Traktory a doprava I - Katedra zemědělské, dopravní a manipulační

e
e
e
Traktory a doprava I
Interní učební text
e
Ing. Antonín Dolan, Ph.D.
ČeeeeeeeeČeeeeeeeeeeee6
Úvod
Předložený učební text je určen studentům Jihočeské univerzity v Českých
Budějovicích, obor bakalářského studia Zemědělská technika, obchod, servis a služby.
Je zpracováno podle osnov předmětu Traktory a doprava I. Slouží k osvojení
teoretického základu, který je nutný pro praktická cvičení. Učební text obsahově zapadá do
souboru skript a učebnic z oblasti motorových silničních vozidel. Jeho úkolem je seznámit
posluchače s tímto oborem a získat přehled o technické terminologii.
Osnova předmětu:
1.
Rozdělení traktorů
2.
Provedení traktorů
3.
Provedení motorů
4.
Spalovací motory
5.
Pracovní oběh spalovacích motorů
6.
Příslušenství spalovacích motorů
7.
Paliva, palivový systém
8.
Převodovky traktorů
9.
Pojezdové ústrojí traktorů
10.
Příslušenství traktorů
11.
Tahové vlastnosti
12.
Pohyb vozidel v terénu
13.
Zemědělské nákladní automobily
14.
Manipulační a speciální dopravní prostředky
Úkolem praktických cvičení je názorně seznámit posluchače s probíranou látkou
a ověření znalostí písemnými testy a seminárními pracemi.
Garant předmětu: Ing. Dolan Antonín, Ph.D.
Obsah:
1. Rozdělení traktorů a jejich historický vývoj………………………………… 6
1.1 Rozdělení traktorů…………………………………………………..
6
1.2 Historický vývoj traktorů…………………………………………… 7
1.3 Vývoj v Čechách……………………………………………………
7
1.4 Světoví výrobci……………………………………………………..
9
1.5 Volba traktoru………………………………………………………
9
1.6 Hlavní rozměry a parametry traktoru………………………………
10
2. Rozdělení vozidlových motorů………………………………………………
10
2.1 Vývoj konstrukce motorů…………………………………………..
10
2.2 Rozdělení spalovacích motorů……………………………………… 11
2.3 Rozdělení pístových spalovacích motorů…………………………… 11
2.4 Další konstrukce pístových motorů…………………………………. 12
3. Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů………………………….. 16
3.1 Základní parametry spalovacího motoru……………………………. 16
3.2 Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav)…………… 25
4. Základní části spalovacích motorů…………………………………………… 29
4.1 Blok motoru…………………………………………………………. 29
4.2 Válec………………………………………………………………… 30
4.3 Hlava válců…………………………………………………………. 30
4.4 Těsnění hlavy válců………………………………………………… 30
4.5 Kliková skříň………………………………………………………..
31
4.6 Klikové ústrojí……………………………………………………… 31
4.6.1 Kliková hřídel……………………………………………… 31
4.6.2 Setrvačník…………………………………………………. 31
4.6.3 Píst………………………………………………………… 32
4.6.4 Ojnice……………………………………………………… 33
4.6.5 Rozvody……………………………………………………. 33
4.6.5.1 Konstrukce rozvodů……………………………… 33
4.6.5.2 Uspořádání ventilových rozvodů………………… 34
4.6.5.3 Ventily…………………………………………… 36
4.6.5.4 Sedla ventilů……………………………………… 36
4.6.5.5 Pružiny ventilů…………………………………... 36
4.6.5.6 Vedení ventilu…………………………………… 36
4.6.5.7 Ventilová vůle…………………………………… 36
2
4.6.5.8 Vahadla………………………………………….
37
4.6.5.9 Zdvihátka………………………………………..
37
4.6.5.10 Vačková hřídel………………………………… 37
4.6.5.11 Vačky………………………………………….
37
4.6.5.12 Variabilní rozvody…………………………….
37
4.6.5.13 Plně variabilní rozvody……………………….
39
4.7 Příslušenství spalovacích motorů…………………………………..
40
4.7.1 Chladící soustava…………………………………………
40
4.7.1.1 Kapalinové chlazení…………………………….
40
4.7.1.2 Vzduchové chlazení…………………………….
41
4.7.2 Mazací soustava…………………………………………..
42
4.7.2.1 Tlakové oběžné…………………………………
42
4.7.3 Palivová souprava………………………………………… 43
4.7.3.1 Způsoby hoření paliva…………………………..
43
4.7.3.2 Systémy vstřikování u zážehových motorů……..
44
4.7.3.3 Způsoby vstřikování benzínu…………………… 44
4.7.3.4 Složení soustavy vstřikování benzínu…………... 45
4.7.3.5 Vstřikování paliva u vznětových motorů……….. 45
4.7.4 Sací a výfukový systém…………………………………… 48
4.7.5 Elektrická soustava vozidla……………………………….. 51
4.7.5.1 Akumulátory a baterie…………………………… 51
4.7.5.2 Alternátor a dynamo……………………………… 52
4.7.5.3 Spouštěč…………………………………………. 52
5. Přenos výkonu motoru na podložku………………………………………….. 53
5.1 Pojezdová spojka……………………………………………………. 53
5.2 Převodovka………………………………………………………….. 53
5.2.1 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly… 54
5.2.2 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky
…………………………………………………………………. 54
5.2.3 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu planetovým převodem
…………………………………………………………………. 55
5.2.4 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Power Shift….
55
5.2.5 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu sekvenční ……
převodovkou…………………………………………………… 55
5.2.6 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu dvouspojkovou..
převodovkou…………………………………………………….. 56
3
5.2.7 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Vario…………. 56
5.2.8 Bezstupňové řazení hydrostatické…………………………. 57
5.2.9 Bezstupňové řazení hydrodynamické……………………… 57
5.2.10 Bezstupňové řazení variátorem…………………………… 58
5.2.11 Bezstupňové řazení toroidním převodem………………… 58
5.3 Rozvodovka…………………………………………………………. 59
5.4 Koncový převod……………………………………………………… 59
5.5 Brzdy…………………………………………………………………. 59
5.5.1 Rozdělení brzdových soustav………………………………. 59
5.6 Odpružení náprav…………………………………………………….. 60
5.7 Pneumatiky a pásy…………………………………………………… 60
6. Paliva a maziva………………………………………………………………... 61
6.1 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná…………………….. 61
6.2 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná……………………… 62
6.3 Uhlovodíková paliva z biomasy……………………………………… 63
6.4 Vodík…………………………………………………………………. 63
6.5 Maziva a mazadla……………………………………………………. 64
7. Zemědělská doprava…………………………………………………………… 65
7.1 Mechanické dopravníky……………………………………………… 66
7.1.1 Skluzy……………………………………………………… 66
7.1.2 Válečkové trati…………………………………………….. 67
7.1.3 Vibrační žlaby……………………………………………... 67
7.1.4 Šnekové dopravníky………………………………………. 67
7.1.5 Pásové dopravníky………………………………………… 67
7.1.6 Článkové dopravníky……………………………………… 68
7.1.7 Korečkové dopravníky…………………………………….. 68
7.2 Pneumatické dopravníky…………………………………………….. 68
7.3 Doprava kapalin……………………………………………………… 69
7.3.1 Faremní vodovod…………………………………………… 69
7.3.2 Doprava kapalin po ose…………………………………….. 71
7.4 Doprava krmiv……………………………………………………….. 72
7.4.1 Krmní skotu………………………………………………… 72
7.4.2 Krmení prasat……………………………………………… 72
7.4.3 Krmení drůbeže……………………………………………. 72
7.5 Doprava výkalů……………………………………………………….. 72
4
8. Seznam použité literatury……………………………………………………. 73
5
1. Rozdělení traktorů a jejich historický vývoj
Mobilní energetické prostředky v zemědělství (MEP) se rozdělují do třech
základních skupin. Jsou to traktory, samojízdné stroje a nákladní automobily.
Mobilní energetický prostředek má svojí charakteristickou koncepci (složení).
Má vlastní zdroj energie a mechanické práce - motor s příslušenstvím, dále převody,
směrové řízení, pojezdové ústrojí a místo obsluhy.
1.1 Rozdělení traktorů
Hledisek pro rozdělení traktorů může být celá řada. Mezi hlavní kritéria bych
zařadil rozdělení dle druhu pojezdového ústrojí (kolové až 95%, pásové
a polopásové), dle počtu náprav (1, 2 i více – p. Dvořák prototypy Vichr a Bouře
a Fendt Trisix), dle počtu kol nebo pásů (jedno a dvě – hobby, zahradnictví, parky,
pásové, tři, čtyři, nejčastěji přední menší a řízená, zadní hnací - univerzální traktor,
nebo stejně velká, pět a více - stavebnicové konstrukce), dle způsobu řízení (ruční
směrování, natáčení kol jedné nápravy, natáčení kol dvou náprav, natáčení kol více
náprav, kloubové, směrové brzdy a spojky), dle druhu rámu (bezrámový samonosný,
polorámový, rámový, dělený rám, portálový a mostový), dle koncepčního
uspořádání -provedení (jednoosá motorová jednotka, rider, malotraktor, univerzální
standardní traktor, systémový traktor - nosič nářadí, mobilní manipulátor a speciální
traktor - kultivační, viniční, horský, lesní, stavební…). U tohoto rozdělení se objevila
v poslední době celá řada nepřesností, zřejmě v souvislosti snahy prodejců a některých
rádoby znalců o poangličtění zavedených názvů (nebo chybného překladu). Jedná se
zejména o rozdíl mezi riderem a malotraktorem a někteří uvádí i jako koncepci orební
traktor. Rider (viz obrázek č. 1) je ze své definice jednoosá motorová jednotka
s možností sezení (viz klasická scéna z filmu Slavnosti sněženek s komentářem: To je
dost dědku, že jsi nás vyvezl na výlet), kdežto malotraktor je čtyřkolový traktor
s výkonem motoru do 30 kW. Orební traktor existoval možná v době parních strojů,
nebo počátcích mechanizace polních prací. Dnes jsou traktory, které se používají
k orbě zcela shodné s univerzálními traktory (nikdy se nepoužívají pouze a výhradně
jen k orbě).
Obrázek č. 1 - Rider
6
Další hlediska rozdělení traktorů mohou být dle energetického zdroje (parní,
zážehový, plynový vznětový motor i s přeplňováním, elektrický pohon, nebo
kombinovaný - hybridní a alternativní), dle pohonu kol a náprav (na jedno kolo jedné
nápravy, na dvě kola jedné nápravy 2 WD, na čtyři kola dvou náprav 4 WD, na více
kol různých náprav 6, 8 WD a kombinované), dle směru pohybu (jednosměrný vpřed
s možností couvání, dvousměrný vpřed i vzad - reverzace) a dle výkonu motoru (do
30 kW malotraktory, 30 - 50 kW nízké výkony, 50 - 90 kW střední výkony, 90 - 120
kW vysoké výkony, 120 - 220 kW velmi vysoké výkony a nad 220 kW extrémně
vysoké výkony).
1.2 Historický vývoj traktorů
Souvisí s vývojem spalovacích motorů po roce 1870. U traktorů objevují po
roce 1920 (benzínové a na petrolej), do té doby parní stroje s kovovými koly (pouze
na pole), ale již mají vývodový hřídel pro pohon nářadí. V 30. létech 20. století se
objevuje použití vznětového motoru, pneumatik (již na cestách v dopravě)
a tříbodového závěsu pro ovládání nářadí hydraulikou. V 40. létech se objevilo použití
vzduchových brzd pro přívěsy, v 50. létech se zvyšují výkony motorů a použití řazení
pod zatížením, v 60. létech další zvyšování výkonů, pohon přední nápravy, radiální
pneumatiky, důraz již i na ergonometrii a bezpečnost, v 70. létech motory
s přeplňováním a mezichladiči, přední tříbodový závěs a vývodový hřídel, v 80. létech
se zvyšuje pojezdová rychlost, odpružení kabiny, klimatizace a počátky elektroniky,
v 90. létech pak nástup palubních počítačů, ohledy na emise výfukových plynů,
snižování spotřeby paliva a vysoké výkony motorů.
1.3 Vývoj v Čechách
První zmínka pochází z května 1851, kdy p. Bauer předvedl samojízdné parní
pluhy v Židlochovicích u Brna. Před 1. světovou válkou se již objevují motorové pluhy
a traktory továrny Laurin & Klement a Praga. Po 1. světové válce jsou to již motorové
pluhy s možností pohonu mlátičky. Ve 20. létech byl uskutečněn dovoz amerických
traktorů Fordson a John Deere. V roce 1926 vznikl první Český traktor Škoda Plzeň
značky HT 30 (30 HP - viz obrázek č. 2).
Obrázek č. 2 – Traktor Škoda HT30
Konec 20. let Kolben a Daněk traktory Praga AT 25, Wichterle a Kovařík
Prostějov Wikov 22 a 32 na petrolej a Wikov diesel 22 - 35, V 30. létech p. Svoboda
v Kosmonosech u Mladé Boleslavi. Konec 30. let a počátek 40. let univerzální kolový
7
traktor Škoda 30 (nejrozšířenější po 2. světové válce). Po 2. světové válce německá
výroba a v rámci akce UNRRA dovoz z USA John Deere, Farmell, Massey - Herris
a Ferguson.
První prototyp Zetoru vznikl již v roce 1945, sériová výroba traktorů (model
„Zetor 25“) zahájena roku 1946 ve Zbrojovce Brno, v roce 1948 Zetor 15 (viz obrázek
č. 3).
Obrázek č. 3 – Traktor Zetor 15
Od roku 1951 v nové továrně v Brně Líšni Zetory 25 A a 25 K (viz obrázek č.
4).
Obrázek č. 4 – Zetor 25 K
V roce 1949 prototyp Zetor 30, základ pro Zetor 35 a modernizované
provedení Zetor 50 až do roku 1968. Unifikovaná řada UŘ I se objevila v roce 1957
s typy 20, 30 a 4011 s dvou, tří, a čtyřválcovými motory (vysoká unifikace dílů,
modifikace pro vinice, s přední poháněnou nápravou, polopásové provedení a pro
horské oblasti až do roku 1967). První modernizace unifikované řady 1 byla v letech
1968–1969, v roce 1972 druhá, třetí v letech 1977 – 1978 s typy 49, 59 a 6911 (i v
provedení s pohonem přední nápravy, polopásové, kloubové nebo úzké pro vinice),
čtvrtá v letech 1980–1981 s typy 50, 60 a 7011 (s novým moderním designem),
pátá v roce 1984 s typy 52, 62 a 7211, v roce 1986 šestá s typy 7711 a 7745
(s maximální rychlostí 30 km.h-1). Unifikovaná řada UŘ II vznikala od roku 1962
(vývojové středisko Zetor a Ursus pro vyšší výkony 80 - 160 HP), v roce 1968
8
zahájena výroba typů 80, 100, 12011 i 45 a 16045 Crystal. V 80. letech byla výroba
přesunuta do ZŤS Martin a dvakrát modernizována. Unifikovaná řada UŘ III začala
být sériově vyráběna od roku 1992 s typy 7520, 7540, 8520, 8540, 9520, 9540, 10540
s výkonem 82 – 103 HP, 60,2 - 75,7 kW. V roce 1998 modernizace traktorů Forterra
8621, 8641, 9621, 9641, 10641 a 11641, v roce 2002 modernizace na modely 8641,
9641, 10641 a 1144 a 2004 model Proxima 65-96 HP, 47,6 - 70,3 kW, v roce 2007
Forterra se čtyřválcovým motorem 96 - 136 HP, 70,3 - 100,2 kW, v roce 2009
Maxterra výkonnostní kategorie 130 až 170 HP, 90,6 - 125 kW a od roku 2013 Major
60 a 80 61,5 a 75,3 HP, 45 a 55,4 kW. Na výstavě Agritechnica v Hannoveru 2015
předvedena studie ve spolupráci se studiem Pininfarina (viz obrázek č. 5), modelová
řada Major a šestiválcový Crystal 144 nebo 163 HP, 106,1 - 120,1 kW.
Obrázek č. 5 – Studie Zetor - Pininfarina
1.4 Světoví výrobci
Agco – od roku 1990, zahrnuje Deutz, Hesston, Massey, Fendt, Caterpillar,
Valtra, Sisu, Belarus - od roku 1946 největší výrobce přes 3,5 milionu kusů, Case od roku 1842, v roce 1910 první traktor, druhý největší výrobce, od r. 1985
International Harvester, 1999 koupili New Holland, Caterpillar - od roku 1890, Deutz
- od roku 1907, 1989 v Agco, Fendt - od roku 1928, nejvíce v SRN, 1997 v Agco,
Ferguson - od roku 1884 do 1960, tříbodový závěs a hydraulika, Ford - od roku 1928
s Fergusonem, 1985 ho koupil New Holland, od 1991 80% Fiat a zbytek Fiat Agri,
1999 Case IH, JCB – Joseph Cyril Bamfort od roku 1945, první sklápěcí přívěs
a radlice a hydraulické rameno, Fastrac, John Deere - od roku 1825 pluhy, 1915
traktor, dnes nejprodávanější ve Světě, Lamborghini - od roku 1949, dřív než auta,
1972 do Same, Landini - od roku 1884, nejstarší Italský traktor 1925, Lanz - od roku
1860, 1956 John Deere, Massey - od roku 1847, 1953 s Fergusonem, od 1991 v Agco,
McCormick - od roku 1902, 1999 do Case, New Holland – každý pátý na Světě,
Renault - od roku 2003 v Claas, Same - od roku 1942 v Itálii, první diesel 4x4, pak
Deutz a Agco, Steyer - od roku 1864, od 1996 v Case IH.
1.5 Volba traktoru
Závisí na velikosti podniku a jeho výrobním zaměření, velikosti a přístupnosti
pozemků, velikosti využití (odpracované hodiny za rok), pořizovací ceny
a předpokládané doby používání, dále agregace (vhodnost nářadí a strojů)
a v neposlední řadě dle kvality a dostupnosti servisu.
9
1.6 Hlavní rozměry a parametry traktoru
Z rozměrů jsou nejdůležitější celková délka, celková šířka, celková výška,
rozvor, rozchod, umístění tažného bodu, poloha těžiště a rozměry kol a pneumatik.
Do parametrů patří zejména druh vozidla, tovární značka, typ, výrobce, rok
výroby, celková hmotnost, zdvihový objem motoru, počet válců a výkon motoru.
2. Rozdělení vozidlových motorů
Spalovací motor je nejrozšířenější energetický prostředek pro všechna odvětví
národního hospodářství (doprava, zemědělství, lesnictví, stavebnictví, těžký průmysl,
letectví, lodě, armáda et c.).
Spalovací motor je definován jako tepelný hnací stroj, ze kterého se odebírá
mechanická energie, získaná termochemickým uvolněním tepelné energie z paliva tak,
že se zvýší teplota a tlak uvnitř spalovacího prostoru. Zvýšeným tlakem plynů se při
expanzi koná práce, tepelná energie se mění na mechanickou práci (posuvný pohyb
pístu ve válci a jeho přenos přes klikový mechanizmus na točivý).
Pracovní proces spalovacího motoru spočívá v tom, že se určité množství
vzduchu se smísí s určitým množstvím paliva, tím vzniká zápalná směs, ta se stlačí
a vhodným způsobem zapálí a při výbuchu (expanzi) shoří. Uvolněná tepelná energie
z paliva zvyšuje teplotu a tlak plynů a ten působí na pohybové ústrojí motoru,
které vytváří užitečný výkon nebo tah.
2.1 Vývoj konstrukce motorů
Za počátek můžeme považovat rok 1860, kdy Francouz Lenoir de Rochas
sestrojil plynový motor na principu čtyřtaktu. Roku 1878 Němec Otto na Světové
výstavě v Paříži předvedl čtyřdobý jednočinný plynový motor s klikovým ústrojím
a tzv. křížákem (druh rozvodového mechanizmu). Stejný rok Anličan Clerk předvedl
dvoudobý motor s výfukovými otvory ve válci a pístovým dmychadlem. V 80. letech
19. století Němci Daimler, Maybach a Benz uvedli rychloběžné benzínové motory
a jejich použití ve vozidlech. Konec 80. let Němec Diesel sestrojil motor na těžká
paliva se zapalováním pomocí kompresního tepla (vznětové).
Dodnes probíhá neustálý vývoj a modernizace všech konstrukcí spalovacích
motorů, snad kromě velkých leteckých pístových motorů a stacionárních motorů na
vysokopecní a koksárenský plyn.
Staví se jako jednočinné a víceválcové (to umožňuje zvýšení otáček
a dosáhnout lepší poměr výkonu k hmotnosti motoru). Mohou být stojaté, ležaté i
šikmo položené dle potřeby. Odlišné konstrukce bez klikového mechanismu se
neosvědčily nebo není dokončen jejich vývoj.
Vývoj v Čechách lze datovat od roku 1870, kdy se začali objevovat první
motory. Roku 1887 v Adamově a následně firmy Laurin & Klement, Walter, Tatra,
Praga, Českomoravská strojírna Kolben a Daněk.
10
2.2 Rozdělení spalovacích motorů
Dle způsobu přenosu tepelné energie se dělí na motory s vnějším spalováním
(energii přenáší pára, vzduch, nebo plyny - parní motor, Stirling) a s vnitřním
spalováním (pracují přímo produkty spalování - pístové motory, proudové a turbíny).
Dle kontinuality procesu hoření jsou s přerušovaným procesem (pístové
motory s vratným nebo rotačním pohybem pístu využívající dynamickou energii
spalin) a s kontinuálním procesem (lopatkové motory, turbíny využívající kinetickou
energii spalin).
Dle pohybu pístu jsou s přímočarým vratným pohybem (dvou a čtyřdobé),
s rotačním pohybem (rotor s otáčením kolem pevné osy - turbíny a proudové,
nebo osa koná kruhový pohyb - Wankel).
Dle principu činnosti se může jednat o motor zážehový (stlačuje se palivo
a vzduch a směs se zapaluje elektrickou nebo laserovou jiskrou, směs se tvoří vně
válce, nebo se může i palivo vstřikovat), nebo vznětový (stlačuje se čistý vzduch
a palivo se vstřikuje do válce, směs se tvoří pouze ve válci, zapálení samovznícením
kompresním teplem). Obě konstrukce mohou být řešeny jako dvoudobé (každý druhý
takt je pracovní), nebo čtyřdobé (každý čtvrtý takt je pracovní).
2.3 Rozdělení pístových spalovacích motorů
Dle druhu používaného paliva buď na kapalná paliva (benzin, petrolej, nafta,
mazut, líh, estery masných kyselin a zkapalněné plyny LPG – Liquided Petroleum
Gases), nebo plynná paliva (propan-butan, zemní plyn CNG – Compressed Natural
Gases, nebo bioplyn). Existují také vícepalivové motory, např. PB - benzín,
nebo metan - benzín s plynulým přechodem mezi palivy.
Dle tvoření směsi s vnější tvorbou ve směšovači, karburátoru nebo vstřikování
do sacího potrubí a s vnitřní tvorbou vstřikem do stlačeného vzduchu.
Dle způsobu činnosti je dvoudobý, kde sání, komprese, expanze a výfuk
probíhá během dvou zdvihů pístu, tj. jedné otáčky klikové hřídele, cyklus probíhá pod
i nad pístem (dvojčinný píst), hrany otevírají a zavírají sací a výfukové kanály (mohou
mít i ventily), nebo čtyřdobý, kde cyklus probíhá za dvě otáčky klikové hřídele, sací
a výfukové ventily jsou ovládané vačkovou hřídelí, případně pneumaticky nebo
magneticky.
Dle zapálení směsi se dělí na zážehové (zažehnutí směsi jiskrou), vznětové
(vznícení kompresním teplem), nebo kombinace (vznětové motory na plynná paliva,
kde se vstřikuje s malá dávka paliva do směsi vzduchu a plynu).
Dle způsobu plnění válce se dělí na atmosférické (přirozené sání pod tlakem
při pohybu pístu z HÚ do DÚ), přeplňované (dmychadlem od výfukových plynů –
turbo, nebo mechanicky - kompresor) a s vyplachováním (u dvoudobých).
Dle výměny směsi ve válci se dělí na souproudé (směr pohybu směsi nebo
vzduchu a spalin má stejný směr) a protiproudé (opačné směry, písty i s deflektory,
nasměrované kanály, menší únik směsi do výfuku, ventily na stejné straně hlavy nebo
na opačných stranách - příčná protiproudá výměna).
Dle počtu pracovních ploch pístu se dělí na jednočinné a dvojčinné.
Dle počtu a uspořádání válců se dělí na jednoválcové nebo víceválcové,
uspořádané jako řadové (svislé nebo skloněné), ležaté (boxer), dvouřadé (V) a
třířadé (W). Číslování válců se provádí od protilehlé strany odběru výkonu a
11
víceřadých od levé řady. Pořadí zapalování nebo vznětu (pootočení kliky mezi dvěma
po sobě jdoucími zápaly nebo vzněty) jsou u řadových 4 válců 1342, nebo 1243,
u řadových 5 válců 12453, nebo 15234, u řadových 6 válců 153624, 124653, 142635,
nebo 145632, u motoru do V 4 válec 1342, do V 6 válec 125643, nebo 145623, u do
V 8 válec 16354728, nebo 15486372, u do V 10 válec 16274951038, u boxera 4 válec
1432, 6 válec 162435 a u trojitého W 18 válec114181517139117108121642635.
Dle rychloběžnosti se dělí na pomaloběžné (střední pístová rychlost do 6,5
m.s ) a rychloběžné (nad). Běžné vozidlové mají tuto rychlost 10 - 17 m.s-1.
-1
Dle chlazení se dělí na chlazené kapalinou, vzduchem nebo kombinované.
Dle zdvihového poměru se dělí na krátkozdvihové – podčtvercové, kde
poměr zdvihu a průměru < 1 (vysoké otáčky), čtvercové, kde zdvih = průměr
a dlouhozdvihové – nadčtvercové, kde poměr zdvihu a průměru > 1 (nižší otáčky, ale
nižší tepelné ztráty).
Dle konstrukce rozvodů jsou to s ventilovými rozvody (SV - Side Valve,
OHV - Over Head Valve, OHC - Over Head Camshaft Valve, SOHC Single, DOHC
Double a IOE - kombinace OHV a OHC), šoupátkovými, kanálovými, smíšenými
(kanál - ventil) a zvláštní desmodromický rozvod Ducati.
Dle pohonu rozvodů se dělí na rozvody s pohonem mechanickým,
hydraulickým, pneumatickým, nebo elektromagnetickým.
Dle počtu ventilů na válec 2, 3, 4, 5 i více (pro lepší výměnu náplně válce).
2.4 Další konstrukce pístových motorů
Klasická je konstrukce s klikovým ústrojím, další známou je konstrukce
s rotačním pístem (Wankel).
Motor Stirling je motor s vnějším spalováním, dvoupístový pro jeden válec,
s přímočarým pohybem pístů, místo klikové hřídele je speciální Rhombický
mechanismus (viz obrázek č. 6)
Obrázek č. 6 – Motor Stirling,
pozice 2 – stlačovač, 3 –
pracovní píst, 4 a 5 – pístnice, 6
– rhombický mechanizmus, 7 –
kliky, 8 – hřídele spojené
ozubenými koly 9, 10 – horký
prostor, 11 – studený prostor,
12 – spojovací kanál, 13 –
regulátor, 14 – chladič, 15 ohřívač
12
a - písty v krajních polohách, pracovní plyn ve
studeném prostoru
b – stlačovač v HÚ, pracovní z DÚ do HÚ a stlačuje
plyn při nízké teplotě kolem 70°C
c – pracovní zůstává v HÚ a stlačovač z HÚ do DÚ
a tím přetlačuje plyn kanálem přes chladič,
regenerátor a ohřívač do horního horkého prostoru.
V regenerátoru se plyn ohřeje na 600 °C a v ohřívači
ještě o 100 °C více
13
d – v horním prostoru plyn expanduje a stlačuje
oba písty do DÚ, pracovní zůstane v DÚ
a stlačovač do HÚ tlačí plyn zpět kanálem do
studeného. Plyn předá část tepla regenerátoru
a ochladí se v chladiči na původní teplotu.
Regulace výkonu motoru množstvím paliva v ohřívači a množstvím
pracovního plynu. Výhodou je vyšší objemový výkon (tlak na píst je trojnásobný
oproti klasickému pístovému), vyšší tepelná účinnost 35 - 45%, spalovat lze jakékoliv
palivo, dokonalé spalování Přebytek vzduchu), bez emisí, tišší chod bez hluků
spalování ve válci. Nevýhodou je složitá konstrukce a nízké otáčky.
Motor s axiálními písty má uspořádání pístů do kruhu a klikový mechanizmus
je nahrazen speciálním excentrickým mechanizmem (viz obrázek č. 7)
Obrázek č. 7 – Motor s axiálními písty
Tento motor má velmi tichý a klidný chod (odpadají velké setrvačné hmoty
klikové hřídele a setrvačníku).
14
Stelzerův motor (s létajícími písty) má oba písty propojeny pevnou pístnicí
proměnlivého průřezu a nese uprostřed přepouštěcí píst. Přepouštěcí píst rozděluje
nasávanou palivovou směs vždy pro jeden z dvou spalovacích prostorů (viz obrázek č.
8).
Obrázek č. 8 – Stelzerův motor
Výkon není převáděn mechanicky, ale je nutné další zařízení, tento motor má
o třetinu nižší spotřeba paliva oproti motoru se stejným zdvihovým objemem.
Motor Koenigsegg používá otvírání ventilů pneumatickými motorky a každý
ventil má svůj vlastní motorek s vlastním ovládáním. Lze odstavit jeden, dva, tři válce
nebo otvírat u některých válců třeba jen jeden sací ventil místo obou (viz obrázek č.
9).
Obrázek č. 9 – Motor Koenigsegg
Motor Honda s proměnlivým zdvihovým objemem má u každého válce jiný
zdvih a lze je libovolně vypínat a zapínat (tří až šestiválcové motory). Nevýhodou, je,
že při nepracovních otáčkách vypnutých válců taháme „zbytečně moc železa“.
Obecně pro silniční vozidla dnes používají nejvíce spalovací pístové motory
vznětové i zážehové, ale začínají se z důvodů snížení emisí výfukových plynů
uplatňovat i elektromotory (jak ekologicky ale byla vyrobena elektřina na jejich
dobíjení????), případně jejich kombinace, označovaná jako hybridní pohon.
O problematice konce používání fosilních paliv se hovořilo již v době, kdy jsem seděl
v lavicích jako vy dnes a dosud se toho velmi málo změnilo (stále jsou zásoby na 30 –
50 let). Problém vidím zejména v globálním byznysu (proč by se zajímali o ekologii
nebo spalování vodíku, když se petrodolary jen sypou).
15
3. Základní parametry a pojmy u spalovacích motorů
3.1 Základní parametry spalovacího motoru
Zdvihový objem Vz je jmenovitý objem mezi horní a dolní úvratí, vypočte se
dle vztahu 1:
Vz =
π .D
2
4
[
. z cm 3
]
(1)
Kde:
D
z
- průměr válce (vrtání) [cm]
- zdvih pístu [cm]
Pro celý motor se násobí počtem válců i a pak se hovoří o zdvihovém objemu
motoru.
Zdvihový poměr ξ se vypočte dle vztahu 2:
ξ=
z
D
(2)
Souvisí s otáčkami, střední pístovou rychlostí a velikostí motoru. Snižuje
tepelné ztráty, zatížení stěn válce teplem, namáhání kliky, zvyšuje mechanickou
účinnost a snižuje délku motoru. U čtyřtaktního vznětového motoru bývá v rozmezí
1,1 - 1,5. U zážehového 0,6 - 1,1 (u podčtvercových motorů < 1).
Poměr poloměru kliky a délky ojnice ovlivňuje výšku motoru, velký zvyšuje
normálové síly na píst a zhoršuje vyvážení motoru (mívá hodnotu 0,2 - 0,3).
Kompresní poměr ε je poměr pracovního prostoru Vmax válce a minimálního
objemu kompresního prostoru Vmin a vypočte se dle vztahu 3:
V
V + Vk
(3)
ε = max = z
Vmin
Vk
Kde:
Vk
- kompresní objem [cm3]
Střední pístová rychlost cs je průměrná rychlost pístu mezi horní a dolní
úvratí, vypočte se dle vztahu 4:
cs =
[
z
= 2.z.n m.s −1
tz
]
(4)
Kde:
t
- čas zdvihu [s]
n
- otáčky klikové hřídele [s-1]
Slouží pro porovnání motorů, zvyšuje hlučnost a odpor sání. Hodnoty jsou pro:
Osobní vozidla
8 - 15 [m.s-1]
Nákladní
7,5 - 13
Traktory
5 - 8,5
Závodní
až 25.
16
Otáčky motoru n jsou počet otáček klikové hřídele za čas (většinou za
minutu). Jmenovité jsou při jmenovitém výkonu (maximální otáčky při plném
zatížení).
Formule 1
19 000.min-1
Osobní zážehové
7 500
Osobní vznětové
5 000
Užitkové vznětové
4 500.
Točivý moment (kroutící, torzní) Mk je moment vyvozený motorem na
hřídeli (síla v Newtonech na metrovém rameni) [N.m]. Rozlišuje se efektivní
(využitelný) a indikovaný (beze ztrát).
Tlaky v motoru p se sledují jako střední indikovaný tlak pi (poměr indikované
práce a zdvihového objemu při jednom cyklu) Ai výpočtem křivkového integrálu dle
vztahu 5:
(5)
Ai = ∫ pi .dVα [W ]
Nebo planimometricky z p-V (oběhového) diagramu (plošný obsah) dle vzathu
6:
Ai = Vz . pi [W ]
(6)
Skutečný oběhový pV diagram (Ottův, indikátorový) čtyřtaktního
atmosférického motoru je na obrázku č. 10.
Obrázek č. 10 – Skutečný oběhový pV diagram, mezi body 5 → 1 saní směsi
vzduchu a benzínu do válce je příčinou mírného podtlaku, od bodu 1 dochází ke
kompresi média, v bodě 2 je směs zažehnuta elektrickou jiskrou, která zapříčiní
výbuch pracovní látky a prudký nárůst tlaku až do bodu 3, směs expanduje 3 → 4, v
bodě 4 se otevírá výfukový ventil a shořelé palivo je vytlačováno z válce 4 → 5
Je ovlivněn složitým průběhem přívodu tepla do oběhu, vzájemnou výměnou
tepla mezi náplní a stěnami pracovního prostoru válce a řadou ztrát tlakových,
mechanických a průtokových. Měří se závislost tlaku ve spalovacím prostoru na
zdvihovém objemu válce nebo úhlu pootočení klikového hřídele. Měření se označuje
jako indikace (indikování) motoru a zjištěná závislost je indikátorový diagram.
Udává skutečný obraz změny tlaku ve válci měřeného motoru, pro teoretické
posouzení motorů není vhodný.
17
Teploty a tlaky v oběhu (pV diagramu) jsou v tabulce č. 1
Tabulka č. 1 – Teploty a tlaky v oběhovém diagramu
1 na konci sání
2 na konci komprese
3 na konci hoření
4 na konci expanze
T [ºC]
390
1200
2500
1500
p [MPa]
0,08
8
18
0,5
Střední efektivní tlak pe se vypočte dle vztahu 7:
pe = pi .η m [Pa]
(7)
Kde:
pi - indikovaný tlak [Pa]
ηm - mechanická účinnost, nebo dle vztahu 8:
2.π .τ
(8)
pe =
.M t [Pa ]
V z .i
Kde:
τ - taktnost motoru (pro dvoutaktní 1, pro čtyřtaktní 2)
Mt - krouticí moment motoru [N.m]
Ideální pracovní oběh je platný za těchto zjednodušujících předpokladů:
- oběh je uzavřený, náplň se nevyměňuje, je konstantní a oběh je dokonale
vratný,
- pracovní látkou je čistý dvouatomový plyn, jeho měrné teplo je konstantní
a plyn se řídí stavovou rovnicí,
- komprese a expanze probíhají adiabaticky (bez předání tepla mezi plynem
a okolím), s konstantním exponentem změny stavu K = 1,4
- přívod tepla do oběhu probíhá jen za stálého objemu izochoricky
(při stálém objemu), nebo za stálého tlaku nebo v této kombinaci,
odvod tepla probíhá za stálého objemu
- stěny pracovního prostoru jsou tepelně indiferentní, teplo neabsorbují,
nepropouštějí ani nevydávají, stejně tak píst, který se ve válci pohybuje bez
tření,
- neexistují ztráty netěsnosti spalovacího prostoru ani žádné jiné ztráty.
Teoretický Ottův pracovní oběh zpřesňuje ideální oběhu, liší se tím, že:
- náplň válce se vyměňuje,
- pracovní látkou jsou náplně skutečných plynů nebo směsí se stálými nebo
proměnnými měrnými teply,
- komprese a expanze probíhají polytropicky, s exponentem změny stavu n,
zpravidla empiricky zjištěným a závislým na parametrech motoru.
Dovoluje posouzení motoru stejného typu a je zobrazen na obrázku č. 11.
18
Obrázek č. 11 - Teoretický Ottův pracovní oběh, mezi body 1 → 2 adiabatická
komprese, 2 → 3 izochorický přívod tepla, 3 → 4 adiabatická expanze, 4 → 1
izochorický odvod tepla
Zážehové motory se blíží oběhovým diagramům s přívodem tepla za stálého
objemu (izochorickým) - Ottův cyklus. Vznětové spíše s oběhem se smíšeným
přívodem tepla částečně za stálého objemu a částečně za stálého tlaku (izobarickým)
– Dieselův, nebo Sabatův cyklus.
Dieselův cyklus je rovnotlaký s velmi vysokými tlaky před vstřiknutím
rozprášené nafty do válce, která hoří za téměř konstantních tlaků. Je podobný Ottově
cyklu liší se ve způsobu přívodu tepla (viz obrázky č. 11 a 12).
Obrázek č. 11 – Skutečný Dieselův cyklus
19
Obrázek č. 12 – Teoretický Dieselův cyklus, mezi body1 → 2 adiabatická
komprese, 2 → 3 izobarický přívod tepla, 3 → 4 adiabatická expanze, 4 → 1
izochorický odvod tepla
Sabatův cyklus je zmodernizovaný Dieselův oběh, kde je smíšený přívod tepla
a rychlá indukce nafty do válce, hoří částečně při konstantním objemu a částečně i při
konstantním tlaku. Průběh viz obrázky č. 13 a 14.
Obrázek č. 13 - Skutečný Sabatův cyklus
20
Obrázek č. 14 - Teoretický Sabatův cyklus, mezi body 1 → 2
polytropická komprese, 2 → 3 izochorický přívod tepla, 3 → 4 izobarický přívod
tepla, 4 → 5 polytropická expanze, 5 → 1 izochorický odvod tepla
Indikovaný výkon motoru Pi se vypočte dle vztahu 9:
Pi1 =
A1
[kW ]
t1
(9)
Kde:
čas t1 závisí na počtu zdvihů za jeden oběh dle vztahu 10:
t1 =
τ .n
[s ]
−1
(10)
2
Efektivní výkon motoru Pe se vypočte dle vztahu 11:
Pe = Pi − Pztr [kW ]
Kde:
Pztr
(11)
- ztrátové výkony [kW]
Volba efektivního a indikovaného výkonu závisí na tom, že indikovaný Pi
přesněji určí závady, měří se při ustálené teplotě chlazení a viskozitě mazacího oleje.
Efektivní Pe je skutečný (snížený o ztrátové výkony), je rozhodující pro uživatele, lze
z něj určit měrnou spotřebu mpe [g.kW-1.h-1].
21
Velikost mechanických ztrát v motoru je v tabulce č. 2
Tabulka č. 2 – Mechanické ztráty v motoru
Podíl ztrát v %
zážehový
vznětový
tření pístu
45
50
tření kliky
23
24
výměna náplně
20
14
pohon rozvodů
6
6
pohon přísl.
6
6
Efektivní výkon v místě odběru Pe se vypočte dle vztahů 12 a 13:
Pe = M k .ω = M k .2π .n[kW ]
V .n. pe
Pe = z
.i[kW ]
τ
Kde:
ω
(12)
(13)
- úhlová rychlost [rad.s-2]
Litrový výkon Pl se vypočte dle vztahu 14:
P
Pl = e kW .cm −3
Vz
Hmotnostní výkon Pm se vypočte dle vztahu 15:
P
PM = e kW .kg −1
mM
Kde:
- hmotnost motoru[kg]
mM
[
]
[
]
(14)
(15)
Jmenovitý výkon je výkon při jmenovitých otáčkách.
Tahový výkon se vypočte dle vztahu 16:
Pt = Ft .v p [kW ]
(16)
Kde:
Ft
vp
- tahová síla [N]
- pojezdová rychlost [m.s-1],
nebo ze vztahu 17:
=
Kde:
ηc
.
[
]
(17)
- celková účinnost
Výkon motoru se používá i jako diagnostický signál o pístní skupině,
rozvodech, palivové soustavě a zapalování s ohledem na hospodárnost a vedlejší
nežádoucí důsledky. Určuje se u celého motoru (anonymní neurčí přesně vadný válec),
nebo u jednotlivých válců (přesné určení závady). Zde se měří se otáčky, na kterých
se ustálí nezatížený motor při plném sešlápnutí akcelerátoru (dodávka paliva do
22
ostatních válců se odstaví). U zážehových motorů je nutné těsné sací a výfukové
potrubí (exploze nespáleného paliva) a odstavit katalyzátor, nebo měřit pouze několik
sekund (nespálené palivo ho ničí).
Měří se otáčky n rotujících částí a krouticí moment (torzní) Mk,
který vyvolávají. Otáčky se měří u traktorů z vývodového hřídele (nemusí být
přenášen celý výkon), u silničních vozidel z hnacích kol (válcové brzdy dražší
a náročnější). Krouticí moment se měří z deformačních členů (tenzometrické
snímače), změnou magnetických vlastností (vířivý dynamometr), změnou pohybové
energie na teplo (hydraulické a vzduchové absorpční
brzdy)
a
změnou
pohybové energie na elektrickou (elektrické dynamometry).
Velikost dynamometru se volí pro celý motor dle užitečného výkonu a pro
jednotlivé válce přibližně jedna třetina užitečného výkonu (nižší investice).
Akcelerační měření výkonu motoru se provádí tak, že se měří úhlové
zrychlení u nezatíženého motoru nebo jednotlivých válců, které se rozbíhají z
volnoběhu při plném sešlápnutí akcelerátoru, nebo naopak z plného klesají na
volnoběh – zpomalení (pouze pro celý motor – signál ztrátových výkonů). Vypočte se
pak podle vztahu 18:
ωi = ωe – ωo[rad.s-2]
Kde:
ωi
ωe
ωo
(18)
- indikované zrychlení celého motoru [rad.s-2]
- efektivní zrychlení celého motoru [rad.s-2]
- zpomalení celého motoru [rad.s-2]
Lze měřit i pro jednotlivé válce, kdy se vypíná pouze jeden válec (motor
pracuje v příznivějších podmínkách než při chodu pouze na jeden válec).
Spotřeba paliva mp vychází z palivem přivedená energie Ep dle vztahu 19:
E p = m p .H [J ]
(19)
Kde:
H
- skupenské teplo paliva, pro naftu 42,7 MJ.kg-1
Hmotnostní (hodinová) spotřeba paliva Mp se vypočte dle vztahu 20:
Mp =
V p .ρ p
t
[kg.s ]
−1
(20)
Měrná (specifická) spotřeba paliva mpe,pi se vztahuje k výkonu
(indikovanému, nebo efektivnímu) a vypočte se dle vztahu 21:
m pe =
Mp
Pe
=
[
1
g.kW −1.h −1
η e .H
]
(21)
Kde:
ηe
- účinnost spalování paliva
Měrná spotřeba se používá k porovnávání jednotlivých motorů u MEP, kde se
nesleduje ujetá vzdálenost, nebo přepravené jednotky.
23
Spotřeba paliva vztažená k ujeté dráze mkm (u dopravních prostředků) se
vypočte dle vztahu 22:
mkm =
[
MP
l.km −1
km
]
(22)
U stacionárních strojů se sleduje spotřeba paliva vztažená ke zpracovanému
množství Q dle vztahu 23:
mt =
[ ]
M P −1
l.t
Q
(23)
Účinnost η se stanoví jako poměr užitečného výkonu a palivem přivedené
energie za čas dle vztahu 24:
η=
P
M p .H
(24)
Mechanická účinnost ηm se vypočte dle vztahu 25:
ηm =
Pe pe η e
=
=
Pi
pi η i
(25)
U zážehový motorů je 75 - 92%, u vznětových 70 - 87 %.
Efektivní účinnost ηpe se vypočte dle vztahu 26:
η e = η i .η m =
3600
mPe .H
(26)
Spotřeba vzduchu je velmi důležitá, neboť výkon závisí i na plnění válce.
Rozlišujeme teoretický stupeň plnění λP a teoretický stupeň naplnění λn.
λP je vlastně poměr hmotnosti čerstvé náplně md přivedené do válce za jeden
oběh a teoreticky možné čerstvé náplni mt při konstantním tlaku a teplotě v sání dle
vztahu 27:
m
m
(27)
λp = d = d
m t V z .ρ t
Kde:
ρt
- teoretická objemová hmotnost náplní [kg.m-3]
md u zážehového motoru = mP +mV (palivo + vzduch), md u vznětového = mv.
λn je poměr čerstvé náplně me ve válci před zážehem k hmotnosti čerstvé náplně
mt odpovídající Vz dle vztahu 28:
m
m
(28)
λn = e = e
mt Vz .ρ t
Skutečný stupeň plnění se určuje pomocí přibližovacích metod. U zážehových
skutečný ~ teoretickému. Bez přeplňování < 1, s přeplňováním > 1. U vznětových bez
přeplňování > 1, s přeplňováním > > 1.
Směšovací poměr se určuje jako teoretický (poměr vzduchu a paliva
vstupujícího do motoru), nebo skutečný (poměr existujícího vzduchu ve válci před
zážehem paliva dopraveného do válce za jeden oběh.
24
Pro stechiometrické (úplné) spálení paliva je směšovací poměr u vznětového
motoru 14,5 kg vzduchu na 1 kg paliva, u zážehového motoru 14,7.
Tepelnou bilanci motoru zobrazuje Sankveyův diagram na obrázku č. 15.
Obrázek č. 15 – Sankveyův diagram
3.2 Charakteristiky spalovacích motorů (tahových souprav)
Je možné získat experimentálně, tj. měřením při tahových zkouškách
(experimentální charakteristika), nebo výpočtem, při využitím poznatků
o standardních podmínkách (výpočtová).
K výpočtové charakteristice musíme znát regulátorovou charakteristiku
motoru (otáčkovou – viz obrázek č. 16), tíhu vozidla a její rozložení, rozměry vozidla
(rozvor, výška tažného bodu, poloměr hnacích kol et c.), převodové poměry
a mechanickou účinnost a podmínky podložky (součinitel přilnavosti, součinitel
využití záběru, druh hnacího ústrojí, počet hnaných kol, odpor valení….).
Obrázek č. 16 – Otáčková charakteristika motoru
Způsoby získání výpočtové charakteristiky vychází ze vztahu 16 a 17 pro
výpočet tahového výkonu.
Pojezdová rychlost vozidla vp se do těchto vztahů vypočte dle vztahu 29:
25
=
. 1−
[ .
]
(29)
Kde:
- teoretická pojezdová rychlost vozidla [m.s-1]
- prokluz hnacích kol [%]
vt
δ
Teoretická pojezdová rychlost vozidla vt se vypočte dle vztahu 30:
=
. . 2.
[ .
]
(30)
Kde:
- otáčky motoru [s-1]
- celkový převodový poměr
- poloměr hnacího kola [m]
nm
ic
rk
Tahová síla Ft do vztahu 16 lze vypočítat ze vztahu 31:
=
. !["]
(31)
Kde:
Mk
- krouticí moment na hnacím kole [Nm]
μ
- součinitel přilnavosti k podložce.
Experimentální charakteristiky (tahové zkoušky) se provádí nejčastěji
při nižších převodových stupních, kde je vyšší převodový poměr a dosahuje se vyšší
tahové síly, ale na úkor pracovních výkonů motoru a zvýšení hodinové spotřeby paliva
a poklesu pojezdové rychlosti (plošné výkonnosti). Přehledné je pak grafické
znázornění vybraných provozních veličin motoru na vyvinuté tahové síle (osa x – viz
obrázek č. 17), které dává ucelený pohled o tahových vlastnostech vozidel. Jedná se o
závislost technicko expoatačních parametrů (Pt, δ, vp, Mp, mpe, na Ft) pro různé
převodové stupně za daných podmínek (na určitém povrchu) při rovnoměrném pohybu
na rovině (vyloučení vlivu svahu).
26
Obrázek č. 17 – Tahová charakteristika traktoru ŠT 180 na strništi
Požadovaných parametrů tahové soupravy a její efektivní využití (co nejvíce
výkonu při nejnižší spotřebě paliva) můžeme dosáhnout, jestliže se správně zvolí
parametry vozidla a celé soupravy. Jedná se hlavně o volbu parametrů jako je efektivní
výkon motoru, tíha vozidla a její působiště, pojezdová rychlost, pracovní záběr stroje,
měrný odpor půdy et c.
Možnosti ovlivnění tahové charakteristiky v praxi spočívá zejména ve změně
výkonu motoru, tíhy soupravy (celkové a její rozložení na nápravy), působení tahové
síly (směr a působiště) a podvozku a podložky. Změna výkonu motoru spočívá prvotně
ve správném energetickém sestavení tahové soupravy podle zatížení (s režimem
motoru v optimálních otáčkách) s ohledem na opotřebení (nepřetěžování motoru)
a s vhodnou volbou zálohy krouticího momentu (přeplňované motory). Změna tíhy
spočívá zejména v dotížení hnacích kol přídavným závažím nebo plnění pneumatik
vodou, vhodném zavěšení nářadí (přední závěs) a volbě regulace hydrauliky
tříbodového závěsu (polohová, silová, smíšená). Zde tahový výkon zůstává stejný,
úměrně s tíhou se mění tahová síla, pojezdová rychlost se mírně sníží. Rozložení tíhy
u pohonu 4x4 neovlivní tahovou účinnost u 4x2 ano – zvýší se tahová síla, mírně
i odpor valení. Při dotěžování tahových souprav je nutné nezanedbat riziko
nadměrného utužení půdy. Změna působiště tahové síly spočívá ve vhodné agregaci
(zavěšení) s nářadím. Za hnacími koly dotěžuje a zvyšuje tahovou účinnost,
před předními nebo uprostřed ji snižuje. Změna podvozku a podložky spočívá ve volbě
konstrukce pojezdového ústrojí energetického prostředku. Kolové pojezdové ústrojí je
27
možné vybavit hřeby, dvojmontáží, nebo plnit vodou. Pásové pojezdové ústrojí má při
stejné tíze a tahové síle nižší prokluz (má větší styčnou plochu s podložkou – umožňuje
i přenos většího tahového výkonu) a nižší kontaktní tak na půdu. Druh a stav podložky
ovlivňuje prokluz a odpor valení (prší tak hurá jde se orat, mrzne a napadnul sníh,
ale kvůli dotacím musí být zoráno). Prokluz hnacích kol u pohonu 4x4 nemá překročit
10% u pohonu 4x2 20%. Optimální tahová souprava má kromě exploatačních
parametrů plnit i další požadavky, jako jsou zabezpečení dobré řiditelnosti
a bezpečnosti při přepravě (dotížení předních řídících kol minimálně 25%),
nepřekročení předepsaného zatížení pneumatik, dodržení agrotechnických podmínek
bez nároků na pozornost obsluhy, dobrá manévrovatelnost, minimalizace utužení
půdy, jednoduchá agregace s různým nářadím et c.
Kromě otáčkových a tahových charakteristik se můžeme ještě setkat se
seřizovací charakteristikou (závislost Pe na mPe případně i dalších veličinách seřízení
motoru – předstih, nebo předstřik, časování ventilů et c.) nebo úplnou
charakteristikou (soustava závislostí dalších veličin většinou na otáčkách vzniklých
měřením ze soustavy otáčkových a zátěžových charakteristik).
V provozních podmínkách se můžeme setkat i se soupravami, kde energetický
zdroj nemusí vyvíjet pouze tahovou sílu, ale může i pohánět pracovní mechanizmy
stroje, tedy tzv. kombinovaný přenos výkonu motoru. Rozdíly v mechanických
ztrátách při možnostech kombinovaného přenosu výkonu motoru jsou znázorněny
v tabule č. 3.
Tabulka č. 3 – Ztráty při kombinovaném přenosu výkonu motoru
Druh přenosu
Vývodovým hřídelem
Hydraulickým pohonem
Elektromotorem
Mechanická účinnost [%]
97-99
80-90
85-92
Při kombinovaném přenosu výkonu motoru mají potom charakteristiky
změněný průběh, mírně se snižuje pojezdová rychlost a podstatně se snižuje tahová
síla (tím i tahový výkon). Od původního krouticího momentu motoru, který by se
využil na tahovou sílu, se odečítá část převedená kombinovaným přenosem.
Kritéria hodnocení souprav (fyzikální veličiny, které je možné použít pro
hodnocení a porovnání souprav a energetických prostředků).
Taková účinnost ηt dle vztahu 32:
ηt =
Pt
Pe
(32)
Tahový výkon Pt dle vztahu 16.
Tahová síla Ft dle vztahu 33:
Ft = B.rz [N ]
Kde:
B
rz
- pracovní záběr stroje [m]
- záběrový odpor [N.m-1]
28
(33)
Plošná nebo objemová (hmotnostní) výkonnost W dle vztahu 34 a 35:
(34)
W = B.v p m 2 .s −1 , ha.h −1
[
]
[
W = B.v p .h kg s −1
Kde:
h
]
(35)
- měrná hmotnost hmoty procházející strojem [kg.m-3]
Měrná spotřeba paliva mpe dle vztahu 21.
Tahová měrná spotřeba paliva mpt dle vztahu 36:
m pt =
m pe
ηt
[g.kW
−1
.h −1
]
(36)
Sestavení souprav by se mělo provádět dle příkonu pro pohon strojů,
dle průchodnosti (objemové nebo hmotnostní), dle plošné výkonnosti a dle tahové
účinnosti a odporech půdy a nářadí. Často se provádí jen mírně kvalifikovaným
odhadem s velkou rezervou, kdy se obsluha smaží šetřit energetický prostředek,
což vede k nevyužití výkonu motoru a vysoké měrné spotřebě paliva.
4. Základní části spalovacích motorů
Pevné nepohyblivé části kam patří blok motoru, kliková skříň, hlava válců,
víka, kryty a těsnění, pohyblivé části, kam patří klikové ústrojí a rozvody
a příslušenství (chlazení, mazání, palivový systém, zapalování, sací potrubí a příprava
směsi, výfukové potrubí).
4.1 Blok motoru
Je hlavní nosná část s válci (vložené nebo vložky) a vloženým klikovým
ústrojím (viz obrázek č. 18). Jedná se nejčastěji o odlitek z litiny nebo lehkých slitin.
Obrázek č. 18 – Blok osmiválcového motoru V
29
4.2 Válec
Ohraničuje spalovacího prostoru, vede, maže a utěsňuje píst. Působí v něm
vysoké tlaky a teploty, je vystaven agresivitě paliva a musí umožnit kluzné tření.
Proto je vyroben z vysoce pevných, tvarově stálých, vodivých materiálů s dobrými
kluznými vlastnostmi a odolných opotřebení (jemnozrná litina, odstředivě litá,
honovaný povrch). Chlazení je provedeno vzduchem nebo kapalinou. Konstrukčně se
u vodou chlazených může jednat o vložku válců (není v kontaktu s chladicí
kapalinou), nebo vložený válec (viz obrázek č, 19).
Obrázek č. 19 – Vložený válec
4.3 Hlava válců
Uzavírá spalovací prostor, k bloku je připevněna šrouby nebo svorníky, mezi
nimi je těsnění, uvnitř sací a výfukové kanály s ventily a rozvodovými mechanizmy,
zapalovací, žhavící svíčky, nebo vstřikovače (viz obrázek č. 20). Vyrobena bývá z šedé
litiny nebo slitiny lehkých kovů s vloženými sedly a vedením ventilů a závity pro
svíčky nebo vstřikovače.
Obrázek č. 20 – Hlava válců
4.4 Těsnění hlavy válců
Těsní spalovací prostor i proti úniku chladicí kapaliny a oleje. Je vyrobeno z
kombinovaného materiálu (kov kolem válce), nebo i celokovové.
30
4.5 Kliková skříň
Je určena pro uložení klikové hřídele. S blokem a hlavou tvoří základní nosný
systém pro zachycení sil a momentů za spalovacího prostoru. Může mít různé roviny
dělení a utěsnění. Vyrobena může být z šedé litiny, nebo slitiny lehkých kovů. Nutné je
odvětrání výparů, spodní část tvoří vanu na zachycení stékajícího oleje od mazaných
míst se sacím košem oleje a příčkami, vypouštěcí šroub oleje a venkovní žebra pro
větší odvod tepla.
4.6 Klikové ústrojí
Tvoří kliková hřídel, setrvačník a tlumič torzních kmitů, píst a ojnice. Rozvody
tvoří vačková hřídel, její pohon, zdvihátka ventilů, vahadla a ventily s pružinami.
4.6.1 Kliková hřídel
Převádí přímočarý pohyb pístu na točivý pomocí vyoseného čepu, vyváženého
protizávažím a setrvačníkem (i pro start). Pohání rozvody a příslušenství.
Přivádí mazací olej k ložiskům a uložením. Má hlavní čepy v ose rotace, uložené
v pánvích nebo valivých ložiscích, klikové čepy pro uložení hlavy ojnice, ramena kliky
jako spojení hlavních a klikových čepů a na nich mohou být i protizávaží (viz obrázek
č. 21)
Obrázek č. 21 – Kliková hřídel
Přední část bývá určena pro pohon rozvodů a příslušenství, zadní část pak pro
setrvačník a tlumič torzních kmitů. Oba konce jsou utěsněny proti úniku mazacího
oleje. Uspořádání hřídele je podle počtu válců a hlavních ložisek, konstrukce válců
a jejich provedení, konstrukce hlavy, uspořádání motoru, pořadí zapalování, výkonu
použitého materiálu, způsobu výroby a uložení ložisek.
4.6.2 Setrvačník
Slouží pro akumulaci energie pro nepracovní zdvihy (klidný a rovnoměrný
chod motoru). Tvoří jednu třecí plochu pojezdové spojky, je v něm ložisko spojkové
hřídele, po obvodu ozubený věnec pro pastorek spouštěče. Musí být vystředěný,
staticky a dynamicky vyvážený. Pro tlumení rázů se používají tzv. dvouhmotové
setrvačníky (viz obrázek č. 22).
31
Obrázek č. 22 – Dvouhmotový setrvačník
4.6.3 Píst
Zachycuje tlaky plynů a sílu přes pístní čep přenáší na ojnici a klikovou hřídel,
těsní únik spalin do klikové skříně a odvádí teplo do válce. Skládá se z dna pístu,
žárového můstku, hlavy, pláště a uložení pístního čepu (viz obrázek č. 23).
Obrázek č. 23 – Části pístu
Dno pístu má tloušťku dle tepelného a mechanického zatížení, různý tvar pro
lepší výměnu náplně nebo vstřikování paliva. Odvádí 40-60 % tepla. Žárový můstek
je část pístu od dna k prvnímu kroužku, chrání ho před přehřátím. Odvádí 30 % tepla.
V hlavě jsou drážky pro kroužky (počet těsnících je podle otáček, stírací stačí jeden).
Plášť má mít dostatečnou délka pro dobré vedení, odvádí 20 – 30 % tepla. Oko pro
pístní čep je vyoseno o 0,5-1,5 mm od svislé osy na stranu zatíženou tlakem (píst se
klopí) z důvodu snížení hluku při přechodu HÚ, otvor je kalibrovaný za studena.
Píst má mírnou ovalitu a kuželovitost. Ovalita průřezu znamená, že kratší osa
je v ose čepu (více se zahřívá). Mohou být použity i bimetalické materiály (slitiny Al
a Si). Kuželovitost znamená, že vůle pístu ve válci za studena je v hlavě < než v plášti
(0,2 mm).
Mohou být řešeny jako jednodílné (lité nebo kované) i skládané u vysoce
namáhaných motorů (ocelové dno spojené s Al pláštěm). U vznětových motorů má
píst větší výšku, tloušťku stěn a průměr čepu oproti stejnému vrtání u zážehových.
Chlazení a mazání rozstřikem oleje na vnitřní povrch a kanály v pístu. U přímého
vstřiku je ve dnu komůrka.
Pístní kroužky utěsňují válec, odvádějí teplo do válce, řídí olejový film na
stěně. Výška kroužku má vliv na odvod tepla, šířka na těsnění. Zámky pro navlečení
32
do drážky na dalších kroužcích nad sebou jsou vždy o 180º pootočeny. Vyrobeny jsou
z oceli nebo šedé litiny, odstředivě lité a obráběné, ale i titanové pokovení, nebo
keramika. Plocha mezi drážkou a kroužkem je jemně broušená (při opotřebení vzniká
čerpací účinek).
Pístní čep slouží pro přenos sil na ojnici, může vznikat únavové namáhání, má
malý pohyb třecích ploch. Válcový otvor je kuželovitě rozšířený uprostřed uzavřený,
otvory a drážky pro mazací olej. Uložení v pístu může být plovoucí, pevné, nebo
kombinace. Čep má kalený cementovaný povrch, lapovaný a leštěný, čela broušená
pro pojistky. U vznětových motorů má větší průměr pro stejném zdvihovém objemu
válce.
4.6.4 Ojnice
Spojuje pístní čep s klikovým čepem. Oko ojnice je nedělené, čep se provléká
zároveň s pístem, má otvory pro mazací olej. Hlava je dělená šikmo s drážkami proti
střihu a ojniční šrouby s pojistkou, dotažené předepsaným momentem. Dřík má I
profil, hladké přechody do oka a hlavy a otvory pro mazací olej. Materiály jsou
legovaná ocel kovaná v zápustkách, prášková ocel, slinuté výkovky, kujná nebo tvárná
litina, lehké slitiny a kompozity. Pánve ložisek klikových čepů jsou dnes konstruovány
jako tenkostěnné z ocelového plechu a naneseným kluzným kovem, se zajištěním proti
pootočení a otvory a drážkami pro mazací olej. Mimo kluzného uložení je možno
použít i jehličková a kuličková ložiska.
4.6.5 Rozvody
Řídí výměnu náplně ve válci, což má velký vliv na výkon motoru (využití
energie z paliva). Nejčastěji jde o přenos zdvihu, rychlosti a zrychlení z vačky na
ventil, píst vstřikovacího čerpadla nebo zapalování. Pohon je odvozen od klikové
hřídele ozubenými koly, řetězem (duplex, triplex) nebo ozubeným řemenem a má
poloviční otáčky oproti klikové hřídeli (pro čtyřtakt).
4.6.5.1 Konstrukce rozvodů
U dvoutaktního motoru je řešena konstrukčně tak, že vlastním rozvodem je
píst (dvoučinný), který otvírá a zavírá kanály (ty mohou ale být opatřeny i ventily).
U čtyřtaktního motoru mohou být řešeny jako mechanické (ventilové, šoupátkové,
kanálové, se samočinným nebo vázaným pohybem), hydraulické, pneumatické,
nebo elektrické. Důležitý je vždy okamžik (úhel ve vztahu k otočení klikové hřídele)
a doba otevření sacího a výfukového ventilu. Tyto stavy jednoduše znázorňuje
časovací diagram (viz obrázek č. 24).
33
Obrázek č. 24 – Časovací diagram čtyřtaktního spalovacího motoru
4.6.5.2 Uspořádání ventilových rozvodů
Se dělí podle umístění vačkové hřídele a ovládání ventilů (viz obrázek č. 25).
Obrázek č. 25 – Uspořádání ventilových rozvodů
Rozvod SV (Side Valve - boční ventil) má vačkovou hřídel v bloku a postranní
ventil ovládaný zdvihátky se seřízením vůle. Tento rozvod má nepříznivý tvar
spalovacího prostoru, malý kompresní poměr (podobně i IOE – viz obrázek č. 26).
34
Obrázek č. 26 – Ventilový rozvod IOE
Rozvod OHV (Over Head Valve - ventil nad hlavou) má ventily navrchu hlavy,
vačkovou hřídel v bloku, zdvihátka a vahadla se seřízením vůle. Spalovací prostor je
již optimální, možno umístit i více ventilů, má velkou vzdálenost vačky a ventilu,
více součástek (hmotnost), umožňuje lehkou demontáž hlavy.
Rozvod OHC (Over Head Camshaft - vačkový hřídel v hlavě) má vačkový
hřídel i ventily navrch hlavy, ta je složitější, ale odpadají zdvihátka, někdy i vahadla.
Rozvod má nižší hluk, větší přesnost, umožňuje umístit více ventilů (DOHC – duo se
dvěma vačkovými hřídeli). Má také optimální spalovací prostor.
Limitem ventilových rozvodů při vysokých otáčkách motoru je setrvačnost
pružin. Tento problém originálně řeší desmodromický rozvod u firmy Ducati,
kde pružiny nahrazují zvihátka (otevírají i zavírají ventily – viz obrázek č. 27).
Obrázek č. 27 – Desmodromický ventilový rozvod
Více ventilů na válec se používá z důvodu lepšího plnění válce. Průměr ventilů
a zdvih má být dostatečný, aby byla výměna náplně co nejoptimálnější. Výfukové jsou
vždy menší (nebo jejich počet), např. u provedení 3V jsou dva menší sací, jeden
výfukový, u 4V jsou dva a dva i dvě vačky, u 5V jsou tři sací.
35
4.6.5.3 Ventily
Utěsňují spalovací prostor v sedle hlavy, mají mít minimální odpor proudění.
Teplota až 850ºC (sací méně). Má hlavu, dřík a stopku se zápichem pro misky pružin.
Materiálem u sacích ventilů je chromkřemičitá ocel, sedlo a dřík tvrzené.
U výfukových pak bimetal, spodek a talíř chrommangan, zbytek chromkřemičitá.
U sportovních motorů jsou použité i keramické materiály. Tepelně velmi namáhané
motory mohou mít i duté ventily chlazené sodíkem (mění skupenství a odvádí více
tepla).
4.6.5.4 Sedla ventilů
Jsou vyrobeny ze slitiny Cr, Ni a Co, vysoce legované oceli nebo kovaná litina,
mají stejný úhel jako talíře ventilů 45º a přechody 15 a 75º, plocha dosednutí
zabroušená nebo o 1º menší a sama se zabrušuje
4.6.5.5 Pružiny ventilů
Zajišťují uzavření ventilu do sedla. Používají se válcové pružiny s činnými
a dosedacími závity, zdvojené (menší průměr jako záloha při prasknutí,
nižší rezonance a opačné stoupání). Materiálem je pružinová ocel navíjená za studena,
dosedací plochy jsou tepelně zpracované. Pootáčení ventilu v sedle se používá pro
vysokootáčkové motory z důvodu rovnoměrného ohřívání hlavy a proti možným
teplotním deformacím. Pod miskou je zde rohatka s kuličkami a pružinami.
4.6.5.6 Vedení ventilu
Má za úkol vystředění, odvod tepla, mazání proti zadření a utěsnění v sacím
nebo výfukovém potrubí. Materiálem je perlitická šedá litina, nebo hliníkový bronz.
4.6.5.7 Ventilová vůle
Je vůle mezi stopkou ventilu a vahadlem, nebo vačkou a musí být z důvodů
tepelné roztažnosti (aby ventil pevně dosedl do sedla). U starších konstrukcí je
možnost změny její velikosti pomocí seřizovacího šroubu se zajišťovací maticí.
Výfukový ventil má větší vůli než sací 0,1 - 0,4 mm. Tato konstrukce způsobuje ale
větší rázy a hluk a je náročnější na údržbu, proto jsou lepší moderní konstrukce se
samočinným vymezením vůle (hydraulická zdvihátka – viz obrázek č. 28).
Obrázek č. 28 – Hydraulické zdvihátko ventilu
36
Zdvihátko je připojeno k tlakové větvi mazání, vnitřní válec zdvihátka má
kuličkový ventil, při pohybu vzhůru tlak ventil zvedá, při zpětném pohybu se doplní
prostor olejem a vůle se automaticky dle potřeby vymezí.
4.6.5.8 Vahadla
Jsou vlastně dvouramenné páky od vačky na dřík ventilu. Uložení je většinou
v jehlovém ložisku s otvorem pro mazací olej. Materiálem je uhlíková legovaná ocel
kovaná i odlévaná, lehké slitiny, nebo lisovaný plech. Stykové plochy jsou povrchově
kaleny a broušeny.
4.6.5.9 Zdvihátka
Tvoří duté tyčky s kulovými čepy na konci (OHV), někdy mají i pootáčení
proti opotřebení. Vymezení vůle je stejné jako u stopky ventilu.
4.6.5.10 Vačková hřídel
Převádí otáčivý pohyb na posuvný. Uložení je kluzné (dutá hřídel s tlakovým
olejem). Může od něj být odvozen pohon vstřikovacího čerpadla a zapalování, může
být vcelku i dělená, kovaná i litá a obráběná. Vačky jsou kalené a povrch
cementovaný. Pohon vačkové hřídele je řešen ozubenými koly s ozubeným řemenem
(nízká hmotnost, tichý chod bez mazání, napínací kladka, s nebezpečím vytahování
řemene a možností přeskočení na ozubených kolech, nebo řetězovými koly
s válečkovým řetězem (pro větší vzdálenosti os rotace, umožňuje i pohon dalšího
příslušenství, je hlučnější, vyžaduje napínání a mazání, nehrozí přeskočení, dvouřadý
i trojřadý řetěz - duplex nebo triplex). Čelní ozubená kola (je-li vačka v bloku OHV,
nebo malá vzdálenost os rotace, vhodné použít šikmé zuby proti hluku).
4.6.5.11 Vačky
Mají různý tvar. Tangenciální vačka má přímý bok (tečny základní
a vrcholové kružnice). Má velké zrychlení a zpomalení, vhodná pro nízké otáčky.
Harmonická vačka má boky s kruhovými oblouky, proto má pozvolné otevírání
a zavírání. Vačka s dutým bokem se používá pro stabilní motory s malými otáčkami
a dlouhým zdvihem. Speciální vačky se používají dle požadavků na motor a pro
vysoké otáčky, patří mezi ně špičatá (vejčitá) vačka, která se otevírá a zavírá pomalu
a ventil je otevřený krátce a vačka strmá (ostrá), která otevírá a zavírá rychle a ventil
je déle plně otevřený. Často je tvar vaček nesymetrický pro pomalé otevření a rychlé
zavření ventilu.
4.6.5.12 Variabilní rozvody
Se používají z důvodu optimalizace výměny náplně válce v různých režimech
a otáčkách motoru, pro pravidelný chod, vyšší výkon a nižší emise výfukových plynů.
Provádí se změna doby otevření a překrytí ventilů, a to pomocí změny polohy sacích
a výfukových ventilů (pozor na spaliny do sání).
Konstrukčně je možné tyto změny provádět fázovým měničem (viz obrázek č.
29), napínáním rozvodového řetězu (viz obrázek č. 30), variabilním ovládáním
vačkové hřídele natočením celé vačky vůči kolu u sacích i výfukových (hydromotor
viz obrázek č. 31) a variabilním ovládáním ventilů posunutím celé hřídele
(prostorové vačky viz obrázek č. 32).
37
Obrázek č. 29 – Fázový měnič
Obrázek č. 30 – Napínání rozvodového řetězu
Obrázek č. 31 – Otočný hydromotor
38
Obrázek č. 32 – Prostorové vačky
4.6.5.13 Plně variabilní rozvody
Se používají u moderních motorů. Rozvody jsou řešeny tak, že zdvihátka jsou
ovládaná hydraulicky, pneumaticky, nebo elektromagneticky (viz obrázek č. 33).
Obrázek č. 33 – Plně variabilní rozvod Škoda
39
4.7 Příslušenství spalovacích motorů
Příslušenství spalovacího motoru tvoří chladící soustava, mazací soustava,
palivová soustava, zapalování, sací a výfukové potrubí a elektrická soustava.
4.7.1 Chladící soustava
Odvádí 20 – 30 % tepla uvolněného z paliva. Udržuje optimální teplotu pro
správný chod motoru, umožňuje tvorbu olejového filmu a chlazení má být
rovnoměrné. Dle konstrikce a uspořádání se používá kapalinové (samooběžné
termostatické, nebo s nuceným oběhem), vzduchové (náporem za jízdy, nebo nucené
s ventilátorem), kombinované a olejové.
4.7.1.1 Kapalinové chlazení
Je řešeno tak, že v bloku a hlavě jsou kanály s chladicí kapalinou - viz obrázek
č. 34.
Obrázek č. 34 – Kapalinové chlazení s odbočkou k topení
Samooběh probíhá podle rozdílné objemové hmotnosti ohřáté a studené
kapaliny (teplotní spád). Nucený oběh je zabezpečen čerpadlem. Termostat za
studena uzavírá chladič, po otevření vpustí ohřátou kapalinu do chladiče a topení
(může mít i odbočku). Je řešený jako ventilový uzávěr podle tepelné roztažnosti média
uvnitř. Elektronicky řízený termostat je u moderních motorů řešen jako logický člen
pro regulaci v celém režimu zatížení podle teplot kapaliny a vzduchu, zatížení motoru,
rychlosti jízdy et c. Čerpadlo se používá rotační odstředivé s radiálními lopatkami,
otáčky nižší než kliková hřídel, pohon přímo, nebo elektromotorem (otáčky dle teploty
– viskózní nebo elektromagnetická spojka). Tlak musí překonat ztráty, cirkulace
až 12x za minutu, rychlost proudění do 3 m.s-1, přetlak o 0,01 MPa zvyšuje bod varu
o 2,1ºC. Expanzní nádoba má objem 30 % chladicí kapaliny, slouží proti tvorbě vodní
páry. Jsou plastové s přetlakovým víčkem, přepadem a čidlem výšky hladiny.
Množství chladicí kapaliny je 4 - 6 krát větší než zdvihový objem motoru. Používají se
nemrznoucí kapaliny (glykol s antikorozními přísadami), olejové kapaliny pro
provozní teploty až 150ºC. Bezpečný provoz musí být zajištěn i při nízkých
rychlostech jízdy a vysokých teplotách okolí. Chladič má vstupní a výstupní komoru
40
(plast) propojené sítí (Al). Může být rovnotlaký s přepadem, nebo přetlakový
s expanzní nádobou, je pružně uložený, propojený hadicemi. Ventilátor se používá pro
vyšší účinnost (i regulované otáčky).
4.7.1.2 Vzduchové chlazení
Je konstrukčně jednoduché a nenáročné, avšak hlučnější a nerovnoměrné
oproti kapalinovému. Náporové se nejčastěji používá u motocyklů. Má velkou
nerovnoměrnost podle teploty okolí a pojezdové rychlosti, hlavy a válce jsou
žebrované i s usměrňovacími plechy. Nucené přetlakové s ventilátorem, který vzduch
k motoru tlačí, nebo nucené podtlakové, u kterého ventilátor od motoru vzduch
odsává. Ventilátory se používají jak radiální, tak i axiální s přímým pohonem,
nebo viskózní spojkou řízenou termostatem.
4.7.2 Mazací soustava
Úkolem je snížením tření a tím opotřebení třecích ploch, odvod tepla, ochrana
proti korozi, odvod nečistot a utěsnění pístu ve válci. Kapalinné tření je využito
u klikové a vačkové hřídele, polosuché tření u všech ostatních ploch (částečný styk
vrcholů kovových součástí). U stabilních motorů se může provádět čerstvým olejem
(ztrátové mazání), u dvoutaktních motorů mastnou směsí (mazací olej smíchán
s palivem), u čtyřtaktních motorů se používá tlakové oběžné mazání (rozvod a rozstřik
tlakového oleje).
4.7.2.1 Tlakové oběžné
Je provedeno buď se suchou skříní (oddělená olejová nádrž, dvoustupňové
čerpadlo, kdy první odčerpává z klikové skříně, druhé tlačí k mazacím místům), nebo s
mokrou skříní (nádrž je ve vaně klikové skříně, sání se sítem přes čistič s pojistným
ventilem a chladič potrubím k mazacím místům, ve skříni měrka).
Čerpadlo se používá zubové, se sáním zubovou mezerou a po obvodě
výtlakem. Regulační ventil tlaku má přepad zpět do skříně a kontrolka tlaku
s čidlem nebo manometrem, maximální tlak 500, minimální 200 kPa. Čističe se
používají buď plnoprůtokové (protéká jím všechen olej, má pojistný ventil, při ucpání
jde nečištěný olej do mazání), nebo obtokové (přes čistič protéká asi 10 % oleje ve
větvi od mazacích míst pro jemnější a pomalejší čištění – nejčastější způsob
u moderních motorů), případně kombinace obou možností. Plnoprůtokový může být
rozebíratelný s papírovou nebo textilní vložkou, štěrbinový z lamel jako přídavné
čističe ve velké prašnosti s jemností čistění > 10 μm, nebo odstředivý na stěnu
s jemností čistění <10 μm. Obtokový je nerozebíratelný s obtokovým ventilem,
vstup oleje je po obvodu, odtok středem. Mohou být i rozebíratelné s vložkou
o jemnosti 5 μm.
Poruchy mazací soustavy vedou velmi rychle k havárii motoru (nejčastěji
zadření pístu ve válci a ložisek klikové hřídele). Zvýšený mazací tlak je signálem
zaneseného čističe, vysoké hladiny oleje ve skříni, poruchy tlakového ventilu,
nebo ucpaných mazacích kanálů. Snížený tlak je signálem zředění oleje palivem
nebo vodou, nízké hladiny oleje ve skříni, defektu tlakového ventilu, průsaku v oběhu
(velké opotřebení a vůle ložisek klikové hřídele), poruchy čerpadla, nebo zaneseného
síta sání. Nadměrná spotřeba oleje je signálem opotřebení kluzných ploch,
vůle pístních kroužků, vadného těsnění hlavy, vadných dříků ventilů, nebo netěsností
(únik mazacího oleje mimo prostor motoru).
41
4.7.3 Palivová souprava
Má za úkol vytvořit optimálně složenou směs paliva a vzduchu pro hoření ve
spalovacím prostoru. U zážehových motorů je možná vnější tvorba směsi v sacím
potrubí v karburátoru nebo vstřikováním, nebo vnitřní tvorba směsi vstřikováním
rovnou do válce. U vznětových motorů se téměř výhradně používá vnitřní tvorba směsi
vstřikováním rovnou do válce.
4.7.3.1 Způsoby hoření paliva
Má velký vliv na klidný chod motoru, správný výkon a množství emisí
výfukových plynů.
Detonační hoření vzniká při stlačení zbylé čerstvé náplně tlakovou vlnou
hořících plynů do vzdálenějších míst. Rychlost hoření je až 400 m.s-1 (normálně 50),
vzniká od horkých míst ve spalovacím prostoru, vede ke zvýšenému namáhání motoru,
vzniku vibrací a zvýšené provozní teplotě motoru. Tento způsob hoření je u moderních
motorů detekován snímačem klepání motoru (podle jeho a dalších signálů upravuje
řídící jednotka časování ventilů, předstih a předstřik). Tento způsob hoření mění
správný průběh oběhového diagramu (viz obrázek č. 35).
Obrázek č. 35 – Detonační průběh oběhového diagramu
42
Předzápaly vznikají zapálením směsi od horkých míst před zážehem
(vstřikem) od elektrod svíčky, výfukového ventilu nebo karbonu. Vedou ke
zvýšenému namáhání klikové hřídele. Opět se mění průběh oběhového diagramu (viz
obrázek č. 36).
Obrázek č. 36 – Průběh oběhového diagramu při předzápalech
Samozápaly vznikají tak, že při plném zatížení hoří směs z několika horkých
míst a rychleji. Vedou k nárůstu tlaku a zvýšenému namáhání kliky, možný je i běh
motoru po vypnutí zapalování (úlohu jiskry ze zapalovací svíčky převezmou horká
místa ve spalovacím prostoru). Opět se také mění průběh oběhového diagramu (viz
obrázek č. 37).
Obrázek č. 37 - Průběh oběhového diagramu při samozápalech
Příčiny poruch hoření jsou nejčastěji chyby při předstihu zážehu
(u moderních motorů je řízený počítačem podle režimu motoru, otáček, výkonu
a druhu paliva), nebo tvar spalovacího prostoru a dna pístu (má omezit tepelné ztráty,
rozvířit směs, maximální plocha ventilů, svíčka v optimálním místě,
vyloučení horkých míst, vrstvené plnění při vstřikování - u svíčky bohatá okolo chudá,
klapka v sání – λ sonda, deflektor na pístu, vířivé trysky).
43
4.7.3.2 Systémy vstřikování u zážehových motorů
Se používají simultární, kde všechny ventily vstřikují ve stejný okamžik,
dvakrát za cyklus, okamžik je pevně dán. Skupinové, kde jsou dvě skupiny
vstřikovacích ventilů a každá vstřikuje jedenkrát za cyklus s odstupem jedné otáčky
klikové hřídele již s možností časování a sekvenční neboli volné, kde jsou vstřikovací
ventily ovládány nezávisle na sobě, což umožňuje lepší rozdělení směsi na válce, nižší
emise a spotřebu.
4.7.3.3 Způsoby vstřikování benzínu
Vícebodové MPI (Multi Point Injection) u kterého je na každý válec jeden
vstřikovací ventil před sacím ventilem. Po jeho otevření proud vzduchu strhává páry
paliva a ty víří a tím rovnoměrné plnění a bez kondenzace paliva na stěnách sacího
potrubí. Centrální CFI (Central Fuel Injection) je systém přerušovaného vstřikování
do sání z jednoho ventilu nad škrticí klapkou, přesnou dávkou dle provozních
podmínek. Je zde nutné lépe tvarované potrubí, pro lepší plnění a moment. Jde o
obdobu elektronicky řízeného karburátoru, (pneumatické rozprašování kapalného
paliva v difuzoru nahrazeno nepřerušovaným trvalým vstřikováním paliva jedinou
elektromagneticky ovládanou tryskou umístěnou na sacím potrubí motoru v místě
karburátoru). Systém je vhodný do 80 kW výkonu motoru, umožňuje i recyklaci
spalin. Přímé vstřikování paliva přímo do každého válce, kde je ve spalovacím
prostoru mezi ventily umístěna zapalovací svíčka, po straně vstřikovací tryska (do
spalovacího prostoru vstřikuje benzin přímo do vybrání v pístu). Tento systém bývá
označován GDI (Gasoline Girect Injection), FSI (Fuel Stratified Injection), nebo
Common rail se vstřikovacím tlakem až 220 MPa.
Řízení vstřikování benzínu se provádí podle signálů z λ sond před i za
katalyzátorem. Soustava má dva katalyzátory, první třícestný, vyhřívaný, druhý
zásobníkový na NOx. Když motor pracuje s chudou směsí snímač NOx, dá povel na
obohacení a probíhá regulace katalyzátoru (zahřátí na 650 ºC a tím spálení
nashromážděné síry a NOx se pomocí CO mění na N2 – viz obrázek č. 38).
Obrázek č. 38 – Palivová soustava s řízeným vstřikováním benzínu
44
4.7.3.4 Složení soustavy vstřikování benzínu
Je patrné z předchozího obrázku č. 38. Nízkotlaký obvod je v palivové nádrži
(čerpadlo s regulátorem tlaku 0,35 MPa), vysokotlaký obvod pracuje s tlakem až do
220 MPa. Tvoří jej společný zásobník tlaku (Common Rail musí být pružný, aby tlumil
pulzy plnícího čerpadla a tuhý aby mohl být tlak rychle měněn podle požadavků).
Tlakový řídící ventil udržuje požadovanou hodnotu tlaku a vstřikovací ventil (upravuje
místo a tvar paprsku, krátká doba vstřiku, vrstvený vstřik). Řídicí systém – motor
management, ovládá elektronicky řízené vstřikování, zapalování a ventily
(dle signálů od snímače zapalování, polohy vaček, pojezdové rychlosti, převodového
stupně, napětí akumulátoru, teploty motoru a nasávaného vzduchu i jeho množství,
natočení škrticí klapky, λ sond, klepání motoru a jeho otáček). Pro každou polohu
škrticí klapky odpovídající zatížení motoru a pro každé otáčky motoru odpovídající
rychlosti vozidla jsou v paměti počítače uloženy údaje pro množství vstřikovaného
paliva a předstih zážehu, případně i jiné. Řídicí počítač neustále porovnává
digitalizované skutečné údaje příslušných snímačů s údaji v paměti a vhodnými
regulačními zásahy se snaží jejich odchylku minimalizovat. Kromě toho řídicí
jednotka využívá svých pomocných a korekčních obvodů tak, aby složení směsi
i činnost zapalování byla za všech pracovních stavů i provozních režimů optimální.
Kapacitní možnosti počítače nejsou i u komplexního řízení motoru zcela využity,
je možné i jeho použití i k diagnostice motoru (má svoji vlastní vnitřní paměť).
Nádrže bývají vyrobeny z plechu nebo plastů s příčkami (vlnolamy), uvnitř je
měřič množství (plovák) a dopravní nízkotlaké čerpadlo. V dolní části může být
odkalovací šroub, nahoře plnící hrdlo s uzávěrem a sítkem. Důležité je odvětrání do
sání nebo přes aktivní uhlí (elektronicky řízené). Objem se kalkuluje u osobních
vozidel na dojezd do 500 km. Potrubí spojuje jednotlivé části. Používají se ocelové
bezešvé trubky, měděné nebo mosazné i plasty. Mají pružné uchycení a šroubení.
Nízkotlaká čerpadla jsou membránová nebo lopatková vícestupňová, před čističe
(hrubá sítka, jemná papírová). Na výtlaku je umístěn zpětný ventil. Vstřikovací
ventily se používají elektromagnetické a piezoelektrické, zdvih 60 – 100 μm, čas
otevření 1,5 -18 ms, frekvence 3 -125 Hz.
Zapalování je řízeno tak, aby hoření směsi bylo optimální v celém rozsahu
otáček. Dříve se používal odstředivý regulátor s podtlakovou komorou, u moderních
motorů, elektronické systémy řídící jednotky. Zapalovací svíčky musí umožnit
bezpečné zapálení za všech režimů chodu motoru (teplota až 2500ºC, tlak až 18 MPa,
až 40 zápalů za sekundu, elektrické napětí až 30 kV a působí chemické vlivy paliva).
4.7.3.5 Vstřikování paliva u vznětových motorů
Výkon motoru je zde řízen kvantitou paliva. Důležitý je tvar spalovacího
prostoru, začátek vstřiku, doba a průběh, tlak, tvar a směr paprsků, přebytek vzduchu
a jeho víření. Tvar spalovacího prostoru může být nedělený, kde je ve dnu pístu
otvor pro přímý vstřik (Man systém) označovaný také jako DI (Direct Injection),
nebo dělený, kde má kompresní prostor dva objemy s předkomůrkou IDI (Indirect
Injection). Zde je lepší dělení paliva, v předkomůrce je umístěno žhavení a tím jsou
lepší starty, ale jsou zde nižší kompresní tlaky a vyšší spotřeba paliva.
Složení soustav od nádrže je obdobné jako u zážehových motorů.
Vedení nízkotlaké větve je ocelovými trubkami nebo z vyztužené pryže, vysokotlaké
ocelovými trubkami s kužely. Čističe musí splňovat vyšší nároky, proto bývají
dvoustupňové, často i s předehříváním.
45
Rozdělení soustav se provádí podle uspořádání vstřikovacího čerpadla
a vstřikovače s tryskou. Jedná se o soustavu s řadovým vstřikovacím čerpadlem,
s rotačním čerpadlem s axiálním pístem, s rotačním čerpadlem s radiálním pístem,
sdružený vstřikovač PD (Pumpe - Düse) a systém Common Rail. Řadové čerpadlo
má pro každý válec jeden vstřikovací element. Jeho píst se pohybuje v ose od vačky
a pootočením šikmé hrany pístu se provádí regulace dávky paliva (viz obrázek č. 39).
Obrázek č. 39 – Regulace dávky u řadového čerpadla
Regulace výkonu řadových čerpadel se používá mechanická (omezovací
regulátor u silničních vozidel udržuje volnoběh a zamezí překročit maximální otáčky,
výkonnostní u traktorů udržuje otáčky i při změně zátěže, případně i jejich kombinace)
a elektronická. Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem má centrální axiální
píst s vačkou a rotačním rozdělovačem (viz obrázek č. 40). Na každý vstřik je nutný
pohyb pístu. Regulace se provádí šoupátkem změnou zdvihu pístu nebo
elektromagnetickým ventilem na výtlaku.
Obrázek č. 40 - Rotační čerpadlo s axiálním centrálním pístem
46
Rotační čerpadlo s radiálními písty a vačkovým kroužkem má na každý
vstřik jeden píst (viz obrázek č. 41). Počátek vstřiku je řízen vačkovým kroužkem,
množství elektromagnetickým ventilem.
Obrázek č. 41 - Rotační čerpadlo s radiálními písty a vačkovým kroužkem
Sdružený vstřikovač, PD má čerpadlo i trysku je v jednom bloku u každého
válce (viz obrázek č. 42). Pohon je od vačky ventilů, tlaky až 200 MPa, regulace
elektronicky natočením vačky. Může být proveden i s krátkou trubkou (Unit Pump
System).
Obrázek č. 42 - Sdružený vstřikovač
47
Systém s tlakovým zásobníkem Common Rail má oddělené vytváření tlaku
a vlastní vstřikování (viz obrázek č. 43). Tlak v zásobníku (kovaném) je nezávislý na
režimu motoru, dávka je řízena podle polohy akcelerátoru a řídící jednotkou.
Vedení má stejnou délkou (z důvodu přesnosti dávkování). Elektronicky ovládané
vstřikovače umožňují vrstvení dávky (několik menších). Systém má nižší spotřebu,
emise a klepání.
Obrázek č. 43 - Common Rail
Vstřikovač se skládá z držáku a trysky. Tryska je otvorová (jeden nebo více
otvorů 0,05 - 0,2 mm, kužel 15 - 180º), nebo čepová (pro nepřímé vstřikování,
konec jehly je kuželovitý, paprsek má tvar mezikruží s úhlem 60º).
Žhavení je ovládáno řídící jednotkou s časovým spínačem. Žhavící svíčky
jsou umístěny v předkomůrce nebo u vstřikovací trysky, u malých motorů v sání.
Konstrukčně je to kovová trubička, uvnitř s topnou spirálou ve stlačeném prášku oxidu
hořčíku.
4.7.4 Sací a výfukový systém
Sání má probíhat s co nejmenší ztrátou tlaku. Tomu musí odpovídat jeho
průřez, tvar, povrch a čistič. Potrubí se liší podle způsobu vstřikování paliva,
nebo přeplňování. Má být co nejkratší a i s možností změny průřezu. Využívá se
i principu magnetická rezonance. Nasávání vzduchu bývá voleno z motorového
prostoru nebo u chladiče (u traktorů z důvodu vysoké prašnosti co nejvýše od povrchu
podložky). Čističe bývají umístěny nad motorem nebo zboku proti prachu,
tlumení hluku a předehřátí vzduchu. Čističe vzduchu jsou s olejovou náplní, cyklónové
(předčističe), nebo s papírovou vložkou.
Přeplňování se podle principu činností dělí na pulzační, kdy každý válec má
své sací potrubí o určité délce, pulzy v plynu vyvolá pohyb pístu tak aby se vlna šířila
zrovna otevřeným ventilem a zlepšila plnění, pro nízké otáčky je lepší dlouhé a tenké
potrubí a naopak (změna délky a průřezu potrubí viz obrázek č. 44), nebo rezonanční,
u kterého shoduje-li se frekvence sání s frekvencí kmitů v plynu dochází k rezonanci
48
a ta způsobí zvýšení tlaku plnění a skupiny válců jsou spojeny krátkým potrubím s
rezonanční komorou s impulzy od sacího ventilu. Je možné i přepínání obou systémů
podle režimu motoru nebo přeplňování s mezichladičem (Intercooler).
Obrázek č. 44 – Změna délky sacího potrubí
Provádí se mechanicky kompresory (Rootsovo, Lysholmovo, křídlové a s
otočnými písty – lze řídit plnící tlak obtokem). Mají lepší reakce na změny otáček.
Nebo výfukovými plyny turbodmychadly (spirálové, odstředivé). Regulace je
možná obtokem elektronicky, teplotou a množstvím výfukových plynů (předstih,
předstřik, klepání et c.). Mají horší reakci na změnu otáček (regulace lopatek, průřez
vstupu). U vznětových motorů má až 160 000 ot.min-1, což vyžaduje přesnou výrobu
a vhodné materiály (žáruvzdorná niklová litina a dmychadlová slitina hliníku
odstředivě lité) s nutností tlakového mazání. Intercooler se vřazuje z důvodu pro
zvýšení objemové hmotnosti vzduchu vháněného do válce. Dvojité přeplňování má
dva stupně různě velkých dmychadel a rozdělený proud výfukových plynů. Část jde
na nízkotlakou turbínu, chladič a pak na vysokotlakou turbínu (rychlejší nárůst tlaku,
mizí turboefekt). Elektronicky podporované přeplňování má mezi turbínu
a dmychadlo vřazen asynchronní elektromotor pro krátkodobé zvýšení otáček (proti
turboefektu). Kompaudní přeplňování Scania má dvě výfukové turbíny za sebou
(viz obrázek č. 45). Z druhé jsou otáčky přes pružný člen (hydrodynamický měnič)
vedeny na setrvačník (zvýšení mechanické účinnosti, snížení měrné spotřeby).
49
Obrázek č. 45 – Kompaudní přeplňování
Výfuk odvádí spaliny mimo vozidlo, má snížit hluk a množství škodlivin.
Umožňuje pohon dmychadla. Sběrné potrubí je od hlavy válců z litiny nebo plechu
s těsněním a na něj navazuje potrubí s tlumičem (absorpční, reflexní, nebo jejich
kombinace) a katalyzátorem. Systémy na snížení emisí výfukových plynů EURO 5 od
roku 2008 (TIER 3) používají zařízení EGR (Exhaust Gas Recyclation – recyklace
výfukových plynů) s filtrem pevných částic DPF (Diesel Particulate Filter – viz
obrázek č. 46).
Obrázek č. 46 – Recyklace výfukových plynů
50
Systém na snížení emisí výfukových plynů EURO 6 od 31. 12. 2012 (TIER 4)
využívá zařízení SCR (Selectiv Catalytic Reduction – selektivní katalytická redukce
– viz obrázek č. 47), které oproti předešlé normě Euro 5 snižuje množství pevných
částic o 50% a Oxidů dusíku o 77%. Do výfukového potrubí se vstřikuje kapalina
označovaná jako AdBlue, což je 32,5% hmotnosti močoviny CO(NH2)2 a 67,5%
neionizované vody. Při zahřátí nad 40 ºC se z močoviny uvolňuje amoniak NH3 a ten
reaguje s Oxidy dusíku - NOx + NH3 => N2+H2O. Do ovzduší pak jde čistý dusík a
vodní pára. Potřeba je 2 g redukčního činidla pro redukci 1 g NOx. Spotřeba AdBlue
představuje 5 - 7% spotřebovaného paliva. Objevují se i systémy bez filtru pevných
částic a bez použití močoviny pouze s EGR ventilem (TIER 4i).
Obrázek č. 47 – Selektivní katalytická redukce
4.7.5 Elektrická soustava vozidla
Patří do ní akumulátorová baterie, spouštěč, točivý zdroj elektrické energie
(dynamo, alternátor) s regulací a zapalování.
4.7.5.1 Akumulátory a baterie
Akumulují elektrickou energii díky chemické reakci (většinou olověných
desek s kyselinou sírovou). Bateriemi se označují díky spojení desek do série z důvodu
zvýšení elektrického napětí (paralelně proudu). Rozdělují se do dvou skupin, a to
údržbové a bezúdržbové (se zaplavenými elektrodami, s vázaným elektrolytem AGM
a gelové). Údržbové akumulátory jsou nejstaršími a dnes klasickými akumulátory,
na vrcholu (na víku) jsou šroubovací inspekční zátky, které slouží ke kontrole hladiny
elektrolytu a případnému doplňování destilované vody. Bezúdržbové akumulátory
využívají několika různých řešení akumulátorů a tedy i cest k „bezúdržbě“.
Údržbou rozumíme pravidelnou inspekci hladiny elektrolytu a tyto akumulátory tuto
51
kontrolu nevyžadují a někdy ani neumožňují. Bezúdržbový akumulátor se
zaplavenými elektrodami je v podstatě klasický akumulátor se zaplavenými
elektrodami, jen dolévací otvory jsou často skryty pod víkem. Speciální zátky nebo
víko akumulátoru jsou osazeny gumovým nebo teflonovým těsněním omezují možný
únik elektrolytu při náklonu nebo převržení, zároveň však zajišťují bezpečné
odvětrávání nahromaděných plynů.
Bezúdržbový akumulátor s vázaným
elektrolytem AGM (Absorbed Glass Mat) zde se článek skládá z množství kladných
a záporných elektrod, jež jsou odděleny speciálním separátorem ze skelných vláken
dotovaných bórem. Elektrolyt je vázán (vsáklý) v separátoru, proto nemá zaplavené
elektrody. Výhodou je velký podaný výkon za nízkých teplot, vysoká odolnost vůči
otřesům, zvýšená kapacita při snížení hmotnosti a absolutní bezúdržbovost.
Gelový akumulátor tvoří sestava kladných a záporných mřížek oddělených celkem
běžným separátorem. Elektrolyt je zde vázán v tixotropním křemičitém gelu. Má nižší
citlivost na vyšší provozní teplotu, je bezúdržbový, se zvýšenou kapacitou při snížené
hmotnosti a nízkou hladinou samovybíjení. Hlavní parametry Pb akumulátoru jsou
hustota elektrolytu 1,285 g.cm-3 (1,270 ~ 1,330), napětí článku 2,4 V a kapacita
akumulátoru (schopnost dodávat požadovanou intenzitu proudu bez výrazného
poklesu napětí Ah).
4.7.5.2 Alternátor a dynamo
Alternátor je točivý zdroj střídavého elektrického proudu, u kterého je buzen
rotor a elektrický proud a napětí se odebírá ze statoru (u dynama je buzen stator a proud
a napětí se odebírá z rotoru – je proto zdrojem stejnosměrného proudu). U motorových
vozidel se využívá stejnosměrný proud, proto je nutné u alternátoru střídavý proud
usměrnit (nejčastěji polovodičovými diodami). Alternátor je využívám častěji,
protože dokáže dodávat dostatečné množství požadovaného proudu a napětí již při
nízkých otáčkách motoru. Součástí obvodu u obou zdrojů je i systém regulace budícího
a dobíjecího proudu a napětí (dnes opět za využití polovodičů a elektronických
obvodů).
4.7.5.3 Spouštěč
Jeho úkolem je spouštění motoru při využití elektrické energie z akumulátoru.
Používají se konstrukce s výsuvným pastorkem, s výsuvnou kotvou a Bendix
(pastorek se vysouvá setrvačnou rychlostí po šroubovici i s převodem).
52
5. Přenos výkonu motoru na podložku
Umožňují pojezdová spojka, převodovka, rozvodovka s diferenciálem,
koncový převod, brzdy, odpružení náprav a kola s pneumatikami (pásy).
5.1 Pojezdová spojka
U motorových vozidel se používá zejména pro přerušení přenosu výkonu
a plynulý rozjezd. Konstrukčně může být řešena jako mechanická třecí (kuželová,
nebo s plochými lamelami), hydraulická a odstředivá.
Traktorová spojka bývá často řešena jako vícelamelová (dvou), kdy jedna
lamela slouží pro pojezd a druhá pro vývodový hřídel (viz obrázek č. 48).
Ovládání může být řešeno pedálem, pákou i elektromagneticky. Používá se suchá
i mokrá (umožní větší přítlak kotouče a tím i menší průměr lamely při přenosu stejného
výkonu motoru).
Obrázek č. 48 – Dvoulamelová traktorová spojka
5.2 Převodovka
Zejména u traktorů je požadavek velkého rozsahu pojezdových rychlostí při
zajištění přenosu vysokého výkonu (od plazivých rychlostí v desetinách km.h-1 až po
dnes již 80 km.h-1 při dopravě po silnici). Proto je nutná změna převodových poměrů
od motoru až k místu jeho přenosu na podložku. Prvním stupněm zněm převodových
poměrů je převodovka.
Stupňovité řazení je možné buď s přerušením přenosu (posouvání
ozubených kol, nebo posouvání kroužků mezi koly pomocí synchronních spojek),
nebo bez přerušení přenosu tzv. pod zatížením (planetové převodovky, Willson,
Power Shift, sekvenční převodovky, dvouspojkové převodovky a Vario převodovky).
Tyto se někdy mylně označují jako automatické převodovky. Přeřazují pod zatížením
a v kombinaci s hydrostatickým měničem nevyžadují klasickou spojku pro rozjezd a
řazení.
53
Bezstupňové řazení CVT (Continously Variable Transmission) může být
řešeno jako hydrostatické, hydrodynamické, nebo s využitím variátoru
a toroidního převodu.
5.2.1 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými koly
Princip je znázorněn na obrázku č. 49. Jedná se o konstrukčně jednoduché
řešení. Pro přeřazení stupňů je vždy nutné, aby se vyrovnala obvodová rychlost
ozubených kol (nutnost dvojitého sešlápnutí spojky při řazení na vyšší a meziplynu při
řazení na nižší převodový stupeň).
Obrázek č. 49 – Přesuvná kola
5.2.2 Stupňovité řazení s přerušením přenosu přesuvnými kroužky
Princip je znázorněn na obrázku č. 50. U tohoto způsobu jsou kola stále v
záběru (vyšší mechanické ztráty). To ale umožňuje použít šikmé zuby a tím tišší chod,
zařazení je snadnější díky synchronní spojce (vyrovná rozdílné obvodové rychlosti synchronizuje a poté zařadí pomocí kolíků v bocích kol a synchronního kroužku).
Obrázek č. 50 – Synchronní kroužky
54
5.2.3 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu planetovým převodem
Princip je znázorněn na obrázku č. 51. Podle brzdění korunového kola
umožňuje změnu převodového poměru podle odvalování satelitů na unašeči.
Nevýhodou jsou větší mechanické ztráty (přenos přes vložené kolo – satelit). Pro větší
možnost změny převodových stupňů je možné zařadit několik planetových převodů za
sebe (Dual syncro, Willson).
Obrázek č. 51 – Planetový převod
5.2.4 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Power Shift
Jedná se o kombinaci několika planetových převodů v kombinaci
s vícelamelovými spojkami, které spojují nebo rozpojují jednotlivé možnosti činnosti
planetových převodů (převodových stupňů – viz obrázek č. 52). Přepínání je řízeno
řídící jednotkou a prováděno hydraulicky. Vícelamelové spojky se používají z důvodu
možnosti zmenšení průměru lamel při přenosu výkonu (vyšší přítlačná síla a mokré
spojky pro odvod tepla).
Obrázek č. 52 – Převodovka Power Shift
5.2.5 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu sekvenční převodovkou
Sekvenční převodovka SMT (Sequential Manual Transmission) či SMG
(Sequential Manual Gearbox) je v podstatě klasická mechanická převodovka
55
s elektronicky řízenou samočinnou spojkou. Stupně se mění pomocí tlačítek na
volantu, pádel pod volantem či lehkými pohyby řadicí páky za sebou (ne do H jako
klasické stupňovité převodovky).
5.2.6 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu dvouspojkovou
převodovkou
V osmdesátých letech nasadilo Porsche převodovku nazvanou Porsche
Doppelkupplung (PDK) a dostalo ji také legendární Audi Quattro S1. Teprve v roce
2003 jsme se dočkali první dvouspojkové převodovky v automobilu pro běžné
smrtelníky – to když Volkswagen představil svou převodovku DSG (Direkt-Schalt
Getriebe nebo také Direct Shift Gearbox) v modelu Golf. Je to typ poloautomatického
ústrojí, kde může výkon od motoru k hnacímu hřídeli téci dvěma cestami (viz obrázek
č. 53). To, kterou z nich je právě výkon přenášen, určuje sepnutí jedné z dvojice
spojek. Jedna spojka přitom zapojuje liché rychlostní stupně, druhá stupně sudé.
Zatímco na aktuálně sepnuté spojce je zařazen rychlostní stupeň, na spojce rozepnuté
dojde k předřazení jiného rychlostního stupně. Přeřazení pak probíhá tak, že se první
spojka rozepne a druhá sepne, takže prakticky nedojde k přerušení toku výkonu.
Obrázek č. 53 – Dvouspojková převodovka
5.2.7 Stupňovité řazení bez přerušením přenosu Vario
Již v roce 1987 přišel český konstruktér Robert Honzek společně se dvěma
svými kolegy v německé firmě Fendt začal realizovat nápad Hanse Marschalla.
Nakonec po osmi letech utajeného vývoje představil traktor Fendt 926 s převodovkou
Vario. Jedná se o kombinaci mechanického planetového a hydrostatického pojezdu
IVT (Infinitely Variable Transmission – viz obrázek č. 54). Při rozjezdu zabírá pouze
hydrostatika, kterou při zvyšující se pojezdové rychlosti postupně doplňuje pohon
mechanický. A to do té míry, že při dosažení maximální rychlosti mechanický pohon
hydrostatiku zcela nahradí.
56
Obrázek č. 54 – Vario převodovka Fendt
5.2.8 Bezstupňové řazení hydrostatické
Jde o uzavřený hydraulický okruh s malým průtokem oleje, ale pod velkým
tlakem. Motor točí čerpadlem (hydrogenerátorem), jež posílá olej do hydromotoru,
díky kterému se následně točí kola (viz obrázek č. 55). Oba jsou řešeny se šikmými
deskami pro změnu objemu válců a tím i otáček, čímž se dosáhne plynulého ovládání
a citlivosti. Systém má i integrovanou funkci brzdění a nižší spotřebu.
Obrázek č. 55 – Hydrostatický pohon
5.2.9 Bezstupňové řazení hydrodynamické
Hydrodynamický měnič má mezi čerpadlovým a turbínovém kolem vložené
řídící kolo (deflektor, stator, násobič momentu – viz obrázek č. 56) které řídí tok
viskózní kapaliny (oleje). Zařízení bez statoru se označuje jako hydrodynamická
spojka (v kombinaci s převodovkami řazenými pod zatížením). Regulace se provádí
otáčkami a zátěží (brzděním).
57
Obrázek č. 56 – Hydrodynamický měnič
5.2.10 Bezstupňové řazení variátorem
Variátor tvoří dvě řemenice s axiálně posuvným kuželovým kolem, mezi nimiž
obíhá klínový řemen, nebo řetěz - viz obrázek č. 57. Jedna řemenice je spojena se
vstupním hřídelem (primární), druhá s výstupním (sekundární). Oddalováním a
přibližováním kuželů se mění průměr, který řemen opisuje, a tím i samotný převodový
poměr.
Obrázek č. 57 – Variátor
5.2.11 Bezstupňové řazení toroidním převodem
Toroidní převod byl patentován již v roce 1877. Jedná se o třecí převod,
který místo dvou řemenic a řemenu (jako variátor) používá dva toroidní disky (viz
obrázek č. 58). Jeden spojený se vstupním a druhý s výstupním hřídelem, mezi nimiž
je kladka. Samotná změna převodu se děje jejím naklápěním, čímž se mění bod dotyku
kladky s toroidními disky. Účinnost JE přes 95 % av sériovém automobilu Nissan se
objevil v roce 1999. Problematický je mechanický styk kladek.
58
Obrázek č. 58 – Toroidní převod
5.3 Rozvodovka
Rozděluje tok krouticího momentu na dvě kola jedné nápravy (případně i mezi
nápravami). Aby byl přenos správně rozdělen i v zatáčce, nebo na rozdílném povrchu
kol na nápravě, je opatřena diferenciálem, v některých případech i s uzávěrkou
(mechanická, samosvorná - ATB Automatic Torque Biasing). Samosvorná uzávěrka
je řešena jako lamelová, nebo mechanická a u moderních vozidel je její činnost řízena
řídící jednotkou.
5.4 Koncový převod
Redukuje přenášený výkon a otáčky na pojezdové ústrojí. Vřazuje se z důvodu
konstrukce převodovky a rozvodovky, neboť existuje závislost mezi průměrem
hřídele, otáčkami a přenášeným momentem (hřídele a ozubená kola mohou mít menší
průměry při vyšších otáčkách a přenosu stejného krouticího momentu). U traktorů jsou
konstrukčně řešeny jako portály (čelní ozubená kola s možností změny světlé výšky
vozidla), nebo jako planetové převody.
5.5 Brzdy
Slouží pro provozní brzdění (musí zastavit vozidlo za všech podmínek, jako je
vysoká rychlost, zatížení, stoupání, klesání a účinek musí být rozdělen symetricky),
dále jako nouzové brzdění (zastavení vozidla v případě poruchy provozního brzdění)
a parkovací brzdění (pro udržení vozidla v nehybném stavu na klesající,
nebo stoupající vozovce).
5.5.1 Rozdělení brzdových soustav
Dle použitého zdroje energie jsou přímočinné (s využitím svalové síly řidiče)
mechanické, nebo kapalinou bez posilovače, polostrojní (s posilovačem) přetlakové,
podtlakové a hydraulické, strojní (s využitím tlakové energie) kapalinové (pro vozidla
nižších kategorií B), vzduchové (pro autobusy M2 a M3 a střední a těžké nákladní
automobily), nebo jejich kombinace (automobily kategorie N2 a některé typy
autobusů) a odlehčovací (pro snižování rychlosti vozidla) výfukové (klapka ve
výfukovém potrubí), motorová brzdy (změna časování rozvodů) a aerodynamické
brzdy (elektromagnetické, kapalinové).
Dle způsobu ovládání jsou nožní (tlakem na pedál), ruční (tlakem nebo tahem
na páku brzdy), samočinné (pro zabrzdění přípojného vozidla po odpojení)
a nájezdové (využití síly při přiblížení přívěsu k tažnému vozidlu).
Dle konstrukce jsou čelisťové (bubnové), kotoučové a pásové.
59
Pro brzdy motorových vozidel na pozemních komunikacích platí předpisy.
Jedná se o technické požadavky na brzdy silničních vozidel - homologační předpisy
EHK č. 13, 78 a 90 a předpisy pro brzdy vozidel v ČR, zejména zákon č. 56/2001 Sb.,
o technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích,
ve znění pozdějších změn a doplňků (novelizace zákonem č. 239/2013 Sb. s platností
od 1. 1. 2015), vyhláška č. 341/2002 Sb., o schvalování technické způsobilosti a technických podmínkách provozu silničních vozidel na pozemních komunikacích,
ve znění pozdějších změn a doplňků a vyhláška č. 302/2001 Sb., o technických
prohlídkách a měření emisí vozidel, ve znění pozdějších změn a doplňků.
Traktorové brzdy jsou řešeny jako bubnové, nebo kotoučové
(i vícelamelové). Umožňují i brzdění jednoho kola na nápravě (pro zmenšení poloměru
otáčení na souvratích pozemků). Pro přívěsy se používají vzduchové, jednookruhové
i dvouokruhové bubnové brzdy.
5.6 Odpružení náprav
Slouží k tlumení otřesů vozidla a pohodlí obsluhy. Dle pružících prvků se dělí
na listové nebo vinuté pružiny, torzní tyče, pneumatické měchy, hydropneumatické,
hydraulické, hydroelastické (pryžokapalinové) a pryžovými pružinami.
Odpružení náprav kolových traktorů bývá řešeno u předních řiditelných náprav
jako lichoběžníková ramena, nebo tuhá náprava s vinutými pružinami s tlumiči.
U zadních náprav je problematický poměr odpružených a neodpružených hmot
(sedadlo obsluhy oproti převodovce s rozvodovkou, koncovými převody
a hydraulickými okruhy). Proto se nejčastěji odpružuje celá kabina mechanickými,
nebo pneumatickými pružinami. Pásové podvozky mají nejčastěji pneumatické
odpružení.
5.7 Pneumatiky a pásy
Musí v zemědělství odpovídat požadavkům jízdy v porostech zemědělských
plodin. Používané rozchody kol (podle rozteče řádků) jsou 1250, 1350 a 1500 mm.
Lze je měnit otočením disků nebo posouvat celá kola po hřídelích, nebo celé nástavce.
Značení disků i pneumatik je dáno normou. Pneumatiky se používají
vzduchové (někdy i s možností plnění vodou) s textilními vložkami a ocelovými lanky
v patkách. Na disk se montuje vlastní plášť, duše (nebo bezdušové) a ochranná vložka.
Konstrukce pneumatiky se liší podle použité kostry, nárazníku, běhounu, patky a boku
pláště. Jako balonové se označují pneumatiky, u kterých výška boku ≈ šířce
pneumatiky, jako nízkoprofilové pak pneumatiky, kde výška boku < šířka pneumatiky
(165-70-13). Podle směru vláken v kostře pneumatiky se rozdělují na diagonální
(vlákna od patky k patce šikmo) a radiální (od patky k patce kolmo), které mají měkčí
boky, a tím menší valivý odpor. Od 1. 7. 2012 musí být nové pneumatiky označeny
ekoštítkem, kde se uvádí hlučnost, valivý odpor (spotřeba paliva) a brzdná dráha na
mokré vozovce.
Pro pryžové pásové podvozky platí zásada, že mají menší kontaktní tlak na
podložku s větší plochou styku. Umožňují díky tomu přenos větších výkonů
a neutužují tolik půdu a mají menší prokluz. Dnes se uvádí, že mají zhruba
pětinásobnou životnost oproti pneumatikám. Pětinásobná je však i jejich cena při
výměně za opotřebované.
60
6. Paliva a maziva
Na paliva máme řadu požadavků. Patří mezi ně vysoká výhřevnost,
málo nespalitelných podílů, chemická stálost, nízká agresivita, zdravotní nezávadnost,
nízké emise škodlivin a nízká cena.
Jako palivo do spalovacích motorů se dnes nejčastěji používají uhlovodíky.
Rozdělení paliv je podle jejich zdroje získávání na paliva z fosilních zdrojů (kapalná
– benzin, nafta, petrolej a plynná – propan butan, zemní plyn - metan)
a z obnovitelných zdrojů – biomasy (kapalná – etylalkohol, metylalkohol, estery
a plynná – dřevoplyn, bioplyn - metan). Zvláštní kapitolou je palivo budoucnosti
vodík.
6.1 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů kapalná
Uhlovodíky jsou chemické sloučeniny uhlíku a vodíku z organického původu.
Uhlík je čtyřmocný prvek s řetězovou nebo cyklickou vazbou.
Přímý řetězec mají alkany (parafiny) nebo alkeny (olefiny). Tyto jsou velmi
vznětlivé a málo odolné proti detonačnímu hoření. Plynné jsou propan C3H8 a butan
C4H10, kapalné pentan C5H12, hexan C6H14, heptan C7H16, oktan C8H18 a cetan C16H34.
Přímý rozvětvený řetězec mají izomery, které jsou méně vznětlivé a odolnější
proti detonačnímu hoření. Patří sem izooktan C8H18, který je součástí standardního
benzínu.
Kruhový uhlíkový řetězec mají aromáty. Jedná se o cyklooktany, které jsou
málo vznětlivé a odolné proti detonačnímu hoření. Patří mezi ně benzen C6H6, toluen
C7H8 a cyklohexan C6H12.
Výroba probíhá dnes destilací ropy za nepřítomnosti vzduchu společně s
chemickými úpravami. Frakce při 180 ºC se označuje jako lehčí frakce (benzíny,
alkany a cykloalkyny). Frakce 180 - 280 ºC je středně těžká frakce (kerosin a letecký
petrolej). Frakce 210 - 360 ºC jsou těžká paliva (nafta, plynový petrolej). Frakce nad
360 ºC obsahuje mazací oleje a mazut. Zbytek je dehet (asfalt).
Podíl benzínu z destilace je velmi malý. Má oktanové číslo (OČ) 62 - 64,
a proto je málo odolný proti detonacím a jsou nutné jeho další úpravy. Jsou to
krakování (tříštění těžkých frakcí - molekul teplem, vodou nebo katalyzátory v tlaku
až 15 MPa a teplotě až 400 ºC, kdy se do rozbitých molekul přidává vodík),
dále reformování (přeměna na izooktyny a aromáty s OČ 93 - 98), polymerace (plynné
uhlovodíky z krakování a reformování se mění do těžších molekul – izoalkanů s OČ
95 - 100), hydrogenace (spojování vodíku a nenasycených alkenů OČ 92 - 94)
a alkylace (reakcí alkanů a alkenů vznikají izoalkyny s OČ 92 - 94).
Požadavky na automobilový benzin spočívají v jeho dobré odpařivosti i za
nízkých teplot, má být bez těžších frakcí nad 210 ºC (proti smývání olejového filmu
ve válci a ředění oleje nespáleným palivem), má mít malý obsah síry (proti korozi,
poklesu OČ a nižším emisím), bez pryskyřic (proti vzniku karbonu) a má mít
dlouhodobou stabilitu (proti ztrátám při skladování). Dnes je kladen důraz na
maximalizaci požadavků na nízké emise výfukových plynů. Používají se proto
katalyzátory, systémy řízeného spalování, nebo vrstvené vstřikování řízené λ sondou.
Pro studené starty má benzín obsahovat i část nízká frakce (pozor ale na detonace)
v množství asi do 10 %. Do 180 ºC se má odpařit 90% a bez frakcí nad 200 ºC.
Jako antidetonační přísady a na zvýšení OČ se dříve používalo Tetra etyl olovo (TEO).
Dnes se používají antidetonátory (aditiva) a benzín se označuje jako bezolovnatý.
61
Jako antidetonátory bez kovů se používají aromáty (benzen, toluen, xylen s OČ 108 112). Benzen je však rakovinotvorný a smí ho proto v benzínu maximálně 5 %. Natural
91 má jeho obsah 2 %, 95 1 %, dále organické sloučeniny kyslíku – alkoholy (metanol,
etanol), fenoly, éter (pozor na zápach a cenu) a MTB, což je metylterciální butyléter
s OČ110 - 115 a bodem varu 55ºC, přidává se ho 10 – 15 %. Oktanové číslo udává
míru odolnosti proti detonačnímu hoření. Měří se výzkumnou metodou (VM), nebo
se stanoví motorovou metodou (MM) na zkušebním jednoválcovém motoru
s proměnlivým kompresním poměrem ε 5 - 15, vrtání 82,6 mm, zdvih 114,3 mm.
Vyjadřuje vlastně procentuální podíl izooktanu C8H18 (OČ=100) a n-heptanu C7H16
(OČ=0) ve směsi, která má stejnou odolnost proti detonačnímu hoření jako zkoušené
palivo. Při zkoušce se postupně zvyšuje kompresní poměr a určí se začátek klepání.
Hranice klepání se zjišťuje elektronicky z průhybu membrány snímače tlaku ve válci.
Pak se kompresní poměr ponechá a měří se poměr izooktanu a n-heptanu a najde se
taková směs, která má stejné vlastnosti. Údaje na čerpacích stanicích jsou podle VM
při 600 otáčkách za minutu při teplotě vzduchu 52 ºC, předstihu 13º a proměnlivém ε.
Tato metoda udává vyšší číslo než MM (ta má otáčky 900, teplotu 149 ºC a předstih
19 - 26 º). Motory s motormanagementem drží režim motoru těsně pod hranicí
detonačního hoření (maximální účinnost i s palivem o nízkém OČ).
Motorová nafta vzniká z frakce 150 – 360 ºC. Jde o směs petroleje a těžší
frakce. Nižší frakce má vliv na bod vzplanutí, těžší frakce pak na usazování karbonu
a při nízkých teplotách vylučování parafínů (vosků). V ČR se v běžném provozu
používají dva druhy označované jako MN 4 s bodem tuhnutí - 4 ºC, filtrovatelná do 0
ºC pro letní provoz a MN 22 s bodem tuhnutí - 22 ºC, filtrovatelná do - 15 ºC pro zimní
provoz s obsahem síry do 0,15%. Pro zvláštní určení (armáda) se pak používá nafta až
do - 35 ºC. Do běžné nafty je možné přidávat aditiva až do - 54 ºC.
Hodnocení nafty se provádí podle průtahu vznícení, udávaný jako doba mezi
vstřikem a vznícením. Vyjadřuje cetanovým číslem CČ. Stanoví se pokusnou
metodou na jednoválcovém motoru s hlavou pro přímý vstřik. CČ je opět podíl dvou
látek – cetanu (n-hexadekan C16H34) s CČ 100 a 1-metylnaftalenu s CČ 0. CČ se
pohybuje od 49 do 62. Minimum je 45, nejlépe je, jestliže se pohybuje uprostřed
rozmezí. Malé CČ znamená dlouhou prodlevu, současně se vznítí více paliva, tzn.
rychlý nárůst tlaku a tvrdý chod motoru. Velké CČ znamená krátkou prodlevu, hoří už
u trysky, tzn. špatné promíchání, tvorba sazí a zapečení trysek. Na emise a korozní vliv
působí obsah síry. Po jejím spálení vznikají oxidy a s vodou kyseliny. Maximální
obsah má být do 0,5 %.
6.2 Uhlovodíková paliva z fosilních zdrojů plynná
Získávají se z fosilních zdrojů těžbou (zemní plyn - metan), destilací ropy
(propan, butan - PB). Plynná paliva jsou všeobecně vhodnější pro tvorbu směsi než
kapalná (nemusí měnit skupenství), mají i nižší emise, nesmývají olejový film, neředí
olej, netvoří karbon a jsou odolnější proti detonacím.
Propan – butan je v distribuci pod označením LPG (Liquid Petroleum Gases
– zkapalněné ropné plyny). Je to nejnižší frakce při destilaci ropy. Propan má
chemickou značku C3H8 a butan C4H10. Propan lze zkapalnit při teplotě 20 ºC a tlaku
0,85 MPa, butan při 0,23 MPa. Objem se tak zmenší až 250x. Tyto plyny jsou částečně
obsaženy i v zemním plynu. Jsou vhodné pro zážehové motory, mají ale menší
výhřevnost než benzín, proto pak je nižší Pe a vyšší mpe. Narušují také přírodní pryž
(nutné jsou potom syntetické těsnění a hadice).
62
Zemní plyn je v distribuci pod označením CNG (Compressed Natural Gas –
stlačený přírodní plyn). Těží se z ložisek pod povrchem jako nadloží ropy. Je tvořen
z největší části metanem s chemickou značkou CH4. Při tlaku až 20 MPa zmenšuje
objem 200x. Použitelný je i u vznětových motorů, má méně škodlivin než PB,
ale potřebuje větší zásobníky. Výhřevnost je 5x nižší než u benzínu, proto vzniká
i snížení Pe až o 15% a o stejné procento vyšší mpe. Pokles Pe lze řešit zvýšením ε.
Podchlazením jej lze i zkapalnit (kryogenní nádrže) s přetlakem 0,15 MPa tím až 600x
zmenší objem, ale vznikají pak ztráty odparem. Odpovídá OČ 100 – 130.
6.3 Uhlovodíková paliva z biomasy
Tato paliva by měla nezvyšovat obsah CO2 v atmosféře (co za rok spotřebují
rostliny, se zpět uvolní jejich spálením – rozdíl oproti fosilním). Toto však nemusí
vždy platit, protože do pěstování těchto plodin je nutné vložit práci a energii podle
technologie pěstování (mechanizované operace) a ty tuto výhodu značně zpochybňují.
Jsou však biologicky odbouratelná. Jsou kapalná (rostlinné oleje a alkoholy) a plynná
(bioplyn a dřevoplyn).
Rostlinné oleje jsou lisovaná semena olejnin. V EU jsou získávány z řepky
ozimé, v tropech z palmového oleje. Výhřevnost je srovnatelná s MN, mají ale vyšší
viskozitu a bod vzplanutí, proto jsou nutné další úpravy jako je esterifikace rostlinných
řepkových olejů (vzniká MEŘO – metyl ester řepkového oleje označovaný jako
bionafta první generace - u nás se již nepoužívá). Esterifikace je štěpení molekul.
Dnes se používá směs MEŘO s ropnými produkty a lehkými, nebo těžké alkany +
střední bezsirný destilát. Vzniká tak bionafta druhé generace. Alkany nesnižují
biologickou odbouratelnost, mají dobré palivové vlastnosti, nižší mazivost a exhalace.
Sirný destilát zvyšuje výhřevnost a Pe a tím nižší mpe ale není biologicky odbouratelný.
Lze přidávat i alkoholy, alfa oleiny et c. Viskozitu lze zvýšit ohříváním. Pokles Pe je
až o 5%, kouřivosti ale až o 50%. Nárůst Mp o 4% a emisí NOx. Může vznikat fritovací
zápach. Problematické je ředění mazacího oleje (zkrácení intervalu výměny na
polovinu, studené starty do - 3 ºC jako u MN jsou pak horší).
Alkoholy lze získat z rostlinných produktů nebo synteticky. Metylalkohol
(metanol), také dřevní líh, ze zemního plynu, etylalkohol (etanol, líh) z kvašení
a destilace surovin s cukrem, škrobem nebo celulózou (brambory, cukrová řepa,
obiloviny…). Lze je použít u vznětových i zážehových motorů. V EU se mísí
s benzínem do 3%. Mají vyšší mpe, detonačně jsou odolnější, snižují emise, ale horší
mazání. Proto se přidávají přísady dusičnanů a dusitanů, které mají ale vliv na emise
NOx.
Bioplyn vzniká jako produkt kvašení organické hmoty za nepřístupu vzduchu
(možnost zhodnocení odpadů a přebytků). Tvoří jej až z 75% metan CH4, zbytek CO2
a další plyny.
6.4 Vodík
Již několik desetiletí se uvádí jako možná náhrada ropy. Problematická (kromě
komerčních zájmů ropné lobby) je účinnost přeměny při jeho výrobě (štěpení
uhlovodíků nebo elektrolýza vody). Poslední výzkumy se zaměřují na získávání
vodíku pomocí bakterií (biotechnologie), nebo polopropustných membrán
(nanotechnologie). Spalovat lze i velmi chudou směs, emisemi jsou pouze H2O a NOx.
Zásobníky jsou z kovů Ti, Ni a Mg s možností chlazení (větší objem) a pro odběr je
nutné ohřívání.
63
6.5 Maziva a mazadla
Dle ČSN a podnikových norem sem patří motorové oleje, převodové oleje,
tlumičové a hydraulické oleje, strojní a konzervační oleje a plastická maziva a
mazadla.
Motorové oleje se rozdělují dle viskózních tříd dle metodiky SAE (Society of
Automotive Engineers - viz tabulka č. 4).
Tabulka č. 4 – Rozdělení motorových olejů
Plastická maziva a mazadla se dělí podle tabulky č. 5.
Tabulka č. 5 – Rozdělení maziv a mazadel
Plastická
maziva
Pro mobilní zařízení Víceúčelová LITOL 24, NH2
Jednoúčelová A00, A4...
Průmyslová
Víceúčelová
Jednoúčelová na kluzná ložiska
na valivá ložiska
pro extrémní teploty
64
Mazadla
Elastická na lana
na kloubové řetězy
Tuhá
grafit
Molyka MoS2
Vazelíny na kontakty…
Parafíny
Cerezíny
Stupně konzistence maziv a mazadel se zjišťují penetrační zkouškou a jsou
uvedeny v tabulce č. 6.
Tabulka č. 6 – Konzistence maziv a mazadel
Stupeň konzistence
OO
O
1
2
3
4
5
6
7
polotekutá
velmi měkká
měkká
poloměkká
střední
polotuhá
hutná
velmi hutná
tuhá
Penetrace při 25 C
nad 395
350-390
305-345
260-300
215-255
170-210
125-165
80-120
25-75
7. Zemědělská doprava
Pro přesné rozlišení a ohraničení jednotlivých stránek zemědělské dopravy se
používají základní pojmy, sjednocené i mezinárodně (v ČR jsou obsaženy v ČSN 26
0002).
Manipulace s materiálem je název pro veškerý pohyb materiálu, při kterém
se nemění jeho základní fyzikálně mechanické vlastnosti a nevzniká nová, vyšší užitná
hodnota. Zahrnuje dopravu (nakládání, přepravu i vykládání hmot a přemísťování
osob dopravními prostředky a zařízeními), přepravu (přemísťování materiálů, nebo
osob dopravními prostředky nebo zařízeními), ložné operace (nakládání, vykládání
a překládání materiálu), skladovou manipulaci (pohyb materiálu ve skladech)
a výrobní manipulaci (pohyb materiálu ve výrobní sféře mezi jednotlivými
výrobními operacemi). Jedná se o kombinaci dopravních prostředků, dopravníků
a mechanizmů, která zahrnuje komplex operací (naložení, přemístění, vyložení
a rozmístění). Motorové dopravní prostředky jsou traktory a zemědělské automobily
(4x4, velkoobjemové nástavby, zvýšená průchodnost), nemotorové jsou pro
vnitrofaremní přepravu ruční vozíky, nízko i vysokozdvižné a pro polní a vnější
přepravu přívěsy a návěsy. Manipulaci s materiálem provádí mechanické dopravníky,
pneumatické dopravníky, zařízení pro přemístění kapalin, kolejové a bezkolejové
dopravní prostředky ve stájích, nakládací a vykládací mechanizmy.
Z hlediska technologického i z hlediska zásadně odlišných technických
prostředků a organizačního řešení se v zemědělství rozlišují druhy dopravy na
dopravu statkovou (faremní - je charakterizována obvykle stále se opakujícím tokem
podobných materiálů v rámci základní výrobní jednotky - farmy). Jde o dopravu
objemných i jadrných krmiv ze skladů do stájí, dopravu mrvy na dopravní prostředky
ze stájí nebo na oddělené složiště, dopravu zvířat mezi stájemi, oběh náhradních dílů
mezi sklady a dílnami apod. Tato doprava se dá racionalizovat a někdy
i automatizovat. Dalším druhem je doprava polní (charakterizována pohybem
materiálu mezi farmou a polem). Většinou je těsně spojena s výrobními operacemi,
které zajišťuje buď materiálem (setí, sázení) nebo odvozem sklízených produktů.
Je výrazně sezónní a podstatně ovlivňuje efektivnost výroby, popřípadě ztrátovost
sklizně. Má největší objem i rozsah a vyžaduje největší spotřebu živé i zhmotnělé
práce. Jejím největším problémem je značná různorodost přepravovaných materiálů,
65
velký podíl jízd v terénu a často ve ztížených podmínkách. Další je pak doprava vnější
(veškerý pohyb materiálu mimo základní výrobní jednotku - podnik). Týká se
zásobování a odbytu, a to i v rámci kooperačního seskupení. Všechny tři druhy
dopravy mají některé společné rysy a někdy se mohou provádět i stejnými dopravními
prostředky. Dalším kritériem je rozdělení na dopravu technologickou (ve strojích
nebo linkách, nebo na ně navazuje), netechnologickou (po komunikacích
a pozemcích, navazuje na ostatní stroje), vnitropodnikovou (mezi objekty a pozemky,
80% se vzdáleností 1,4 - 2,6 km) a opět vnější (mimo prostor podniku). Dle náročnosti
na včasnost se dělí na termínovanou (neodkladná – mléko, palivo, náhradní díly,
krmivo, obilí, brambory) a netermínovanou (kde její odklad nezpůsobí ztráty).
Oproti klasické silniční dopravě má doprava v zemědělství své zvláštnosti.
Má výrazně sezónní charakter, dopravní prostředky se pohybují v různých terénech,
velkou roli mají klimatické vlivy a přepravuje se velké spektrum materiálů
(maloobjemové – zrno, brambory, zemina, velkoobjemové – seno, sláma, kusovité –
stroje, zvířata, nebo tekuté a kašovité). Na tunu finální produkce se přepraví 10 tun
materiálu. U traktorů tvoří doprava až 55% doby nasazení. Účelem je co nejkratší doba
přesunu a manipulace a maximální využití kapacity a výkonnosti dopravních
prostředků a zařízení, zvýšení tonáže, snížení počtu manipulací, vhodná dislokace
objektů a síť cest.
Způsoby pohybu dopravního prostředku jsou kyvadlový (opakovaný pohyb
mezi dvěma body - nejčastější), radiální (z několika bodů do jednoho) a kruhový (málo
používaný, např. rozvoz obědů, svoz osob).
Výkonnost dopravního prostředku se sleduje dle časového režimu, nosnosti
a jejího využití a technické rychlosti jízdy. Jednotky výkonnosti jsou tuny
(nezohledněna vzdálenost přepravy), tunokilometry (násobek tun a kilometrů)
a kilometry (nezohledněna hmotnost, použití pouze pro osobní přepravu).
Nakládání se provádí připojením za sklízecí prostředek (např. řezačku),
souběžnou jízdou se sklízecím prostředkem (sklízecí mlátička), sběrem z řádků
(samosběrací vozy) nebo pomocí nakladačů a manipulátorů.
Vykládání je možné provádět sklopením (mechanicky, hydraulicky,
pneumaticky), posuvným dnem nebo čelem (i s dávkováním), samotíží nebo tlakem
(u kapalin), pomocí nakladačů a manipulátorů (palety a kontejnery), drapáky (sypké
materiály), kolejovými dráhami, shrnovacími lopatami a lanovkami.
7.1 Mechanické dopravníky
Jsou to zařízení pro kontinuální dopravu sypkého nebo kusovitého materiálu
ve vodorovném, šikmém i svislém směru přímo i v oblouku.
Dělí se do dvou základních skupin. Bez tažného prostředku (spádové – skluzy
a válečkové trati, vibrační – žlaby a šroubové – šnekové a závitové) a s tažným
prostředkem (pásové, článkové, vlekoucí nebo hrnoucí a korečkové).
7.1.1 Skluzy
Používají se pro sypké a kusové materiály. Fyzikálně se jedná o nakloněnou
rovinu se sklonem podle koeficientu tření a sypného úhlu. Provedeny bývají jako žlaby
nebo trubky ze dřeva, plechu nebo latěk (propad nečistot – brambory). Jsou nedílnou
součástí zemědělských strojů, např. sklízecích mlátiček, kombinovaných sklízečů
brambor, sklízečů cukrovky, linek na posklizňovou úpravu obilnin, brambor apod.
66
Dávkování je možné provádět klapkami a uzávěry. Výkonnost se vypočte dle vztahu
37:
[m3.s-1]
Q=S.v.ρ.φ
(37)
Kde:
- průřez materiálu na dopravníku [m2]
- rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1]
- objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3]
- součinitel zaplnění dopravníku 0,2 - 0,5
S
v
ρ
φ
7.1.2 Válečkové trati
Používají se pro kusový materiál s rovnými plochami (pytle, palety, cukrovka,
brambory u sklízečů nebo u posklizňových linek). Mají menší koeficient tření a tím
i menší sklon 2 - 5º, možné jsou i oblouky (kuželové válečky). Konstrukčně jsou
vytvořeny z řady válců uspořádaných za sebou. Válce se otáčejí kolem své osy,
všechny ve stejném smyslu otáčení a nemusejí být ani poháněny. K usnadnění otáčení
jsou tyto uloženy v ložiskách. Bývají uloženy za sebou tak, aby vytvářely určitý spád.
Dopravují kusový materiál v šikmém směru shora dolů. Při opačném směru dopravy
nebo při dopravě ve vodorovném směru musí být válce poháněny elektromotorem.
Kašovitý materiál lze oddělovat od kusového, avšak kašovitý ani sypký materiál
dopravovat nelze. Takovýto materiál je nutno oddělovat od kusového.
7.1.3 Vibrační žlaby
Jedná se o pružně uložený žlab s klikovým mechanizmem, který s ním vibruje
frekvence do 2 Hz a amplitudou do 30 mm. Bývají řešeny i jako rošty pro propad
příměsí (odhliňovač u posklizňové linky brambor).
7.1.4 Šnekové dopravníky
Používají se pro sypké i kašovité materiály. Šnekovice je upevněna na hřídeli
v žlabu nebo trubce, přepravovat mohou vodorovně i šikmo. Jsou jednoduché, mají
malé rozměry a omezenou prašnost. Nevýhodou je větší tření, které vyžaduje vyšší
příkon a možnost poškození materiálu. Výkonnost se vypočte dle vztahu 38:
Q=
π .D 2
4
.v.ρ .ϕ .k
[m3.s-1]
(38)
Kde:
D
v
ρ
φ
k
- průměr šneku [m]
- rychlost materiálu = s.n (stoupání šnekovice a otáčky) [m.s-1]
- objemová hmotnost materiálu [kg.m-3]
- součinitel zaplnění 0,2 - 0,4
- součinitel sklonu dopravníku pro 20º = 0,6 pro 10º = 0,8
Spirálové dopravníky jsou konstrukčně stejné jako šnekové, pouze mají větší
součinitel zaplnění ≈ 10%, protože nemají středovou hřídel.
7.1.5 Pásové dopravníky
Využívají se zejména při uskladňování, nakládání nebo vykládání různých
kusových, sypkých, ale i kašovitých materiálů. Pás je napnutý mezi dvěma válci, horní
větev je nosná s válečky, násypkou a případně i shrnovavími clonami. Mohou být
stacionární, přenosné i pojízdné, dopravovat v rovině i šikmo. Pás může být plochý
67
pás i korýtkový, jsou pogumované, šířka až 250 cm, rychlost do 5 m.s-1. Výkonnost se
vypočte dle vztahu 39:
Q = S .v.ρ.ϕ
S
v
ρ
φ
[m3.s-1]
(39)
- průřez materiálu na dopravníku [m2]=2/3b.h (šířka a výška materiálu)
- rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1]
- objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3]
- součinitel zaplnění dopravníku 0,95
7.1.6 Článkové dopravníky
Mají místo pásu řetězy nebo lana s hrabicemi v korytu (redlery) nebo laťkové
(prutové) dopravníky. Jsou odolnější proti mechanickým vlivům a mají možnost
výměny pouze poškozených článků. Pracují i při větším sklonu, ale jsou hlučnější.
Rychlost je do 0,8 m.s-1. Jsou hrnoucí nebo vlekoucí. Pracovní může být i dolní větev.
Příkladem použití je řetězový otevřený oběžný shrnovač na mrvu s rychlostí do 0,5
m.s-1 a zaplněním do 80%, lanový otevřený dopravník jako krmítka pro drůbež
v klecích, lanové uzavřené dopravníky s ponořenými hrably jako plnící potrubí
krmítek, nebo bezžlabové dopravníky položené na hromady materiálu. Výkonnost se
vypočte také podle vztahu 39.
7.1.7 Korečkové dopravníky
Tyto dopravníky se používají zejména pro dopravu materiálu ve svislém nebo
šikmém směru. Proto se jim někdy říká výtahy. Korečky jsou otevřené nádoby různého
tvaru připevněn na pásech, řetězech nebo lanech v šachtách. Ve spodní části
dopravníku nabírají materiál, který vyprazdňují při změně směru pohybu dopravníku
v jeho horní části (odstředivé i gravitační vyprazdňování). Šířka je do 30 cm, rychlost
do 5 m.s-1. Výkonnost se vypočte dle vztahu 40:
Q=
O
t
v
ρ
φ
O
.v.ρ .ϕ [m3.s-1]
t
(40)
- objem korečku [m3]
- rozteč korečků [m]
- rychlost pohybu po dopravníku [m.s-1]
- objemová hmotnost přepravovaného materiálu [kg.m-3]
- součinitel zaplnění dopravníku 0,9
7.2 Pneumatické dopravníky
Jedná se o dopravu potrubím v proudu vzduchu. Je možná ve všech rovinách i
zakřiveních, používá se variabilní potrubí dle potřeby, mobilní i stabilní, je beze ztrát
a prašnosti. Vhodná pro materiály s nízkou objemovou hmotností.
Sací pneumatická doprava se používá pro sypké, zrnité a prašné materiály
(suchá řezanka). Potrubí je o průměru 70 - 300 mm, rychlost vzduchu 15 - 50 m.s-1,
podtlak 25 - 50 kPa. Ve ventilátoru je čerstvý vzduch (odsává z cyklónu).
Tlačná pneumatická doprava se používá také pro sypké a zrnité materiály.
Má násypku a na konci výfuk, nebo odlučovač. Kombinovaná využívá přetlaku
i podtlaku, materiál může procházet i ventilátorem (metačem). Ventilátory jsou
lopatkové rotační stroje (radiální odstředivé a axiální dopravují v ose rotace. Podle
tlaku jsou nízkotlaké do 15 kPa s množstvím do 100 m3.s-1, středotlaké do 40 kPa
s množstvím do 25 m3.s -1 a vysokotlaké nad 40 kPa s množstvím do 20 m3.s-1.
68
Potrubí se používá pevné nebo rozebíratelné (variabilní) s těsným spojením.
Zrnomety mají průměr do 300 mm, senomety průměr do 700 mm. Rozbočky a oblouky
mají úhly nad 20º. Násypky se umisťují v místě zeslabení (injektor - Venturiho
podavač), regulace se provádí hradítkem, nebo turniketem. Odlučovače – cyklóny
mají tangenciální přívod pro víření a separaci odstředivou silou. Materiál s vyšší
objemovou hmotností klesá dolů a vzduch je odváděn nahoře uprostřed.
V porovnání s mechanickými dopravníky je pneumatická doprava energeticky
náročnější díky skluzu mezi rychlostí vzduchu a dopravovaného materiálu.
Je jednodušší a variabilnější, vhodnější pro řezanku s vlhkostí do 30 %, seno do 35 %.
Vlhčí materiály lze dopravovat pouze svisle, vodorovně do vzdálenosti maximálně
10 m.
7.3 Doprava kapalin
Používá se doprava potrubím a po ose.
U dopravy kapalin potrubím musí toto být nepropustné a těsné. Jako materiál
potrubí se volí železné i neželezné kovy a plasty, keramika a sklo. Kapaliny mají
dopravovány beze změny teploty a tlaku, proto je důležité volit vhodné armatury.
Jako armatura se používá kohout (má otočný kužel s možností otevřeno a zavřeno
otočením o 90º), ventil (kuželka v sedle s regulací šroubem), šoupě (srdce ve dvou
zkosených rovinách s regulací šroubem) a klapka (pro regulaci škrcením průtoku,
nelze úplně uzavřít).
7.3.1 Faremní vodovod
Má jímadlo (zdroj - vrt, pramen), čerpací stanici, zásobník a potrubí
s armaturami. Potřeba vody se vypočítává z důvodů bilance a hydrotechnických
požadavků. Na jednu VDJ (velká dobytčí jednotka – 500 kg živé hmotnosti) se počítá
se potřebou 46,3 l.den-1 (kůň 1,4, skot 0,8, vepř 0,2 VDJ). Maximální denní potřeba
Qm se počítá pro vydatnost zdrojů a velikost zásobníků dle vztahu 41:
[
Qm = Qd .k d .k z m 3 .d −1
]
(41)
Kde:
Qd
kd
kz
– maximální denní potřeba (počet zvířat x norma na jedno) [m3.d-1]
– denní nerovnoměrnost 1,4 - 1,6
– ztráty 1,1
Maximální hodinová spotřeba Qh se kalkuluje pro průměry rozvodů až k místu
spotřeby dle vztahu 42:
Qh =
[
Qm
.k h m 3 .h −1
24
]
(42)
Kde:
kh
– hodinová nerovnoměrnost 3,6
Vydatnost zdroje Qp se vypočítává pro dobu činnosti čerpadla t dle vztahu 43:
Q p = Qh .
[
24 3 −1
m .h
t
]
(43)
Provedení vodovodů je buď výtlačné (s gravitační nádrží čerpá do nádrže a ke
spotřebě, přebytek v nádrži a po naplnění vypne čerpadlo a po vyprázdnění ho zapne,
69
nebo s tlakovou nádrží dle tlaku v nádobě spíná čerpadlo) a gravitační (hydroglóbus).
Kapacita nádrže se volí na půldenní spotřebu. Výtlačné vodovody mají malý průměr
potrubí s rychlostí 0,6 - 0,8 m.s-1, nebo velký průměr s rychlostí 0,8 - 1,2 m.s-1.
Gravitační vodovody mají v potrubí a rozvodech rychlost 1,0 - 1,5 m.s-1. Sací větev
pak rychlost 0,4 - 0,6 m.s-1.
Vodovodní síť může být větvená (náchylná na poruchy) nebo kruhová
(možnost zásobení z druhé strany při poruše). Tlakový rozvod se používá pro sociály,
úklid, čištění a hašení, nízkotlaký rozvod pro napájení zvířat (s přerušovací nádrží).
Návrh potrubního rozvodu vychází z Bernouliho rovnice pro dopravované
množství Q (kapalina je nestlačitelná) dle vztahu 44:
[
Q = S1.v1 = S 2 .v2 = konst m 3 .s −1
]
(44)
Kde:
- průřez potrubí (světlost) [m2]
- rychlost proudění v potrubí [m.s-1]
S
v
Návrhy průřezů se volí podle rychlosti. Při vysokých rychlostech může být
menší světlost, ale větší nároky na čerpadlo.
Čerpadla se používají hydrostatická (s přímou přeměna mechanické energie pístová, plunžrová, membránová, vřetenová, křídlová) a hydrodynamická (odstředivá
a vrtulová). Volba se provádí podle průtoku Q a dopravní výšky Hd. Příkon čerpadla
P se pak vypočte dle vztahu 45:
P=
Q.H d ρ .g
ηč
[W ]
(45)
Kde:
ρ
g
ηč
- objemová hmotnost přepravované kapaliny [kg.m-3]
- tíhové zrychlení = 9,81373 [m.s-2] pro Prahu
- účinnost čerpadel ≈ 80%
Rozvody teplé užitkové vody TUV se používají v sociálech, porodnách,
dojírnách a mléčnicích. Vypočítáváme zde objem ohřívače Vohř dle vztahu 46:
Vohř = Vsm .
t sm − t0 3
V .(t − t ) + V2 .(t 2 − t0 )...Vn .(t n − t 0 ) 3
m = 1 1 0
m
t max − t 0
t max − t 0
[ ]
Kde:
Vsm
- objem směsné vody [m3]
tsm
- teplota směsné vody [ºC]
- teplota vstupní vody [ºC]
t0
tmax
- maximální teplota ohřáté vody [ºC]
Indexy 1, 2 až n jsou různá odběrná místa.
Teplo potřebné na ohřev vody Qv se vypočte dle vztahu 47:
70
[ ]
(46)
Qv = m.c.∆t [kJ ]
(47)
Kde:
m
c
Δt
- hmotnost ohřáté vody [kg]
- měrné skupenské teplo vody 4,186 [kJ.kg.ºC-1]
- rozdíl teplot vstupní a výstupní vody [ºC]
Příkon ohřívače P se pak vypočte dle vztahu 48:
P=
Qv
[kW ]
3600.T .η ohř
(48)
Kde:
T
ηohř
- doba ohřevu [s]
- účinnost dle izolace ≈ 90%
7.3.2 Doprava kapalin po ose
Po ose se nejčastěji dopravuje napájecí voda, mléko, pohonné hmoty, tekuté
výkaly a močůvka. Používají se k tomu přívěsné cisterny nebo nástavby nákladních
automobilů. Mají gravitační nebo tlakové vyprazdňování (s vývěvou i pro plnění).
Umožňují i homogenizaci výkalů před plněním a při vyprazdňováním, separaci tuhé
a tekuté složky a zapravování do půdy.
7.4 Doprava krmiv
Linky krmení jsou sestaveny s ohledem na to, že při proudové výrobě jsou
pracovní procesy prováděny komplexem souprav a agregátů. Vazbou na normu času
(požadovaný rytmus) se volí výkonnost linky. Linka je pak souhrn účelově
sestavených strojů, a pracovišť včetně obsluhy ke splnění technologické části
výrobního procesu s požadovanými ukazateli v prostoru a čase.
Dle účelu se všeobecně linky dělí na jednoúčelové a víceúčelové s možností
měnit agregáty a nástavby Dle použitých strojů mohou být složeny z jednotlivých
agregátů (na synchronizaci výkonností), nebo z celých technologických komplexů
(posklizňové linky…). Dle uspořádání strojů v lince jsou horizontální (sériové) za
sebou (nejčastější, pozor na poruchy) a vertikální (paralelní) vedle sebe v různých
výškách (doprava z nejvyššího samospádem do několika nižších). Dle postupu
materiálu v lince jsou prosté (články linky na sebe sériově navazují se stejným
tempem a množstvím materiálu - stejné výkonnosti) a větvené (materiál se postupem
v lince paralelně větví nebo spojuje). Dle vazby pracovišť jsou synchronizované
(tempo - výkonnost je u všech stejné) a nesynchronizované (každá má svůj rytmus,
výkonnost sladěna ve vyšších časových horizontech -směna, den).
Podle způsobu práce se linky krmení dělí na stacionární (kontinuální
a s meziskladem), mobilní (přívěsné krmné vozy nebo samochodné míchací krmné
vozy) a kombinované (se stabilní míchárnou). Krmné vozy
pro
všechny
kategorie zvířat (skot, prasata a drůbež) musí zajistit hlavní operace (naložení,
přeprava do stáje, dávkování a založení do krmného prostoru a návrat). Požadavky na
ně se týkají odpovídající výkonnosti, ale i zootechnické a hygienické požadavky,
bezpečnost obsluhy i zvířat a rozměry (vjíždí do staveb).
7.4.1 Krmní skotu
71
Zootechnické požadavky spočívají v časové omezenosti (doba krmení do 20´),
pravidelnosti krmení (2x denně s odchylkou ± 15´) a skladbě a vyrovnanosti dávky.
Výkonnost má odpovídat velikosti krmné dávky pro každé zvíře, je možné i dávkování
jadrného krmiva. Konstrukčně jsou řešeny jako elektrické i míchací a samojízdné.
Samovyprazdňovací přívěsy projíždí krmnou chodbou nebo do přípravny,
posunují materiál v podélné ose a vyprazdňovacím ústrojím zakládá do jedné nebo
obou stran do krmného místa. Elektrické krmné vozy se většinou pohybují pouze
přípravny nebo blízkých skladů.
7.4.2 Krmení prasat
Linky zde zabezpečují dopravu do stáje, rozdělení a dávkování do krmítek
nebo žlabů. Technologické linky se liší podle toho, jestli se krmí suché krmné směsi,
nebo tekuté a kašovité. Požadavky jsou kladeny zejména na složení krmné dávky,
její kvality a množství a intervaly krmení (světelný režim). Používají se
samovyprazdňovací vozíky pro suchá, kašovitá i tekutá krmiva do žlabů i krmítek
(elektrické nebo přívěsné s vyprázdněním mechanicky nebo přetlakem a regulací
dávky) nebo potrubní doprava (tekuté krmivo z přípravny tlakem vzduchu a dle
světelného režimu do různých stájí).
7.4.3 Krmení drůbeže
Doprava a zakládání sypkých nebo granulovaných krmiv i vlhčených směsí
v klecovém i podlahovém chovu. Používají se elektrické krmné vozíky na kolejích
nebo krmítka - zakládací krmné prostředky (příjmový zásobník, mechanické
hrnoucí dopravníky do koryt nebo do krmítek). Příjmový zásobník je ocelový nebo
plastový válec dole kuželovitý pro výpad samospádem. Zkosení má být podle sypného
úhlu materiálu (nebezpečí tvorby klenby – vibrátor). Objem závisí na intervalu plnění
a intenzitě vyprazdňování (7 - 10 dní zásoba). Mohou být opatřeny i tenzometrickým
vážením. Plnící dopravníky vedou od zásobníku ke krmnému místu, a to samospádem,
nebo hrnoucí, šnekové nebo spirálové dopravníky. Zakládací krmné prostředky jsou
buď do zásoby – zásobní krmítka (tubusy), pro skupinu, stavitelná výška, objem až
třídenní dávka, nebo individuální dávkovače - objemové nebo hmotnostní (i pro
skupiny). Umožňují elektronické sledování a řízení.
7.5 Doprava výkalů
Se liší podle fyzikálně mechanických vlastností – obsahu sušiny. Tuhá frakce
je vlastně slamnatý hnůj s obsahem do 25% sušiny a tekutá frakce – močůvka, nebo
kejda. Závisí především na ustájení zvířat (vazné, boxové, rošty, hluboká podestýlka).
Tuhé složky se dopravují shrnovači (oběžný nebo vratný), šípovými lopatami,
šnekový dopravník a čelní vyhrnovací radlicí. Tekuté složky pomocí kalových
čerpadel, pod rošty kanály s využitím hydraulických vlastností (přerony a jímky).
Před aplikací se provádí homogenizace, u skotu i separace a využití na plastické
stelivo. Při dopravě a manipulaci s výkaly je nutno brát zřetel na ekologii a životní
prostředí.
8. Seznam použité literatury
72
BAUER F., SEDLÁK P. a T. ŠMERDA (2006): Traktory. MZLU v Brně 191 s. ISBN
80-86726-15-0.
BAUER F. (2013): Traktory a jejich využití, 2. vydání. Nakladatelství ProfiPress, s. r.
o., Praha. 224 str., ISBN 978-80-86726-52-6.
BAUMRUK P. (1996): Příslušenství spalovacích motorů. Praha, ČVUT, s. 61. ISBN
80-01-01103-8.
BENEŠ P. (2016): Vhodné spojení komfortu a univerzálnosti, Mechanizace
zemědělství, Profi Press Praha, ročník:12 1/2016, str. 31- 33, ISSN 0373 – 6776.
BOSCH R. (2009): EPS 200 Manual Automotive Aftermarket- diagnotics. Robert
Bosch GmbH. 72 s.
BRANDEJSOVÁ E., PŘIBYLA Z. (2009): Bioplynové stanice: (zásady zřizování a
provozu plynového hospodářství). 1. Praha: GAS. GAS. 118s. ISBN 9788073281922.
DE CET M. (2008): Traktory: encyklopedie od A do Z. 4. vyd. Přeložil Karel Kopička.
Praha: Levné knihy KMa, s. 299. ISBN 9788025501221.
DEMPSEY P. (2007): Troubleshooting and repair of diesel engines. 4th ed.
Maidenhead: McGraw-Hill Professiona, 390 s. ISBN 0071493719.
DUMITRU M. (2010): Researches on the alternative fuels which can be used to
motors.. Journal Bulletin of University of Agricultural Sciences and Veterinary
Medicine Cluj-Napoca. Agriculture. 67(1), 115-121 s. ISSN 1843-5246.
ERJAVEC J. (2009): Automotive technology a systems approach. 5. Clifton Park:
Delmar. 1664 s. ISBN 978-1428311497.
FERENC B. (2004): Spalovací motory, karburátory a vstřikování paliva. 1. vyd.
Praha: Vydavatelství a nakladačství Computer Press. 388s. ISBN 80-251-0207-6.
FROLÍK J., SVATOŠ J.,(1997): Základy zemědělské techniky II. Jihočeská univerzita
v Českých Budějovicích, 246 s. ISBN 80-7040-243-1.
GREČENKO A. (1963): Kolové a pásové traktory. SZN Praha, 402 s.
HOREJŠ K. a V. MOTEJL (2009): Příručka pro řidiče a opraváře. Littera Brno 386
s. ISBN 978-80-85763-52-2.
HROMÁDKO J. (2011): Spalovací motory: komplexní přehled problematiky pro
všechny typy technických automobilních škol. Praha: Grada, 296 s. ISBN 978-80-2473475-0.
HRUŠKA J. (2016): Nejsilnější v historii značky, Farmář, Profi Press Praha, ročník
22, číslo 3/2016, str. 80-81, ISSN 1210-9789.
JAN Z., ŽĎÁRSKÝ B. (2003): Automobily 4. 1. Vydání. Brno: Nakladatelství Avid,
s.r.o., 266 s. ISBN 80-3752463-4.
JAN Z., ŽDÁNSKÝ B., KUBÁT J. (2008). Elektrotechnika motorových vozidel. Brno:
AVID, 211 stran. ISBN 978-80-87143-14-8.
JAN Z., a B. ŽDÁNSKÝ (2010): Automobily 4: Příslušenství. 3. Brno: Avid. 313 s.
ISBN 978-80-87143-16-2.
73
JAN Z., a B. ŽDÁNSKÝ (2012): Automobily 3: Motory. 7. Brno: Avid. 179 s. ISBN
978-80-87143-21-6.
JAVOREK F., (2014): Automobilová a traktorová doprava se doplňují. Mechanizace
zemědělství, ročník LXIV, č. 6, 56 s., ISSN: 0341-0412.
JAVOREK F. (2015): Komplexní pohled na technologii dopravy. Mechanizace
zemědělství. ročník LXV., č.6, 120 s., ISSN: 0373-6776.
JAVOREK F. (2015): Zemědělské nákladní automobily. Farmář, ročník XXI, č.12,
56 s, ISSN: 1210-9789.
JAVOREK F. (2016): Provedení čelních nakladačů, Farmář, Profi Press Praha, ročník
22, číslo 4/2016, str. 52-55, ISSN 1210-9789.
JÍLEK P., (2013): Úvod do spalovacích motorů. Pardubice: Univerzita Pardubice,
skripta. 200 s. ISBN 978-80-7395-743-8.
KOŠŤÁL J., SUK B. (1963): Pístové spalovací motory, Praha: Nakladatelství
akademie věd.
JÍLEK P. (2013): Úvod do spalovacích motorů. Pardubice: Univerzita Pardubice,
skripta. 200 s. ISBN 978-80-7395-743-8.
LIBRA M. POULEK V. (2007): Zdroje a využití energie. V Praze: Česká zemědělská
univerzita. 141 s. ISBN 9788021316478 LIBRA M., POULEK V. (2007): Zdroje a
využití energie. V Praze: Česká zemědělská univerzita. 141 s. ISBN 9788021316478.
LUPOMĚCH F. (2007): Traktory Zetor unifikovaná řada I. Zemědělský týdeník,
Praha. 392 str., ISBN 978-80-87002-03-2.
MACEK J. (1996): Spalovací motory I. Praha: ČVUT Praha. 242 s. ISBN 80-0100919-X.
PAVELEK M. (2003): Termomechanika. Vyd. 3. přeprac., V Akademickém
nakladatelství CERM 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM. 286 s. ISBN
80-214-2409-5.
POHL R. (1997): Úvod do dopravní a manipulační techniky: Úvod a názvosloví. 1.
Praha: Vydavatelství ČVUT, 140 s, ISBN 8001016961.
REIF K. (2010): Dieselmotor-Management im Überblick., 210 s. ISBN 978-3-83489716.
REMEK B. (2012): Automobil a spalovací motor: historický vývoj. Praha: Grada, 159
s. ISBN 978-80-247-3538-2.
STEHNO L. (2015): CTF – zkušenosti z domova i zahraničí. Mechanizace
zemědělství. Profi Press Praha, ročník 65, číslo 8/2015, str. 86-88, ISSN 0373-6776.
SVATOŠ J., KARÁSEK J. (1992): Základy zemědělské techniky I. Jihočeská
univerzita v Českých Budějovicích, 190 s. ISBN 80-85645-03-3.
SVATOŠ J., FROLÍK J. (2000): Základy zemědělské techniky I. 1. vyd. České
Budějovice: Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích, s. 102-117. ISBN 80-7040464-7.
SYROVÝ O., BARTOLOMĚJEV A., GERNDTOVÁ I., HOLUBOVÁ V.,
KOVAŘÍČEK P., KUBÍN K., MAYER V., NOVÁK M., PASTOREK Z., PRAŽAN
74
R., SKALICKÁ J. (2008): Doprava v zemědělství. 1. vyd., Nakladatelství Profi Press,
Praha, 248 s. ISBN 978-80-86726-30-4.
ŠUMAN-HREBLAY M. (2011): Encyklopedie českých traktorů: od r. 1912 do
současnosti. Vyd. 1. Brno: Computer Press. Autosalon (Computer Press), s 210. ISBN
978-80-251-2685-1.
VELEBIL, M., MATĚJKA J., SAIDL M., CEMPÍREK B.; VERGRICHT J.,
SYROVÝ O., HOLUBOVÁ V., HŮLA J., FÉR J., SKALICKÝ J.,
BARTOLOMĚJEV A., ABRAHÁM Z. (2002): Zemědělská technika dnes a zítra,
Praha: Profi Press, s.:144, ISBN 80-902413-4-4
VLK F. (2002a): Elektronické systémy motorových vozidel. Díl 2, 1. vyd. Brno:
František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 299-592s., ISBN 80-238-7282-6.
VLK, F. (2002b): Příslušenství vozidlových motorů. Brno: Vlk. 338 s. ISBN 97880238-8755-6.
VLK F. (2003a): Elektronické systémy motorových vozidel. Díl 1, 2. vyd. Brno:
František Vlk, nakladatelství a vydavatelství, 298s., ISBN 80-239-0026-9.
VLK F. (2003b): Vozidlové spalovací motory. 1.vyd. Brno, nakladatelství a
vydavatelství Prof. Ing. František Vlk, DrSc., s 117-141. ISBN 80-238-8756-4.
VLK F. (2005): Zkoušení a diagnostika motorových vozidel. Brno. ISBN 80-2386573-0.
VLK F. (2006): Automobilová elektronika 3: Systémy řízení motoru a převodů. 3.
Brno: František Vlk, 355 s. ISBN 80-239-7063-1.
WEBER F. (2016): Zemědělský kalendář, Účinnost a ekologie. ZK spol. s r. o. Brno,
ročník 2016, str. 51-63, ISBN 978-80-904388-6-6
75