Robotizované systémy s vysokotlakým vodním paprskem pro sanace staveb

O možnostech zvyšování kvality i produktivity práce při sanacích betonových konstrukcí pomocí automatických inteligentních systémů pro opracování betonových povrchů s vysokotlakým vodním paprskem – robotizovaných systémů – jsme v ČR hovořili poprvé v letech 2000 a 2001 na konferenci Sanace. Právě vodohospodářské a hydrotechnické stavby jsou ideálním typem staveb, kde má použití těchto zařízení pro opracování velkých betonových ploch nebo složitě přístupných prostorů ekonomické i provozně-technické opodstatnění.

Technologie vysokotlakého vodního paprsku se stala již nedílnou součástí technologických postupů při sanacích betonových konstrukcí. V podmínkách České republiky jsou to většinou vysokotlaké systémy využívající manuální metody práce nebo metody používající velmi jednoduché poloautomatické systémy. Myslím si, že i u nás nastal čas, kdy se stává ekonomickou nezbytností nasazení automatických inteligentních systémů pro opracování betonových povrchů s vysokotlakým vodním paprskem. Robotizovaná pracoviště svou výkonností a kvalitou odvedené práce jsou o třídu výše než u nás v současné době užívané systémy.

 

Vodohospodářské a hydrotechnické stavby obsahují velké betonové plochy a také plochy v mnoha případech těžko nebo složitě přístupné. V České republice se při opracování betonových konstrukcí nebo betonových ploch pomocí vodního paprsku běžně používají manuální pracovní postupy. Systém tvoří vysokotlaké čerpadlo jako zdroj vysokotlaké vody, která je dopravována vysokotlakou hadicí na pracoviště, kde pracovník drží pracovní nástroj (vysokotlakou pistoli s konkrétním pracovním nástrojem např. rotační tryskou) v ruce. Výhody manuálního pracovního postupu:

● systém je velmi jednoduchý,

● náklady na provoz jsou relativně nízké.

 

Nevýhody manuálního pracovního postupu:

● pro práci na pracovišti je nutno postavit lešení, mnohdy velmi složitě zavěšené,

● velikost plochy opracovaného povrchu a kvalita opracování je velmi závislá na lidském faktoru, tj. na výkonnosti konkrétního pracovníka (jeho šikovnosti, zkušenosti, fyzické kondici), protože práce s vysokotlakým vodním paprskem není jednoduchá a je fyzicky náročná,

● počet opracovaných m² za hodinu je malý (lze kalkulovat maximálně v desítkách) a při velkých objemech sanačních prací u vodohospodářských staveb je čas potřebný pro dokončení díla velmi dlouhý,

● v případech, kdy je nutno do železobetonových konstrukcí zasáhnout hluboko, je výkon vysokotlakých čerpadel používaných pro manuální postupy nedostatečný – tato čerpadla pracují jen s takovým množstvím vody, které může pracovník fyzicky zvládnout, a jsou zde i omezení vyplývající z požadavků bezpečnosti práce.

 

Krokem k překonání omezení manuálních pracovních postupů je použití jednoduchého strojního vybavení – poloautomatických systémů. Jsou to jednoúčelová zařízení konstruovaná jen pro jednu konkrétní činnost. Klasickým příkladem je čištění vnějšího betonového pláště chladírenských věží, kdy se odstraňuje jen zvětralý beton na povrchu. Hlubší zásah do betonové konstrukce, při kterém je odhalováno armování, se zde nevyžaduje. Základním prvkem je zařízení, které před lety uvedla na trh firma Hammelmann pod obchodním názvem Aquablast – plošný čistič , tj. rotující raménko s tryskami pod ochranným krytem. Jednotlivé systémy se liší jen počtem jednotlivých „talířů“, které jsou upevněny na pevný rám. Provozní tlak je zde 800–2500 barů. Rám s plošnými čističi je pomocí soustavy lan spouštěn po čištěné ploše.

Pro čištění v horizontální poloze jsou u nás používány různé typy zařízení – od jednoduchých na samostatném podvozku tlačeném obsluhou až po několikanásobné „talíře“ zavěšené na hydraulicky ovládaných nosných rámech umístěných např. za traktorem.

Nespornou výhodou uvedených systémů je, že plně využívají dodávanou energii vysokotlakého čerpadla a nejsou závislé na lidském faktoru. Nevýhodou je jejich omezená využitelnost jen na omezený druh pracovních úkolů – jsou to jednoúčelové stroje. Hloubku zásahu do opracovávané betonové plochy lze regulovat jen velmi omezeně pomocí nastavení provozního tlaku vody.

 

Automatické inteligentní systémy pro vysokotlaké tryskání betonových konstrukcí

Výrobcem vysokotlakých robotizovaných systémů pracujících s technologií vysokotlakého vodního paprsku je švédská firma CONJET AB a pro svá zařízení používá vysokotlaká čerpadla HAMMELMANN. Systém tvoří tyto základní části:

● zdroj vysokotlaké vody – komplet vysokotlakého čerpadla se vznětovým motorem,

● robotizované pracoviště – různé typy strojů ovládajících pracovní nástroj,

● zdroj elektrické energie s výkonem maximálně 10 kW.

 

Obrázek 1 ukazuje typické pracoviště, kde jsou na jedné straně kontejnery s vysokotlakými čerpadly a na druhé straně jednotlivé roboty provádějící sanační práce. Pro robotizované pracoviště je třeba dodat vysokotlakou vodu s hodnotami:

● dlouhodobý provozní tlak 1150–3000 barů,

● dodávané množství vody asi 90–300 l/min.

 

Výše uvedené hodnoty splňují vysokotlaká čerpadla zn. Hammelmann v pětipístovém provedení řady HDP 250 nebo HDP 750 a třípístová čerpadla řady HDP 360 nebo HDP 480. CONJET nabízí širokou škálu robotů různých velikostí.

 

Automatický vysokotlaký systém CONJET – JETFRAME

Automatický vysokotlaký systém CONJET – JETFRAME je jedním s typů robotizovaného pracoviště (obr. 2). Systém tvoří tyto prvky:

● pracovní rám s pracovním nástrojem uloženým v oscilační kazetě,

● centrální ovládací jednotka,

● kabely pro dálkové ovládání,

● vysokotlaké čerpadlo jako zdroj tlakové vody,

● generátor pro výrobu elektrické energie.

 

Pracovní rám s oscilační kazetou, kde je ve výkyvném loži držák trysky, je základním komponentem systému JETFRAME. Firma Conner nabízí dvě základní typové řady zařízení. Každé zařízení lze ještě upravovat podle konkrétních požadavků zákazníka. Pro výrobní řadu JETFRAME 100 je charakteristické vytváření pojezdových drah různých délek na sanovaných plochách (obr. 2–4, 9). Základním prvkem je 6m segment. Vzájemným spojením několika segmentů vzniká pojezdová dráha pevně přimontovaná k sanované ploše. Výška tzv. kolejnice nad čištěným povrhem je 500 mm. Základní šířka (vzdálenost mezi kolejnicemi) pracovního záběru je 3 metry. Pojezdová dráha je vyrobena z pevné slitiny hliníku a tvoří ji profil ve tvaru U. Ve vnitřní straně U-profilu je pro pojezd vyrobena ozubená dráha zajišťující pohyb příčného rámu v podélném směru. Na příčném rámu jsou umístěny tři hydraulické motory. První slouží pro podélný pohyb a druhý pro příčný pohyb oscilační kazety, umístěné na příčném rámu. I na příčném rámu je ozubená dráha pro pojezd oscilační kazety. Uvnitř oscilační kazety je třetí hydraulický motor umožňující kyvný pohyb držáku trysky. Oscilace trysky zvyšuje účinnost vodního paprsku na opracovávaný povrch a tím i celkový výkon zařízení. Vyústění oscilační kazety je kryto pevným gumovým krytem, který zajišťuje, aby odstraňovaný materiál neodletoval do okolí pracoviště.

U výrobní řady JETFRAME 120 se jedná o uzavřený rám s nosnou konstrukcí pro uchycení na různá nosná zařízení (obr. 7). Základním prvkem je uzavřený nosný rám tvořený stejným hliníkovým U-profilem jako u JETFRAME 100. Uzavřený rám má následující rozměry:

● konstrukční délka 4,20 m,

● max. pracovní délka 3,40 m,

● konstrukční šířka 2,35 m,

● pracovní šířka 2,00 m.

 

Podpěrné nohy drží nosný rám ve vzdálenosti 1,4 m nad otryskávaným povrchem. Celková hmotnost je cca 350–650 kg (podle velikosti přídavné nosné konstrukce pro uchycení na výsuvné rameno nosiče). Ozubené dráhy jsou opět jak v podélných nosnících rámu, tak i v příčném rámu, který nese oscilační kazetu s výkyvným držákem trysky.

Celý uzavřený nosný rám JETFRAME 120 lze připojit pomocí speciálního rámu například na výsuvné rameno jeřábu (obr. 6). Možnosti uchycení JETFRAME 120 jsou neomezené a lze je charakterizovat rčením, že „fantazii se meze nekladou“ (obr. 5–7).

Pro ovládání a pohon všech pohybů oscilační kazety s pracovním nástrojem, jímž je tryska ve výkyvném držáku, slouží centrální ovládací jednotka CCU 155 (nebo CCU 197). V té jsou umístěny všechny řídicí systémy a komponenty tvořící zdroj pro energii pohonu pohybů. Hlavním ovládacím a kontrolním prvkem je řídicí počítač. Do paměti počítače je naprogramováno mnoho různých pracovních programů zajišťujících přesné provedení sanačního zásahu do betonového povrchu podle předem zvolených hodnot např. přesné vymezení prostoru a hloubky zásahu. Zdrojem energie u centrální ovládací jednotky CCU 155 je hydraulický motor o výkonu 5,5 kW. Přenos energie hydraulické kapaliny a signálů z řídicího počítače zajišťuje sada hydraulických hadic a řídicí kabel. Dodávaná sada hadic a kabelu umožňuje umístit centrální ovládací jednotku ve vzdálenosti 50 m od JETFRAME. Lze objednat prodloužení umožňující ovládání JETFRAME i na vzdálenost 100 m i více. Dostatečná vzdálenost centrální ovládací jednotky od pracoviště s nasazeným automatem JETFRAME zajišťuje bezpečnost práce a také pracovní komfort pro obsluhující personál.

 

Popsané strojní vybavení a metody práce při sanacích betonových konstrukcí v České republice zatím nejsou uplatňovány. Robotizovaná pracoviště jsou o třídu výše, co se týče efektivnosti a kvality odvedené práce při sanacích betonových ploch technologií vysokotlakého vodního paprsku.

LADISLAV GLOVACZ,

NORBERT M. STEINBRECHER

 

Dipl. Ing. Ladislav Glovacz (*1952)