Je jasné, že žádný psaný návod nedokáže nahradit skutečné školení práce s kolovým nakladačem včetně reálného předvedení a instruktáže přímo v kabině, jsme ale přesvědčeni, že i takto jednotlivé části článku přinesou nové informace a podněty k užitku všech. Možnosti článku jsou omezené, důležitá jsou praktická školení nejen obsluhy stroje, ale i správné práce s ním, která dnes již provádí každý pořádný dodavatel stavebních strojů.

Kolové nakladače jako takové jsou vesměs velmi podobné stroje, určené pro stejný okruh prací a používá se u nich ustálená terminologie. Lišit se mohou použitá technická řešení a technologie, proto tedy hned na začátku krátké shrnutí:

Technologie pohonu pojezdu – hydrodynamika vs. hydrostatika

Dnes se jedná o dvě nejrozšířenější technologie pohonu pojezdu běžných kolových nakladačů, které se používají v ČR. Vyjádřeno v hmotnostní kategorii, v českých podmínkách se používají největší kolové nakladače třídy 50 t provozní hmotnosti, pro větší stroje máme příliš „malé“ lomy. Samozřejmě, existují i větší nakladače, ty největší jsou gigantické těžební stroje o provozní hmotnosti až 260 t a objemu lopat kolem 40 m³, které používají hydrodynamický nebo diesel-elektrický pohon, např. americký výrobce Le Tourneau (na obrázku LeTourneau L2350 – největší kolový nakladač světa).

Ale zpět k běžně používaným strojům, u malých a středních nakladačů přibližně do objemu lopat 2 m³ je obecně rozšířen hydrostatický pohon pojezdu, od této hranice je až na výjimky rozšířen hydrodynamický pohon pojezdu – tedy hydrodynamický měnič kroutícího momentu v kombinaci s planetovou převodovkou.  Zmiňovanou výjimkou je výrobce stavebních strojů Liebherr, který vyvíjí a dodává hydrostatický pohon pojezdu do celé výrobní řady kolových nakladačů (provozní hmotnosti 5 - 32 t)

Proč se tyto dvě technologie u běžných nakladačů používají, vychází z historických souvislostí. V 70. letech minulého století se rozvinula technologie hydrostatického pohnou pojezdu tak, že její účinnost i životnost se vyrovnala (či v konečném důsledku mnohdy předčila) léta používaný klasický pohon pojezdu s převodovkou a měničem momentu. Také ceny technologie hydrostatických pohonů poklesly na dostupnou úroveň. Tradiční výrobci, kteří již desítky let vyvíjeli koncepci pohonu pojezdu, ze zřejmých důvodů nemohli upustit od letitého vývoje a pokračovali v něm i nadále. To nahrávalo dalším výrobcům, kteří se sériovou výrobou kolových nakladačů započali relativně později a šli svou vlastní cestou vývoje a výroby pohonných komponentů s novými technologiemi, které již byly běžně k mání. U malých a středních nakladačů jsou výhody hydrostatického pohonu natolik výrazné, že se u těchto kategorií od hydrodynamického pohonu pojezdu zcela upustilo a prakticky všechny tyto stroje bez ohledu na výrobce používají hydrostatický pohon pojezdu. Proč tomu tak je, lze snadno vysvětlit: Hydrostat nepotřebuje převodovku a konstrukční uspořádání stroje je tak jednodušší.

Ale pojďme již k jednotlivým typům pohonu pojezdu a jejich vlastnostem. Záměrně uvádíme pro účely tohoto článku pouze stručný výtah vlastností jednotlivých pohonů pojezdu, neboť samotná problematika obou konceptů pohonu pojezdu by mohla být obsažena v samostatné knize.

Hydrodynamický pohon pojezdu

Tento koncept pohonu pojezdu využívá hydrodynamický měnič momentu, který přenáší výkon motoru na převodovku a jeho úkolem je převádět výkon tak, aby při nízkých otáčkách dodávatlvysoký točivý moment, při vysokých otáčkách motoru naopak nízký točivý moment. Měnič momentu zároveň slouží jako hydraulická spojka, kde médiem pro přenos výkonu je olejová náplň. Jde o uzavřenou skříň se třemi lopatkovými koly – turbínovým, vodícím a pumpovým kolem. Na straně motoru je umístěno turbínové kolo, jehož lopatky primárně roztáčejí proud oleje směrem na kolo pumpy na straně u převodovky. Uprostřed mezi turbínovým kolem a pumpovým kolem je vodicí kolo, které reguluje a usměrňuje proud oleje a, zjednodušeně řečeno, ovlivňuje velikost krouticího momentu a otáčky, přenášené dále na převodovku. Změnu směru jízdy nakladače zajišťuje rezervační planetová převodovka.

Stručně řečeno, hydrodynamický měnič momentu funguje na základě změny průtoku oleje, který slouží jako médium pro přenos výkonu.

Hydrostatický pohon pojezdu

U této koncepce pohonu pojezdu je na motoru bezprostředně namontováno hydraulické stavitelné pístové čerpadlo, které pohání olejem pístový stavitelný hydromotor, umístěný zpravidla uprostřed nakladače na rozdělovací převodovce. Odsud je již výkon přenášen mechanicky na nápravy.

Na volnoběh je čerpadlo v nulové poloze, netlačí žádný olej. Při přidání plynu se hydraulicky řídicí kulisa vychýlí a pístky čerpadla začnou tlačit olej do systému. Změna směru jízdy je  jednoduše provedena vychýlením řídicí kulisy na opačnou stranu, dojde tak ke změně směru průtoku oleje. Díky přímému pohonu od čerpadla k hydromotoru není třeba klasické převodovky ani reverzační převodovky. V kategorii velkých nakladačů přináší toto řešení výraznou úsporu hmotnosti. V provozu také není nutno tak často používat brzdy, neboť vlastností hydrostatického pojezdu je samobrzdicí funkce, pokud šlapete na plyn jedete, pokud sundáte nohu z pedálu plynu, nakladač samovolně plynule zastaví. Další vlastností je plynulá regulace přenosu výkonu na pneumatiky, zabránění jejich prokluzu a zbytečnému opotřebení.  Zjednodušeně řečeno, funkce hydrostatického pohonu pojezdu je založena na změně tlaku oleje v systému.

Kinematika zavírání lopaty

Pracovní vybavení kolových nakladačů jako délka výložníků a pracovní nářadí se různí, v oblasti ovládání zavírání lopaty se lze v praxi setkat nejčastěji se třemi základními nejpoužívanějšími systémy. Každý systém má své vlastnosti a nelze říci, že by někerý z nich byl méněcenný, pouze se díky své konstrukci hodí na určitá nasazení a na některá naopak ne. Právě podle požadavků provozu si může každý vybrat variantu, která bude nejlépe danému provozu vyhovovat, podle aktuální nabídky výrobce.

Z – Kinematika je standardní varianta zavírání lopaty, určená pro zemní práce nebo klasické nabírání stavebních materiálů. Svými vlastnostmi, které jsou dány konstrukcí a úhly spojovací kosti zavírání lopaty a výložníku, dosahuje největších sil při zavírání lopaty. Tedy při plnění lopaty. Naopak při zcela otevřené lopatě (vysypávání) díky nevýhodnému přepákování nedosahuje vysoké síly při zpětném zavírání lopaty, není tedy vhodná pro těžká nářadí jako je vysokovýklopná lopata nebo pro práci s drapákem na dřevo. Další důležitá vlastnost klasické Z - kinematiky je, že při zdvihu výložníku nemá lopata stejný sklon s výchozí polohou zdvihu, ale mírně se otevírá.

P – Kinematika je označení pro paralelní kinematiku, tedy variantu vybavení, které vždy drží při zdvihu ramene rovinu se zemí. Silové vlastnosti P-kinematiky jsou opačné než u předchozí varianty, velkou silou disponuje při zavírání zcela otevřené lopaty, naopak při plnění lopaty  nevýhodným přepákováním nedosahuje tak dobrých hodnot jako Z-kinematika. P-kinematika je určena pro nasazení s těžkým nářadím s předsunutým těžištěm jako např. vysokovýklopná lopata nebo drapák na dřevo, kde jsou potřeba právě vysoké síly např. při zpětném zavírání vyklopeného drapáku, plného dřevní kulatiny nebo tam, kde je nutné, aby nářadí zůstalo při zdvihu výložníku rovnoběžně se zemí,  např. při práci s paletizačními vidlemi.

T-P Kinematika (Torque-paralel kinematic) Jedná se o kombinaci obou předchozích případů, kdy tato kinematika svými vlastnostmi dosahuje dobrých silových hodnot při zavírání (plnění) lopaty i při zpětném zavírání zcela vyklopeného těžkého nářadí (např. plného drapáku na dřevo). Připojené nářadí kopíruje při zdvihu výložníku polohu rovnoběžnou s výchozí polohou zdvihu.  P-Z kinematika má díky své  stavbě více čepových spojení a tedy i mazacích bodů a její stavba je oproti Z nebo P-kinematice nevýhodná podstatně těžší stavbou.

Základní pojmy a terminologie, určující velikost nakladače

Překlopné zatížení (někdy uváděno též jako „klopný moment“ nebo „překlápěcí síla“, anglicky tipping load)

Překlopné zatížení je jedno z měřítek pro srovnání a zařazení velikostní kategorie kolového nakladače. Jde o zatížení, které působí v těžišti lopaty směrem dolů a v jeho extrémní hodnotě způsobí překlopení nakladače přes přední nápravu - zadní kola ztrácí kontakt se zemí. Zjednodušeně řečeno, jde o maximální statickou „nosnost“ nakladače, aniž by jezdil jen po přední nápravě. Hodnota překlopného zatížení je vyšší v přímém směru, naopak při zalomení nakladače dochází k vyosení těžiště nakladače a hodnota překlopné síly klesá. Proto se většinou jako měřítko pro srovnání posuzuje právě hodnota překlopného zatížení v plném zalomení nakladače.*  V žádném případě nelze hodnotu překlopného zatížení slučovat s provozní hodnotou zatížení, je o zcela neslučitelné veličiny!

*Pozn. – hodnotu překlopného zatížení velmi ovlivňuje stupeň zalomení nakladače ve středovém kloubu, někteří výrobci uvádějí hodnoty měřené při 40°, jiní pouze při 37°. Tyto hodnoty jsou pak vzájemně nesrovnatelné. Mimoto bývá vždy uvedena hodnota překlopné ho zatížení také v přímém směru, což je plně srovnatelná hodnota. 

Nejčastěji bývá uváděna v Kg či t, někdy také v kN, zjednodušený přepočet je  1 kN = 100 Kg,  např.  tedy 98 kN = 9800 Kg = 9,8 t

Jmenovité zatížení

Jmenovité zatížení (někdy též užitečné zatížení) již představuje zatížení, které skutečně můžete vozit v lopatě. Přesná definice: Jmenovitého zatížení nesmí překročit 50 % překlopného zatížení při plném zatížení podle normy ISO 7546 a někdy bývá též nazýváno jako bezpečnostní faktor 2. Jinými slovy, jmenovité zatížení vychází z hodnoty překlopného zatížení vyděleného dvěma. Zmíněná norma ISO 7546 platí pro všechny výrobce kolových nakladačů a striktně vymezuje parametry jmenovitého zatížení vzhledem k bezpečnosti provozu.

Objem lopaty

Objem lopaty je veličina, kterou chce mít každý co největší. Majitelé proto, aby co nejvíce naložili, strojníci zase proto, aby neměli opticky malý stroj.  Objem lopaty se ale nestanovuje jen tak, nýbrž podle přesných pravidel, která vycházejí nejen z fyzikálních vlastností a možností nakladače, jmenovitého zatížení (a tedy i překlopného zatížení), nýbrž také konkrétních podmínek provozu.

Obecný vzorec pro stanovení maximálního použitelného objemu lopaty je:

V praxi se bohužel často stává, že pod tlakem provozovatele je nakladač vybaven větší lopatou než jakou stanovuje výše uvedený vzorec. Je třeba si však uvědomit, že každý nakladač, bez ohledu na výrobce, je dimenzován na určité zatížení a při variantě prodlouženého výložníku (tzv. High-lift), použití rychloupínacího zařízení nebo vysoké měrné hmotnosti materiálu, musí být logicky vybaven lopatou s menším objemem. Nerespektování těchto pravidel a vybavení větší lopatou vede v konečném důsledku ke snížení životnosti a zbytečným nákladům na opravy v budoucnu. Proč? Větší lopata uveze více materiálu, zpravidla má delší stavbu a při nakládání více zatěžuje hydraulický systém, roste zatížení zejména přední nápravy a v konečném důsledku to vede např. k samovolného otevírání lopaty při jízdě s nákladem, vyššímu opotřebení čerpadel nebo k závadám na koncových převodech přední nápravy. 

Síla zdvihu je vertikální síla, která působí v těžišti lopaty. Vychází ze zdvihacích válců nakladače a je limitujícím faktorem pro jeho schopnost manipulovat s břemenem (tedy nákladem) v lopatě. Jde o velmi sledovanou hodnotu, neboť v kombinaci s vylamovací silou definuje výkonnost nakládání. Obecně platí pravidlo, že síla zdvihu se má pohybovat na stejné hodnotě jako překlopné zatížení v přímém směru. Proč? Vyšší síla zdvihu by způsobila pouze překlápění nakladače přes přední nápravu, jejímu nadměrnému zatížení a přetěžování hydraulického systému.

Vylamovací síla (někdy též trhací síla, anglicky breakout force) je vertikální síla, kterou je schopen vyvinout válec (popř. válce) zavírání lopaty. Hodnota vylamovací síly je měřena 100 mm za hranou lopaty a definuje schopnost nakladače nabrat materiál. Vylamovací síla má být na stejné úrovni jako hodnota překlopného zatížení v přímém směru. Pokud by byla výrazně vyšší, nakladač by se při zavírání lopaty překlápěl přes přední nápravu bez zvýšení efektu nakládání a opět by docházelo ke zbytečnému přetěžování.

Tažná síla

Tažná, nebo chcete-li tlačná síla, je obecně dána hmotností nakladače, styčnou plochou pneumatik a mechanickými vlastnostmi podloží (myšleno bláto, kamenitý podklad apod.)

Tažnou sílu nakladače na pevném povrchu lze orientačně stanovit podle zjednodušeného vzorce:

F =  Hmotnost nakladače v t * 0,8  (výsledek v kN)

Tím končí první část, věnovaná pojmům a definici veličin, které se objevují u problematiky kolových nakladačů. V brzké době se můžete těšit na druhou část, věnovanou nezbytné bezpečnosti práce a již zajímavějšímu tématu provozu nakladače.