Finišéry – história vývoja, konštrukcia a ich využitie v praxi

Vývoj týchto strojov, technológií na tvorbu krytov vozoviek a tiež samotných materiálov má zaujímavú históriu. V roku 1815 škótsky inžinier John Mc Adam (obr. 1) použil na stavbu cesty vrstvu zloženú zo zvlhčenej zmesi kameňov malej frakcie a piesku. Táto zhutnená vrstva potom vďaka prírodným soliam obsiahnutým vo vode vytvorila kompaktný celok. Zmes, ktorá vytvorila povrch takejto komunikácie, dostala pomenovanie podľa svojho vynálezcu a „makadam” je dnes v stavebníctve bežne skloňovaným pojmom.

Šroubový kompresor GX 7

Moderná technológia tvorby asfaltových krytov zabezpečujúcich vyššiu odolnosť a životnosť bola zavedená v dvadsiatych rokoch minulého storočia. Na rozdiel od makadamu, u ktorého sa zmes hornín z dôvodu spojenia vlhčila až po položení, nový typ podkladu sa pokladal už s obsahom spojiva základného materiálu. Aplikácia materiálu spočívala vo vyklopení asfaltovej zmesi na miesto určenia, jeho zrovnávaní pomocou lát a nasledovnom zhutnení, obr. 2.

Obr. 2: Stavba cestného telesa v tridsiatych rokoch 20. storočia

Prvý sériovo vyrábaný finišér

V roku 1931 predstavil v USA Harry Barber zo spoločnosti Barber-Greene Company prvý finišér. Pohyboval sa po koľajniciach a bol kombináciou nakladača a miešačky. Koľajnice boli čoskoro nahradené pásovým podvozkom a v roku 1934 bol na trhu ponúknutý prvý sériovo vyrábaný finišér. Stroj získal pomerne veľkú popularitu vďaka rýchlosti pokladania a tiež zaručenej kvalite hotového povrchu. Postupne s vývojom hydrauliky boli v päťdesiatich rokoch nahradené mechanické pohony finišéra hydraulickými, čím sa dosiahlo aj presnejšie ovládanie funkcií stroja. Neskôr tieto stroje boli vybavované modernými riadiacimi a nivelizačnými zariadeniami, ktoré zabezpečujú vysokú kvalitu ukladania zmesi, presnosť povrchu, vysoký hodinový výkon a pre svoju efektivitu sú zaraďované do strojových zostáv určených na výstavbu a rekonštrukciu vozoviek. V súčasnosti sa takmer všetky asfaltové a tiež betónové vozovky vytvárajú práve prostredníctvom týchto strojov.

Popis finišéra

Finišéry sú v súčasnosti konštruované s dôrazom na zabezpečenie požadovanej kvality kladenej vrstvy. Sú to zariadenia plniace viacero funkcií: ukladanie, zrovnávanie a čiastočné zhutnenie asfaltovej zmesi. Svoje uplatnenie nájdu pri stavbe ciest, parkovísk, letísk, či iných rovinných plôch.

Skladajú sa z nosiča a pracovného zariadenia. Nosič zabezpečuje pohyb stroja a dopravu zmesi zo zásobníka k pracovnému zariadeniu. Na nosiči sú umiestnené prvky hydraulického ovládania, hnací agregát, ovládanie stroja, zásobník materiálu, podávacie a rozhrňovacie dopravníky. Niektoré finišéry sú pri práci ťahané vozidlami dopravujúcimi asfaltovú zmes, ale najčastejšie sa konštruujú ako samohybné mechanizmy na kolesovom alebo pásovom podvozku. Pracovné zariadenie, ktoré zrovnáva a čiastočne hutní pokladanú vrstvu, je ťahané za strojom. Obsahuje vibračný trám, hladiacu dosku, výhrevné telesá a lávku obsluhy.

Jednotlivé hlavné časti finišéra ovplyvňujú svojou činnosťou výslednú kvalitu povrchu asfaltové krytu. Okrem konštrukcie finišéra má vo fáze pokladania vplyv na vytvorený povrch tiež kontinuita dodávania materiálu, rýchlosť a spôsob pokládky a mnoho ďalších faktorov. Tie ti požiadavky a dodržanie technických parametrov sa zabezpečujú už v procese samotného konštrukčného návrhu stroja. Pre asfalt ako materiál a tiež pre stavbu vozovky a jej konečnú kvalitu platia prísne predpisy a normy. Z dôvodu splnenia týchto požadovaných kritérií sú finišéry vybavené aj automatickými nivelačnými zariadeniami. Najmodernejšie systémy riadia výšku a priečny sklon hladiacej lišty finišéru pri ukladaní nového asfaltu a umožňujú exaktne docieliť požadovanú rovinnosť povrchu bez vyrovnávacích vrstiev aj pri extrémne rozdielnych, husto za sebou sa meniacich nerovnostiach a vysokých pracovných rýchlostiach.

Kolesové i pásové podvozky

Základné rozdelenie konštrukcie finišerov je determinované použitým podvozkom. Tie môžu byť kolesové alebo pásové. Konštrukcia kolesových podvozkov je podmienená celkovou hmotnosťou stroja. Podľa toho rozdeľujeme potom kolesové podvozky na dvojosové, trojosové a štvorosové, kde zadné kolesá sú hnacie a predné riadené. Poloha uloženia predných riadených kolies je zvolená tak, že je docielený vyvážený pomer medzi riaditeľnosťou a prítlakom na vozovku. U stredných a veľkých typov je dvojica predných riadiacich kolies uložená na kyvne uloženom váhadle, aby boli rovnomerne zaťažené a aby sa minimalizoval vplyv nerovností terénu, obr. 3. U najťahších typov sú aj predné riadené kolesa hnané hydrostaticky.

Obr. 3: Kyvné uloženie predných kolies

Vo všeobecnosti rozdeľujeme kolesové a pásové finišéry na tri kategórie, ktorých parametre sú uvedené v tab. 1 a 2. Pásové finišery sa používajú z dôvodu zníženia tlakov na podložie a tiež umožňujú dosiahnuť vyššiu rovinnosť pokladaného povrchu.

Dopravníky

Finišér je mobilný pracovný stroj s nepretržitým pracovným cyklom. Táto vlastnosť má zásadný vplyv na kvalitu pokladaného povrchu. Pracovná operácia sa začína po vysypaní asfaltovej zmesi z dopravného prostriedku do zásobníka stroja. Zásobník finišéra je umiestnený nad prednými riadenými kolesami a má výklopné bočnice, ktoré zabezpečujú dokonalé plnenie podávacích dopravníkov. Podávacie dopravníky smerujú zmes k závitovkám, ktoré ju ďalej rozhŕňajú do strán. Zmes sa tak rovnomerne rozhŕňa pred pracovným zariadením. Pohon podávacích dopravníkov býva pri súčasných strojoch riešený hydrostaticky, pričom na dopravu zmesi sa využíva hrabľový, alebo závitovkový dopravník, obr. 4 a 5.

Obr. 4: Hrabĺový dopravník

Obr. 5: Závitovkový dopravník

Najviac sa využíva spôsob dopravy pomocou hrabľového dopravníka, ktorý je konštrukčne jednoduchší. Zmes sa posúva po oceľovom sklze z oteruvzdorného materiálu účinkom unášačov uchytených medzi paralelne vedenými reťazami. Vyprázdňovanie zásobníka je postupné od spodnej časti, pričom materiál sa hromadí v zadnej časti zásobníka. Materiál uložený v zásobníku finišéra je charakteristický tým, že chladne nerovnomerne. Vplyvom okolitej teploty prostredia má na svojom povrchu nižšiu teplotu. Táto skutočnosť môže zásadným spôsobom ovplyvňovať vlastnosti položeného povrchu. Závitovkový spôsob podávania materiálu tieto negatívne vplyvy prevádzky do istej miery kompenzuje, je však vzhľadom na náročnejšie technické prevedenie menej používaný. Materiál sa zo zásobníka odoberá závitovkami rovnomerne pozdĺž celej dĺžky. Okrem toho dochádza v závitovkových dopravníkoch v priebehu vyprázdňovania zásobníka k premiešavaniu zmesi, čo má vplyv na kvalitu pokladanej vrstvy. Nedochádza k segregácii oblastí zmesi s rozdielnymi teplotami a jeho nerovnomernému chladnutiu, obr. 6. Znižuje sa tým pravdepodobnosť vzniku trhlín a zvyšuje sa kvalita a životnosť položeného krytu.

Obr. 6: Teplotný obraz materiálu uloženého v zásobníku finišéra a vrstvy položenej pomocou finišéra so skrutkovicovými podávacími dopravníkmi

Riadenie procesu pokladania

Z dôvodu zabezpečenia požadovanej kvality povrchu pokladanej vrstvy je potrebné proces pokladania riadiť. Riadením procesu pokladania zmesi nazývame vzájomné regulovanie otáčok dieselového motora, rýchlosti pojazdu, prívodu a rozdelenia materiálu ako aj nivelácie. Tieto parametre sa automaticky nastavujú meniacim sa podmienkam ukladania. Proporcionálne regulátory zabezpečujú, aby zabudovávané množstvo pred hladiacou doskou aj pri kolísavej spotrebe zostalo konštantné. Znamená to zosúladenie rýchlosti pohybu finišéra s posuvom podávacích a rozhrňovacích dopravníkov. Riadenie takéhoto procesu býva problematické pri doprave asfaltovej zmesi k finišéru vtedy, keď je výrobňa zmesi príliš vzdialená. Riešenie zvýšeným počtom dopravných prostriedkov nebýva vždy účinné, preto sa v praxi používajú zariadenia, ktoré kontinuálne dávkujú zmes do finišéra.

Kontinuálne dávkovanie zmesi do finišéra zabezpečuje pomocný mobilný dopravník so zásobníkom, v ktorom spolu so zásobníkom finišéra, možno dočasne uložiť až 45 ton materiálu. Plnenie takejto súpravy zabezpečuje obyčajne jeden dopravný prostriedok, čo zabezpečuje vyššiu produktivitu práce. Pomocný dopravník môže byť koncipovaný a vybavený tak, že je riadený zo stanoviska obsluhy finišéra a nepotrebuje ďalšiu obsluhu.

Obr. 7: Zabezpečenie kontinuálneho plnenia finišéra pomocným dopravníkom

Moderné trendy technickej praxe

Na trhu sú v súčasnosti v ponuke finišéry, ktorými sa dajú realizovať spevňujúce vrstvy pre cesty všetkých typov, dráhy pre lietadlá, parkoviská, podlahy továrenských hál a pod. Z dôvodu splnenia náročných technických požiadaviek na konečnú vrchnú vrstvu (jej minimálnu, resp. maximálnu hrúbku, požadovanú šírku, priečny sklon a adhézne vlastnosti) a jej kvalitu sú používané automatické nivelačné zariadenia.

Technická podpora technológie pokladania povrchových vrstiev dnes zohľadňuje všetky požiadavky kladené na tvorený povrch. Finišér ako stroj s vysokým stupňom integrácie sofistikovaných funkcií tieto požiadavky sleduje a prešiel od svojho prvého uvedenia na trh dynamickým vývojom. V roku 2010 získal cenu IIDA (International Interior Design Association) projekt biologickej náhrady vytvárania cestných krytov.

Vedci Thomas Kosbau a Andrew Wetzler vyvinuli metódu tvorby cestného krytu z drveného pieskovca a špeciálnej baktérie. Pieskovec vytvrdený za pomoci baktérie Bacillus Pasteurii mal vlastnosti podobné asfaltovému krytu. Výsledný povrch je pieskovo žltý, neohrieva sa teda tak ako asfalt a znižuje sa jeho teplota počas letných dní vo veľkých mestách až o 3 °C. Zariadenia na vytváranie alternatívnych povrchov sú už dnes predmetom záujmu viacerých výskumno-vývojových pracovísk v kontexte trendov modernej technickej praxe a ochrany životného prostredia.

Literatúra

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

[2] Internetové zdroje:
http://www.loraincityhistory.org/archive/indexfullpicture.asp?imageid=745&str=sohio,
http://nextbigfuture.com/2010_10_31_archive.html,
http://www.madehow.com/Volume-3/Asphalt-Paver.html,
http://www.terexrb.com/Content.aspx?pgID=143.