Műszaki fejlesztések mezőgazdasági rakodógépeken

A mezőgazdasági rakodógépeket a nagyon változó, esetenként szélsőségesen nehéz üzemeltetési körülmények közötti munkavégzésre való alkalmasság (jó terepjáró képesség nehéz terep- és talajviszonyok esetén; a vándorlások, áttelepülések magas sebességtartományú megvalósítása; tárolótelepeken, épületeken belüli szűk helyeken való manőverezés), valamint az egyes ágazatok speciális igényeinek megfelelő kielégítése különbözteti meg az ipari célfeladatok megoldására épített rakodógépektől.

A mezőgazdasági rakodógép gyártásban – a világszerte felgyorsult innováció következtében – a korszerű tervezési eljárások, számítógépes programok (pl. „AutoCAD”, végeselem módszer), valamint gyártástechnológiai fejlesztések oda vezettek, hogy egyre jobb minőségű, szerkezeti anyagú alkatrészek és beszállítói fődarabok beépítésének eredményeként egyre kiforrottabb konstrukciók keletkeznek. Ezek a konstrukciók számos új műszaki megoldást tartalmaznak, elsősorban az emelőmechanizmusok, gémszerkezet, munkahidraulika, járószerkezeti hajtás területén. A magajáró gépeknél a kezelőfülke, a kezelőszervek, a motor, a hajtásátvitel fejlesztésén túl megjelent az elektromotoros meghajtás és általánossá vált a szenzortechnológián alapuló ISOBUS adatátvitel és fedélzeti terminálok alkalmazása.

A növénytermesztési és állattenyésztési technológiákban a rakodási technológiai alkalmasság tekintetében – az univerzális használhatóságra és alkalmazásra való igény növekedése miatt –változások történtek. A magajáró, a vontatott és traktorra szerelt forgórakodó gépek a mezőgazdasági alkalmazásban teljesen háttérbe szorultak az ipari változatokkal, illetve alkalmazásokkal szemben.

Az elmúlt évek gyártmányfejlesztési innovációinak eredményeként viszont a magajáró homlokrakodók különböző konstrukciói – csúszókerék, kétkerék- és négykerék-kormányzású, valamint törzscsuklós változatban –, illetve a traktoros homlokrakodók minden, a mezőgazdasági termelés rakodási feladatait megoldó széles teljesítménykategória és típusválasztékban rendelkezésre állnak.

A mezőgazdaságban használt rakodógép megoldások

A traktorra szerelt homlokrakodó gépek mezőgazdasági termelésbe történő széleskörű alkalmazásukat univerzális használhatóságuknak köszönhetik. Ennek megfelelően szinte valamennyi traktorgyár gyárt az univerzális és középnehéz univerzális traktoraihoz homlokrakodógép emelőmechanizmusokat, vagy alkalmazza a homlokrakodógép gyártók széles választékából a saját gyári színre festett változatait (1. a-b. kép).

1/a-b. kép: Különböző traktor „gyári színére” festett, azonos gyártmányú homlokrakodó emelőszerkezetek, és a hazai gyártású változatok

A folyamatos fejlesztés eredményeként ezek a gépek – hidraulikusrendszer, emelőmechanizmus és munkaeszköz felszereltség tekintetében – megbízhatóan működő kiforrott konstrukciók. Kivitelükre pedig a korszerű gyártástechnológiai megoldások és szerkezeti anyagok alkalmazása a jellemző. A mai korszerű univerzális, középnehéz univerzális traktorok hidraulikus rendszere a közvetlen gyorscsatlakozókkal történő tiszta, csepegésmentes, vagy multifunkcionális kapcsolófejjel történő csatlakoztatást is lehetővé teszik.

A mechanikus elemek fejlesztése az emelőgépgyártóknál, a különböző traktortípusokhoz igazodó segédvázak kialakítására, és biztonságos csatlakoztatására, valamint az emelőszerkezet bakjainak gyorscsatlakozókkal oldható önzáró csapszeges kialakítására irányul. A traktoros homlokrakodók esetében is fontos szempont – az emelés során – a munkaeszközt azonos pozícióban tartani. Ezt a feladatot látja el a gémszerkezetre épített párhuzamvezérlő mechanizmus (2/a-b. kép).

2/a-b. kép: Gyári traktoros homlokrakodó applikáció párhuzam munkaeszköz vezérlővel

A munkavégző eszközök, az emelőgém, a munkaszerszám funkciójának vezérlése, joystickkal történik. A homlokrakodó géppel felszerelt univerzális, vagy középnehéz univerzális traktor gyakran a rakodási feladathoz kapcsolódó egyéb munkát is el tudja végezni.

A kis fordulási helyszükséglettel rendelkező csúszókerék kormányzású homlokrakodók olyan munkák elvégzésére használhatók előnyösen, ahol a rakodáshoz kevés hely áll rendelkezésre, de nagy tolóerőre, vagy szakítóerőre van szükség (pl. baromfiistállók kitrágyázási munkái). Ezen gépek esetében a fejlesztés a gépkezelő ergonómiai igényeinek minél tökéletesebb kielégítését eredményező konstrukciók alkalmazására irányul (kezelőfülke-kialakítás, egyes típusoknál veszélyes munkák elvégzésére rádióhullámú távvezérlés) (3/a-b. kép).

3/a-b. kép: A csúszókerék kormányzású homlokrakodók hazai választéka új, korszerű típusokkal bővül

A hazai mezőgazdasági üzemek, vállalkozások rakodási munkáinak ellátásában egyre nagyobb szerepet kapnak a – szintén kis mozgásteret igénylő – törzscsuklós homlokrakodó gépek. A folyamatos innováció eredményeként a törzscsuklós homlokrakodó gépek számos típusa és konstrukciója szerepel a gyártók kínálatában. A felhasználói, üzemeltetői közkedveltségük egyszerű szerkezeti kivitelüknek – ami elsősorban a járószerkezeti hajtásban jelentkezik – köszönhető.

A konstrukcióra, a törzscsuklós vázszerkezetre épített két párhuzamos, fix tagból álló egyszerű gémszerkezet a jellemző (4. kép).

4. kép: A kis törzscsuklós homlokrakodók emelőszerkezete egyszerű konstrukció

Ez a gémszerkezet azonban nem túl nagy (2,5-3,0-3,5 m) emelőmagasságot biztosít a gépeknek. Egyes konstrukcióknál az emelőmagasság korlátozott növelésére – a csuklós alvázszerkezet manőverezés szempontjából előnyös tulajdonságait megtartva – a gémet teleszkópos szerkezetűre alakították ki (5. kép).

5. kép: Az emelőmagasság növelésére a kis törzscsuklós homlokrakodó gépeknél is teleszkópos gémet alkalmaznak

A gépek űrszelvényének, elsősorban magassági méretének csökkentése érdekében fülkenélküli „bukókeretes” változatok is készülnek. Ezek a gépek elsősorban épületen belüli munkáknál használhatók előnyösen. Az univerzális használhatóság céljából az anyagmozgatási, rakodási feladatok minél szélesebb körben történő ellátásához széles munkaeszköz-választékkal rendelkeznek. A mezőgazdasági alkalmazásokhoz a kis törzscsuklós gépek nagytérfogatú terménykanállal, trágyamarkoló villával, bálafogókkal, tüskékkel, raklapvillákkal stb. szerelhetők fel. Ezen túlmenően – egyes típusok – mellső függesztésű rotációs kaszák, vízszintes- és függőleges tengelyű szárzúzók üzemeltetésére is alkalmasak (6. kép).

6. kép: A kis törzscsuklós gépek nagyon sokféle munkaeszközzel, többek között telepi seprű munkaeszközzel is felszerelhetők

A négykerék-kormányzású teleszkópos rakodógépek területén – a jól kiforrott és bevált típusok mellett – egyes gyártók újabb és újabb típusokkal jelennek meg. Az újabb típusok közül ilyen a CLAAS SCORPION család, SCORPION 635-1033 gyártmánya. A család tagjainak műszaki tartalmára az előző típusok jól bevált műszaki megoldásai mellett jellemző az automatikus kanál-visszavezetés, valamint szállítási helyzetben a menetsebesség állandó szintentartási lehetősége. Kormányzás tekintetében újdonságnak tekinthető a hátsótengely kormányzott kerekeinél az elfordítási szög kívánt értékre történő beállítása és rögzíthetősége.

Az innováció minden téren

A teleszkópos homlokrakodók munkahidraulikájának működtetése, az emelőrendszer és a munkaeszközök (a kanál vagy villa) egyidejű mozgatásának finom összehangolása céljából, a nagy teljesítményű gépeknél (pl. MANITOU MLT mezőgazdasági változatok, MERLO Turbofarmer, Multifarmer, BOBCAT, valamint a DIECI és egyéb gyártmányok) a fojtással szabályozható, állandó mennyiségszállítású fogaskerék-szivattyúkat nagyobb teljesítményű folyadékmennyiség szabályozású radiáldugattyús szivattyúkra cserélték.

Ez a szabályozási mód amellett, hogy többféle munkaművelet egyidejű vezérlését és finom szabályozását teszi lehetővé, a hidrosztatikus energiaátvitel veszteségét is minimalizálja, vagyis javítja a hidrosztatikus rendszer, a munkahidraulika hatásfokát. A négykerék-kormányzású teleszkópos homlokrakodó gépeknél – a rakodási munka biztonságának növelése érdekében – szinte valamennyi gyártmányra jellemző a különböző hidraulikus gémcsillapítási rendszer, valamint a különböző gémeltolási megoldások, továbbá a stabilitást ellenőrző és beavatkozó biztonsági rendszerek alkalmazása (7/a-b. kép).

7/a-b. kép: A teleszkópos rakodógépek gémemelési sebességei automatikusan, vagy kézi vezérléssel biztonságosan összehangolhatóak

Ilyen biztonsági rendszer pl. a MERLO cég MCDC dinamikus terhelésfigyelő rendszere, mely figyeli a gém terhelését, kinematikáját, pillanatnyi stabilitását, jelzi a billentő nyomaték túlzott megnövekedését, illetve – szükség esetén – be is avatkozhat, leállítva az emelési folyamatot, de engedélyezve a gém terhelőnyomatékának csökkentésére irányuló mozgatását. A rendszer munkaeszköz felismerő szenzortechnológiát, ISOBUS adatátvitelt, biztonsági szoftvert és fedélzeti kijelzőből álló terminált tartalmaz. Hasonló, csak egyszerűbb biztonsági rendszereket alkalmaznak az egyéb homlokrakodó gépeken is. Az újabb, különösen a nagyteljesítményű, hagyományos építésű gépekben is gyakori a kanál-visszavezetés rögzítése, és a beépített elektrotenzometrikus mérlegek alkalmazása.

A homlokrakodó gépek – a rakodási munkán kívül – gyakran egyéb más munkaműveleteket is végeznek, ezért üzemidejük jelentős részét, az egyes munkaműveletek közötti áttelepülés, vándorlás teszi ki (8. kép).

8. kép: A teleszkópos homlokrakodók egyéb más mezőgazdasági munkák elvégzésére is alkalmasak

Éppen ezért az innováció a járószerkezeti hajtás tökéletesítésére irányul, ami azt jelenti, hogy – az általánosnak mondható, kapcsolható négykerékhajtás, a változtatható szállítóképességű szivattyúból, hidromotorból és fogaskerekes hajtóműből álló sebességváltók mellett – egyre nagyobb számban alkalmazzák az ugyancsak folyamatosan szabályozható olajáramlású szivattyúval és hidromotorral meghajtott, terhelés alatt kapcsolható „Powershift” változatot, valamint a szállítási üzemmódban nagyobb teljesítményátvitelre alkalmas két hidromotoros megoldást. Egyes törzscsuklós homlokrakodó típusoknál pedig kerékmotorokkal történik a járószerkezet hajtása.

A homlokrakodó gépek energiaforrásaként korszerű komputervezérlésű, tüzelőanyag-ellátó rendszerrel szerelt dízelmotorokat használnak, melyek természetesen megfelelnek az aktuális károsanyag-kibocsátást korlátozó szabályoknak. Ezt a kisebb teljesítményű rakodógépek kisebb motorjainál DPF részecskeszűrő, és DOC dízeloxidációs katalizátor, a nagyobb teljesítményű változatoknál pedig AdBlue folyadékadagolású SCR rendszer, valamint DOC dízeloxidációs katalizátor alkalmazásával érik el.

A károsanyag-kibocsátás hatékony csökkentése céljából a teleszkópos, és egyéb törzscsuklós homlokrakodók energiaforrásaként is megjelent az elektromos energiaátvitel „hybrid”, vagy „direkt” változata (9. kép).

9. kép: A nagyobb teljesítményű magajáró homlokrakodóknál a „hibrid” dízel-elektromos üzemeltetésű gépek is megjelentek

A közepes teljesítménykategóriába sorolható MERLO Turbofarmer családjának újabb fejlesztésű Turbofarmer 42.7 Hybridje kedvező teljesítményszinten dolgozó, 54 kW-os dízelmotorja hibrid üzemmódban folyamatosan tölti az akkumulátorokat, melyek az elektromotor, illetve a járószerkezet, és a munkahidraulika hajtásához szükséges energiát szolgáltatják. Ennek következtében csökken a hajtóanyag-felhasználás és a CO₂-kibocsátás, sőt elektromos üzemmódban a CO₂-kibocsátás gyakorlatilag „0” – mindez minimális zajszinten történik. A műszaki paramétereit (emelőképesség, sebességtartomány) tekintve pedig az egyéb szériaváltozattal megegyező paraméterekkel rendelkezik.

Az akkumulátorgyártók innovációjának eredményeként az akkumulátorok, különösen a Li-ion lemezes akkumulátorok, de az ólomsavas változatok kapacitása is jelentősen nőtt. Az akkumulátorok kapacitása – feltöltés után – 3-5-8 üzemórát is kibírnak teljes munkavégzéssel. Ennek következtében egyes rakodógépgyártók – a hagyományos dízelmotoros meghajtású változatok mellett – bizonyos típusaikban az elektromos energiaátvitelt, meghajtást is alkalmazzák.

Legújabb fejlesztésű KRAMER, AVANT, CLAAS-LIEBHERR rakodógépek

A KRAMER KL 25.5e gép kivitelében, műszaki paramétereiben (emelőképesség, emelőmagasság) megegyezik a négykerék-kormányzású, négykerék-meghajtású KL 25.5 alapkivitellel. A hajtási energiát két elektromotor biztosítja, a járószerkezet hidrosztatikájának hajtását 15 kW, míg a munkahidraulika szivattyújának hajtását 25 kW teljesítményű motor végzi. Az elektromotorral meghajtott hidrosztatika – a kerékmotorok segítségével – 0-16 km/h munkasebességet biztosít. Az ólomsavas, illetve az ólomsavas zselés akkumulátorok feszültsége 80 V, a kapacitásuk 416, illetve 495 Ah, az üzemidő normálterhelésnél 5 üzemóra (10. kép).

10. kép: A KRAMER hagyományos dízelmotorral szerelt változat elektromos változata is kifejlesztésre került

A finn AVANT típusú törzscsuklós kormányzású homlokrakodók kis geometriai méretű konstrukciók, és ebből adódóan a munkavégzéshez nagyon kis helyigénnyel rendelkeznek. Számos munkaeszközzel felszerelhetők, így több beltéri és szabadföldi rakodási munka végzésére egyaránt használhatóak. Az újabb 400 és 500-as sorozatú gépeiket az eddigieknél nagyobb teljesítményű, 23 LE-s Kubota motorokkal szerelik. A törzscsuklós homlokrakodó gépcsalád az újonnan fejlesztett, és elektromos meghajtású AVANT E6-os taggal bővült. Az AVANT E6 erőforrása egy 14,5 kWh Li-ion akkumulátor, mely két elektromotort lát el energiával, amelyek közül a 7,2 kW teljesítményű a járószerkezeti hidrosztatikus hajtás energiaigényét szolgáltatja, míg a 2 kW-os villanymotor az emelőhidraulika működtetéséhez szükséges energiát biztosítja. Egyéb tekintetben a gép a korábbi modellek kivitelével és működésmódjával megegyezik. Normál igénybevétel mellett ~5 órát tud a gép dolgozni, ezután gyorstöltővel akár 1 óra alatt feltölthető az akkumulátor (11. kép).

11. kép: Az AVANT E6 elektromos meghajtású változat és a gyorstöltő berendezés

Látható, hogy a hibrid megoldások a nagyobb teljesítményű, nagyobb geometriai méretű és mozgási helyszükségletű gépeken kerülnek alkalmazásra. A tiszta „direkt” elektromos hajtás a kisebb geometriai méretű és helyszükségletű gépekre jellemző megoldás. Ezek a gépek ugyan egyaránt alkalmasak kültéri és épületen belüli munkavégzésre, a „0” károsanyag-kibocsátás melletti üzemeltetésük viszont elsősorban épületen belüli (istállókban, raktárakban, tárolókban való) munkavégzésben jelent előnyt. Emiatt akár az elektromos targoncák konkurensei is lehetnek.

A mezőgazdasági rakodógépeken, különösen az újabb fejlesztésű, nagyobb teljesítményű és sok áttelepülési helyen dolgozó teleszkópos rakodógépek esetében gyakori megoldás a CAN-Bus adatátvitel, digitális és analóg kijelzés, fedélzeti komputer és terminál, valamint a GPS navigáció és távfelügyelet.

A mezőgazdasági anyagmozgatásban széles körben alkalmazott traktoros homlokrakodók innovációjára a joystick munkaeszköz vezérlés és munkaeszköz, valamint a hidraulikus, egy tömbbe épített csöpögésmentes gyorscsatlakozók alkalmazása a jellemző.

A CLAAS-LIEBHERR együttműködéséből származó törzscsuklós homlokrakodó gépcsalád tagjai is számos innovációt tartalmazó – kifejezetten a mezőgazdasági rakodási munkák igényeinek megfelelő – új fejlesztésként jelennek meg. A CLAAS TORION homlokrakodó gépcsalád legkisebb teljesítményű 535 és 639 típusjelű tagjai hagyományos építésű törzscsuklós homlokrakodók, amelyek 63-68 LE-s motorral, 3,45-3,85 t billentő erővel rendelkeznek és 0-6, valamint 0-20 km/h sebességtartományban tudnak dolgozni.

A homlokrakodók között középkategóriásnak számító 1177-1410-1511 típusok DPS POWERTECH PVX 140-157 LE-s motorral, 7,75-9,1-9,75 t billentő erővel, VARIPOWER váltóval készülnek és 0-6, 0-16, 0-40 km/h sebességtartományban dolgoznak. A legnagyobb teljesítménykategóriába tartozó 1812-1914 típusok számos innovatív megoldást tartalmaznak, nevezetesen az emelőgém szerkezet magas emelési pozíciójú, vagy a nagyobb emelőerőt biztosító párhuzamvezérlő, vagyis a raklapvillát vízszintes helyzetben tartó kialakítással is rendelhető. A nagyobb változatoknál a kanál billentése és visszavezetése is beállítható, ezen túlmenően kijelzővel ellátott mérlegrendszer van beépítve az emelőmechanizmusba. A gépek építési módjára az alacsony szerkezeti kialakítás jellemző, a motornak a mellső billentési tengelytől való nagy távolságra történő beépítése viszont a stabilitást javítja (12. kép).

12. kép: A CLAAS-LIEBHERR együttműködésben, kifejezetten a mezőgazdasági igények alapján kifejlesztett TORION klasszikus építésű homlokrakodó gép

A nagy teljesítményű változatok esetében a CMATIC fokozatmentes hidraulikaszivattyúból és hidromotorból álló hidrosztatikus és fogaskerekes mechanikus hajtásból épült sebességváltó alkalmazása, szintén innovatív megoldásnak számít, melynek eredményeként a munkasebesség 0-20 és 0-40 km/h tartományban fokozatmentesen szabályozható. A beépített motorteljesítmény 195, illetve 228 LE. A motorok hűtéséről elektronikusan vezérelt, és megfordítható forgásirányú ventilátor gondoskodik.