Vytváranie účelových nadstavieb a pohonov komunálnych vozidiel

Koncepčný návrh viacúčelového komunálneho vozidla (obr. 1) zohľadňuje súčasné trendy vývoja a výroby komunálnych vozidiel ako nosičov najpoužívanejších komunálnych nadstavieb. Nosič bol navrhovaný tak, aby spĺňal parametre a kritéria Európskych a Slovenských nariadení a noriem, nakoľko spadá do kategórie vozidiel N2, čo sú vozidlá na prepravu nákladu v hmotnostnom rozmedzí 3,5 až 12 ton. Podstatnou požiadavkou sú bezpečnostné normy a taktiež aj emisné normy, na základe ktorých bol vymedzený výber pohonu spĺňajúceho dané kritéria.[1, 2, 4]

Obr. 1: Vizualizácia komunálneho vozidla určeného pre variantné nadstavby [9].

Vozidlo má podvozkový typ karosérie. Podvozok vozidla (obr. 3a, 3b) bol navrhnutý vzhľadom na určenie vozidiel v prevádzke v dvoch variantoch, s pevným (obr. 2a) a výkyvným dvojdielnym rebrinovým rámom (obr. 2b) v pozdĺžnej osi nosiča v závislosti od požadovaného využitia. Rám je konštrukčne prispôsobený na adaptáciu rôznych typov nadstavieb a prídavných zariadení spolu s možnosťou zmeny pohonu. Zavesenie kolies je realizované pomocou tuhých náprav, ktorých odpruženie a tlmenie je prevedené vzduchovým vankúšmi s možnosťou zmeny svetlej výšky spolu s hydraulickými tlmičmi. Zmenou kolies alebo pneumatík je možné meniť jazdné parametre v závislosti od požiadaviek na pracovné podmienky. Kabína bola navrhnutá v zmysle bezpečnostných a rozmerových noriem s ohľadom na usporiadanie ovládacích prvkov. [1, 4, 6, 8, 9]

Obr. 2a: Pevný rebrinový rám nadstavby [8, 9].

Obr. 2b: Výkyvný dvojdielny rebrinový rám nadstavby [8, 9].

Pôvodný návrh pohonu je realizovaný spaľovacím motorom spolu s hydromechanickým prevodovým mechanizmom, rozvodovkou a nápravovými diferenciálmi (obr. 3a), zabezpečujúcimi realizáciu nadštandardných terénnych možnosti pre jazdu a prácu vozidla v sťažených podmienkach. Alternatívnym pohonom je takzvané hybridné prevedenie (obr. 3b), kde došlo k zmene v usporiadaní a využití konštrukčných a akčných prvkov pohonného mechanizmu oproti pôvodnému riešeniu. Ide o hybridný pohon s paralelným usporiadaním. Stavba celého mechanizmu pozostáva z pôvodnej hydromechanickej prevodovky, medzi-nápravovej rozvodovky spolu s diferenciálmi a zmeneným motorom s nižším výkonom. Keďže sa jedná o hybridný pohon, tak neodmysliteľnou súčasťou je elektromotor spolu s batériami.

Spojenia mechanickej a elektrickej vetvy je zabezpečené pomocou spojovacej prevodovky a zmeny kardanového hriadeľa. Pre adaptáciu „hybridu” neboli potrebné špecifické zásahy do konštrukcie rámu vozidla. Návrh daného variantu pohonu bol realizovaný najmä pre zlepšenia emisných parametrov. [1, 2, 3, 4, 10]

Obr. 3a: Podvozková časť vozidla (šasi) s hydromechanickým pohonom [9, 10].

Obr. 3b: Podvozková časť vozidla (šasi) s hybridným pohonom [9, 10].

Vozidlo má pri oboch typoch pohonu alternatívu využitia pojazdu prednej alebo oboch náprav, v závislosti od činnosti vozidla spolu s rozdeľovaním výkonu na jednotlivé nápravy alebo kolesá podľa zaťaženia. Nevyhnutnou súčasťou pre ovládateľnosť vozidla, najmä v obmedzených priestoroch, je možnosť riadenia všetkých náprav, alebo takzvaný krabí chod. Za bežných okolností je riadená predná náprava. Činnosť a riadenie nadstavieb je realizovaná vývodovým hriadeľom na prevodovke s možnosťou využitia hydraulického alebo elektrického pohonu. [1, 2, 4]

Návrh koncepcie nadstavby a prídavných zariadení

V rámci riešenia projektu s ohľadom na zabezpečenie realizácie rôznych komunálnych technológii bol vypracovaný návrh 6 variantov komunálnych nadstavieb:

• valníková (sklápacia) nadstavba (obr. 4a),
• posýpacie zariadenie (obr. 4b),
• domiešavacie zariadenie (obr. 4c),
• priemyselný drvič odpadu (obr. 4d),
• cisterna s oplachom (obr. 4e),
• čistiace prídavné zametacie zariadenie s korbou a vysávačom (obr. 4f).

Obr. 4: Vizualizácia komunálneho vozidla: a) s valníkovou nadstavbou, b) s posýpacím zariadením, c) s domiešavacím zariadením, d) s drvičom, e) s cisternou a oplachom, f) s vysávačom a prídavným zametacím zariadením [5–10].

Jednotlivé propozície zariadení boli navrhované priamo na riešenú veľkostnú kategóriu komunálneho vozidla. Súčasťou nadstavby takmer vo všetkých prípadoch je ich vlastný rám, okrem valníkovej nadstavby, ktorý slúži najmä na jednoduchú výmenu a jeho uchytenie na rám vozidla. Uchytenie a upnutie je realizované rozoberateľnými spojmi na priečnikoch rámu vozidla, kde sú zaistené čapmi spolu so závlačkami. Na zadnom priečniku je kĺbový spoj, kvôli vyklápacej valníkovej nadstavbe. Výmena nadstavby je zabezpečená pomocou zníženia svetlej výšky vozidla a stojanov, ktoré sa pri výmene zabudujú do rámu nadstavby, obr. 5. [4–10]

Obr. 5: Výmena nadstavby.

Valníková alebo sklápacia nadstavba, ako neodmysliteľná súčasť každého komunálneho vozidla, je ovládaná pomocou teleskopického jednočinné hydraulického valca umiestneného v strede korby uloženého na ráme nosiča. Vyklápanie je možné previesť smerom dozadu, respektíve na ľavú a pravú stranu. Pred vyklápaním je vždy potrebné uvoľniť kontaktné uchytenia nadstavby s rámom vozidla podľa potreby. [9]

Obr. 1: Vizualizácia komunálneho vozidla určeného pre variantné nadstavby [9].

Posýpacia nadstavba je zložená z rámu nadstavby, zásobníka, dávkovacieho zariadenia, nádrže na vodný roztok soli a rozmetadla. Pohon dávkovača, rozmetadla a čerpadla v nádržiach je zabezpečený hydraulickým prevodníkom ovládaným pomocou tenzometrického snímača na meranie úbytku materiálu v zásobníku, čím ovplyvňuje množstvo dávkovaného materiálu. [7]

Domiešavacie zariadenie bolo navrhnuté na samostatné dávkovanie a plnenie jednotlivých zložiek betónovej zmesi bez pomoci externých zariadení. Preto, okrem rámu nadstavby, miešacieho bubna, nádrže na vodu a dopravných sklzov, je súčasťou celku aj plniaci mechanizmus. Pridaním plniaceho mechanizmu sa zabezpečila funkcia plnenia bubna jednotlivými zložkami na tvorbu betónovej zmesi. Celý mechanizmus je riadený a ovládaný hydraulickým pohonom. [6]

Priemyselný drvič odpadu bol navrhnutý na základe požiadavky mobility jeho zabudovaním na komunálne vozidlo. Pozostáva z rámu, dvoch dopravných zariadení a samotného drviaceho zariadenia. Celý mechanizmus je poháňaný hydraulicky. [8]

Korba s vysávačom a zametacím zariadením bola koncipovaná na rozmery navrhnutého vozidla. Korba vysávača je zložená z funkčných prvkov, ako je rám nadstavby, nádoba na nečistoty a samotný vysávač. Zametacie zariadenie je upevnené na prednej časti vozidla 3-bodovým závesom, zložené z väčších funkčných celkov, ktorými sú kropenie, zberný kôš, kefy, nosný rám. Zametacie zariadenie má viac riešení s využitím rozličných typov kief. Sací mechanizmus vysávača vyúsťuje do zbernej nádoby. Druhý typ nadstavby je cisterna s oplachom, ktorá je umiestnená na ráme vozidla za kabínou pomocou rámu nadstavby a vyúsťuje v prednej časti na kropiacom zariadení. Obidva systémy využívajú hydraulický pohon. [5]

Komunálne vozidlo s variantnými nadstavbami

Variantné možnosti využitia komunálneho vozidla s nadstavbami sú uvedené v tab. 1. Varianty vznikajú kombináciou troch funkčných celkov, rámov, pohonov a disponibilných nadstavieb.

Kombináciou rámov, pohonov a nadstavieb vzniklo 24 variantov komunálneho vozidla prispôsobených aktuálnym požiadavkám používateľov v komunálnej sfére respektíve v stavebníctve. Avšak nie všetky varianty sú vhodné do prevádzky, ako napríklad variant V15 a V21, z dôvodu nespĺňajúcich, najmä bezpečnostných parametrov, ako stabilita.

Valníková alebo sklápacia nadstavba je častá súčasť komunálneho vozidla. Ilustračné foto. (foto Věra Hejhálková, DiS.)

Záver

Cieľom projektu bolo vypracovať koncepčný návrh komunálneho vozidla ako nosiča s dvoma variantmi podvozkového usporiadania dvoma variantmi pohonu v kombinácii s rôznymi typmi nadstavieb. Nadstavby boli navrhnuté s ohľadom na ich adaptáciu na stávajúci rám nosiča s jednoduchou možnosťou výmeny a tiež s ohľadom na jeho nosnosť. Oba typy pohonu sú kompatibilné s vybranými rámami. Dôležitým aspektom bola požiadavka na dodržanie princípov modularity a flexibility navrhovaných konštrukcii. V súčasnej dobe sa väčšina výrobcov zameriava práve na tieto aspekty z dôvodu nie len efektívnej konštrukcie, ale aj výroby zariadení a ich využitie. V ďalšom období bude pozornosť zameraná na variantne riešenia vyvolané požiadavkami praxe.

Tento príspevok vznikol v rámci podpory Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe projektu APVV-21-0406.

Výmenná cisternová nadstavba ZVVZ NC3-T. Ilustračné foto. (foto ZVVZ MACHINERY)

Literatúra a súvisiace odkazy:

[1] VLK, F.: Podvozky motorových vozidel: Pneumatiky a kola, Zavěšení kol, Nápravy, Odpružení, Řídicí ústrojí, Brzdové systémy. Brno: Nakladatelství a vydavatelství VLK 2001. ISBN 80-238-5274-4.
[2] VLK, F.: Převodová ústrojí motorových vozidel: Spojky, Převodovky, Rozvodovky, Diferenciály, Hnací hřídele, Klouby. Brno: Nakladatelství a vydavatelství VLK 2001. ISBN 80-238-5275-2
[3] IKRINSKÝ, A.: Mechanické a hydraulické prevody. Bratislava: Nakladateľstvo STU 1994. ISBN 80-227-0700-7.
[4] MAZURKIEVIČ, I., L. GULAN, G. IZRAEL, M. GLATZ: Mobilné pracovné stroje: teória a konštrukcia základných modulov. Bratislava: Nakladateľstvo STU 2013. ISBN 978-80-227-3968-9.
[5] DUNAJ, K. 2021. Koncepčný návrh zametacieho zariadenia a pracovných nadstavieb pre univerzálne komunálne vozidlo: diplomová práca. Bratislava: STU, 2021. 87 s.
[6] INDRO, A. 2022. Koncepčný návrh domiešavacieho zariadenia a jeho adaptácia na samohybný podvozok 4×4: diplomová práca. Bratislava: STU, 2021. 65 s.
[7] ŽILKA, J. 2015. Návrh koncepcie posýpacieho zariadenia ako nadstavby komunálneho vozidla s výkonom 80 kW: diplomová práca. Bratislava: STU, 2015. 89 s.
[8] HOLUB, P. 2022. Koncepčný návrh adaptácie nadstavby dvojrotorového drviča na samohybný podvozok 4×4: diplomová práca. Bratislava: STU, 2022. 101 s.
[9] LÁSKAVÝ, J. 2015. Návrh koncepcie komunálneho vozidla s pracovnými nadstavbami na prepravu materiálu s výkonom 80 kW: diplomová práca. Bratislava: STU, 2015. 105 s.
[10]PRÍVARA, L. 2021. Koncepčný návrh univerzálneho komunálneho vozidla s hybridným pohonom na kolesovom podvozku 4×4: diplomová práca. Bratislava: STU, 2021. 49 s.