Koparko-ładowarka: Budowa, Zasada Działania i Mechanizmy

Koparko-ładowarki to wszechstronne maszyny budowlane, które łączą w sobie funkcje koparki i ładowarki, co pozwala na wykonywanie różnorodnych zadań. Są one niezastąpione na placach budowy, używane do szerokiego zakresu prac ziemnych, od kopania rowów i wykopów po załadunek i przemieszczanie materiałów. Ich efektywność i uniwersalność wynikają z przemyślanej budowy oraz zastosowania zaawansowanych mechanizmów.

Budowa Koparko-ładowarki: Kluczowe Elementy Konstrukcji

Koparko-ładowarki to maszyny najczęściej oparte na budowie traktora, dzięki czemu doskonale radzą sobie w trudnym terenie. Składają się z trzech podstawowych zespołów: podwozia, nadwozia oraz układów roboczych. Taka budowa gwarantuje wysoką funkcjonalność maszyny oraz efektywność wykonywanych robót ziemnych.

Podwozie

Podwozie stanowi bazę maszyny i odpowiada za jej stabilność. Może być ono kołowe lub gąsienicowe, służące do poruszania się po placu budowy.

• Podwozie kołowe to konstrukcja ramowa, na której znajdują się osie napędowe i umieszczone na nich silniki osiowe (lub elektryczne) służące do napędzania kół. Zaletami podwozia kołowego są zwrotność i szybkość transportu, sprawdzają się na utwardzonych drogach i w miejscach wymagających mobilności.
• Podwozie gąsienicowe jest uważane za bardziej stabilne i w przeciwieństwie do kołowego nie wykorzystuje podpór. Jest ono kluczowe dla koparki gąsienicowej, zapewniając jej stabilność i zdolność do przemieszczania się w trudnych warunkach terenowych. Podwozie gąsienicowe przenosi ciężar maszyny, umożliwiając bezpieczne i efektywne wykonywanie robót ziemnych. Jest gorsze od podwozia kołowego pod względem prędkości transportu, ale zapewnia lepszą zwrotność i stabilność podczas pracy.

Nadwozie

Nadwozie koparki obejmuje kabinę operatora, układy sterowania, osłony silnika i systemy chłodzenia. Chroni ono elementy mechaniczne i wpływa na komfort oraz bezpieczeństwo operatora. Solidne nadwozie poprawia stabilność maszyny, umożliwia montaż systemów zabezpieczeń i przyczynia się do wydajności oraz dłuższej żywotności maszyny. Górna część koparki może się obracać, dzięki czemu operator może sterować nią niezależnie od podwozia.

Układ Napędowy

Układ napędowy generuje energię i przenosi ją na dane części podwozia, wprawiając je w ruch. W jego skład wchodzi silnik spalinowy lub elektryczny, skrzynia biegów oraz układ przeniesienia napędu.

Silnik Spalinowy

Silnik spalinowy jest jednym z najważniejszych elementów koparki. Generuje on moc potrzebną do napędu pompy hydraulicznej, która zasila cały układ hydrauliczny. Odpowiada za wytwarzanie momentu obrotowego, który jest następnie przenoszony na układ napędowy maszyny. Koparko-ładowarki są wyposażone w mocny silnik, dzięki czemu doskonale sprawdzają się nawet w bardzo trudnym terenie i doskonale radzą sobie z pracą pod znacznym obciążeniem.

• Silniki dwusuwowe: Obieg pracy zamyka się w ciągu dwóch suwów tłoka.
• Silniki czterosuwowe: Obieg pracy zamyka się w ciągu czterech suwów tłoka (ssania, sprężania, pracy, wydechu).

W silnikach wysokoprężnych najpierw do tłoka doprowadzane jest samo powietrze, następnie zostaje ono sprężone. Paliwo natomiast zostaje wtryśnięte do cylindra w końcu suwu sprężania i zapala się samoczynnie w wysokiej temperaturze uzyskanej dzięki sprężaniu powietrza.

• Liczba cetanowa to skłonność paliwa do samozapłonu. Im większa jest liczba cetanowa, tym łatwiej paliwo ulega samozapłonowi.

Doładowanie Silnika

Można wyróżnić dwa typy doładowania silnika: za pomocą turbosprężarki i kompresora. Turbina jest zasilana spalinami z silnika, a sprężone powietrze przez sprężarkę zasila silnik. Do cylindra wprowadzona jest większa ilość powietrza, dzięki czemu wzrasta moc silnika.

Układ Paliwowy

Układ paliwowy koparko-ładowarki składa się z:

• Zbiornika
• Pompy zasilającej
• Filtrów
• Pompy wtryskowej
• Wtryskiwaczy

Przekładnia Hydrokinetyczna (Zmiennik Momentu Obrotowego)

Przekładnia hydrokinetyczna przenosi moment obrotowy z silnika na skrzynię biegów. W zamkniętej obudowie wypełnionej olejem są umiejscowione dwa wirniki: wirnik pompy otrzymujący napęd od silnika oraz wirnik turbiny przekazujący napęd do skrzyni biegów. W czasie pracy silnika wirnik pompy wprawia w ruch olej, a wirujący olej, uderzając w łopatki wirnika turbiny, powoduje jego obracanie się i tym samym przekazanie momentu obrotowego na skrzynię biegów.

Budowa przekładni hydrokinetycznej:

• Obudowa
• Olej
• Wirnik pompy napędzany od silnika
• Wirnik kierownicy
• Wirnik turbiny połączony wałem ze skrzynią biegów

Przyczyny przegrzewania się oleju w układzie napędowym hydrokinetycznym:

• Źle dobrane przełożenie
• Zanieczyszczony filtr oleju
• Niski poziom oleju
• Olej o złych parametrach (zużytych, zła lepkość)
• Zanieczyszczona kurzem chłodnica oleju
• Niesprawny wentylator
• Zużyta pompa, czyli za niskie ciśnienie
• Zła technika pracy operatora przy nabieraniu

Most Napędowy

Budowa mostu napędowego obejmuje:

• Półosie i obudowę
• Przekładnię główną
• Mechanizm różnicowy
• Zwolnice planetarne
• Hamulce wielopłytkowe

Przekładnia główna zwiększa moment obrotowy i zmienia kierunek przenoszonego momentu obrotowego z podłużnego na poprzeczny.

Mechanizm różnicowy umożliwia przekazanie zróżnicowanego momentu obrotowego na obydwa koła kręcące się z różną prędkością przy jeździe po łukach lub nierównościach.

Zwolnice planetarne zwiększają moment obrotowy, ale zwalniają prędkość obrotową.

Układ Hydrauliczny

Układ hydrauliczny jest sercem koparki, odpowiadającym za siłę potrzebną do wykonywania prac oraz za napęd osprzętu roboczego. To właśnie on kontroluje ruchy ramion koparki i ładowarki. Pompa hydrauliczna, siłowniki hydrauliczne i przewody hydrauliczne składają się na ten skomplikowany system.

Budowa Układu Hydraulicznego:

• Zbiornik
• Pompa
• Zawór bezpieczeństwa
• Rozdzielacz
• Tłoki (siłowniki)

Elementy Układu Hydraulicznego:

• Pompa hydrauliczna to urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię strumienia cieczy. Wyróżniamy pompy zębate oraz pompy wielotłoczkowe.
• Silnik hydrauliczny to urządzenie, które zamienia energię strumienia cieczy na energię mechaniczną.
• Zawory hydrauliczne dzielą się na:
  • Sterujące ciśnieniem: przelewowe, bezpieczeństwa, redukcyjne.
  • Sterujące kierunkiem przepływu: zwrotne, rozdzielacze.
  • Sterujące natężeniem przepływu: dławiki (zmniejszają średnicę przepływu), synchronizator ruchu.
  • Specjalne: zamek hydrauliczny.
• Zamek hydrauliczny blokuje wypływ oleju z siłownika w przypadku pęknięcia przewodu hydraulicznego.
• Akumulator hydrauliczny magazynuje olej pod ciśnieniem, wspomaga działanie pompy hydraulicznej, wyrównuje pulsacyjne działanie pompy, kompensuje przecieki wewnętrzne, w chwili awarii silnika służy jako źródło zasilania ciśnienia w układach hamulcowych i kierowniczych, spełnia rolę tłumika uderzeń hydraulicznych, działa jako amortyzator, niweluje uderzenia hydrauliczne.

Zawory bezpieczeństwa chronią układ ciśnieniowy przed awarią lub eksplozją w przypadku przekroczenia ciśnienia.

Wymagania dla Olejów Hydraulicznych:

• Muszą mieć małą zmianę lepkości mimo wzrostu temperatury.
• Muszą mieć dobrą smarność.
• Muszą mieć jak najdłuższą żywotność.
• Nie mogą powodować korozji.
• Nie mogą mieszać się z powietrzem.
• Muszą mieć wysoką temperaturę zapłonu.

Ciśnienia w Układach:

• W układzie roboczym: około 250 bar.
• W układzie kierowniczym: około 120 bar.
• W układzie napędowym (hydrokinetycznym): około 20 bar.
• W zmienniku momentu: około 8 bar.

Osprzęt Roboczy

Osprzęt roboczy składa się z łyżki, widła lub innych narzędzi umieszczonych na końcu ramienia koparko-ładowarki. Jest kluczowy dla funkcjonowania tego rodzaju maszyny, ponieważ znacznie rozszerza zakres możliwych do wykonania prac. Siłownik hydrauliczny precyzyjnie steruje ruchem ramienia koparki i łyżki.

• Łyżki stanowią podstawowy osprzęt roboczy. Dostępne są różne rodzaje łyżek, dostosowane do specyfiki wykonywanych prac ziemnych: do kopania, skarpowe, trapezowe, do czyszczenia (bez zębów, z ostrzem), profilowe, załadowcze (do materiałów sypkich), do zrywaka. Łyżki są często wykonane ze stali węglikowej i mają różne objętości (od 0,49 do 2,5 metra sześciennego). Koparki mogą być jedno- i wielołyżkowe.
• Ramię koparki, często nazywane wysięgnikiem, jest kluczowym elementem, który umożliwia wykonywanie ruchów w pionie i poziomie. Budowa ramienia musi być solidna, aby przenosić obciążenia związane z kopaniem i podnoszeniem materiałów.
• W nowoczesnych koparko-ładowarkach osprzęt roboczy można łatwo wymieniać dzięki szybkozłączom, co pozwala na zastosowanie m.in. młota wyburzeniowego czy widły do rozładunku materiałów na paletach.

Układ Elektryczny

Układ elektryczny jest niezbędny do rozruchu maszyny, zasilania systemów sterowania, oświetlenia i wielu czujników. Poniżej przedstawiono podstawowe parametry i komponenty.

Parametry Prądu Elektrycznego:

• Napięcie
• Natężenie
• Opór elektryczny
• Moc

Akumulator:

• Parametry: Napięcie w V (woltach), pojemność w Ah (amperogodzinach), natężenie prądu rozruchowego, umiejscowienie biegunów, kształt, wymiary, sposób mocowania.
• Połączenie równoległe zwiększa pojemność.
• Połączenie szeregowe zwiększa napięcie.
• Ładowanie: Prądem stałym o wartości nieprzekraczającej 10% pojemności akumulatora, za pomocą prostownika.
• Przyczyny braku ładowania: Uszkodzony alternator, uszkodzony regulator napięcia, luźne lub zaśniedziałe połączenia elektryczne, uszkodzony akumulator.

Alternator:

Wytwarza prąd przemienny, trójfazowy, który jest zamieniany przez diody prostownicze na prąd stały.

Regulator Napięcia:

Utrzymuje stałą wartość napięcia niezależnie od obrotów silnika.

Zasada Działania Koparko-ładowarki

Koparko-ładowarka może działać zarówno jako koparka, jak i ładowarka. Sterowanie odbywa się dzięki dźwigniom sterującym lub joystickom, które znajdują się w kabinie operatora. Współczesne maszyny są wyposażone w rozbudowane systemy sterowania, które umożliwiają precyzyjną kontrolę nad ruchami ramion i osprzętu roboczego.

Praca Koparkowa

W przypadku pracy koparkowej, ramiona koparki wykorzystywane są do wykonywania wykopów pod fundamenty, kanały odwadniające, wyburzeń czy dróg. Praca ramienia koparko-ładowarki polega na przesuwaniu łyżki w górę i w dół oraz przód i tył, co umożliwia efektywnie realizować operacje kopania i załadunku materiału.

Praca Ładowarkowa

Funkcja ładowarki pozwala przesuwać ziemię, gruz i inne ciężkie materiały w wyznaczone miejsce. Koparko-ładowarki z przednią łyżką ładowarką umożliwiają załadunek piasku i innych materiałów, przemieszczanie materiałów, wyrównywanie terenu i wiele innych zadań.

Mechanizm Końcowego Napędu

Napęd końcowy składa się z silnika hydraulicznego, skrzyni prędkości, zaworu hamulcowego i hamulca postojowego.

• Silnik hydrauliczny jest typu swash plate (silnik tłokowy osiowy), który przekształca ciśnienie hydrauliczne oleju z pompy głównej w obrotowy moment obrotowy.
• Zawór hamulcowy (obejmujący zawór ssący i zawór wyważający) działa, gdy szpula zaworu głównego powraca do pozycji neutralnej. Silnik chodzący nadal obraca się z powodu bezwładności nadwozia pojazdu, a silnik działa jako pompa do powrotu wysokiego ciśnienia wstecznego po stronie oleju, co zmusza silnik do zatrzymania się i hamowania.
• Hamulec postojowy jest mechanizmem hamulcowym tarczy ciernej, zintegrowanym z silnikiem hydraulicznym. Zapobiega toczeniu i poślizgnięciu się koparki zaparkowanej na pochyłym gruncie.

Procesy Robocze Napędu Końcowego:

• Zwolnienie hamulca: Obsługa joysticka chodzącego powoduje, że olej hydrauliczny z zaworu sterującego dostaje się do zaworu wyważania (19) przez mały otwór. Zawór balansu (19) przesuwa się w górę. Olej ciśnieniowy dostaje się do wnęki A tłoka hamulca (12). Siła sprężyny (11) na płytę cierną jest eliminowana, a hamulec zwalniany.
• Zmiana prędkości silnika podróżnego: Gdy natężenie przepływu pompy pozostaje niezmienione, prędkość obrotu silnika można zmienić, zmieniając kąt płyty zawadiackiej silnika (4). Po wybraniu niskiej prędkości jazdy (L) zawór elektromagnetyczny prędkości jazdy nie jest pod napięciem. Olej pilotowy z pompy pilotowej nie może płynąć do przepustnicy. Kąt zawadiaka (4) silnika chodzącego jest w pozycji maksymalnej, co oznacza dużą pojemność i niską prędkość silnika.

Eksploatacja i Konserwacja Koparko-ładowarki

Sprawność koparki w dużej mierze zależy od jakości zastosowanych części zamiennych oraz regularnej i prawidłowej konserwacji. Regularny serwis oraz szybka reakcja na pierwsze objawy zużycia to podstawa bezpiecznej i wydajnej eksploatacji maszyny.

Dokumentacja Techniczna

• DTR (Dokumentacja Techniczno-Ruchowa): Zawiera instrukcję obsługi, katalog części zamiennych i książkę gwarancyjną.
• KMB (Książka Maszyny Budowlanej): Zawiera informacje o właścicielu maszyny, dane techniczne (wymiany silnika, zespołów), naprawy główne, przeglądy i naprawy bieżące, godziny pracy maszyny, rodzaj paliwa, olejów i smarów.

Rodzaje Obsług Technicznych

• OC (Obsługa Codzienna) - ok. 40 minut. Wykonuje się ją:
  • Przed uruchomieniem silnika: dokręcanie kół, ciśnienie, stan ogumienia, stan połączeń skręcanych, spawanych i nitowanych, wycieki w ukł. hydraulicznym, paliwowym oraz hamulcowym, kompletność, poziom płynów w układzie chłodzenia, oleju silnikowego, oleju hydraulicznego, oleju przekładniowego, paliwa, płynu hamulcowego, napięcie paska klinowego.
  • Po uruchomieniu silnika: kontrola wskazań pulpitu, działanie układów.
• OT (Obsługa Techniczna):
  • OT1: co 250h, polega na wymianie smaru, oleju oraz zużytych filtrów.
  • OT2: co 500h, wykonuje serwis z udziałem operatora maszyny z użyciem przyrządów kontrolno-pomiarowych.
• OS (Obsługa Sezonowa) - zimowa i letnia:
  • W zimie: wymienia się płyny w układzie chłodzenia na niezamarzające, akumulator oraz robi się przegląd instalacji elektrycznej, wymienia się filtry paliwowe, czyści odstojniki, sprawdza sprawność świec żarowych i działanie wtryskiwaczy.
• Omag (Obsługa Magazynowa): Mycie, smarowanie, odciążanie podwozia, napełnianie zbiornika paliwa, zabezpieczanie odkrytych tłoczysk wazeliną techniczną i owijanie pergaminem, uszczelnianie silnika zakrywając wloty powietrza i koniec rury wydechowej.
• OTD (Obsługa Techniczna w Okresie Docierania).
• Otrans (Obsługa Transportowa): Wykonanie obsługi codziennej (OC), kierowanie maszyny na lawetę przez drugą osobę, opuszczenie narzędzi roboczych, wyłączenie silnika, odprężenie układu hydraulicznego, zaciągnięcie hamulca ręcznego, rozłączenie masy, kliny pod koła, mocowanie maszyny łańcuchami, zaślepienie wlotu powietrza do układu ssącego oraz wylotu rury wydechowej.

Procedury Serwisowe dla Układu Hydraulicznego

• Wymiana przewodu wysokiego ciśnienia: Wyzerować układ hydrauliczny, podłożyć zbiornik na olej, odkręcić przewód, założyć nowy zgodnie z oznaczeniami na starym, uzupełnić ubytki oleju hydraulicznego, odpowietrzyć układ.
• Zerowanie ciśnienia w układzie roboczym: Oprzeć układ roboczy o grunt, wyłączyć silnik wraz z pompami hydraulicznymi, kilkakrotnie ruszyć dźwigniami rozdzielacza, powodując przepływ oleju hydraulicznego do zbiornika, co spowoduje spadek ciśnienia.
• Odpowietrzanie układu hydraulicznego: Usunąć przyczynę zapowietrzenia, sprawdzić oraz uzupełnić poziom oleju hydraulicznego, uruchomić silnik, dźwigniami rozdzielacza wykonać kilkakrotnie ruchy, aby całkowicie je wysunąć i schować. Powietrze zostanie wtedy przepchnięte do zbiornika oleju, po czym wydostanie się na zewnątrz przez odpowietrznik.

Procedury Serwisowe dla Układu Paliwowego

• Odpowietrzanie układu zasilania silnika: Odkręcić kolejno śruby odpowietrzające (najpierw na filtrze paliwowym) i pompować pompką ręczną, dzięki czemu wypychamy powietrze z paliwem przez otwarty odpowietrznik, po czym zakręcamy go i przechodzimy do pompy wtryskowej.
• Powody zapowietrzenia układu zasilania silnika: Brak paliwa w zbiorniku (należy napełnić zbiornik), nieszczelny układ zasilania (należy usunąć nieszczelność), brudne filtry paliwa.

Obsługa Akumulatora

Obsługa akumulatora obejmuje sprawdzenie czystości akumulatorów z instalacją, kontrolę poziomu elektrolitów, sprawdzenie stanu naładowania akumulatora poprzez pomiar gęstości elektrolitu areometrem (naładowany 1,285 g/cm3, rozładowany 1,11 g/cm3).

Układ Chłodzenia Silnika

Budowa układu chłodzenia:

• Termostat
• Wentylator
• Górny zbiornik chłodnicy
• Rdzeń
• Dolny zbiornik chłodnicy
• Pompa wodna
• Płaszcz wodny w kadłubie i głowicy

Termostat umożliwia szybkie nagrzanie silnika oraz utrzymuje stałą temperaturę płynu chłodzącego niezależnie od obciążenia silnika i warunków otoczenia.

Przyczyny przegrzewania się silnika:

• Brak płynu chłodzącego lub jego niski stan
• Przeciążony silnik
• Zacięcie się termostatu
• Zerwanie lub poluźnienie paska klinowego
• Niedrożność układu chłodzenia (zanieczyszczona lub zakamieniona)
• Niski stan oleju silnikowego
• Uszkodzona pompa wodna
• Uszkodzona uszczelka pod głowicą
• Niesprawny wentylator

Układ Smarowania Silnika

Systemy smarowania silnika to: rozbryzgowy, ciśnieniowy, mieszany (ciśnieniowo-rozbryzgowy), mieszankowy. Smarowanie ciśnieniowo-rozbryzgowe polega na tym, że pompa olejowa tłoczy olej poprzez filtr do kolektora olejowego, skąd płynie do łożysk głównych wału korbowego i dalej do panewek korbowodowych.

Przyczyny ubytku oleju smarującego w silniku:

• Wyciek oleju
• Zużyte pierścienie tłokowe, cylindry
• Zużyte prowadnice zaworów
• Zużyta turbosprężarka - skutkiem powyższego jest branie oleju i dymienie na niebiesko.

Przyczyny wzrostu oleju smarującego w silniku:

• Pęknięta uszczelka pod głowicą (płyn chłodzący przedostaje się do miski olejowej)
• Nieszczelność układu paliwowego (paliwo przedostaje się do miski olejowej)

Rozbieganie się Silnika Spalinowego

Rozbieganie się silnika to niekontrolowane i wciąż rosnące obroty silnika. Przyczyny to uszkodzenie regulatora obrotów, zatarcie tłoczka pompy wtryskowej, zatarcie listwy zębatej sterującej dawką paliwa. Aby przeciwdziałać rozbieganiu, należy odciąć dopływ paliwa jak najbliżej pompy wtryskowej; nie wolno dusić silnika na biegu.

Praca w Terenie: Właściwości Gruntów i Bezpieczeństwo

Koparko-ładowarki są wykorzystywane do kopania i przemieszczania gruntów, dlatego znajomość ich właściwości jest kluczowa dla bezpieczeństwa i efektywności pracy. Czynniki wpływające na wydajność pracy to: pojemność naczynia roboczego, warunki atmosferyczne, kategoria gruntu, stan techniczny maszyny, umiejętności i zaangażowanie operatora, wysokość i głębokość ściany kopania, organizacja robót, sposoby i metody pracy maszyn.

Kategorie Gruntów

Grunty dzielimy na 16 kategorii. Trzy pierwsze kategorie są przeznaczone dla ładowarek, a cztery pierwsze dla koparek, natomiast reszta po uprzednim spulchnieniu.

• Kategoria I: Humus, suchy piasek.
• Kategoria II: Mokry piasek, humus z kamieniami.
• Kategoria III: Grunty piaszczysto-gliniaste, rodzime mocno zagęszczone.
• Kategoria IV: Gliny ciężkie, gruz budowlany z blokami o wadze do 50kg.
• Kategoria V: Miękkie skały kredowe, gipsowe, gruz budowlany z blokami powyżej 50kg.

Właściwości Gruntów

• Ciężar właściwy
• Nośność
• Wilgotność
• Spoistość
• Stopień zagęszczenia i spulchnienia
• Kąt stoku naturalnego

Kąt stoku naturalnego to kąt, pod którym grunt układa się naturalnie w skarpie lub nasypie. Klin odłamu to grunt powyżej kąta stoku naturalnego, który może się obsunąć w każdej chwili pod własnym ciężarem.

Bezpieczna Odległość Maszyny od Nasypu

Bezpieczną odległość, na której postawimy maszynę na nasypie, oblicza się następująco:

• Dla kat. I: 1,5 x h + 0,6m
• Dla kat. II: 1,2 x h + 0,6m
• Dla kat. III: h + 0,6m
• Dla kat. IV: h/2 + 0,6m

gdzie 'h' to wysokość nasypu.

Praca pod Linią Wysokiego Napięcia

Zabezpieczenia podczas pracy pod linią wysokiego napięcia:

• Energetyka musi wyłączyć napięcie w linii wysokiego napięcia.
• Linię należy uziemić po obu stronach maszyny.
• Praca musi być wykonywana pod nadzorem.
• Należy zawsze dodatkowo uwzględnić wychylenie linii napowietrznej oraz masztu wysięgnika pod wpływem wiatru.
• Należy zwracać również uwagę na wilgotność powietrza.

Minimalne odstępy od linii napowietrznych:

• Do 1KV: 1 metr.
• Od 1KV do 15KV: 2 metry.
• Od 15KV do 30KV: 3 metry.
• Od 30KV do 110KV: 4 metry.
• Powyżej 110KV: 5 metrów.

tags: #koparko #ladowarka #schemat #mechanizmu