Buldożery na kołach

Dawno temu w Ameryce…

Protoplastą spycharki kołowej jest ładowarka kołowa, którą w znanej nam dzisiaj formie skonstruował w 1939 r. Frank G. Hough, amerykański inżynier, konstruktor i twórca znanej w świecie linii tych maszyn, zwanych „Payloader”. To właśnie on zastosował w nich m.in. napęd na cztery koła, zmiennik momentu i hydrostatyczną skrzynię biegów.

Z kolei twórcą pierwszej spycharki kołowej był inny amerykański konstruktor i autor około 300 patentów – Robert Gilmour LeTourneau. W 1947 r. zamienił on ładowarkowy układ roboczy składający się z wysięgnika i łyżki na spycharkowy, czyli belki nośne i lemiesz. W zakładach LeTourneau skonstruowano cztery modele tzw. Tournadozers o mocy silnika 750, 300, 160 i 143 KM. Pierwszy z nich pozostał w fazie prototypu, pozostałe nie odniosły zbyt wielkiego sukcesu rynkowego, ale największą popularnością cieszyła się maszyna o mocy 160 KM, której produkcję kontynuowano aż do 1972 r. Tournadozery miały mechaniczny napęd na wszystkie cztery koła i elektryczne sterowanie osprzętem roboczym. Potem powstały kolejne modele z trzema, czterema i pięcioma kołami, o mocy silnika od 420 do 1260 KM (sic!), osiągające masę eksploatacyjną do 160 ton! To były naprawdę stalowe potwory na kołach.

Innymi liczącymi się producentami spycharek kołowych na świecie w tym okresie były wyłącznie amerykańskie firmy, takie jak: Caterpillar Inc., Allis-Chalmers Manufacturing Co.,  Clark Equipment Co. i International Harvester Co. W celu poszerzenia swojej oferty asortymentowej dwie ostatnie korporacje kupiły w 1952 r. zakłady produkujące ładowarki kołowe. Pierwsza sięgnęła po Michigan Power Shovel Co., druga zaś – po Hough Co. (firmę od Payloaderów). Parę lat później pod marką Michigan zaprezentowano kilka modeli spycharek kołowych o mocy silnika od 162 do 375 KM. W tym czasie opracowano i wprowadzono nowatorskie rozwiązanie konstrukcyjne w postaci ramy przegubowej, zamiast – jak dotychczas – sztywnej. To zdecydowanie zmniejszyło promień skrętu i zwiększyło zwrotność maszyny. Swoją pierwszą spycharkę kołową z przegubową ramą Harvester zaprezentował w 1961 r. Miała silnik o mocy 600 KM i ważyła 64 tony. Trzy lata później pojawiły się maszyny o mocy 220 i 300 KM.

Fot. 1 Spycharka S3 produkowana w latach 70. w Stalowej Woli

W 1962 r. firma Allis-Chalmers pokazała światu największą tego typu maszynę, jaką wówczas wyprodukowano – 75-tonowego kolosa o mocy silnika 870 KM. Rok później swoją ofertę uzupełniła o kolejne dwa modele z silnikami o mocy 184 i 310 KM.

Oczywiście w konkurencyjnych szrankach nie mogło zabraknąć firmy Caterpillar. W 1963 r. przedstawiła ona dwa modele spycharek kołowych o mocy silnika 300 i 400 KM, także z przegubowymi ramami. Siedem lat później na rynku pojawiła się najmniejsza tego typu maszyna o mocy 170 KM. Te trzy modele (814, 824 i 834) były produkowane przez prawie dwie dekady. Dopiero w 1997 r. firma dodała do swojej linii kolejne dwa modele (844 – 625 KM, i 854 – 800 KM) po zakupie australijskiej firmy Tiger Engineering Pty Ltd.

…i nieco później w Europie

W Europie znaczącym producentem tego typu konstrukcji był niemiecki Zettelmeyer Baumaschinen GmbH, który w 1968 r. niedaleko Trewiru (w miejscowości Konz) uruchomił produkcję ładowarek kołowych. W 1977 r. w ich programie produkcji pojawiła się spycharka kołowa o mocy silnika 280 KM (model ZD 3000) posiadająca nowe rozwiązanie konstrukcyjne polegające na zamontowaniu belek nośnych lemiesza pomiędzy kołami, a nie – jak dotychczas – na zewnątrz układu jezdnego. Z czasem fabryka została wcielona do międzynarodowego holdingu IBH, który wkrótce zbankrutował (w 1983 r.). W rezultacie różnorodnych przemian rynkowych firma Zettelmeyer w 1991 r. została przejęta przez szwedzki koncern Volvo Construction Equipment.

Model ZD 3000 o wadze 23 ton i pojemności lemiesza 6,6 m³ napędzany był dziesięciocylindrowym silnikiem wysokoprężnym. Miał przegubową ramę i kąt skrętu 38º, a dzięki hydropneumatycznemu zawieszeniu osiągał prędkość 62 km/h (sic!). Pokonywał także przeszkody wodne o głębokości do 1,2 m i potrafił zagłębić lemiesz w grunt do 0,4 m. W kabinie z przesuwnymi z obu stron drzwiami i tylną szybą oraz dodatkowym oknem w dachu znajdował się fotel operatora z podłokietnikami. Nowością było zamontowanie wciągarki.  

Operator sterował lemieszem za pomocą tylko jednej dźwigni. Lemiesz miał uchylne krańcowe części, które redukowały jego szerokość do 2,75 m. Dzięki takiemu rozwiązaniu maszyna mogła poruszać się bez przeszkód po drogach publicznych. Lemiesz operował aż w ośmiu położeniach.    

Fot. 2 Spycharka kołowa firmy Zanam-Legmet

Tak było i jest w Polsce

Pierwsze krajowe spycharki kołowe wyprodukowano w polskiej stolicy maszyn budowlanych – Stalowej Woli. To miasto nad Sanem powstało w 1938 r. w ramach wielkiego planu gospodarczego II RP – Centralnego Okręgu Przemysłowego. Dzięki mechanizmom obowiązującym w gospodarce planowej typu nakazowo-rozdzielczego zdecydowano, że opracowana w 1969 r. przez warszawskie Centralne Biuro Konstrukcyjne Urządzeń Budowlanych dokumentacja na spycharkę kołową zostanie wdrożona do realizacji właśnie tam – w Zakładach Mechanicznych Huty „Stalowa Wola”.

Maszynę oznaczono symbolem „S-3”. Była przeznaczona przede wszystkim do niwelacji terenu, usypywania wałów z ziemi, piasku, żwiru, do zgarniania śniegu i podobnych prac. Zastosowano w niej hydrauliczny cylinder wychylania, co umożliwiało opuszczanie prawej lub lewej dolnej krawędzi lemiesza poniżej powierzchni gruntu nawet do 0,55 m. Pozwalało to stosować spycharkę także do prac przy usuwaniu pni drzew, przerywaniu korzeni, przemieszczaniu odłamków skał lub wykopywaniu rowów. W latach 1972–1973 zmontowano jedynie kilkanaście sztuk, a potem zaniechano ich produkcji.

Stalowowolska spycharka „S-3” ważyła 16 ton i składała się ze sztywnej ramy, do której zamocowano przedni zespół napędowy złożony z przekładni głównej, przekładni różnicowej (dyferencjału) i z wbudowanych w piastę kół przekładni planetarnych oraz skrętny tylny most napędowy posiadający dodatkowe przeguby homokinetyczne umożliwiające skręt kół. Tylny most ułożyskowano obrotowo w osi podłużnej maszyny, zapewniając mu obrót do 11º, tym samym zagwarantowano trzypunktowe podparcie maszyny podczas poruszania się po nierównościach terenu. Napęd zapewniał maszynie sześciocylindrowy silnik wysokoprężny (na licencji angielskiego Leylanda) o mocy 179,5 KM, który został połączony z hydrokinetycznym zmiennikiem momentu i czterobiegową, przełączalną pod obciążeniem skrzynią biegów oraz przednim mostem. W razie potrzeby przy jeździe w trudnych warunkach terenowych napęd można było włączyć na oba mosty. Spycharka osiągała maksymalną prędkość do 39 km/h. Miała wodny system chłodzenia z pompą i termostatem.

W przedniej części zamontowano osprzęt roboczy składający się z belki poprzecznej umocowanej pod ramą główną, belek nośnych i lemiesza o pojemności 3,25 m³. Można było go podnosić na wysokość 0,9 m i opuszczać, jak wspomniano wcześniej, do 0,55 m oraz przechylać, uzyskując kąt profilowania ± 8º. Ruchy lemiesza (podnoszenie, opuszczanie i poprzeczne pochylenie) uzyskiwano za pomocą cylindrów i pompy hydraulicznej angielskiej firmy Hamworthy.

Stanowisko operatora znajdowało się w środkowej części maszyny. Była to oszklona kabina z pochyloną przednią szybą i ogrzewana. Znajdował się w niej fotel operatora (nie taki komfortowy jak obecnie i bez pasa bezpieczeństwa), pulpit z niezbędnymi wskaźnikami i lampkami kontrolnymi oraz dźwigniami sterującymi. Skręt maszyny uzyskiwano poprzez obrót kierownicą sprzężoną z rozdzielaczem w układzie śledzącym, który odpowiednio kierował olej do cylindrów powodujących skręt tylnej pary kół. Układ skrętu pracował tylko przy włączonym silniku.

Obecnie w Polsce spycharki kołowe wytwarza Dolnośląska Fabryka Maszyn „Zanam-Legmet” (Legnica i Polkowice), nasz największy producent maszyn i urządzeń dla sektora górniczego. Od wielu lat dostarcza różne maszyny i urządzenia górnicze dla kopalń i zakładów Grupy Kapitałowej KGHM „Polska Miedź” S.A., kopalń soli, cynku i ołowiu, a także eksportuje je do Niemiec, Francji, Estonii, Rosji, Kazachstanu, Uzbekistanu, Turcji czy Pakistanu. Przeznaczone są one wyłącznie do pracy pod ziemią, co warunkuje zarówno ich konstrukcję, jak i zastosowane technologie. Dlatego tworzą specyficzną grupę maszyn, których nie można porównywać do naziemnych spycharek kołowych.

Dlaczego buldożer na kołach?

Kołowy nośnik doskonale nadaje się do szybkiego przemieszczania maszyn z miejsca na miejsce po asfaltowych drogach, bez niszczenia ich nawierzchni w takim stopniu jak gąsienicowy układ jezdny, a także w trudnym terenie. Dzięki temu, że spycharki kołowe są bardzo mobilne i eliminują dodatkowe środki transportu konieczne przy pracy, oraz szybko przemieszczają urobek, dokonując jednocześnie jego częściowego zagęszczenia. Dlatego znalazły zastosowanie przy wstępnym niwelowaniu terenu przez zgarnianie nadkładu lub rozścielanie warstwy tłucznia, np. w czasie budowy lotniska, kompleksu przemysłowego albo dróg. Poza tym można je wykorzystywać jako popychacz zgarniarek w celu zwiększenia ich siły skrawania. Jednak najczęściej stosuje się je w kopalniach odkrywkowych lub żwirowniach do formowaniu usypisk i zwałek, a także na węglowych hałdach w elektrowniach lub ciepłowniach. Nadają się również do wszelkiego rodzaju prac rekultywacyjnych na terenach pogórniczych, do wyrównywania dróg dojazdowych na placu budowy czy usuwania śniegu z drogi.

Wczesne modele spycharek kołowych, aż do końca lat 50. ubiegłego wieku, miały linowo-wciągarkowy system podnoszenia lemiesza, podobnie jak ówczesne spycharki gąsienicowe, i były stosowane do lekkich prac ziemnych. W następnej dekadzie system ten został zastąpiony zespołami cylindrów hydraulicznych, które sukcesywnie udoskonalane przez różnych producentów funkcjonują obecnie. W nowoczesnych maszynach budowlanych to właśnie hydraulika dominuje nad mechaniką. I nic dziwnego, bo jej zaletami są: łatwość przeniesienia napędu, mały ciężar i małe wymiary agregatów hydraulicznych (np. pomp i silników) w stosunku do przenoszonej mocy, łatwość zabezpieczenia całego układu przed przeciążeniem przez zastosowanie odpowiednich zaworów, możliwość uzyskania bezstopniowej regulacji prędkości ruchów roboczych, co zapewnia ich płynność, łatwość sterowania poszczególnymi parametrami roboczymi, takimi jak zmiana kierunku ruchu, ciśnienia, prędkości itp., możliwość pracy w różnych warunkach klimatycznych (oczywiście po odpowiednim dostosowaniu), samoczynne smarowanie elementów hydraulicznych. Ponadto obsługa maszyn z systemami hydraulicznymi wymaga mniejszej koncentracji uwagi operatora, który może skupić się wyłącznie na wykonywaniu pracy, dzięki czemu zwiększa swoją wydajność.

Niestety, systemy hydrauliczne mają też swoje wady. Główne to konieczność zapewnienia wysokiej dokładności wykonania części elementów hydraulicznych i trudność uzyskania należytej szczelności układu, a także jego wrażliwość na działanie wysokich temperatur. Kolejne, o których nie należy zapominać, to: oddziaływanie strat objętościowych cieczy w zależności od jej ciśnienia i temperatury na prędkość ruchów roboczych maszyny, trudne przeprowadzanie remontów agregatów hydraulicznych czy trudności w instalowaniu przewodów hydraulicznych. Jednak nowoczesna technologia coraz lepiej radzi sobie z rozwiązywaniem tego typu problemów.

Światowi liderzy

Obecnymi światowymi liderami w produkcji spycharek kołowych są amerykański Caterpillar i japońskie Komatsu. Pierwszy z nich wytwarza pięć podstawowych modeli o mocy silnika od 230 do 800 KM, masie eksploatacyjnej od 22 do 98 ton i pojemności lemiesza od 2,66 do 45,0 m³. Drugi z kolei oferuje cztery modele produkowane w swoich zakładach w Indiach o podobnych parametrach technicznych. Są to konstrukcje zawierające najnowocześniejsze rozwiązania specyficzne dla danej firmy, natomiast ulepszone systemy napędowe czy sterowania maszyną i osprzętem roboczym (joystick), a także różne zespoły pozwalają osiągać użytkownikowi maksimum wydajności, zapewniają operatorowi komfort i bezpieczeństwo pracy, serwisowi łatwą obsługę techniczną, a środowisku naturalnemu minimum zanieczyszczeń. Wysoki stopień elektronizacji tych maszyn nie tylko budzi podziw dla ich konstruktorów, ale przede wszystkim imponuje użytkownikom, którzy – jak zwykle – oczekują w najbliższej przyszłości jeszcze więcej nowoczesności.

Mimo, że tegoroczna Bauma biła rekordy pod względem ilości wystawców, to żaden z obecnych na niej producentów spycharek kołowych nie zaprezentował tego typu maszyny na swoim stoisku. Za to nie brakowało nowych modeli spycharek gąsienicowych takich firm, jak: Caterpillar, Komatsu, Liebherr, Case czy polskiej Dressty. A może buldożery na kołach pojawią się jako eksponaty dopiero na przyszłorocznym CONEXPO w Las Vegas?

Marek A. Stańkowski

Bibliografia

1. K. Haddock, The Earthmover Encyclopedia. The Complete Guide to Heavy Equipment of the World, Motorbooks, Minneapolis 2007.

2. M. A. Stańkowski, Stalowe kolosy, Libra, Rzeszów 2010.