vyhřívání korby nákladního automobilu heating of vehicle bucked

Transfer inovácií 25/2013
2013
VYHŘÍVÁNÍ KORBY NÁKLADNÍHO AUTOMOBILU
HEATING OF VEHICLE BUCKED
Ing. Petr Hlubek
Vysoká škola báňská – Technická univerzita
Ostrava
17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava - Poruba
e-mail: [email protected]
Abstrakt
V období, kdy venkovní teploty klesají pod
bod mrazu, může docházet k namrzání sypkého
nákladu na podlahu korby nákladního vozidla,
respektive na její stěny a rohy – tzv. vznik zmrazků.
Zmrazky při provozu vozidla narůstají a tím nejen
zmenšují využitelný objem korby, ale také
zabraňují hladkému vysypání nákladu z korby. Aby
se zabránilo namrzávání nákladu na korbu, využívá
se vyhřívání korby. Vyhříváním je myšleno
ohřívání plechů ohraničujících vnitřní prostor
korby. K vyhřívání korby se nejčastěji používá
horký výfukový plyn z motoru vozidla.
Kľúčové slová:
vyhřívaná korba
Zmrazky,
výfukový
plyn,
Abstract
In the season when outdoor temperatures
drop below freezing, it can lead to freezing of bulk
cargo on the floor of the bucket truck, or on its
walls and corners – the frozen material. In vehicle
operation the frozen material increases and
decreasing the usable volume of the bucked, but
also prevent the smooth liquid spillage from the
bucket. To avoid frozen material in the bed, using
the heated bucket. Heating is meant heating plates
bounding the interior of the bucked. To heating of
bucked is most commonly used hot exhaust gas
from motor of vehicles.
Key words: Frozen material, exhaust gas, heating
bucked
ÚVOD
Při provozu sklápěčkových nákladních
vozidel v období, kdy teploty klesají pod bod
mrazu, hrozí namrzávání sypkého materiálu na
podlahu a stěny korby, jelikož korba tzv. promrzne
a povrchová teplota plechů je okolo 0°C. Materiál,
který přimrzne k vnitřnímu prostoru korby, tvoří
tzv. zmrazky. Tyto zmrazky pak zabraňují
hladkému vysypání nákladu z korby a při neúplném
vyprázdnění korby pak zmenšují využitelný objem
korby. Odstraňování takto přimrzlého nákladu je
značně fyzicky náročné pro řidiče. Největší příčinu
pro přimrzání nákladu má obsah vody v tomto
74
nákladu, tedy čím je větší vlhkost, tím je větší
riziko tvorby zmrazků v korbě. Dalším aspektem
při tvorbě zmrazků je čas, jak dlouho je náklad na
korbě naložen, tedy čím je delší doba styku nákladu
s chladnou korbou, tím více náklad promrzá do
prostoru a zmrazky tak narůstají. Nejvíce
exponovanými místy, kde vznikají zmrazky, jsou
rohy mezi podlahou a bočnicemi korby.
Aby se zabránilo přimrzání nákladu
v prostoru korby, používá se tzv. vyhřívání korby.
Vyhříváním je myšleno ohřívání plechů
ohraničujících vnitřní prostor korby. Vyhřívané
korby najdou své uplatnění, i když nemrzne např.
při převozu nákladu, u kterého je zapotřebí, aby si
udržel svou teplotu.
KONSTRUKČNÍ NÁVRH VYHŘÍVÁNÍ
KORBY
Hlavním úsilím je navrhnout vyhřívanou
korbu a její systém přívodu energie tak, aby byla
konstrukčně a tím i výrobně nenáročná. Důležitým
aspektem je i to, aby energie potřebná k vyhřátí
korby byla co nejmenší ať už z ekonomického nebo
ekologického hlediska. Základem pro správný a
úspěšný konstrukční návrh bylo vytvoření a
analyzování možných vyhřívacích systémů koreb.
Vyhřívací systémy koreb jsou v základu rozděleny
do dvou způsobů a to:


podle druhu energie využité pro vyhřívání
podle konstrukčního řešení vyhřívané
korby
V první části návrhu byly navrženy možné
řešení pro vyhřívání korby z pohledu potřebné
energie.
Elektrické vyhřívání
Tento způsob vyhřívání korby využívá
přeměnu elektrické energie na tepelnou. Na plechy
podlahy a bočnic korby se přichytí odporový drát
(ve tvaru spirály), který se průchodem proudu
zahřívá, a od něj se pak ohřívají samotné plechy.
Odporový drát musí být přichycen k plechům
z vnější strany korby, aby nedocházelo k jeho
poškození. Elektrický proud může být přiveden na
korbu v místě čepu sklápění. Výhodou tohoto
vyhřívání je poměrně jednoduchá aplikace na nově
vyrobené korby nebo již používané vozy.
Nevýhodou je pak náchylnost k přerušení
odporového drátu a tím ke ztrátě funkce celého
systému. Významnou nevýhodou je potřeba
poměrně velkého zdroje elektrického proudu. Tento
zdroj znamená další zátěž pro motor vozidla a tím i
jeho větší spotřebu paliva.
Transfer inovácií 25/2013
Nezávislé naftové vyhřívání
V tomto případě je zdrojem tepla zařízení,
které je nezávislé na motoru vozidla. Zařízení je
umístěno na rámu podvozku vozidla a spalováním
nafty ve spalovací komoře ohřívá přes výměník
tepla přiváděný vzduch. Samotná korba musí být
pak upravena tak, aby vháněný horký vzduch byl
vháněn do prostoru mezi plechy, které je nutno
ohřát. Výhodou tohoto systému je, že médium,
které vyhřívá korbu, je čistý vzduch. Nevýhodou je,
že pro vyhřátí korby je nutné poměrně výkonné a
tím i rozměrné zařízení pro výrobu tepla. Takovéto
zařízení pak znamená další spotřebu nafty navíc.
Výrobci takovýchto nezávislých naftových topení
uvádějí spotřebu okolo 2 – 3 litrů nafty za hodinu
provozu. Pokud uvážíme, že nákladní automobil je
nasazen v osmi hodinové pracovní směně, je tato
denní spotřeba 16 – 24 litrů nafty navíc.
2013
Při použití vyhřívání korby výfukovými
plyny u nově vyráběných nákladních vozidel je
nutno dbát na to, že tyto vozidla musí splňovat
emisní limity EURO IV nebo EURO V. Pro splnění
těchto emisních limitů se počítá s použitím úplného
výfukového systému, to je s výfukovým potrubím,
katalyzátorem a tlumičem výfuku. Z tohoto
vyplývá, že pokud bychom uvažovali o trase
výfukových plynů přímo od motoru do korby, je
nutno do této trasy vřadit zařízení, které částečně
nahradí požadované výfukové systémy. Toto
zařízení má za úkol redukovat škodliviny obsažené
ve výfukových plynech vstřikováním daných aditiv.
V další části návrhu byly navrženy
varianty, jakým způsobem bude vyhřívána samotná
korba. Po předběžném rozhodnutí, že vyhřívání
bude výfukovými plyny pro své mnohé výhody,
byly návrhy zaměřeny na konstrukci korby pro
vhánění výfukových plynů.
Vodní vyhřívání
Tento způsob navrženého systému funguje
na principu vodního chladiče motoru resp.
vyhřívání interiéru automobilu. Pokud má nákladní
automobil tzv. vodní chlazení motoru, lze pak
využít potenciálu horkého média pro ohřev korby.
Jedním ze způsobů je, že se ke korbě připevní
z vnější strany hadice (ve tvaru spirály) a
protékáním horkého média (z motoru vozidla) přes
tyto hadice se ohřejí požadované plechy korby.
Méně využitelným způsobem pro praxi by bylo
vhánění horkého média do uměle vytvořeného
prostoru ohraničeného plechy. Zde by časem
hrozilo prorezivění plechu a možný únik média.
Dalším způsobem, jak využít energii horkého
média a je vytvoření výměníku tepla, podobně jak
jej známe u vyhřívání interiéru osobních
automobilů. Horký vzduch by byl pak vháněn do
prostoru korby podobně jako u nezávislého
naftového vyhřívání. Výhodou tohoto systému je
využití energie vytvořené nezávisle na dalším zdroji
energie. Nevýhodou je poměrně složitá úprava
korby a samotná aplikace na nákladní vozidlo. Lze
použít jen u vozů s vodním chlazením motoru.
Vyhřívání výfukovými plyny
Vyhřívání korby výfukovými plyny
spočívá v tom, že horké plyny spalovacího motoru
jsou přiváděny do prostoru korby a ohřívají plechy
podlahy resp. bočnic korby. Tento způsob využívá
tepelné energie výfukových spalin motoru vozidla,
tudíž neznamená žádnou další spotřebu energie
navíc pro vytvoření požadovaného tepla. Výfukové
plyny mohou být přiváděny do korby přímou trasou
od motoru, tudíž mají velký potenciál tepelné
energie. Druhým způsobem je přívod plynů od
motoru do tlumiče výfuku a až poté do korby. Při
této trase se však ztrácí poměrná část tepelné
energie právě v tlumiči výfuku.
Vyhřívání celého vnitřního pláště korby
Podstatou tohoto vyhřívání je vhánění
výfukových plynů do prostoru mezi vnější a vnitřní
plášť (plechy) korby (Obr. 1). Výfukový plyn je
z korby odváděn otvory v zadní části korby.
Vyhřívání vnitřního pláště korby je vhodné
nejen jako prevence proti tvorbě zmrazků, ale jeho
hlavní využití je v přepravě nákladu, u něhož je
potřeba, aby při převozu nechladl. Klasickým
případem je převoz surového asfaltu.
Obr. 1 Schéma vyhřívání celého vnitřního pláště
Částečné vyhřívání korby
Pokud je hlavním důvodem vyhřívání
korby prevence proti vzniku zmrazků, je možné
použít pouze částečné vyhřívání korby. Tímto
způsobem lze vyhřát ty části korby, na kterých
nejčastěji vznikají zmrazky, tj. podlaha a spodní
část bočnic.
Jelikož je většina sklápěčkových koreb
tvořena tak, že má hlavní nosný rám svařen
z dutých profilů, nabízí se vhánění výfukových
plynů do těchto dutin (Obr. 2). V dutinách musí být
vytvořeny přepážky, které řídí proudění plynů tak,
aby se dostal rovnoměrně do všech nosníků.
75
Transfer inovácií 25/2013
Nosníky bývají mezi sebou poměrně dosti
vzdálené, bývá prohřátí plechů méně účinné. Hlavní
výhodou tohoto způsobu je nízká konstrukční
hmotnost korby, jelikož není potřeba téměř žádných
konstrukčních materiálů navíc.
2013
Důležitou součástí vyhřívané korby je
systém přívodu výfukových plynů do korby. Tento
systém jsem se rozhodl řešit tak, že plyny budou do
korby přiváděny z výstupního hrdla výfukového
tlumiče (Obr. 4). To znamená, že výfukové plyny
projdou celým výfukovým systémem, včetně
výfukového tlumiče a to sebou přináší řadu výhod.
Jednak bude mít vozidlo stálé emisní limity
(odpadá přidávání emisních aditiv do výfukového
systému) a hlavně se tak zamezí nadměrnému
hluku, který vydává vozidlo bez výfukového
tlumiče.
Obr. 2 Schéma vhánění plynů do nosného rámu
Jak
již
bylo
zmíněno,
nejvíce
exponovanými místy, kde na korbě vznikají
zmrazky, jsou podlaha a spojnice mezi podlahou a
bočnicemi. Proto se nabízí navrhnout korbu, která
bude mít vyhřívané právě tyto místa (Obr. 3).
Výfukový plyn je vháněn do prostoru mezi tzv.
dvojitou podlahu, tj. mezi vnější plášť a vnitřní
plech korby. Výhodou takto vyhřívané korby je, že
plyn je rozveden po celé ploše vnitřního plechu a
části bočnic. Tím se plech snáze ohřeje.
Obr. 4 Přívod výfukových plynů do korby
Takto navržený systém přivádí výfukové
plyny z tlumiče výfuku přes regulační klapku do
korby. Regulační klapka reguluje, resp. řídí směr
proudění výfukových plynů (Obr. 5). Pokud je
korba v přepravní poloze (spuštěná) pak je průchod
plynů otevřen směrem do korby. Při zvednuté korbě
(při vysypávání) se v regulační klapce uzavře
průchod plynů do korby a naopak je otevřen
průchod do odfukového potrubí do prostoru pod
vozidlo. O tuto regulaci se stará nerezový píst, který
je nadzvedáván pružinou resp. stlačován tíhou
korby. Přítlačný talíř, který je součástí klapky
slouží k utěsnění průchodu mezi klapkou a korbou.
Obr. 3 Schéma dvojité podlahy
KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ VYHŘÍVÁNÍ
KORBY
Po analyzování navržených systémů pro
vyhřívání a po odborné konzultaci se zástupci
z praxe jsem se rozhodl řešit vyhřívání korby tak,
že bude využito výfukového plynu a vyhřívána
bude podlaha a spodní část bočnic korby.
Konstrukční řešení bylo rozděleno do dvou
fází. V první fázi jsem se zaměřil na konstrukci
systému přívodu výfukových plynů do korby a
v druhé fázi byla navržena konstrukce samotné
korby.
76
Obr. 5 Řez regulační klapkou
Transfer inovácií 25/2013
2013
Konstrukce sklápěčkové korby je řešena
tzv. dvojitou podlahou (Obr. 6). Toto řešení se dá
uplatnit jak u nově vyráběných koreb, tak se dá
snadno aplikovat na již stávající korbu přivařením
druhé podlahy.
Obr. 7 Varianta v letních měsících
ZÁVĚR
Obr. 6 Vyhřívaná korba
Ke spodním plechům podlahy jsou
přivařeny příčníky z U profilů. Tyto příčníky slouží
jako podpěrné nosníky horního plechu a zároveň
vytváří proudový labyrint, za jehož pomoci se
výfukové plyny lépe rozprostřou po celé ploše dna
korby. V přední části korby je vstupní hrdlo pro
přívod výfukových plynů do prostoru dvojité
podlahy. Vyhřívány jsou i boční plechy tvořící
přechod mezi podlahou a bočnicemi. Výfukové
plyny jsou z prostoru korby odváděny výfukovými
otvory v zadní části korby.
Horní plechy podlahy jsou s ohledem na
charakter
dopravovaného
materiálu
z otěruvzdorného plechu hardox.
Výhody vyhřívaných koreb v zimním
období oceňují především řidiči nákladních vozidel,
kdy jim odpadá nutnost mechanicky odstraňovat
zmrazky. Tento fakt ocení i provozovatelé
dopravních společností, jelikož se tím zkrátí doba
vyprazdňování korby a tím se zefektivní pracovní
nasazení vozidla. Přes mnohé výhody nejsou tyto
vyhřívané korby příliš rozšířené. Důvodů může být
několik. V prvé řadě je možná nevědomost, že
takovéto korby existují. Dalším důvodem mohou
být obavy z příliš vysoké hmotnosti korby. Právě
tyto obavy byly prezentovány na příkladu
vyhřívané korby o užitném objemu 13 m3.
Uvažujeme-li použití dvojité podlahy, navýší se
hmotnost samotné korby cca o 8,6 %. Při vhánění
výfukových plynů přímo do dutin rámu korby je
toto navýšení hmotnosti téměř nulové.
Literatura
PROVOZ
VYHŘÍVÁNÍ
V
LETNÍCH
MĚSÍCÍCH
Pokud není potřeba korbu nákladního
vozidla vyhřívat, např. v letních měsících, lze
jednoduchým způsobem demontovat část systému
pro přívod plynů do korby a vložením mezikusu
upravit výfukový systém (Obr. 7).
[1] Liščák, Š., Matějka, R., Rievaj, V., Šulgan, M.:
Podvozky cestných vozidel. Žilina : EDIS –
vydavatelstvo ŽU, 2006. 136 s. ISBN 80-8070588-7.
[2] Matějka, R.: Vozidla silniční dopravy II. Žilina :
Vysoká škola dopravy a spojov v Žilině, 1994.
145 s. ISBN 80-7100-074-4.
[3] Hlubek, P.: Konstrukce jednostranně sklopné
korby pro nákladní vůz Tatra T815. Ostrava :
Vysoká škola báňská – Technická univerzita
Ostrava, 2010. 47 s. Bakalářská práce.
77