Vývoj a konštrukcia teleskopických výložníkov mobilných pracovných strojov

Vývoj a použitie teleskopických výložníkov

Teleskopické výložníky našli postupne uplatnenie v širokom sortimente mobilnej pracovnej techniky (rýpadlá, nakladače, manipulátory, vysokozdvižné vozíky). História použitia práve takéhoto konštrukčného riešenia pracovného zariadenia mobilného stroja siaha do roku 1946. Po prvý krát bol teleskopický výložník použitý na stroji, ktorý sa využíval pri výstavbe a rekonštrukcii ciest. Stroj, ktorý pomerne precízne a komplexne zvládol pracovné technológie pri výstavbe ciest, zaujal širokú technickú verejnosť. Celé pracovné zariadenie s teleskopickým výložníkom bolo inštalované na podvozku nákladného automobilu, čím sa zároveň zvýšila mobilita celého stroja. Pracovným nástrojom umiestneným na konci teleskopického výložníka sa dali vykonávať s pomerne dostatočnou presnosťou všetky druhy pohybov, ktoré umožňuje ľudská ruka, obr. č. 1.

Obr. č. 1: Možnosti pohybov teleskopického výložníka

Charakteristika teleskopických výložníkov

Teleskopický výložník (dvojdielny) predstavuje z principiálneho a funkčného hľadiska spojenie dvoch súčiastok, ktoré sa v technickej praxi označujú ako vedenie. Vo všeobecnej definícii je vedenie sústava dvoch vodiacich plôch, predstavujúca kontakt pohyblivej a nepohyblivej (pevnej) časti, zabezpečujúca pohyb po geometricky presných dráhach. Body jednotlivých prvkov vedenia sa môžu navzájom pohybovať po priamkach alebo sústredných kružniciach. Z tohto hľadiska možno vedenia rozdeliť na priamočiaré a kruhové. Z tohto pohľadu väčšinu teleskopických výložníkov zaraďujeme práve medzi priamočiare vedenia. Z hľadiska druhu trenia medzi styčnými plochami sa rozdeľujú vedenia na klzné a valivé. V prípade teleskopických výložníkov sa stretávame s technickými riešeniami založenými na obidvoch princípoch. Klzné vedenie býva vyhotovené s klznými doskami, alebo u menej zaťažených konštrukcií bez klzných dosiek, obr. č. 2. Pri riešení s klznými doskami sa dosahuje vďaka použitiu špeciálnych materiálov nižšia hodnota súčiniteľa trenia a odstránenie možného prerušovaného pohybu pohyblivej časti.

Obr. č. 2: Klzné vedenie výsuvnej a pevnej časti teleskopického výložníka

Podľa tvaru priečneho prierezu sa priamočiare klzné vedenia delia na hranolové a valcové. Principiálne z hranolových vedení by bolo najvýhodnejšie vedenie s veľkým počtom hrán, technologicky však nie je možné vyrobiť vedenie tak, aby sa obidve časti výložníka (pohyblivá a pevná) dotýkali vo všetkých plochách rovnomerne. Z toho dôvodu sa stretávame vo väčšine konštrukčných riešení so štvorbokým alebo trojbokým klzným vedením, obr. č. 3.

Obr. č. 3: Priečne prierezy vedení

Podstatný rozdiel medzi uvedenými typmi vedení je len v počte miest, na ktorých je nevyhnutné vymedzovať radiálnu vôľu. V prípade štvorbokého vedenia je to na dvoch miestach, v prípade trojbokého na jednom mieste. Radiálna vôľa valcového vedenia sa dá konštrukčne vymedziť pozdĺžnym narezaním vnútornej valcovej časti vedenia (rúry). Táto sa potom montuje do vonkajšej valcovej časti vedenia s určitým predpätím, čo dostatočne vymedzí prípadné vôle a výrobné nepresnosti, obr. č. 4.

Obr. č. 4: Spôsoby vymedzenia radiálnej vôle

Valcové klzné vedenie je z hľadiska technológie výroby menej náročnejšie ako hranolové, ale nezaručuje pohyb s jedným stupňom voľnosti. Preto je nutné konštrukčne zabezpečiť zabrániť vzájomnému pootáčanin pevnej a posuvnej časti. Klzné vedenie môže byt’ vyhotovené aj ako odľahčené klzné vedenie, kde časť zaťaženia je prenášaná valivými telieskami (kladky, valčeky, guľky). Výhodou takéhoto riešenia je zmenšenie pasívnych odporov a opotrebenia pri zachovaní výhod klzného vedenia.

Valivé vedenia sa rozdeľujú podľa základného usporiadania na otvorené a uzavreté. Otvorené majú obmedzenú schopnosť prenášať vonkajšie zaťaženie, lebo môžu zachytávať silové a momentové účinky, ktoré vo valivých dráhach stláčajú všetky, alebo časť valivých teliesok. Nesmie pritom dôjsť k úplnému odľahčeniu žiadneho z telies vedenia. Uzavreté vedenia majú schopnosť prenášať pomerne väčšie zaťaženia, limitované únosnosťou valivých telies. Medzi hlavné výhody valivých vedení patria nízke pasívne odpory a skutočnosť, že súčiniteľ trenia sa prakticky v závislosti na rýchlosti pohybu nemení, čím sa vylučuje aj vznik prerušovaného pohybu. Pretože opotrebenie valivých dráh a valivých telies je pri valení malé, vyznačujú sa tieto dlhšou životnosťou, ich údržba je jednoduchšia a je nimi možné dosiahnuť vysokú presnosť dráhy pohybu. Hlavnou nevýhodou sú však vysoké nároky na presnosť výroby, vyššia cena, menšia tlmiaca schopnosť, potreba väčšieho konštrukčného priestoru pre elementy vedenia a tiež požiadavka ochrany pred vnikaním nečistôt, obr. č. 5.

Obr. č. 5: Uzatvorené valivé guľkové vedenie

Konštrukcia výložníkov

Najčastejšie v konštrukcii používané priečne profily ramien a spôsoby usporiadania vedenia sú znázornené na obr. č. 6., tkz. „predné vedenie“ (je súčasťou pevného dielu výložníka) prenáša percentuálne väčšiu časť vonkajšieho zaťaženia ako „vedenie zadné“ (je súčasťou pohyblivého výložníka). Zadné vedenie môže byť konštrukčne vyhotovené podobným spôsobom, alebo kombináciou uvedených riešení.

Obr. č. 6: Príklady rozmiestnenia vodiacich elementov

Súčasťou úplného konštrukčného návrhu výložníka je aj stanovenie tvaru a počtu odľahčujúcich otvorov, obr. č. 7, ktoré ovplyvňujú celkovú hmotnosť a tiež rozloženie napätia v ramene. Znižovanie hmotnosti je všeobecne základný problém navrhovania akejkoľvek konštrukcie. U väčšiny mobilných pracovných strojov s teleskopickým výložníkom (dvojdielnym, alebo viacdielnym), okrem iných konštrukčných vplyvov, práve hmotnosť ramien ovplyvňuje správanie sa celého zariadenia pri práci a jeho vonkajšiu stabilitu.

Obr. č. 7: Tvary odľahčujúcich otvorov

Vývoju nových technických riešení teleskopických pracovných zariadení mobilných pracovných strojov sa venuje v praxi veľká pozornosť. Cieľom je dosiahnuť riešenia schopné realizovať požadované pracovné technológie pri súčasnom zachovaní požiadaviek dosiahnutia optimálnych technických parametrov a úžitkových vlastností konštrukcie s ohľadom na kvalitu, životnosť a bezpečnosť stroja.