Koparko-ładowarka: Budowa, Zasada Działania i Zastosowanie

Nowoczesne maszyny budowlane i specjalistyczne są niezwykle różnorodne, a wśród nich koparko-ładowarki wyróżniają się swoją wszechstronnością. Łączą one w sobie funkcje zarówno koparki, jak i ładowarki, co czyni je niezastąpionymi na wielu placach budowy i w różnorodnych pracach.

Czym jest koparko-ładowarka?

Koparko-ładowarka to samobieżna, wielofunkcyjna maszyna do robót ziemnych, która łączy w sobie cechy koparki jednonaczyniowej i ładowarki. Jej uniwersalność sprawia, że jest jedną z najbardziej powszechnie używanych maszyn budowlanych, zastępując przy małych i średnich zakresach robót zarówno dedykowane ładowarki, jak i koparki.

Budowa koparko-ładowarki

Konstrukcja koparko-ładowarki jest przemyślana tak, aby zapewnić optymalną wydajność, stabilność i bezpieczeństwo pracy. Składa się z kilku podstawowych zespołów:

Podwozie

Podwozie stanowi bazę maszyny i odpowiada za jej stabilność oraz mobilność. Może być:

• Kołowe: 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, dzięki czemu sprawdzają się na utwardzonych drogach i w miejscach wymagających częstego przemieszczania. Podwozie kołowe to konstrukcja ramowa, na której znajdują się osie napędowe. Most przedni skrętny zamocowany jest wahliwie do ramy, tylny zaś sztywnie.
• Gąsienicowe: Uważane za bardziej stabilne i nie wymagające użycia podpór w przeciwieństwie do podwozia kołowego. Zapewnia lepszą zwrotność i stabilność podczas pracy, choć jest gorsze od podwozia kołowego pod względem prędkości transportu. Gąsienice zapewniają stabilność i umożliwiają przemieszczanie się w trudnych warunkach terenowych. Podwozie gąsienicowe przenosi ciężar maszyny i zapewnia jej niezawodność podczas wykonywania robót ziemnych.

Istnieje również kilka innych opcji podwozia, takich jak pneumatyczne, szynowe czy na platformie pływającej.

Nadwozie

Nadwozie koparki obejmuje kabinę operatora, układy sterowania, osłony silnika i systemy chłodzenia. Składa się z kabiny operatora zamontowanej do ramy, maski silnika, błotników i podestów roboczych, zbiorników oleju i paliwa. W kabinie znajdują się dźwignie sterujące osprzętem roboczym, kierownica do sterowania maszyną, pulpity ze wskaźnikami do kontroli prawidłowej pracy i przyciski. Konstrukcja ROPS/FOPS (Roll Over Protective Structure / Falling Object Protective Structure) zapewnia operatorowi bezpieczeństwo przed zgnieceniem pod ciężarem maszyny w przypadku jej przewrócenia się oraz chroni przed upadkiem ciężkiego ładunku. Górna część koparki może się obracać w zakresie 360 stopni, dzięki czemu operator może pracować w dowolnym kierunku bez konieczności przemieszczania podwozia.

Układ napędowy

Układ napędowy, w którego skład wchodzi silnik spalinowy lub elektryczny, skrzynia biegów oraz układ przeniesienia napędu, generuje energię i przenosi ją na dane części podwozia, wprawiając je w ruch. Silnik spalinowy generuje moc potrzebną do napędu pompy hydraulicznej, która zasila cały układ hydrauliczny. Silnik 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 oraz doskonale radzą sobie z pracą pod znacznym obciążeniem.

Układ napędowy hydrokinetyczny

Z napędem hydrokinetycznym (najczęściej spotykane rozwiązanie) wiąże się przekładnia hydrokinetyczna, będąca zmiennikiem momentu obrotowego. Przenosi ona moment obrotowy z silnika na skrzynię biegów. W zamkniętej obudowie wypełnionej olejem umiejscowione są 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. Przekładnia hydrokinetyczna jest zbudowana z obudowy, oleju, wirnika pompy napędzanego od silnika, wirnika kierownicy oraz wirnika turbiny połączonego 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.

Układ hydrauliczny

Układ hydrauliczny jest sercem koparki, ponieważ odpowiada za siłę potrzebną do wykonywania prac oraz za napęd osprzętu roboczego. Kontroluje także ruchy ramion koparki i ładowarki. Składa się z pompy hydraulicznej, siłownika hydraulicznego, przewodów hydraulicznych, zbiornika, zaworu bezpieczeństwa oraz rozdzielacza i tłoków. Za efektywną pracę osprzętu roboczego odpowiada wydajny układ hydrauliczny.

Elementy układu hydraulicznego:

• Pompa hydrauliczna: Urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na energię strumienia cieczy. Wyróżnia się pompy zębate i wielotłoczkowe.
• Silnik hydrauliczny: Urządzenie, które zamienia energię strumienia cieczy na energię mechaniczną.
• Zawory hydrauliczne:
  • Sterujące ciśnieniem: przelewowe, bezpieczeństwa, redukcyjne.
  • Sterujące kierunkiem przepływu: zwrotne, rozdzielacze.
  • Sterujące natężeniem przepływu: dławiki (zmniejszają średnicę przepływu), synchronizator ruchu.
  • Specjalne: zamek hydrauliczny, który 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. Pełni rolę tłumika uderzeń hydraulicznych i działa jako amortyzator, niwelując uderzenia hydrauliczne.

Wymagania stawiane olejom hydraulicznym:

• Mała zmiana lepkości mimo wzrostu temperatury.
• Dobra smarność i jak najdłuższa żywotność.
• Nie mogą powodować korozji ani mieszać się z powietrzem.
• Muszą mieć wysoką temperaturę zapłonu.

Ciśnienie w układach:

• W układzie roboczym: około 250 bar.
• W układzie kierowniczym: około 160 bar.
• W układzie napędowym (hydrokinetycznym): około 200 bar.
• W zmienniku momentu: około 8-10 bar.

Osprzęt roboczy

Osprzęt roboczy składa się z łyżki, widła lub innych narzędzi umieszczonych na końcu ramienia koparko-ładowarki. Jest kluczowy dla funkcjonowania maszyny, ponieważ znacznie rozszerza zakres możliwych do wykonania prac. Koparko-ładowarki są wyposażone w dwa osprzęty robocze: osprzęt koparkowy (tylne ramię) oraz osprzęt ładowarkowy (przednia łyżka). Szybkozłącze koparkowe oraz hydrauliczne szybkozłącze ładowarkowe umożliwiają szybką wymianę osprzętów.

Rodzaje łyżek:

• Standardowa łyżka uniwersalna: Posiada od 3 do 6 zębów ze stali węglikowej o objętości od 0,49 do 2,5 metra sześciennego.
• Łyżka do czyszczenia: Nie ma zębów. Zamiast tego posiada zamontowane ostrze do czyszczenia i cięcia gleby o maksymalnej szerokości 1500 mm.
• Łyżka profilowa: Do wykonywania wykopów o określonym profilu.
• Łyżka załadowcza: Służy do transportu materiałów sypkich.
• Łyżka do zrywaka: Przeznaczona do prac w twardym gruncie.

Konstrukcja łyżki zależy od zakresu jej zastosowania. Łyżki koparki wykonane są ze stali węglikowej, mają różne objętości i cechy konstrukcyjne.

Ramię koparki i wysięgnik

Ramię koparki, często nazywane wysięgnikiem, jest kluczowym elementem, który umożliwia wykonywanie ruchów w pionie i poziomie. To dzięki niemu łyżki mogą dosięgnąć trudno dostępnych miejsc i realizować skomplikowane operacje. Budowa ramienia musi być solidna, aby przenosić obciążenia związane z kopaniem i podnoszeniem materiałów. Wysięgnik teleskopowy osprzętu koparkowego zapewnia duże wartości głębokości kopania, a konstrukcja wysięgnika osprzętu ładowarkowego umożliwia stabilne utrzymanie ładunku i jednocześnie zapewnia dużą siłę odspajania.

Zasada Działania Koparko-ładowarki

Jak sama nazwa wskazuje, maszyna może działać zarówno jako koparka, jak i ładowarka. Koparki jednołyżkowe, najpopularniejszy typ maszyny do kopania gruntu, wykorzystują zasadę pracy cyklicznej, co obejmuje wydobycie, załadunek i powrót łyżki do pierwotnej pozycji. Koparki jednołyżkowe dzielą się na maszyny z łyżką bezpośrednią i rewersyjną.

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. Dzięki osprzętowi koparkowemu operator jest w stanie kopać rowy, profilować ściany wykopu, podnosić ładunki lub pracować młotem hydraulicznym.

Praca ładowarkowa

Funkcja ładowarki pozwala przesuwać ziemię, gruz i inne ciężkie materiały w wyznaczone miejsce. Przednia łyżka ładowarkowa umożliwia przenoszenie piasku, żwiru, ziemi czy gruzu. Zastosowanie koparko-ładowarki w tej roli obejmuje precyzyjne umieszczanie materiałów w wyznaczonych miejscach, co przyspiesza prace budowlane.

Sterowanie

Sterowanie koparko-ładowarką jest bardzo specyficzne i wymaga od operatora dużego doświadczenia oraz umiejętności. Współczesne maszyny są wyposażone w rozbudowane systemy sterowania, które umożliwiają precyzyjną kontrolę nad ruchami ramion i osprzętu roboczego. Systemy te mogą być sterowane za pomocą dźwigni lub joysticków umieszczonych w kabinie operatora. Odpowiednia konstrukcja maszyny gwarantuje bezpieczeństwo podczas prowadzonych prac.

Zastosowanie koparko-ładowarek

Koparko-ładowarki znajdują szerokie zastosowanie w różnorodnych pracach ziemnych, budownictwie (przemysłowym, cywilnym i drogowym), rolnictwie, recyklingu, górnictwie oraz pracach komunalnych. Ich unikalna konstrukcja pozwala na efektywne wykonywanie różnorodnych zadań, takich jak wykopy, transport materiałów czy niwelacja terenu.

Typowe zastosowania:

1. Wykopy pod fundamenty i budowy: Przygotowanie terenu pod fundamenty budynków, dróg czy innych konstrukcji. Dzięki dużemu zasięgowi ramienia oraz różnym typom łyżek, koparko-ładowarka radzi sobie z pracami ziemnymi o różnym stopniu trudności.
2. Wykopywanie rowów i kanalizacji: Wykopywanie rowów pod instalacje wodociągowe, kanalizacyjne czy elektryczne, tworząc przydomowe oczyszczalnie ścieków. Dzięki regulowanej głębokości kopania, maszyna może wykonywać precyzyjne wykopy o odpowiednich wymiarach.
3. Załadunek i transport materiałów: Przednia łyżka jest używana do ładowania materiałów budowlanych, takich jak piasek, ziemia, gruz, czy inne sypkie substancje. Maszyna może również przenosić materiały w inne miejsca, co znacząco przyspiesza i ułatwia prace budowlane.
4. Niwelacja terenu: Wyrównywanie powierzchni, przygotowując teren pod dalsze etapy budowy. Sprawdza się przy wykopach, zarówno płytkich, jak i głębszych, umożliwiając szybkie i dokładne usunięcie nadmiaru ziemi, korytowanie czy formowanie podłoża pod fundamenty.
5. Prace przy drogach i chodnikach: Wykonywanie prac związanych z budową i naprawą dróg, w tym wykopy pod kanalizację, instalacje elektryczne czy usuwanie starego asfaltu.
6. Usuwanie gruzu i innych odpadów budowlanych: Po zakończeniu wyburzeń czy innych prac budowlanych, koparko-ładowarka może być użyta do usuwania urobku, gruzu, ziemi, odpadów budowlanych i innych materiałów z placu budowy oraz z gospodarstw domowych.

Dzięki zastosowaniu różnych narzędzi roboczych montowanych do osprzętów (np. młot wyburzeniowy, widły, pługi, zęby do ładowarki), koparko-ładowarki zyskują dodatkowe zastosowania, mogąc pełnić role odśnieżarki czy podnośnika.

Zalety i wady koparko-ładowarek

Zalety:

• Wielofunkcyjność i uniwersalność: Łączą funkcje koparki i ładowarki, co pozwala na wykonanie różnorodnych zadań jedną maszyną.
• Mobilność: Szczególnie w przypadku podwozia kołowego, zapewniają szybkie przemieszczanie się po placu budowy i między nimi.
• Szybkość i efektywność: Umożliwiają szybkie i precyzyjne wykonywanie wykopów, przenoszenie materiałów, załadunek i rozładunek, co skraca czas pracy.
• Rentowne wykorzystanie: Ze względu na wszechstronność, są opłacalne na wielu placach budowy, zastępując kilka dedykowanych maszyn.

Wady:

• Wysokie koszty zakupu i utrzymania: Koszt zakupu koparko-ładowarki jest zazwyczaj wyższy niż zakup pojedynczych maszyn dedykowanych, co wynika z bardziej rozbudowanej konstrukcji.
• Mniejsza moc: W porównaniu do dedykowanych maszyn (np. dużej koparki czy ładowarki) mogą mieć mniejszą moc i wydajność w bardzo specjalistycznych lub ciężkich zadaniach.

Dlatego też w pojedynczych projektach, szczególnie tych mniejszych, wynajem koparko-ładowarki jest często lepszym rozwiązaniem niż jej zakup. Wynajem pozwala zaoszczędzić na kosztach zakupu, utrzymania, serwisu i napraw, zapewnia dostęp do najnowszych modeli oraz elastyczność w użytkowaniu bez konieczności przechowywania maszyny.

Czynniki wpływające na wydajność pracy koparko-ładowarki

• Pojemność naczynia roboczego (łyżki).
• Warunki atmosferyczne.
• Kategoria gruntu.
• Stan techniczny maszyny.
• Umiejętności i zaangażowanie operatora.
• Wysokość i głębokość ściany kopania.
• Organizacja robót.
• Sposoby i metody pracy maszyn.

Wydajność maszyny zależy nie tylko od objętości łyżki, ale także od czasu cyklu roboczego, który obejmuje wydobycie, załadunek i powrót łyżki do pierwotnej pozycji.

Podział gruntów ze względu na kategorię

Grunty dzielimy na 16 kategorii. Trzy pierwsze są dla ładowarek, cztery pierwsze dla koparek, a pozostałe wymagają uprzedniego spulchnienia.

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

Właściwości gruntów:

• Ciężar właściwy, nośność, wilgotność, spoistość.
• Stopień zagęszczenia i spulchnienia.
• Kąt stoku naturalnego: Kąt, pod którym grunt układa się naturalnie w skarpie lub nasypie.
• Klin odłamu: Grunt powyżej kąta stoku naturalnego, który może się obsunąć w każdej chwili pod własnym ciężarem.

Bezpieczna odległość, na której można postawić maszynę na nasypie, zależy od kategorii gruntu i wysokości skarpy (h):

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

Obsługa techniczna koparko-ładowarki

Regularny serwis koparki oraz szybka reakcja na pierwsze objawy zużycia to podstawa bezpiecznej i wydajnej eksploatacji maszyny.

Rodzaje obsług technicznych:

• OC (Obsługa Codzienna): Wykonywana codziennie (ok. 40 min).
  • Przed uruchomieniem silnika: kontrola dokręcania kół, ciśnienia i stanu ogumienia, stanu połączeń skręcanych, spawanych i nitowanych, wycieków w układzie hydraulicznym, paliwowym i hamulcowym, kompletności maszyny, poziomu płynów (chłodzącego, oleju silnikowego, hydraulicznego, przekładniowego, paliwa, płynu hamulcowego), napięcia paska klinowego.
  • Po uruchomieniu silnika: kontrola wskazań pulpitu i działania układów.
• OT (Obsługa Techniczna):
  • OT1: Co 250 godzin, polega na wymianie smaru, oleju oraz zużytych filtrów.
  • OT2: Co 500 godzin, wykonywana przez 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 płyny niezamarzające, akumulator oraz robi się przegląd instalacji elektrycznej, wymienia 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): Specjalna obsługa w początkowym okresie eksploatacji.
• Otrans (Obsługa Transportowa): Wykonanie obsługi codziennej, wprowadzenie maszyny na lawetę (kierowane 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.

Dokumentacja:

• 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).

Bezpieczeństwo pracy pod liniami wysokiego napięcia

Minimalne odstępy od linii napowietrznych:

• Do 1 kV: 1,5 metra.
• Od 1 kV do 15 kV: 2,5 metra.
• Od 15 kV do 30 kV: 3,5 metra.
• Od 30 kV do 110 kV: 4,5 metra.
• Powyżej 110 kV: 6,0 metra.

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

tags: #koparko #ladowarka #schemat #pracy