Abstrakt: Cestná doprava je prevládajúcim spôsobom prepravy tovaru v Európe a nákladné vozidlá zohrávajú významnú úlohu vďaka svojej efektívnosti a kapacite. Štatistiky však ukazujú, že polovica dopravných nehôd, pri ktorých došlo k poškodeniu tovaru, bola spôsobená nesprávnym upevnením a umiestnením nákladu. Cieľom tohto článku je stanoviť správne umiestnenie a rozloženie nákladu na bezpečné upevnenie v nákladnom vozidle. Na tento účel bolo vybrané jedno nákladné vozidlo, ktoré bolo odvážené pomocou prenosných meracích váh. Rozmery vozidla sa tiež merali pomocou meracieho pásma. Zozbierané údaje sa analyzovali a prepočítali, pričom sa nezistili žiadne problémy s umiestnením nákladu. Zo zistení vyplýva, že na zvýšenie bezpečnosti prepravy je nevyhnutné venovať zvýšenú pozornosť správnemu upevneniu a umiestneniu nákladu a že váhy vo vozidle majú primárne informatívny účel pre vodiča.
Kľúčové slová: cestná doprava, nákladné vozidlo, upevnenie tovaru
JEL: L91
LOAD DISTRIBUTION ON THE AXLES OF THE SEMI-TRAILER: A CASE STUDY
Abstract: Road transport is the predominant mode of freight transport in Europe and trucks play an important role due to their efficiency and capacity. However, statistics show that half of road accidents in which goods are damaged are caused by improper securing and positioning of cargo. The purpose of this paper is to determine the proper placement and layout of cargo for safe securing in a truck. For this purpose, one truck was selected and weighed using portable weighing scales. The dimensions of the vehicle were also measured using a measuring tape. The data collected was analysed and recalculated and no problems were found with the positioning of the load. The findings show that in order to improve transport safety, it is essential to pay particular attention to the correct securing and positioning of loads and that the scales in the vehicle have a primarily informative purpose for the driver.
Keywords: road transport, truck, securing of goods
1 Úvod
Pri nakladaní a skladovaní akéhokoľvek tovaru vo vozidle je potrebné dodržiavať maximálne povolené rozmery a hmotnosti vozidiel v súlade s vyhláškou Ministerstva dopravy a výstavby Slovenskej republiky č. 134/2018 Z. z.. Podľa tejto vyhlášky [1] sú maximálne prípustné rozmery vozidiel kategórií M2, M3, N a O stanovené na 2,55 metra pre maximálnu prípustnú šírku a 16,50 metra pre maximálnu prípustnú dĺžku jazdnej súpravy ťahača s návesom. Okrem toho je maximálna prípustná výška jazdnej súpravy ťahača s prívesom (vozidlá kategórií N3 a O4) 4,00 metra +2 % výšky. Maximálna vzdialenosť medzi osou čapu návesu a zadným obrysom návesu je stanovená na 12,00 metra. Podľa tejto vyhlášky sú tiež stanovené maximálne prípustné hmotnosti jazdných súprav všetkých kategórií na 40,00 ton. Maximálne prípustné hmotnosti na jednotlivú hnaciu nápravu, ak je hnacia náprava vybavená dvoj montážou pneumatík a vzduchovým odpružením alebo odpružením uznaným za rovnocenné v rámci Európskej únie, sú stanovené na 11,50 tony pre všetky kategórie vozidiel.
Je potrebné dodržiavať aj minimálne zaťaženie na nápravu, aby sa zabezpečila stabilita vozidla a možnosť jeho riadenia a brzdenia. Výrobcovia poskytujú tabuľky, v ktorých je uvedené maximálne užitočné zaťaženie vozidla v závislosti od polohy ťažiska nákladu. Tieto grafy sa dajú určiť aj výpočtom. Dodržiavanie diagramu rozloženia zaťaženia na vozidle pomôže zabrániť prekročeniu maximálneho prípustného zaťaženia náprav vozidla. Na správne rozloženie zaťaženia na vozidle je potrebné mať diagramy rozloženia zaťaženia od výrobcu karosérie alebo vozidla. Ak nie sú k dispozícii, možno ich vypočítať pomocou softvéru na základe geometrie vozidla a maximálnych zaťažení na nápravy. Správne rozloženie zaťaženia podľa diagramu pomôže dodržať maximálne prípustné zaťaženie náprav vozidla [2]. Rovnomerné rozloženie nákladu kontajnerov v termináloch a na cestách vrátane analýz a diagramov rôznych kontajnerov a podvozkov je opísané v článku [3,4].
Zdroj: [5]
Obr. 1 Graf rozloženia nákladu pre trojnápravový náves
Článok [6] sa zaoberá kvantifikáciou vplyvu intenzívneho brzdenia na zmeny zaťaženia nápravy počas prepravy cementu a vybraných druhov štrku. Vplyv zaťaženia vozidla spôsobuje aj zmeny polohy ťažiska. Posun ťažiska následne ovplyvňuje jazdné vlastnosti vozidla [7]. Problematikou dopravných nehôd na Slovensku sa zaoberali aj články [8,9], ktoré hodnotili bezpečnosť cestnej premávky na základe štatistických údajov. Pri prevádzke vozidla na ceste je dôležité dodržiavať pravidlá týkajúce sa prípustnej hmotnosti vozidla a jazdnej súpravy, aby sa zabezpečila bezpečnosť na ceste a na samotných vozidlách. Vodič by mal mať na pamäti aj pravidlá týkajúce sa maximálnej povolenej rýchlosti vo vzťahu k hmotnosti vozidla a nákladu [10]. vyžaduje sa tiež, aby hmotnosť na hnacej náprave alebo nápravách vozidla neklesla pod 25 % celkovej hmotnosti naloženého vozidla a celková hmotnosť naloženého vozidla alebo ťahača by nemala byť nižšia ako 35 % celkovej hmotnosti pohonnej jednotky.
2 Analýza a meranie v prázdnom stave
V tejto kapitole sa analyzovala jazdná súprava dopravnej spoločnosti, ktorý obsahuje niekoľko dôležitých prvkov. Jazdnú súpravu tvorilo dvojnápravové nákladné vozidlo kategórie N3 a značky Volvo FH 500 EURO VI, ktoré bolo vybavené vzduchovým odpružením na oboch nápravách, pričom zadná hnacia náprava mala dvoj montáž pneumatík. Okrem toho vzduchové odpruženie a palubný softvér vozidla umožňovali meranie hmotnosti pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia náprav, ktorý prepočítava tlak vzduchu v systéme a vyhodnocuje zaťaženie každej nápravy. To znamená, že vodič mal v reálnom čase informácie o tom, ako je vozidlo zaťažené. K vozidlu bol pripojený trojnápravový náves kategórie O4, ktorý mal trojstrannú rolovateľnú plachtovú konštrukciu a bol značky Schwarzmüller. Tento náves bol vybavený aj systémom na meranie hmotnosti.
Zdroj: Autor
Obr. 2 Namerané rozmery jazdnej súpravy
Na začiatku bolo potrebné zmerať vonkajšie rozmery jazdnej súpravy, aby bolo možné pokračovať v procese výpočtu a posúdiť správne rozmiestnenie tovaru na návesovej súprave. Tento proces zahŕňal použitie dvoch typov meraní. Najprv sa na meranie rozmerov použilo 20-metrové meracie pásmo a potom laserový diaľkomer. V článku sa používajú hodnoty namerané pomocou meracieho pásma, pretože sa považovali za presnejšie. Namerané rozmery sú znázornené na obr. 2 a boli použité na ďalšie výpočty a posúdenie správneho rozmiestnenia tovaru v Truck Stow. Tento postup zabezpečil presnosť a spoľahlivosť výpočtov.
Na meranie hmotnosti jazdnej súpravy sa použili dve rôzne metódy. Prvým spôsobom bolo meranie pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia nápravy, ktorý umožňuje meranie hmotnosti priamo vo vozidle. Druhým spôsobom bolo meranie pomocou prenosných ťahových váh PW-10, ktoré umožňujú presné meranie hmotnosti aj mimo vozidla. Tieto váhy majú triedu presnosti IIII pre statické váženie, čo znamená, že sú veľmi presné [11]. Tieto metódy merania boli použité na zabezpečenie získania presných a spoľahlivých údajov o hmotnosti jazdnej súpravy.
Zdroj: Autor
Obr. 3 Prenosné váhy PW-10 TENZO
2.1 Meranie pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia na nápravy
Pri používaní týchto váh môže dochádzať k odchýlkam pri vážení, pretože ich princíp spočíva v meraní zaťaženia na základe tlaku vzduchu v systéme odpruženia. Toto meranie môže byť ovplyvnené rôznymi faktormi. Namerané hmotnosti sa potom zobrazujú na palubnom počítači, kde sa hodnoty zobrazujú v tonách a zostávajú zaokrúhlené na jedno desatinné miesto. Táto presnosť môže byť pre niektorých používateľov nedostatočná, a preto sa odporúča používať iné váhy, ktoré ponúkajú vyššiu presnosť. Hodnoty v tabuľke už boli prepočítané z ton na kilogramy, aby boli pre používateľov ľahšie čitateľné a zrozumiteľné.
Tab. 1 Meranie v prázdnom stave pomocou indikátora zaťaženia
Zdroj: Autor
Po kontrole pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia náprav sa zistilo, že predná riadiaca náprava ťahača je zaťažená hmotnosťou 6 500 kg. Zaťaženie zadnej hnacej nápravy ťahača bolo 3 800 kg. Zistilo sa, že trojnáprava návesu bola zaťažená hmotnosťou 5 700 kg.
2.2 Meranie pomocou prenosných váh PW-10 Tenzo
Meranie sa uskutočnilo na rovnom betónovom povrchu v priestoroch spoločnosti. Zabezpečilo sa, aby neexistovali žiadne vonkajšie vplyvy, ktoré by mohli ovplyvniť presnosť merania. Výsledky merania sú uvedené v nasledujúcej tabuľke, kde sú podrobné informácie o nameraných hodnotách.
Tab. 2 Meranie v prázdnom stave pomocou prenosných váh PW-10 TENZO
Zdroj: Autor
Pomocou prenosných váh PW-10 sa zistilo, že predná riadiaca náprava ťahača mala hmotnosť 6 300 kg. Na druhej strane zadná hnacia náprava ťahača bola zaťažená hmotnosťou 3 920 kg. Trojnáprava návesu mala zaťaženie 5 800 kg.
3 Nakladanie návesu a meranie v naloženom stave
Pri nakladaní tovaru sa zaznamenávali dôležité údaje o každej paletovej jednotke, ktorá bola naložená na nákladné vozidlo. Aby sa zabezpečila presnosť, rozmery paletových jednotiek sa merali pomocou meracieho pásu a hmotnosť paletových jednotiek sa porovnávala s označením na palete pomocou váh vo vysokozdvižnom vozíku. Okrem toho sa zaznamenávali informácie o rozmiestnení paliet na ložnej ploche, ako aj počet vrstiev, ktoré boli naskladané na seba. Týmto procesom sa zabezpečilo, že tovar bol dôkladne a presne naložený na plochu, čím sa zabezpečila bezpečná preprava tovaru na miesto určenia.
Celkovo bolo naložených 63 paletových jednotiek s celkovou hmotnosťou 21 702 kg. Všetky paletové jednotky mali rovnaké rozmery, dĺžku 1 230 mm, šírku 830 mm a výšku 980 mm. Jediným rozdielom medzi paletovými jednotkami bola ich hmotnosť, ktorá sa vážila priamo pri nakladaní pomocou zabudovaných váh vo vysokozdvižnom vozíku. Najľahšia paletová jednotka vážila 303 kg a najťažšia 365 kg. Najťažšie palety boli rozložené cez trojnápravu návesu, aby sa zabránilo preťaženiu, t. j. prekročeniu maximálnej prípustnej hmotnosti samotného ťahača a jeho jednotlivých náprav. Z tohto dôvodu boli najľahšie palety rozložené v prvej polovici návesu.
3.1 Hmotnosť naloženého návesu
Pri nakladaní jazdnej súpravy bolo naložených 63 paletových jednotiek s celkovou hmotnosťou 21 702 kg. Celková dĺžka naloženého nákladu bola 13 280 mm a celková šírka nákladu bola 2 460 mm. Po naložení sa náves zmeral pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia náprav a tiež pomocou prenosnej váhy PW-10. Namerané hodnoty sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.
Tab. 3 Meranie v naloženom stave cez zabudované váhy
Zdroj: Autor
Tab. 4 Meranie v naloženom stave cez prenosné váhy PW-10 TENZO
Zdroj: Autor
Pre lepší prehľad sú namerané hmotnosti zaťaženej jazdnej súpravy spracované v nasledujúcej súhrnnej tabuľke, v ktorej sú uvedené údaje namerané pomocou zabudovaného indikátora zaťaženia nápravy, prenosnej váhy PW-10 a maximálne prípustné hmotnosti podľa právnych predpisov.
Tab. 5 Porovnanie nameraných hodnôt naloženej súpravy
Zdroj: Autor
Z nameraných hodnôt zaťaženej jazdnej súpravy vyplýva, že maximálne prípustné zaťaženie nápravy nebolo prekročené. Taktiež nebola prekročená maximálna celková hmotnosť jazdnej súpravy. Podiel celkovej hmotnosti jazdnej súpravy na hnacej náprave ťahača je pri zohľadnení zabudovaného indikátora zaťaženia 10 500/38 000 = 28 %, čo je o 3 % viac ako požadovaných 25 %. Pri zohľadnení prenosnej váhy PW-10 je podiel 10 400/37 800 = 28 %, takže podmienka je tiež splnená.
Z tabuľky je možné pozorovať rozdiely medzi nameranými hodnotami. Najväčší rozdiel bol pri zaťažení trojnápravy návesu, približne 120 kg, čo predstavuje 0,6 % odchýlku. Predná riadiaca náprava mala najnižšiu odchýlku 0,27 % a najvyššiu odchýlku 0,95 % mala zadná hnacia náprava ťahača. Tento rozdiel potvrdzuje skutočnosť, že váhy vo vozidle majú pre vodiča kvôli odchýlkam len informatívny charakter. Na porovnanie zmien zaťaženia jednotlivých náprav bol na základe uvedených tabuliek pre jazdnú súpravu vytvorený graf, v ktorom sú uvedené maximálne prípustné zaťaženia náprav, prevádzkové hmotnosti a hmotnosti jednotlivých náprav pre zaťažené vozidlo. Tieto hmotnosti boli prevzaté z nameraných údajov získaných pomocou prenosných váh PW-10.
Zdroj: Autor
Obr. 4 Porovnávacia tabuľka
4 Posúdenie rozloženia tovaru v programe Truck Stow
Truck Stow je softvér, ktorý sa používa na optimalizáciu rozmiestnenia tovaru vo vozidlách [12]. Softvér zohľadňuje hmotnosť a rozmery tovaru a určuje najlepšie miesto, kde by mala byť umiestnená každá nákladová jednotka. Vďaka tejto funkcionalite možno minimalizovať riziko preťaženia jednotlivých náprav a zabezpečiť bezpečnú a efektívnu prepravu tovaru. Okrem toho funkcia Truck Stow umožňuje vytvárať plány umiestnenia tovaru v trojrozmernom nákladnom priestore. Tieto plány sa vytvárajú na základe hmotností a rozmerov jednotlivých nákladových jednotiek a umožňujú presnejšie a efektívnejšie umiestnenie tovaru v nákladnom priestore vozidla, prívesu alebo návesu. Truck Stow umožňuje aj vytváranie nákladových jednotiek a vytváranie nákladových diagramov vozidiel podľa definovaných parametrov. Takto je možné presnejšie plánovať prepravu tovaru a minimalizovať riziko preťaženia vozidiel. Pomocou programu Truck Stow možno efektívne riadiť manipuláciu s nákladovými jednotkami v nákladnom priestore vozidla, prívesu alebo návesu.
Pri kontrole rozloženia nákladu na ložnej ploche vozidla sa nákladové jednotky postupne ukladali podľa toho, ako boli skutočne naložené na vozidlo. Celkovo bolo naložených 63 paliet s celkovou hmotnosťou 21 702 kg. Na obrázku 5 je možné vidieť schému zaťaženia a pohľady na kontrolu rozloženia nákladu na vozidle. Okrem toho je v pohľadoch jasne vyznačené ťažisko nákladu, čo je dôležité pre správne rozloženie jednotlivých nákladov na vozidle. Kontrola zabezpečuje rovnomerné rozloženie ťažiska, aby sa zabránilo nevyváženému vozidlu, ktoré by mohlo ohroziť bezpečnosť cestnej premávky. Štúdia napríklad zistila, že rozloženie hmotnosti nákladu na ložnej ploche vozidla ovplyvňuje proces brzdenia, pričom vyššie zaťaženie zadnej nápravy vedie k lepšiemu spomaleniu a kratšej brzdnej dráhe [13].
Zdroj: Autor
Obr. 5 Rozloženie nákladu v programe Truck Stow a jeho kontrola
Z analýzy uloženia nákladu na návese vyplýva, že ťažisko nákladu sa nachádza vo vzdialenosti 6 651,742 mm od prednej steny návesu a vo výške 102,8171 mm od podlahy návesu. Toto zistenie je dôležité, pretože by sme mohli zabezpečiť rovnomerné rozloženie nákladu po celej ploche návesu a minimalizovať riziká nevyváženého zaťaženia. Pri pohľade na rozloženie zaťaženia možno konštatovať, že pri tomto rozložení zaťaženia je hmotnosť zaťaženia na čape návesu 7 562 kg a hmotnosť zaťaženia na trojnáprave návesu 14 140 kg. Celková hmotnosť nákladu na čape návesu je 17 722 kg a na trojnáprave návesu 19 900 kg. Táto informácia by mohla byť užitočná pri plánovaní prepravy ťažšieho nákladu, ktorý by musel byť presne rovnomerne rozložený po celej ploche návesu. Hodnota maximálneho zaťaženia na jeden čap je 18 000 kg z dôvodu, že sa uvažuje maximálna prípustná celková hmotnosť ťahača. Táto informácia by mohla byť dôležitá pre vodičov, ktorí by chceli prepravovať veľké náklady a potrebovali by vedieť, aké sú maximálne prípustné hmotnosti, aby neporušovali cestné predpisy a zabezpečili bezpečnú prepravu tovaru.
5 Záver
Na posúdenie správnosti rozloženia vybraného druhu tovaru bolo potrebné najprv analyzovať vybraný náves dopravnej spoločnosti. Zistili sa jednotlivé rozmery, celková hmotnosť a hmotnosti na nápravu návesu. Pomocou prenosných ťahových váh PW-10 a zabudovaných indikátorov zaťaženia náprav sa porovnali namerané údaje. Vozidlo sa najprv odvážilo prázdne, potom sa naložilo 63 paliet, ktoré boli uložené v dvoch vrstvách s celkovou hmotnosťou 21 702 kg. Po naložení sa vozidlo opäť odvážilo v naloženom stave. Problémom spojeným s nesprávnym upevnením nákladu a bočným zrýchlením pri preprave sa venovali rôzne články [14,15,16,17] V jednej štúdii sa zistilo, že “Európske usmernenia o osvedčených postupoch pri upevňovaní nákladu v cestnej doprave” spĺňajú bezpečnostné požiadavky na cestnú prepravu automobilov [18]. Na základe získaných údajov sa zistilo, že rozloženie nákladu bolo správne a nedošlo k prekročeniu povolených hmotnostných limitov. Ďalej sa ukázalo, že váhy vo vozidle sú predovšetkým informatívneho charakteru a slúžia hlavne na orientáciu pre vodiča. Zistené odchýlky boli v rozmedzí od 0,27 % do 0,95 %, čo v absolútnych číslach predstavuje rozdiel okolo 100 kg.
6 Literatúra
- SLOV-LEX, ‘134/2018 Z.z. – Vyhláška Ministerstva dopravy a výs…’, Slov-lex. https://www.slov-lex.sk/pravne-predpisy/SK/ZZ/2018/134/20230201
- JAGELČÁK, J., Loading and securing of cargo in road transport. EDIS. Publishing center of the University of Zilina, Zilina, 2015.
- JAGELČÁK, J. – KUBASÁKOVÁ, I., ‘Load Distribution in General Purpose Maritime Container and the Analysis of Load Distribution on Extendable Semitrailer Container Chassis Carrying Different Types of Containers’, NAŠE MORE : znanstveni časopis za more i pomorstvo, vol. 61, no. 5–6, pp. 106–116, Dec. 2014. [Online]. Available: https://hrcak.srce.hr/clanak/192576
- DIŽO, J., et al. ‘Investigation of Driving Stability of a Vehicle–Trailer Combination Depending on the Load’s Position Within the Trailer’, Acta Mechanica et Automatica, vol. 17, pp. 60–67, Jan. 2023, doi: 10.2478/ama-2023-0007.
- Directorate-General for Mobility and Transport (European Commission), Cargo securing for road transport :2014 European best practices guidelines. LU: Publications Office of the European Union, 2014. [Online]. Available: https://data.europa.eu/doi/10.2832/80373
- VRABEL, J., et al. ‘Influence of Emergency Braking on Changes of the Axle Load of Vehicles Transporting Solid Bulk Substrates’, Procedia Engineering, vol. 187, pp. 89–99, Jan. 2017, doi: 10.1016/j.proeng.2017.04.354.
- RIEVAJ, V., et al. ‘The Effects of Vehicle Load on Driving Characteristics’, Adv. Sci. Technol. Res. J., vol. 12, no. 1, pp. 142–149, Mar. 2018, doi: 10.12913/22998624/80896.
- BALLAY, M. – MACUROVÁ, Ľ. ‘Development of road safety status and the evaluation criterion causes of specific traffic accidents’. Transport Means – Proceedings of the International Conference. PTS II. 3.-5.October 2018. Kaunas, Litva. pp. 765-770.
- MACUROVÁ, Ľ. et al. ‘Determinig the Energy Equivalent Speed by Using Software Based on the Finite Element Method’, Transportation Research Procedia, vol. 44, pp. 219–225, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.trpro.2020.02.050.
- MARIENKA, P. et al. ‘Comparison of Braking Characteristics of Solo Vehicle and Selected Types of Vehicle Combinations’, Transportation Research Procedia, vol. 44, pp. 40–46, Jan. 2020, doi: 10.1016/j.trpro.2020.02.007.
- ‘Přenosné váhy’. https://www.tenzovahy.cz/prenosne-vahy
- ‘Truck Stow’. https://fpedas.uniza.sk/~truckstow/obsah.html
- SKRÚCANÝ, T. et al. ‘Impact of Cargo Distribution on the Vehicle Flatback on Braking Distance in Road Freight Transport’, MATEC Web Conf., vol. 134, p. 00054, 2017, doi: 10.1051/matecconf/201713400054.
- JAGELČÁK, J. et al. ‘Calculation of an Average Vehicle’s Sideways Acceleration on Small Roundabouts’, Sensors, vol. 22, no. 13, Art. no. 13, Jan. 2022, doi: 10.3390/s22134978.
- JAGELČÁK, J. et al. ‘Determination of Turning Radius and Lateral Acceleration of Vehicle by GNSS/INS Sensor’, Sensors, vol. 22, no. 6, Art. no. 6, Jan. 2022, doi: 10.3390/s22062298.
- JAGELČÁK, J. et al. ‘Draft for Revision of the Standards EN 12640 and EN 12641 Regarding the Securing of Cargo on Road Means of Transport’, Logi – Scientific Journal on Transport and Logistics, vol. 8, no. 2, Art. no. 2, Nov. 2017, doi: 10.1515/logi-2017-0015.
- GNAP, J. et al. ‘Application of MEMS Sensors for Evaluation of the Dynamics for Cargo Securing on Road Vehicles’, Sensors, vol. 21, no. 8, Art. no. 8, Jan. 2021, doi: 10.3390/s21082881.
- Z CHENG-QIANG, Z. et al. ‘Research on the influence of cargo securing force with typical road alignments and vehicle working conditions’, in 2017 4th International Conference on Transportation Information and Safety (ICTIS), Aug. 2017, pp. 27–32. doi: 10.1109/ICTIS.2017.8047737.
Autori:
Tituly a pôsobisko autorov:
1Ing. Arnold Jančár, Žilinská univerzita v Žiline, Fakulta prevádzky a ekonomiky dopravy a spojov, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, SLOVENSKO, E-mail: arnold.jancar@stud.uniza.sk
VYTLAČIŤ