivitu práce pri primeraných nadobúdacích nákladoch. Ide o takzvané kráčajúce rýpadlá (Schreitbagger – nem., Walking Excavator – angl.). Názov tejto špecifickej skupiny rýpadiel je odvodený od ich charakteristického pohybu, ktorý sa podobá kráčaniu.

Kráčajúce rýpadlo možno použiť na prácu takmer v každom teréne, od močarísk až po skalnatý povrch. Od typických rýpadiel sa odlišuje špeciálnym, takzvaným kráčajúcim podvozkom, ktorým sa zabezpečuje mobilita pracovného stroja aj v najťažších terénnych podmienkach. Prostredníctvom širokého sortimentu prídavných pracovných zariadení možno týmto typom stavebného stroja realizovať aj pomerne širokú škálu technológií – rozrušovanie a ťažbu hornín, zrovnávanie zeminy, čistenie vodných tokov, rozrušovanie betónových stavieb, použitie vŕtacích súprav a štiepacích zariadení na drevo a takisto napríklad zhutňovanie alebo čerpanie kalov.

Kráčajúce rýpadlo sa po prvýkrát objavilo na trhu v roku 1966. Výrobcom bola švajčiarska firma Menzi, ktorej zakladateľom bol rodák z Toggenburgu, Ernst Menzi (1897 až 1984). Prvé rýpadlo nieslo názov Menzi Muck (obr. 1), podľa legendárnej rozprávkovej postavy (Muck – malý muž, ktorý dokáže všetko). Toto rýpadlo s neobvyklým podvozkom, schopné pracovať na extrémne príkrych svahoch, začalo postupne získavať komerčné úspechy. Firma Menzi Muck dodnes patrí medzi popredných výrobcov kráčajúcich rýpadiel.

S postupne rastúcim dopytom po mobilných pracovných strojoch s takýmito špecifickými vlastnosťami sa na trhu začali objavovať stroje podobnej konštrukcie viacerých výrobcov. Dnes do skupiny výrobcov okrem už spomenutej švajčiarskej firmy Menzi Muck (obr. 2a – rýpadlá výkonovej kategórie v rozpätí od 18 do 104 kW, respektíve s hmotnosťou v rozpätí od 3 do 13 t) – patrí aj lichtenštajnský výrobca Kaiser (obr. 2b – rýpadlá výkonovej kategórie v rozpätí od 34 do 117 kW, respektíve s hmotnosťou v rozpätí od 7 do 11,3 t), talianska spoločnosť Euromach (obr. 2c – rýpadlá výkonovej kategórie v rozpätí od 32,6 do 235 kW, respektíve s hmotnosťou v rozpätí od 1,9 do 12,3 t), nemecká spoločnosť Schaeff (obr. 2d – po zlúčení s firmou Terex ukončila spoločnosť výrobu týchto rýpadiel a ponúka rýpadlá firmy Kaiser pod vlastným označením) a najmladší taliansky výrobca Batemag (obr. 2e – rýpadlá výkonovej kategórie v rozpätí od 86 do 115 kW, respektíve s hmotnosťou v rozpätí od 8,3 do 10,5 t).

Obr. 2a Menzi Muck A71	Obr. 2b Kaiser S2
Obr. 2c Euromach R65	Obr. 2d Schaeff SH40D

Z konštrukčného hľadiska kráčajúce rýpadlá pozostávajú podobne ako rýpadlá iných skupín z troch základných častí:

• podvozku,
• hornej otočnej nadstavby,
• pracovného zariadenia.

Základ podvozku kráčajúceho rýpadla (obr. 3) tvorí nosný rám s dvoma pármi oporných nôh otočne spojenými s podvozkom prostredníctvom kĺbov. Umožňujú ich natáčanie vo dvoch rovinách, čo pomáha dosiahnuť nielen požadovanú stabilitu stroja, ale aj jeho kráčavý pohyb. Na týchto ramenách sú uložené pneumatikové kolesá, umožňujúce pohyb rýpadla. Pojazd kolies zabezpečujú rotačné hydromotory umiestnené priamo buď vo všetkých štyroch, alebo len vo dvoch zadných kolesách. Pri náhone zadných kolies (4 × 2) sa nepoháňané predné kolesá dajú demontovať, aby neprekážali pri kráčavom pohybe stroja, prípadne pri pohybe rýpadla na strmých svahoch.

Zadné oporné nohy sa skladajú z troch častí, a to z kĺbu, základného ramena a polohového ramena kolesa. Predné oporné nohy pozostávajú, rovnako ako zadné, z troch častí – kĺbu, základného ramena a podľa konštrukčného vyhotovenia z teleskopického (obr. 4) alebo sklopného predného ramena (obr. 5). Kontakt predných ramien s terénom zabezpečujú vymeniteľné kontaktné opory, ktoré môžu byť pevné alebo nastaviteľné. Ich tvar závisí zväčša od druhu terénu.

Pracovné zariadenie spolu s kabínou obsluhy sa nachádza na hornej otočnej nadstavbe a pozostáva z výložníka, násady (prevažne teleskopickej) a vymeniteľného pracovného nástroja. Z hľadiska efektívneho využitia kráčajúcich rýpadiel v praxi má dôležitý význam aj výrobcami ponúkaný sortiment prídavných pracovných zariadení, ktorý umožňuje prostredníctvom konkrétneho nosiča realizovať viacero pracovných technológií aj v ťažkých pracovných podmienkach. Súčasťou sortimentu sú zvyčajne rôzne typy lyžíc, lopát, drapákov, vidiel, radlíc, rozrušovacích kladív, komunálnych nástrojov a tiež nástrojov pre rôzne typové technológie.

Na nadstavbe sa nachádzajú aj pohonné a energetické agregáty s príslušenstvom, hydrogenerátory, hydraulické rozvádzače, nádrže a iné prvky základnej vybavenosti stroja. Všetky zaťaženia od otočnej nadstavby vrátane prídavných zariadení a pracovného zariadenia naplneného pracovným materiálom (zeminou, kamenivom, pieskom a podobne) sa prenášajú do podvozku prostredníctvom veľkorozmerového ložiska, ktorým sa tieto základné časti stroja integrujú do funkčného celku. Podľa konštrukcie môže byť ložisko s ozubeným vencom s vonkajším alebo vnútorným ozubením. Hydromotor zabezpečujúci otáčanie nadstavby sa podobne ako v prípade klasických rýpadiel upevňuje na konštrukciu nosného rámu otočnej nadstavby.

Vzhľadom na neustále požiadavky používateľov a rozvoj pracovných technológií venujú výrobcovia kráčajúcich rýpadiel sústavnú pozornosť ich vývoju a zdokonaľovaniu. Nejde len o zabezpečenie požadovanej kvality, bezpečnosti, vybavenosti strojov a požadovaného komfortu obsluhy, ale aj o zvýšenie ich výkonnosti, zlepšenie ich prevádzkových vlastností a rozšírenie pracovných technológií.

Z hľadiska používateľov kráčajúcich rýpadiel, respektíve mobilných pracovných strojov vôbec, je dôležité v procese ich zaobstarávania zabezpečiť, aby stroj vhodne zapadol do zostavy strojov používateľa. To znamená, aby bol časovo a výkonovo efektívne využitý vzhľadom na ostatné disponibilné technologické, skladovacie alebo transportné zariadenia. Splnenie týchto podmienok možno analyzovať a v praxi podložiť technickými výpočtami. Jednotlivé typy vyrábaných kráčajúcich rýpadiel sa líšia konštrukčným riešením podvozkových častí nosiča a pracovného zariadenia.

Výkonnosť kráčajúcich rýpadiel, podobne ako aj iných druhov cyklicky pracujúcich mobilných pracovných strojov, závisí od veľkosti pracovného nástroja a počtu pracovných cyklov za jednotku času. To znamená, že veľkosť rýpadla, teda jeho technické parametre, sa musia prispôsobiť rozsahu a druhu prác, ktoré bude stroj vykonávať v praxi . Pri celkovom posudzovaní vlastností a vhodnosti jednotlivých typov rýpadiel v procese nadobúdania je vhodné, ak používateľ vyhodnotí existujúcu ponuku na trhu aj použitím takzvaných rozhodovacích kritérií Ri, udávajúcich pomer vybraných základných technických parametrov:
P – výkon motora (kW)
V – geometrický objem nástroja (m³)
R1 = P/V (kW/m³)
m – pohotovostná hmotnosť (kg)
R2 = m/P (kg/kW)
R3 = m/V (kg/m³)
F – rezná alebo trhacia sila (N)
R4 = F/V (N/m³)
 
Záver
V ostatnom období výrobcovia mobilných strojov zo zákonných dôvodov a tiež z dôvodu konkurencieschopnosti svojich výrobkov venujú zvýšenú pozornosť komfortu obsluhy, vplyvu strojov na životné prostredie a otázkam ich bezpečnosti. Tieto stroje sa už navrhujú tak, aby sa z hľadiska ich celkovej bezpečnosti minimalizoval počet nebezpečenstiev, ohrození a rizík pri ich nasadení – prevádzke, údržbe, opravách a tiež v procese ich likvidácie. Tieto ohrozenia a riziká však treba v praxi minimalizovať aj správnou organizáciou práce a činnosťou obslužného personálu, ktorý musí poznať konštrukciu strojov, pravidlá ich používania, dodržiavania bezpečnosti, ako aj špecifiká jednotlivých typov strojov a nimi realizovaných pracovných technológií.

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

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

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.