Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Hydrostatické prevody v mobilnej poľnohospodárskej technike (2. časť)

09-04-2014
prof. Ing. Anton Žikla, CSc.; Ing. Ján Kosiba, PhD. | xkosiba@is.uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra dopravy a manipulácie (TF)

Základné znalosti o funkcii, konštrukcii, činnosti a samozrejme o prevádzkových vlastnostiach hydrostatických prevodov sú určite užitočné a dokonca niekedy nevyhnutné pre každého užívateľa mobilnej poľnohospodárskej techniky, ktorá je týmito prevodmi vybavená. Problematika hydrostatických prevodov je pomerne rozsiahla a technicky náročná. Okrem iného to potvrdzuje dnes už historická skutočnosť, že prvý hydrostatický prevod zostrojil Louis RENAULT v roku 1907, ale jeho širšie využitie pre pohon hnacích kolies mobilnej techniky nastalo až v druhej polovici minulého storočia. Bolo potrebné jedno celé polstoročie na vývoj technicky dokonalého a v poľnohospodárskej prevádzke akceptovateľného hydrostatického prevodu. Tento vývoj bol závislý na vývoji v strojárstve najmä v oblasti technických materiálov a technológie obrábania kovov. Vzhľadom na technicky náročnú problematiku a jej rozsiahlosť, obsah tohto príspevku logicky nadväzuje na jeho prvú časť Hydrostatické prevody v mobilnej poľnohospodárskej technike (1. časť).

Základné usporiadanie priamych hydrostatických prevodov

Na Obr. 1 je znázornené usporiadanie priameho hydrostatického prevodu v kombinácii s dvojstupňovou mechanickou prevodovkou s diferenciálom 3 a koncovými prevodmi 4 a 5.

Obr. 1

Obr. 1: Usporiadanie priameho hydrostatického prevodu s regulačným hydrogenerátorom a konštantným hydromotorom v kombinácii s mechanickou prevodovkou s diferenciálom a koncovými prevodmi (1 - regulačný hydrogenerátor, 2 - konštantný hydromotor, 3 - diferenciál, 4, 5 - koncové prevody)

Diferenciál je štandardne vybavený uzávierkou a koncové prevody sú spravidla planetovej konštrukcie. Pri zaradení prvého prevodového stupňa v mechanickej prevodovke mobilný stroj dosiahne maximálnu rýchlosť cca 10 km za hodinu a u niektorých strojov ešte menej. Jedná sa o tzv. pracovný rozsah pojazdných rýchlostí, v rámci ktorého možno pojazdovú rýchlosť plynule meniť zmenou geometrického objemu hydrogenerátora. Na druhom prevodovom stupni sa dosiahne maximálna rýchlosť spravidla okolo 20 km za hodinu. Mechanická prevodovka v tomto prípade plní funkciu tzv. rozsahovej prevodovky a okrem toho znižuje momentové zaťaženie a tlakový režim hydrostatického prevodu. Vzhľadom k tomu, že hydrostatický prevod je vybavený iba jedným regulačným komponentom, ktorým je regulačný hydrogenerátor, regulačný rozsah samotného hydrostatického prevodu neumožňuje bez rozsahovej prevodovky dosiahnuť požadovaný rozsah pojazdovej rýchlosti mobilného stroja. Napokon rozsahová prevodovka a hlavne koncové prevody umožňujú v rozhodujúcej miere dosiahnuť požadovanú hnaciu silu na hnacích kolesách, ktorá je potrebná na prekonanie jazdných a prípadne aj pracovných odporov mobilného stroja. Z praktického hľadiska je účelné zdôrazniť, že mobilný stroj možno ťahať vo vleku jedine pri zaradení neutrálu v rozsahovej prevodovke. Taktiež nemožno motor uviesť do chodu rozťahovaním. Vyššie uvedené usporiadanie priameho hydrostatického prevodu je na mobilných poľnohospodárskych strojoch pomerne časté a používalo sa aj v minulosti dnes už na historických rezačkách s typovým označením SPS-420 resp. TORON. S odstupom času bude určite zaujímavé spomenúť, že pre typové označenie rezačky TORON sa v poľnohospodárskej praxi zaužívalo ustálené slovné spojenie "To robiť nebude". Do akej miery bolo v tej dobe uvedené slovné spojenie pravdivé, to môžu potvrdiť jedine tí pamätníci, ktorí s uvedeným strojom pracovali. Pokiaľ sa vrátime do minulosti, možno s určitosťou vysloviť názor, že spomenutá rezačka, čo sa týka pohonu jednotlivých pracovných mechanizmov, bola v tej dobe mierne a možno aj nevhodne "prehydraulizovaná". Z toho vyplývajúci a očakávaný efekt v kladnom slova zmysle sa však nedostavil. To však vonkoncom neplatí o hydrostatickom pohone pojazdu, ktorý bol vysoko pozitívne hodnotený užívateľmi a tiež ocenený na rôznych výstavách a ďalších odborných podujatiach. Z vyššie uvedeného vyplýva, že nie každé technické riešenie pozostávajúce s hydraulických a elektronických prvkov, aj keď sa zdá byť progresívne, nemusí byť vždy efektívne. Samozrejme, že cena, prevádzková spoľahlivosť a tiež servis sú často záležitosti prioritné.

Usporiadanie priameho hydrostatického prevodu znázorneného na Obr. 2 je do určitej miery zhodné s predchádzajúcim prípadom, avšak s tým rozdielom, že okrem regulačného hydrogenerátora 1 je použitý aj regulačný hydromotor 2.

Obr. 2

Obr. 2: Usporiadanie priameho hydrostatického prevodu s regulačným hydrogenerátorom a regulačným hydromotorom v kombinácii s mechanickou prevodovkou s diferenciálom a koncovými prevodmi (1 - regulačný hydrogenerátor, 2 - konštantný hydromotor, 3 - diferenciál, 4, 5 - koncové prevody)

To znamená, že regulačný rozsah hydrostatického prevodu je väčší, takže v tomto prípade je postačujúca len jednostupňová mechanická prevodovka s možnosťou zaradenia neutrálu pre prípadné ťahanie stroja vo vleku. Vzhľadom k tomu, že sú použité dva regulačné komponenty, je možnosť realizovať aj dvojstupňovú reguláciu hydrostatického prevodu. To prakticky znamená, že do rýchlosti približne 10 km za hodinu sa rýchlosť mobilného stroja reguluje zmenou geometrického objemu hydrogenerátora pri maximálnom geometrickom objem hydromotora. Rýchlosť nad 10 km za hodinu sa dosahuje postupným zmenšovaním geometrického objemu hydromotora. Samozrejme, že je možná a v niektorých prípadoch dokonca výhodná vzájomná kombinácia prvostupňovej a druhostupňovej regulácie. Napokon je možnosť využiť len druhostupňovú reguláciu napr. pri preprave mobilného stroja zvýšenou pojazdovou rýchlosťou po verejných komunikáciách. V takomto prípade existuje tiež možnosť regulácie pojazdovej rýchlosti výlučne zmenou resp. reguláciou otáčok spaľovacieho motora pri konštantnom nastavení regulačných prvkov hydrogenerátora a hydromotora. Táto možnosť regulácie rýchlosti pripadá do úvahy len pri preprave stroja za predpokladu, že jeho spaľovací motor je vybavený výkonovým regulátorom otáčok. Pracovné mechanizmy mobilných poľnohospodárskych strojov vyžadujú konštantné otáčky, pričom počas pracovného nasadenia pojazdová rýchlosť je nízka, často pod 5 km za hodinu, takže v pracovnom režime sa regulácia rýchlosti uskutočňuje výlučne zmenou geometrického objemu hydrogenerátora. Využitie spomenutých možností regulácie pojazdovej rýchlosti závisí aj od toho, do akého druhu mobilného stroja je hydrostatický prevod zabudovaný. Totižto manipulátor má úplne odlišný a veľmi variabilný pracovný režim, než napr. zberacia rezačka. Ako je všeobecne známe regulácia pojazdovej rýchlosti môže byť vykonávaná manuálne, alebo automaticky, napr. v závislosti na množstve hmoty dopravovanej do rezacieho ústrojenstva. Niekedy sa však vyžaduje regulácia na konštantnú rýchlosť, napr. pri strojoch na ochranu rastlín alebo hnojenie. Pri týchto strojoch môže byť zmena pojazdovej rýchlosti spôsobená zvýšeným preklzom hnacích kolies alebo poklesom otáčok spaľovacieho motora, napr. pri jazde do svahu. V každom prípade vyššie popísané usporiadanie hydrostatického prevodu poskytuje široké možnosti regulácie pojazdovej rýchlosti mobilných strojov určených na vykonávanie rôznych technologických činností nielen v poľnohospodárstve, ale aj v ostatných odvetviach národného hospodárstva. Konkrétne možno uviesť nakladač dreva vyvinutý ešte v bývalom podniku JDZ Čkyně, Česká republika.

Usporiadanie hydrostatického prevodu podľa schémy Obr. 3 sa podstatne odlišuje od obidvoch predchádzajúcich prípadov.

Obr. 3

Obr. 3: Usporiadanie priameho hydrostatického prevodu s regulačným hydrogenerátorom a dvomi konštantnými paralelne zapojenými hydromotormi s koncovými prevodmi (1 - regulačný hydrogenerátor, 2,3 - konštantné hydromotory, 4,5 - koncové prevody)

Prvá odlišnosť spočíva v tom, že okrem regulačného hydrogenerátora 1 sú použité dva konštantné hydromotory 2 a 3 v paralelnom zapojení. Ďalšia odlišnosť je daná tým, že nie je použitá mechanická prevodovka s diferenciálom, ale iba koncové prevody 4 a 5. V tomto prípade funkciu diferenciálu zabezpečujú konštantné hydromotory 2 a 3, v ktorých je rovnaký tlak. Použitie mechanickej prevodovky nie je potrebné z toho dôvodu, že paralelné zapojenie dvoch hydromotorov s jedným hydrogenerátorom znižuje výstupné otáčky prakticky dvojnásobne, než pri použití jedného hydromotora. Treba však zdôrazniť, že v tomto prípade dochádza iba k redukcii výstupných otáčok bez zvýšenia výstupného krútiaceho momentu. Avšak v konečnom dôsledku veľkosť hnacích síl na obidvoch kolesách zostáva zachovaná. Takže uvedené usporiadanie priameho hydrostatického pohonu má rovnaké vlastnosti ako mechanický pohon s diferenciálom, avšak bez uzávierky. Tento spôsob pohonu preto nie je vhodný pre mobilné stroje, ktorých prevádzka vyžaduje používať uzávierku diferenciálu. Ako príklad použitia tohto pohonu možno uviesť cestný valec s typovým označením UN-12V (výrobca ADAST Blansko, Česká republika), kde použitie uzávierky nepripadá do úvahy.

Usporiadanie hydrostatického pohonu podľa schémy znázornenej na Obr. 4 je v podstate rovnaké, avšak s tým rozdielom, že sú použité regulačné hydromotory 2 a 3.

Obr. 4

Obr. 4: Usporiadanie priameho hydrostatického prevodu s regulačným hydrogenerátorom a dvomi regulačnými paralelne zapojenými hydromotormi s koncovými prevodmi (1 - regulačný hydrogenerátor, 2,3 - regulačné hydromotory, 4,5 - koncové prevody)

Použitie regulačných hydromotorov umožňuje širšie možnosti regulácie pojazdovej rýchlosti mobilných strojov počas pracovného nasadenia v rôznych prevádzkových podmienkach. Avšak vzhľadom na použitie dvoch regulačných hydromotorov v paralelnom zapojení je po konštrukčnej stránke samotná regulácia zložitejšia. Vyššie uvedené usporiadanie hydrostatického pohonu nachádza uplatnenie na obilných kombajnoch a v minulosti bolo použité na u nás dobre známom obilnom kombajne s typovým označením E-516 vyrábaného v bývalej NDR.

Okrem vyššie popísaných a schematicky znázornených usporiadaní priamych hydrostatických pohonov sa vyskytujú aj iné, s ktorými sa však v bežnej praxi často nevyskytujú. Jedná sa skôr o jednoúčelové usporiadanie pre konkrétny typ mobilných strojov určených pre špecifické podmienky.

Príspevok bol spracovaný na základe dostupných technických informácii a prospektových materiálov od firiem SAUER a REXROTH.

Vystavené 16.1.2014