Mobilné pracovné stroje pre frézovanie a mulčovanie

Vo všetkých prípadoch sú to stroje s nepretržitým pracovným cyklom, realizujúce frézovanie materiálu prostredníctvom nástroja – rotačného frézovacieho bubna osadeného pracovnými nástrojmi za súčasného pohybu stroja. Pracovné technológie realizované frézovaním možno rozdeliť nasledovne:

mulčovanie, realizované prostredníctvom mulčovačov (60–120 kW), drvičov, resp. štiepkovačov (120–180 kW) a mulčovacích fréz (160–400 kW),

frézovanie zemín, realizované prostredníctvom zemných a stabilizačných fréz,

frézovanie asfaltobetónových alebo cementobetónových krytov vozoviek za tepla a za studena prostredníctvom cestných fréz.

Frézovanie patrí medzi najrozšírenejšie procesy rozpojovania s nepretržitým pracovným cyklom. To znamená, že proces rozpojovania a premiestňovania frézovaného materiálu sa uskutočňuje súčasne a nepretržite. Technológia práce zemnej frézy je založená na rozrušovaní zeminy rotujúcimi nožmi. Pracovný cyklus stroja sa začína spustením rotácie bubna a jeho následným posuvom do záberu, teda do frézovaného materiálu, ktorého stav a konzistencia sú rozhodujúcim parametrom pri návrhu koncepcie stroja. Z hľadiska orientácie otáčania nástroja frézy rozoznávame frézovanie protibežné a súbežné v smere posuvu stroja. Frézy, podobne ako ostatné druhy mobilných pracovných strojov môžeme rozdeliť podľa rôznych hľadísk. Z pohľadu konštrukcie a umiestnenia modulu nástroja na nosiči ich rozdeľujeme na jednoúčelové mobilné frézy a prídavné pracovné zariadenia adaptované na vhodný druh nosiča. Podľa realizovanej pracovnej technológie môžeme frézy rozdeliť na zemné a stabilizačné frézy, mulčovacie a štiep kovacie frézy, cestné frézy.

Zemné frézy a mulčovače

V súčasnosti veľmi preferované technológie rekultivácie a úprav nevyužívaných plôch spolu s technológiami údržby stávajúcich plôch a porastov, či údržby okolia cestných komunikácií zvýrazňujú význam a potrebu zemných a mulčovacích fréz. Z rozboru procesu frézovania a energetickej bilancie je známe, že proces frézovania je charakteristický vysokou výkonovou náročnosťou. Túto skutočnosť treba zohľadniť nielen pri návrhu nového jednoúčelového stroja, ale aj pri voľbe vhodného typu nosiča pre frézu, alebo mulčovač v podobe prídavného pracovného zariadenia. Približne 80 % výkonu stroja sa využíva len na pohon frézovacieho valca. Využiteľnosť frézy závisí nielen od typu noža, ale predovšetkým od inštalovaného výkonu pracovného stroja.

Jednoúčelové mobilné frézy a mulčovače umožňujú realizovať práce s vysokým plošným výkonom. Charakteristickým parametrom fréz je šírka záberu. U mulčovacích strojov môže v niektorých prípadoch dochádzať aj k čiastočnému premieseniu recyklovaného porastu s pôdou, vtedy sa uvádza aj hĺbkový záber nástroja. Pre povalenie vyšších drevín bývajú frézy vybavené hydraulicky sklopnou konštrukciou. Otáčanie mulčovacieho bubna má rovnakú orientáciu ako otáčanie kolies nosiča, dochádza teda k súbežnému frézovaniu. Podobne ako iné druhy mobilných pracovných strojov bývajú na kolesovom podvozku, alebo pre práce v najťažších terénnych podmienkach bývajú vybavené pásovým podvozkom (obr. 1) V prípade zemných fréz býva nástroj najčastejšie umiestnený v prednej časti nosiča. Stabilizačné frézy sa používajú najmä na miešanie neúnosných pôd so stabilizačnými prísadami pri výstavbe cestných komunikácií. Podľa počtu rotorov môžu byť jednorotorové a viacrotorové (napr. fréza s 3 valcami využíva: 1. rotor na rozpojovanie, 2. rotor na drobenie, 3. rotor na miešanie). Mobilné frézy (s vlastným pohonom) môžu mať nástroj nesený: pred nosičom, na zadnej časti nosiča, alebo medzi nápravami. Hmotnosti mobilných fréz s odpovedajúcimi výkonmi a šírkou záberu sú uvedené v tab. 1.

Prídavné pracovné zariadenia, frézy a mulčovače nevynímajúc, sú konštruované so zámerom efektívneho rozšírenia technologickej využiteľnosti univerzálnych mobilných pracovných strojov a zvýšenia ich časového využitia. Takéto nosiče musia mať dostatočnú výkonovú rezervu a musia byť aj prispôsobené na pohon prídavných zariadení. Pohon takýchto fréz a mulčovačov adaptovaných na vhodný typ nosič môže byť mechanický a hydrostatický.

Druh pohonu prídavných zariadení je teda určený vybavenosťou samotného nosiča. Najčastejšie pri traktoroch ako univerzálnych nosičoch náradia sa vyskytuje mechanický pohon vývodovým hriadeľom a prídavné pracovné zariadenia bývajú uchytené na trojbodovom závese, (obr. 2) Odporúčaná šírka záberu fréz ako prídavných pracovných zariadení pre výkonové rady traktorov je uvedená v tab. 2.

Umiestnenie frézovacieho, resp. mulčovacieho prídavného zariadenia na mobilný pracovný stroj, ktorý nemá vývodový hriadeľ (nakladač, rýpadlo, dozér, rýpadlo-nakladač, komunálne vozidlo, ratrak a pod.) si vyžaduje zabudovanie hydrostatického pohonu na nosiči. Výhodou hydrostatických pohonov je možnosť plynulej regulácie nástroja (zmena otáčok, obmedzenie krútiaceho momentu a pod.).

V prípade potreby adaptácie výkonného frézovacieho zariadenia na nosič s nedostatočným výkonom je možné využiť frézu s pohonom vlastným spaľovacím motorom. Ten môže byť umiestnený priamo na prídavnom pracovnom zariadení, alebo uložený na konzole, napr. v zadnej časti stroja, (obr. 3). Pohon prídavného zariadenia je obyčajne hydrostatický.

Komplexné spracovanie produktu

V dnešnej dobe sa veľmi často stretávame pri mulčovacích, resp. štiepkovacích zariadeniach s komplexným spracovaním produktu. Výrobcovia mulčovacích strojov dopĺňajú zostavu ťahaným zberným košom na vlastnom podvozku, do ktorého mulčovač vrhacím zariadením (podobným ako pri snežných frézach) metá a ukladá spracovaný porast, resp. štiepku. Drevná štiepka je jednou z foriem pevnej biomasy, ktorá je využiteľná ako ekologické palivo. Nespracovaný mulčovaný porast je charakteristický nízkou objemovou hustotou, čo v prípade jeho ďalšieho spracovania. zvyšuje dopravné náklady na miesto spracovania. Z tohto dôvodu je efektívne využiť baliace zariadenie, ktoré mulčovaný porast po spracovaní frézou stlačí do tvaru balíkov (obr. 4).

Nástroje zemných a mulčovacích fréz

Technológia práce zemných a mulčovacích fréz je podobná, ako aj ich konštrukcia z pohľadu základných stavebných modulov a ich štruktúry. Odlišujú sa však vyhotovením a geometriou nástroja, ktorý je v kontakte so spracovávaním materiálom. Najviac namáhanou časťou nástroja je frézovací nôž uchytený na telese rotora – bubna.. Jeho vyhotovenie, tvar, kvalita a uchytenie musia odpovedať stavu spracovávaného materiálu. Nože môžeme rozdeliť do dvoch základných skupín: s pevným uchytením a s uchytením pomocou čapu.

Nože s pevným uchytením sa používajú pri náročnejších úpravách terénu. Nôž, ktorý je v procese frézovania extrémne namáhaný sa aj napriek použitým oteruvzodrným materiálom opotrebuje veľmi rýchlo. Keďže spracovávaný materiál nie je homogénny, nôž počas pracovného cyklu prichádza do kontaktu s rôznymi tvrdými časťami a dochádza teda k jeho značnému opotrebeniu. Z tohto dôvodu treba zabezpečiť jeho jednoduchú vymeniteľnosť. Nože v tvare kužeľa by boli pri pevnom osadení opotrebované len z jednej strany, preto je vhodné aby pri zábere dochádzalo k pootáčaniu noža, čím sa dosiahne jeho rovnomerné opotrebenie. Takáto konštrukcia uloženia noža určeného na stabilizáciu pôdy ja znázornená na obr. 5. Z dôvodu zabezpečenia plynulosti chodu frézy a usmernenia frézovaného materiálu sú nože na nosnom bubne rozmiestnené v tvare ľavo-pravej skrutkovice. Hustejšie usporiadanie nožov na okrajoch bubna zabezpečuje rovnomerné spracovanie pôdy po celej jeho šírke. Z dôvodu minimalizácie trenia sú nože konštruované tak, aby chrbát noža prichádzal čo najmenej do kontaktu so spracovávaným materiálom, čo zabezpečuje sklon držiaka nástroja (obr. 6).

Pri mulčovacích frézach sa pevne uchytené nože používajú pri spracovávaní drevín väčšieho priemeru (od 250 mm), mulčovaní do väčšej hĺbky a pod. Pri týchto aplikáciách je potrebné aby bol nástroj navrhnutý z tvrdých kovov, pričom sa už nepoužívajú nástroje v tvare hrotu, ale nástroje podobné ako pri obrábaní kovov. Tieto musia tiež spĺňať podmienky optimálneho rezania a jednoduchej vymeniteľnosti. Veľmi dôležité je aj pevné uchytenie nástoja na rotor frézy, dimenzované tak, aby pri prípadnom kontakte nástroja s tvrdými časťami nedošlo k poškodeniu uchytenia, ale len noža, ktorého výmena je jednoduchá (obr. 7).

Pre menej náročné aplikácie možno použiť frézy, ktorých nože sú pripevnené k rotoru pomocou čapu. Použitie strojov s takto uloženými nástrojmi nie je závislé len od ich konštrukcie, ale predovšetkým od ich hmotnosti. Nože s menšou hmotnosťou a konštrukciou podobnou ako na (obr. 8) možno použiť na mulčovanie trávnatých porastov, prípadne likvidáciu plytkej koreňovej sústavy. Nástroje s väčšou hmotnosťou – kladivká kladú zvýšené požiadavky na pohon frézy a možno ich použiť na likvidáciu drevín menšieho priemeru (obr. 9).

Výhodou použitia nástrojov pripevnených pomocou čapu je zväčšenie životnosti jeho reznej hrany (pri kontakte s tvrdým predmetom sa vykloní a rázová sila na nástoj je menšia). Niektoré uloženia nástrojov na rotor umožňujú otáčanie kladivka v rozsahu 360° (obr. 10)., pričom je výhodné použiť kladivká s reznými hranami na obidvoch stranách (obr. 11). Takáto konštrukcia rotora umožňuje plynulejší rozbeh na pracovné otáčky a umožňuje tiež účinné frézovanie aj pri reverznom chode bubna.

Záver

Zemné a mulčovacie frézy predstavujú v súčasnosti na trhu široký typový a veľkostný sortiment. Z pohľadu používateľov týchto strojov v procese ich zaobstarávania a nákupu je dôležité aby stroj vhodne zapadol do zostavy disponibilných strojov a aby bol časovo a výkonovo efektívne využívaný. To nakoniec rozhoduje aj o skutočnosti, či si používateľ zaobstará jednoúčelový stroj, alebo len prídavné pracovné zariadenie na prevádzkovo vhodný a odpovedajúci univerzálny stroj.

Výkonnosť týchto cyklicky pracujúcich mobilných pracovných strojov závisí od veľkosti pracovného nástroja a ďalších technických parametrov nosiča. To znamená, že veľkosť stroja, teda jeho technické parametre musia byť prispôsobené požadovanému rozsahu a druhu prác, ktoré bude stroj v praxi vykonávať. Tieto skutočnosti musí používateľ zvažovať už v etape nadobúdania (zaobstarávania) stroja.

V poslednom období výrobcovia týchto pracovných strojov zo zákonných dôvodov a tiež z dôvodu konkurencie schopnosti svojich výrobkov venujú pozornosť nielen komfortu obsluhy, vplyvu strojov na životné prostredie ale aj otázkam ich bezpečnosti. Vo všeobecnosti sú projektované tak, aby z pohľadu ich celkovej bezpečnosti minimalizovali počet nebezpečenstiev, ohrození a rizík pri ich samotnom nasadení, prevádzke, údržbe, opravách, a aj v procese ich likvidácie. K bezpečnosti týchto zariadení patrí však aj odpovedajúca pozornosť zo strany zodpovedných pracovníkov venovaná školeniu, výcviku a zvyšovaniu úrovne obslužného personálu, ktorý musí dokonale poznať konštrukciu a špecifiká týchto strojov a pravidlá používania a dodržiavania bezpečnosti pri práci.

Použité zdroje

[1] Mazurkievič, I., Gulan, L., Izrael, I.: Mobilné pracovné stroje-Cestné stroje. Vydavateľstvo STU v Bratislave, Bratislava 2012, ISBN 978-80-227-3653-4

[2] http://www.wirtgen.sk, http://www.wirtgen.de

[3] http://www.loftness.com/Corporate/

[4] http://www.ongmac.com.au/mulchersnobili.htm

[5] http://www.seppi.com/en/t/home.html

[6] http://www.fecon.com/start/