15. dubna 2004
Nákladní vozidla určená do náročného provozu na nezpevněných komunikacích v lesích, dolech, lomech a na staveništích zahrnují široké spektrum techniky. V některých případech dokonce automobil přestává být klasickým vozidlem a stává se pouze pracovním strojem, který nesmí být v běžném silničním provozu používán. Důvodem bývá především jeho vysoká celková hmotnost, která je u silničních vozidel legislativně omezena nejvyšším přípustným zatížením náprav.
Toto omezení je dáno konstrukcí a únosností vozovky, po níž se vozidlo pohybuje. Jiným omezením jsou například nadměrné rozměry či odlišné příslušenství a výbava. Není žádným tajemstvím, že automobil homologovaný (schválený) pro silniční provoz v kategorii N3, respektive N3G (terénní), tedy s celkovou hmotností vyšší než 12 tisíc kilogramů, díky své konstrukci snese zatížení daleko vyšší. Pokud se však této technické možnosti využije, stává se automobil již pouze pracovním strojem, který se pohybuje výhradně na neveřejných komunikacích, například v lomech. Výroba takových vozidel bývá malosériová až kusová a v řadě případů ji s využitím hlavních komponent silničních vozidel zajišťují specializované provozy finalistů a menší společnosti, které mohou pružně reagovat na individuální a zcela specifické požadavky zákazníků.
Kategorie vozidel pro těžké provozní podmínky vykazuje v zemích Evropské unie roční odbyt kolem 30 tisíc vozidel. Zhruba dvě třetiny tohoto objemu tvoří sklápěčkové automobily. V souvislosti se vstupem České republiky do Evropské unie i v tomto segmentu postupně zanikne výhoda levnější pracovní síly u domácího výrobce a plně se projeví ekonomická síla konkurentů.
Podvozek
V následujícím textu necháme stranou skutečné obry, většinou dvounápravové velkokapacitní jednostranné sklápěče (například známý běloruský BELAZ s celkovou hmotností několika desítek až sta tun, který by se se svými rozměry na silnici snad ani nevešel), a soustředíme se na dvou-, tří- a čtyřnápravové sklápěče a podvozky pro speciální nástavby, například na tzv. domíchávače betonu (betonmix).
Základem, od něhož se odvíjí vlastní konstrukce vozidla, jsou jeho nápravy, které vždy mají určitou konstrukční únosnost (dovolené zatížení). Pro legislativní omezení zatížení náprav u vozidel pro silniční provoz je rozhodující, zda je náprava poháněná či nepoháněná, případně řiditelná, a také počet kol nápravy, tedy jednoduchá nebo zdvojená „montáž“ kol.
Celková dovolená hmotnost vozidla nikdy není pouhým součtem nejvyšších povolených hmotností na nápravu. Je to dáno v provozu nespecifikovatelným a měnícím se rozložením hmotnosti nákladu na nápravy. Má-li konstruktér stanoven počet a provedení náprav, například 8×8/4 (všechny čtyři nápravy jsou poháněné a dvě z nich řiditelné), dostává tak i nejvyšší přípustnou celkovou hmotnost. Jeho snahou je, aby vlastní hmotnost vozidla s nástavbou byla co nejnižší, aby tak dosáhl maximální možné užitečné hmotnosti (nákladu).
Tento požadavek je ovšem v příkrém rozporu s požadavkem na co nejvyšší odolnost, spolehlivost a životnost vozidla. Proto musí konstruktéři hledat kompromis mezi vlastní a užitečnou hmotností. Není divu, že i v této oblasti je patrná snaha o co největší využití lehkých a pevných konstrukčních materiálů, například duralu pro podvozek i nástavbu.
O počtu a uspořádání náprav rozhodují i další požadavky, jako například rozměry vozidla, manévrovatelnost (stopový a obrysový poloměr zatáčení) či konfigurace terénu, v němž se vozidlo pohybuje, tedy stoupání a klesání, přechodové úhly a poloměry, převýšení a únosnost podloží (vozovky). V lehčích podmínkách se bez problémů uplatní obratnější, jednodušší a levnější vozidla koncepce 4×2 a 6×4, v obtížných pak složitější a dražší technika v provedení 4×4 a 6×6. Nejvyšší přepravní kapacitu poskytují velké, těžké a méně obratné automobily čtyřnápravové 8×4 pro lehčí podmínky a 8×6 a 8×8 pro podmínky nejtěžší.
Zajímavé je uspořádání 8×6, v němž může být poháněna – vedle obou zadních – první nebo druhá přední řiditelná náprava. Pro určité druhy provozu je vhodnější provedení 8×6 s poháněnou druhou přední nápravou, místo obvyklé první. Výhodou je především snadnost výjezdu do kopce – na vrcholu se první náprava zvedá, zatímco druhá poháněná zůstává
v kontaktu s vozovkou. Obvyklé provedení 8×6 je naopak vhodnější do měkčího a bořivějšího terénu, protože první poháněná náprava před sebou zeminu nehrne, ale naopak ji zhutňuje pro nápravu druhou. Takové vozidlo je také směrově lépe ovlada-telné.
Pohonné ústrojí
Požadavky na výkon motoru jsou u vozidel pro stavebnictví obvykle nižší než u silniční techniky pro dálkovou dopravu. Podstatně důležitější je u nich však točivý moment motoru, zejména při nízkých otáčkách, a dobré odstupňování převodovky. Pro silniční provoz je přípustná celková hmotnost automobilů dvounápravových 18 tun, třínápravových 25 tun, respektive 26 tun, a čtyřnápravových 32 tun.
Nejvyšší celkovou povolenou hmotnost 48 tun má jízdní souprava složená z tažného a přípojného vozidla. Tzv. měrný výkon bývá u těchto automobilů asi 10 kW/t – požaduje se výkon motoru 180, 260
a 320 kW. Takového výkonu bez problémů dosahují vznětové, přeplňované řadové šestiválce nebo dražší vidlicové šesti- a osmiválce se zdvihovým objemem 10 až 12 litrů.
Převodovky jsou obvykle ručně řazené dvanáctistupňové (2×3×2) nebo šestnáctistupňové (2×4×2) a pomalu se začínají prosazovat i jako automatizované. Použití relativně drahých samočinných planetových převodovek s hydrodynamickým měničem momentu je stále výjimečné.
Mimořádné nároky jsou kladeny na brzdovou soustavu vozidla. Ve-dle běžné provozní kolové soustavy s lépe chráněnými bubnovými brzdami se používají vždy zpomalovací brzdy motorové a retardéry různých koncepcí. Výkon přídavných brzd je dnes takový, že je dostatečný i při sjíždění nejprudších klesání s plným nákladem. Nutné je ovšem zařazení vhodného (nízkého) rychlostního stupně.
Zahraniční výrobci na českém trhu
Silnou evropskou šestku výrobců těžkých nákladních vozidel představují dnes většinou již globálně etablovaní výrobci. V abecedním pořadí jsou to:
DAF
Nizozemský DAF je i s britskou značkou Foden součástí severo-amerického koncernu PacCar (Paciffic Cars), známého kapotovými kultovními automobily Kennworth a Peterbilt. V roce 2002 DAF vstoupil přímo do moravské „jámy lvové“ a představil své novinky na zkušebním polygonu Tatra v Kopřivnici. Nabídku těžkých automobilů představuje řada CF s uspořádáním pohonu 6×2, 6×4, 8×2, 8×4 a 8×6 pro přepravu materiálů v extrémních podmínkách. Široké nabídce typů odpovídá nabídka šestiválcových motorů s výkonem od 183 kW a točivým momentem 1050 Nm až po 355 kW a 2100 Nm. Podle provozních podmínek vozidla a charakteristiky motoru DAF používá ručně
řazené převodovky ZF Ecosplit nebo automatizované ZF AS-Tronic. Ovládání je bez spojkového pedálu a může být buď zcela samočinné, nebo s možností zásahu řidiče až o dva stupně nahoru či dolů. Přímo v převodovce integrovaný kapalinový retardér – ZF-Intarder – se ovládá páčkou pod volantem, případně řídicí jednotkou. Standardní je motorová brzda DEB (DAF Engine Brake) s výkonem až 290 kW.
IVECO
Společnost IVECO (Industrial VEhicles COrporation), založená v roce 1975, původně slučovala italské značky Fiat Veicoli Industriali, Lancia Veicoli Speciali, O.M. (Officine Meccanice), německou Magirus a francouzskou UNIC. Později zahrnula i značky Pegaso ve Španělsku a Ford Trucks a Seddon Atkinson ve Velké Británii.
Inovovaná těžká řada EuroTrakker zahrnuje vozidla s uspořádáním pohonu od 6×4 a 6×6 až k 8×4. Řadu tvoří 57 základních typů (z nich deset jen pro domíchávače betonu). Zajímavé jsou nové šestiválcové motory Cursor 8 ve výkonových variantách 180, 200, 228 a 259 kW, Cursor 10 s variantami 287 nebo 316 kW a Cursor 13 buď s parametry 324 kW a 2100 Nm, nebo slabší s výkonem 280 kW, určený právě pro třínápravové a čtyřnápravové automobily EuroTrakker. Motory jsou pozoruhodné turbodmychadly VTG (Variable Turbine Geometry), která plní i funkci motorové brzdy.
Vedle běžných převodovek ZF jsou v nabídce italského výrobce i převodovky ZF Intarder s vestavěným kapalinovým retardérem a automatizovaná šestnáctistupňová převodovka ZF Servotronic (EuroTronic 2) pracující v plně samočinném režimu nebo v režimu polosamočinném s předvolbou, a to bez spojkového pedálu. K výrazným kladům patří vynikající brzdy včetně účinné motorové brzdy ITB (Iveco Turbo Brake) s výkonem až 240 kW.
Tuhé poháněné nápravy s planetovou redukcí jsou určeny pro zatížení 13 tun a řiditelné nepoháněné nápravy pro zatížení osm tun. Mimo veřejné komunikace lze proto provozovat jinak sériová vozidla s vyšší celkovou a užitečnou hmotností, než jakou stanoví platné le-gislativní limity. Tuto možnost nabízejí samozřejmě i konkurenti společnosti DAF.
MAN
Do společnosti MAN (Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg) patří i rakouské automobilky Steyr a ÖAF-Gräff&Stift, britský ERF a polský Jelcz. U vozidel pro mimořádně obtížný provoz využívá MAN své dlouholeté zkušenosti se speciálními automobily pro vojenské účely. V jeho výrobním programu jsou typy řady TGA s pohonem 4×4, 6×4, 6×6 a 8×8. Největší model 50.464 VFAK je jednostranný sklápěč 8×8 s celkovou hmotností 50 tun a motorem s výkonem 338 kW a točivým momentem 2100 Nm. Současný nejvýkonnější motor pro nákladní automobily MAN V10
(485 kW, 2700 Nm) má „buldočí“ charakteristiku. Hydrostatické ovládání HGS Servoshift převodovek je velmi snadné. Vrcholem pohodlí je možnost řazení bez sešlápnutí pedálu spojky, jejíž ovládání přebírá tlačítko na řadicí páce. U plně automatizované převodovky MAN-Tipmatic probíhá řazení bez nutnosti ovládání pedálu spojky samočinně podle pokynu páčkou voliče. Úměrně nárůstu výkonu i hmotnosti se zvyšují i nároky na brzdové soustavy. Vzduchové provozní soustavě BrakeMatic ulehčuje práci motorová brzda (Exhaust Valve Brake) a zpomalovací brzda MAN PriTarder, integrovaná s čerpadlem chladicí soustavy motoru a propojená s EVB.
Mercedes-Benz
DaimlerChrysler nabízí v Evropě těžkou řadu Mercedes-Benz Actros, kterou loni podrobil rozsáhlé modernizaci. Po náběhu výroby silničních automobilů a tahačů představil i modely s pohonem více nebo všech náprav, určené pro nejtěžší provozní podmínky, celkem 36 typů v provedení od 4×4 až po 8×8. Největším zástupcem značky je typ 4148K 8×8/4, jehož ústrojí pohonu tvoří motory V6 a V8 řady
500, pokrývající výkonovou oblast od 235 do 425 kW a standardní šestnáctistupňové převodovky Mercedes-Benz. Vedle poloautomatiky Telligent mohou zájemci volit i ruční ovládání HPS s hydraulickým převodem ovládacích sil.
V nabídce je i samočinná převodovka s hydrodynamickým měničem umožňující plynulé řazení „pod zatížením“. Systém odlehčovací motorové brzdy Konstant Drossel je natolik účinný, že i v klesání 45 procent není u plně vytíženého vozu nutné použít provozní brzdu. V případě použití příplatkového kapalinového retardéru Voith se stává provozní brzda téměř zbytečnou. U čtyřnápravových podvozků
DaimlerChrysler použil zvláštní zavěšení listových per obou předních náprav, které při výškovém rozdílu náprav až 100 milimetrů vyrovnává jejich zatížení při jízdě po nerovném povrchu. Tím konstruktéři dosáhli lep-šího přenosu hnacích i brzdných sil při překonávání terénních stupňů.
Scania
U vozidel pro provoz po komunikacích s nezpevněným povrchem využívá švédská Scania své zkušenosti s automobily pro těžké severské podmínky používané při těžbě nerostných surovin a svozu dřeva. V její nabídce jsou podvozky řady 124C (Construction) s pohonem 6×2, 6×4, 6×6, 8×4 a 8×6 pro sklápěčkové nástavby. Standardní ústrojí pohonu složené z motoru DC1201 (309 kW/1900 min-1, 2000 Nm/1100 – 1300 min-1) a převodovky GRS890R (2×3×2) je doplněno rozdělovací převodovkou GTD900 s plíživým chodem a pohonem přední nápravy. Při celkové hmotnosti vozidla 26 tun je užitečná hmotnost 12,3 tuny, ale technicky možná je až 15,8 tuny. V takovém případě však vozidlo nemůže být provozováno na veřejných silnicích. Řízená a poháněná přední náprava pro zatížení do 8,5 tuny umožnila odvození čtyřnápravového typu s pohonem 8×6. Vzduchové brzdové soustavě s protiblokovacím zařízením ABS ulehčuje práci motorová brzda a hydrodynamická zpomalovací brzda integrovaná do převodovky.
Volvo a Renault
Ofenziva švédské společnosti Volvo nabývá na síle. Po začlenění francouzského výrobce nákladních automobilů Renault V.I, a to včetně jeho americké značky Mack, do společnosti Volvo Global zahrnující i vlastní značku Volvo Truck, podrobila v roce 2001 modernizaci typové řady Volvo FM a FH. Typy řady FM s pohonem 4×4, 6×4, 8×4 a 6×6 jsou určeny pro velmi těžký provoz po nezpevněných komunikacích. Nový menší řadový šestiválec D9 je ve výkonových variantách 191, 220, 250 a 279 kW. Motorová brzda VEB (Volvo Exhaust Brake) má výkon až 264 kW. Osvědčený motor D12D ve variantách 250, 279, 309 a 338 kW je i v provedení s výkonovou turbínou D12T
(368 kW). Prvenství v zavedení technicky náročných tzv. turbokompoundních motorů však má severský rival Volva – Scania. Motory jsou vybaveny výfukovou brzdou VEB 285 kW, pouze D12T má brzdu dekompresní VCB (Volvo Compression Brake) s výkonem 237 kW. Standardní převodovky Volvo jsou dvanáctistupňové (2×3×2); základní třístupňová je doplněna předřazenou dělicí převodovkou (split) a rozsahovou převodovkou. Převodovka je ovládána dvojicí lanovodů, což významně snižuje potřebné síly. Do převodného ústrojí může být zařazena kompaktní zpomalovací brzda (hydraulický retardér) s brzdným výkonem až 600 kW.
Francouzská automobilka Renault vyrábí užitková vozidla všech kategorií. Řada Kerax pro těžký provoz zahrnuje podvozky a tahače 4×2, 4×4, 6×2, 6×4, 6×6 a 8×4. Šestiválce s obsahem 9,8 litru a výkonem 188, 219 nebo 248,5 kW a nové 11,1litrové s výkony od 280 kW spolu s šestnáctistupňovými převodovkami ZF umožňují přizpůsobení vozidla druhu a podmínkám jeho provozu. Tuhé poháněné nápravy s planetovou redukcí v hlavách kol jsou určeny pro zatížení až 13 tun a řiditelné nepoháněné pro zatížení osm tun. Mimo veřejné komunikace je technicky možný provoz vozidla s vyšší celkovou, tudíž i užitečnou hmotností. Zahrnutím značek Volvo Truck, Renault V.I. a Mack do společnosti Volvo Global vznikl druhý největší výrobce nákladních a ostatních užitkových automobilů všech kategorií. V nejbližších letech lze také očekávat radikální unifikaci dílů a skupin vedoucí ke snížení výrobních nákladů.
Český výrobce – Tatra– Terex
Kopřivnická Tatra je v boji proti evropské šestce v obtížné pozici. Stávající výchozí situace Tatry, jejíž výrobky jsou dosud v domácím provozu nejvíce zastoupeny, však rozhodně není špatná. Roční výroba představuje zhruba dva tisíce vozidel řad Armax 815, Force 816, Jamal 163 a TERNNo1 815. Obchod-ně úspěšný typ Liwa 816 patří do řady Force. Konstrukci vozidel více než důkladně prověřily nejtvrdší podmínky severní Sibiře či ropná pole středoasijských republik. Tatra snese snad všechno, a přitom je i v polních podmínkách relativně snadno opravitelná. Naprosto unikátní stavebnicový podvozek s páteřovým rámem, výkyvnými polonápravami a pohonem všech kol má základní verze uspořádání pohonu 4×4, 6×6 a 8×8. Pro výrobce však není žádný problém zkonstruovat i vozidlo 10×10, nebo dokonce 12×12.
Konstrukce náprav, která zaručuje téměř trvalý styk všech kol i s velmi členitým povrchem, a tím i účinný a bezpečný přenos hnacích, brzdných i vodicích sil, omezuje nejvyšší možné zatížení nápravy na 11,5 tuny. S odpružením King Frame se však zvyšuje na 15 až 16,5 tuny. Světlá výška pod nápravou je stejná jako u tuhých náprav konkurentů, ale menší než u někdy používaných portálových náprav. Další zvláštností je změna polohy kol v závislosti na zatížení a nestejné opotřebení pneumatik v „dvojmontáži“. Řešením je velmi originální systém King Frame, který představuje kombinaci odpružení vzduchového a s listovými pery nebo vinutými pružinami, případně použití kol jen v jednoduché montáži.
Koncepce páteřového podvozku s centrální rourou, kterou procházejí spojovací hnací hřídele, vyžaduje velmi
netypickou převodovku se sestupným převodem, protože motor se spojkou a samostatnou převodovkou je nad
rámem. Použití jiného než vzduchem chlazeného motoru Tatra V8 Euro 3 řady T3C-928 není technickým problémem, ale převodovka Tatra a zmíněný sestupný převod je zatím nahraditelný jen americkou samočinnou šestistupňovou převodovkou Twin Disc, určenou původně pro stavební a zemní stroje. Do podvozku Tatra lze zamontovat kapalinou chlazené motory Caterpillar, Cummins, Detroit Diesel, Deutz, MAN, MTU a další. Je zřejmé, že po nástupu emisních limitů Euro 4 v příštím roce zůstane výroba motorů Tatra jen pro teritoria s nižšími emisními nároky a pro náhradní potřebu. I v případě nákupu velkosériově vyráběných motorů jiných značek však zůstává tatrovácká koncepce konstrukčně složitá, technologicky náročná, a proto výrobně drahá a pro silniční automobily neekonomická. V terénu je však bezkonkurenční.
Za zmínku stojí problematika prostorově nenáročného a lehkého páteřového rámu podvozku – montáž většiny nástaveb totiž vyžaduje další pomocný obdélníkový rám, a tak Tatra má vlastně rámy dva.
Tatra jako jeden z mála evropských výrobců nabízí i těžké kapotové sklápěče pro silniční i zvláštní provoz mimo silnice, typ 163 Jamal. Jejím konstruktérům se podařilo implantovat k bezkapotové budce základního typu 815 TERRNo1 kapotu motoru. Výhodou kapotových budek je přístup k motoru a jeho příslušenství bez nutnosti sklápění budky a rovná podlaha kabiny. Řidič díky tomu může i ve velmi tvrdých podmínkách provádět údržbu či opravy motoru, a to při zachování dobré klimatické pohody v kabině, v době nutných přestávek při práci.
Péče výrobců vozidel o řidiče se projevuje především ve vybavení kabin, které je po ergonomické a estetické stránce (a také z hlediska pohodlí) již plně srovnatelné se silničními vozidly. S ohledem na druh provozu jsou však budky většinou krátké se základní výškou střechy, výjimečně prodloužené. Vzduchem odpružené sedadlo řidiče, podobně jako poloha volantu, je všestranně seřiditelné, na rozdíl od sedadla pro spolujezdce, které bývá obvykle jen základní. Dokonalý systém vytápění a větrání, často i klimatizace, patří ke standardnímu vybavení.
Výhled
z vozu ve dne i v noci zajišťuje velkoplošné zasklení, stírací souprava, sada zpětných zrcátek a dobře chráněné výkonné hlavní světlomety (často i přídavné). Těžkým podmínkám provozu odpovídají i ochranné plechy, mřížky, zavěšený první schůdek a další technické zajímavosti.
Technické a ostatní parametry těžkých terénních automobilů Tatra dnes již snesou srovnání s konkurencí. Navíc legislativou (Euro 4) vynuceným použitím jiných motorů než Tatra se dostávají i energetické, ekonomické a ekologické parametry na standardní úroveň. Vynikající jízdní vlastnosti a vysoká průchodivost přímo předurčují podvozky Tatra ke stavbě zcela speciálních vozidel pro provoz převážně mimo silnice se zpevněným povrchem. Velkou výhodou Tatry je její zavedená pozice na domácím trhu a tradičních i východoevropských a asijských trzích.
Ing. Branko Remek, CSc.
ČVUT – FS Praha
