Modulárna štruktúra mobilných pracovných strojov

1. Úvod

V priebehu stáročí sa človek všestranne rozvíjal a medzi iným sa zdokonaľovalo aj jeho technické myslenie. K manipulácií s bremenom začínal používať rôzne pomôcky a neskôr aj stroje. V staroveku a stredoveku boli potrebné tisíce ľudí, aby pomocou primitívnych prostriedkov mohli manipulovať s najťažšími bremenami. Ťažkú a fyzickú prácu vykonávali za nepredstaviteľných podmienok spravidla otroci, nevoľníci, vojnoví zajatci, ľudia bez práv, ktorých život nemal pre vládnúcu triedu skoro žiadnu cenu. Postupne ale vznikali pomocné prostriedky a zariadenia, určené hlavne na dopravu ťažších bremien, ktorými si človek prácu uľahčoval, alebo vôbec umožňoval. Najskôr to bola páka, neskôr koleso, kladkostroj, ďalej nasledovali prepravné vozíky, až sa postupne tieto stroje tak zdokonalili, že ich technická úroveň vyústila v špeciálnu techniku pre manipuláciu s bremenami.

2. Tendencie vývoja konštrukcií mobilných pracovných strojov

Rozvoj techniky v druhej polovici nášho storočia vedie k stále náročnejším požiadavkám na nové výrobky a stroje. Okrem požadovaných funkčných vlastností je tu neustála snaha zvyšovať výkon strojov a zariadení pri súčasnom znižovaní materiálovej náročnosti, zvyšovaní energetickej účinnosti, zvyšovaní podielu automatizačnej techniky, zvyšovaní nárokov na obmedzovanie nepriaznivých účinkov strojov na pracovné a životné prostredie a v neposlednom rade na zabezpečenie ich konkurencieschopnosti (nízka cena, atraktívny dizajn...).

Obr. č.1: Princíp zostavovania modulárnej konštrukcie stroja

Výroba mobilných pracovných strojov predstavuje v súčasnosti v podmienkach rozvinutých hospodárskych krajín dôležitú súčasť strojárskeho priemyslu. Z tohto dôvodu je potrebné venovať výraznú pozornosť vývoju a konštrukcií týchto strojov v súlade so svetovými trendmi. Dôraz sa v poslednej dobe kladie hlavne na vývoj flexibilných modulárnych konštrukcií zložených z unifikovaných modulárnych dielov, ktoré sú schopné pokryť rôznorodé požiadavky používateľov, realizujúcich najmodernejšie pracovné technológie. Tento cieľ možno splniť len systémovým prístupom k procesu projektovania, ktorý okrem projekčných a konštrukčných činností zahŕňa aj proces poznania vývojových trendov v konštrukcií mobilných pracovných strojov.

Modulárne riešenie konštrukcie využíva pre daný stavebný rad modulárne diely umožňujúce zabezpečiť požadovanú rôznorodosť výrobkov, veľký počet variant a možností konfigurovateľnosti. Pod pojmom modul sa rozumie základná stavebná skupina konštrukcie stroja, ktorá slúži na zabezpečenie jednoznačnej funkcie stroja (pohon, rám – nosná funkcia, nástroj – technologická funkcia). Moduly považujeme za autonómne, funkčne nezávislé, ale pritom kompatibilné časti systému. V systéme sú jednoducho zameniteľné a ich spojenie s ostatnými časťami systému sa zabezpečuje prostredníctvom štandardných spojovacích prvkov. Jednotlivé moduly musia však vyhovovať svojimi technickými parametrami a finálna zostava vytvorená kombináciou disponibilných modulov musí vyhovovať požiadavke stability stroja ako celku a musí spĺňať požiadavky bezpečnosti.

Obr. č. 2: Modulárna štruktúra teleskopického manipulátora

V súčasnosti sa pri vývoji nových konštrukcií stavebných strojov dostáva do popredia princíp univerzálnosti strojov v určitých výkonových triedach a princíp vnútornej a vonkajšej modulárnosti konštrukcie stroja, prostredníctvom ktorých sú schopné pokryť najrozmanitejšie požiadavky používateľov. Vnútorná modulárnosť zohľadňuje prispôsobivosť konštrukcie prianiam zákazníkov na zabudovanie nimi požadovaných hlavných agregátov. Vonkajšia modulárnosť zohľadňuje prispôsobivosť konštrukcie stroja na zmenu technológie práce.

Pri zostavovaní flexibilnej konštrukcie stroja – manipulátora (obr. č.1), určenej pre realizáciu konkrétnej stavebnej technológie, musia byť splnené nasledovné podmienky:
a) výrobca disponuje ponukou základných stavebných modulov pozostávajúcich z rôznych veľkostí (tried) a typov (výrobcov). Tieto moduly môžu byť z vlastnej produkcie, alebo od subdodávateľov, zohľadňujúce požiadavky zákazníkov-používateľov,
b) jednotlivé moduly musia vyhovovať technickými parametrami, musia byť navzájom zmontovateľné a musia spĺňať podmienky medzných stavov konštrukcie (napr. pevnosť, tuhosť, únavová životnosť), ale tiež požiadavky spoľahlivosti, kvality a bezpečnosti.

Konštrukcia stroja vytvorená z modulov spĺňajúcich uvedené podmienky musí po kompletizácií vyhovovať nasledovným kritériám:

• finálna zostava vytvorená kombináciou disponibilných modulov musí vyhovovať požiadavke stability stroja ako celku v zmysle platných noriem a spĺňať kritéria bezpečnosti,
• náklady na výrobu a montáž zostavy musia spĺňať podmienku ekonomickej výhodnosti.

Súčasný stav v stavebnej praxi potvrdzuje, že používatelia by mali disponovať strojmi- nosičmi náradia, ktoré by mali mať univerzálne použitie umožňujúce väčšie časové využitie nosiča náradia pri jeho nasadení. Táto skutočnosť spätne vyvoláva povinnosť výrobcov tieto požiadavky konštrukčne zabezpečiť a ponúknuť na trh univerzálny nosič náradia, vybavený kolekciou prídavných zariadení pre realizáciu rôznych stavebných technológií v snahe zlepšenia konkurencieschopnosti výrobku na trhu. Z toho dôvodu sa objavila nová koncepcia strojov, označovaná ako teleskopické manipulátory. Tieto stroje možno charakterizovať ako univerzálne mobilné pracovné stroje určené na manipuláciu s rôznymi druhmi materiálov využívajúce široký sortiment prídavných pracovných zariadení. Sú konštruované prevažne ako terénne stroje umožňujúce prácu na nerovných a nespevnených podložiach. Za hlavné stavebné komponenty týchto strojov – makromoduly možno označiť rám, motor, pohon pojazdu, nápravy, pracovnú hydrauliku, stabilizačné podpery, kabínu, protizávažie a výložník. Modulárna štruktúra - konfigurácia jednotlivých funkčných a technologických možností teleskopického manipulátora kreovaného z disponibilných modulov je znázornená na obr. č. 2. Takéto flexibilné riešenie umožňuje veľký počet variant reagujúcich práve na rôznorodé požiadavky používateľov.