Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Hydrostatické prevody v mobilnej poľnohospodárskej technike (3. 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)

Z funkčného i konštrukčného hľadiska priamy hydrostatický prevod pozostáva najmenej z dvoch hydrostatických prevodníkov, z ktorých jeden plní funkciu hydrogenerátora a druhý funkciu hydromotora. Hydrogenerátor je hydrostatický prevodník, ktorý mechanickú energiu dodávanú spaľovacím motorom premieňa na tlakovú energiu pracovnej kvapaliny. Hydromotor ten zase naopak, premieňa tlakovú energiu pracovnej kvapaliny na mechanickú energiu odoberanú z výstupného hriadeľa hydromotora vo forme krútiaceho momentu a otáčok. Na pohon pojazdu mobilnej poľnohospodárskej techniky sa takmer výlučne používajú axiálne piestové hydrostatické prevodníky.

Konštrukcia a činnosť axiálnych piestových hydrogenerátorov

V súčasnosti používané konštrukcie axiálnych piestových hydrogenerátorov možno rozdeliť na  dve hlavné skupiny a to nasledovne:

  • axiálny piestový hydrogenerátor s nakloneným blokom valcov voči hnaciemu hriadeľu,
  • axiálny piestový hydrogenerátor s naklonenou platňou voči hnaciemu hriadeľu.

Ako je zrejmé zo schémy znázornenej na Obr. 1, pri hydrogenerátore s nakloneným blokom valcov sa krútiaci moment prenáša cez hnací hriadeľ 4 na rovinnú platňu 6. V tomto prípade je blok valcov 2 sklonený voči hnaciemu hriadeľu hydrogenerátora o uhol α a rotuje tým, že je unášaný piestami 1. Axiálny pohyb piestov sa dosiahne rotáciou platne 6, v dôsledku naklonenia bloku valcov 2 voči osi hnacieho hriadeľa 4. Ako spojovacie časti medzi piestami 1 a platňou 6 sa najčastejšie používajú ojnice 5. Pracovná kvapalina sa do valcov pri nasávacom zdvihu privádza kanálom S, ktorý je vytvorený vo sférickom rozvodovom elemente 3. Kanál je konštrukčne upravený do tvaru poloblúka, takže plnenie valcov sa uskutočňuje počas polovice otáčky bloku valcov 2, ako je znázornené na Obr. 2. Cez druhú polovicu obvodu sa pracovná kvapalina vytláča piestami z valcov do výtlačného kanála V. Pri regulačných hydrogenerátoroch sa mení sklon valcov bloku valcov, a tým aj zdvih piestov. Konštrukčné vyhotovenie jedného typu axiálneho piestového hydrogenerátora s nakloneným blokom valcov je znázornené na Obr. 3.

Obr. 1

Obr. 1 Schéma axiálneho piestového hydrogenerátora s nakloneným blokom valcov 1 – piest, 2 – blok valcov, 3 – sférický rozvodový element, 4 – hnací hriadeľ, 5 – ojnica, S – sací kanál, 6 – rovinná platňa, V – výtlačný kanál

Obr. 2

Obr. 2 Sférický rozvodový element 1 – sací kanál v tvare poloblúka, 2 –teleso, 3 – výtlačný kanál v tvare poloblúka

Obr. 3

Obr. 3 Axiálny piestový hydrogenerátor s nakloneným blokom valcov

Pri konštrukčnej koncepcii axiálneho piestového hydrogenerátora s naklonenou platňou znázornenej na Obr. 4, sa krútiaci moment z hnacieho hriadeľa 4 privádza na rotujúci blok valcov 2. V tomto prípade spojenie piestov 1 s naklonenou rotujúcou platňou je cez kĺzadlo 5, podľa toho sa aj často používa názov „kĺzadlová konštrukcia“. Rozvod pracovnej kvapaliny je opäť čelný, ale na rovinnom rozvodovom elemente bloku valcov. Regulácia zdvihu piestov a teda pracovného objemu valcov sa uskutočňuje zmenou uhla nerotujúcej výkyvnej platne.

Obr. 4

Obr. 4 Schéma piestového hydrogenerátora s naklonenou platňou 1 – piest, 2 – blok valcov, 3 – rovinný rozvodový element, 4 – hnací hriadeľ, 5 – kĺzadlo, 6 – naklonená platňa, S – sací kanál, V – výtlačný kanál

Na pohon pojazdových kolies mobilnej poľnohospodárskej techniky sa prevažne používajú regulačné axiálne piestové hydrogenerátory s typovým označením SPV o veľkosti 23 s geometrickým objemom 89 cm3 a veľkosti 22 s geometrickým objemom 69 cm3. Vyššie uvedený typ hydrogenerátora je v pozdĺžnom reze znázornený na Obr. 5, ďalej je podrobnejšie popísaná jeho konštrukcia a činnosť. Na drážkovanom hriadeli je nasadený rotujúci blok valcov 2. Piesty 8 sa svojimi kĺzadlami opierajú o tlakovú dosku 6, pripevnenú na výkyvnej doske 3. Tlaková doska je veľmi hladko opracovaná, zatiaľ čo výkyvná doska je odliatok. Kĺzadlá sú k tlakovej doske 6 pridržiavačom kĺzadiel 7, nasadeným na klobúčku 4 do ktorého sa opiera šesť pružín 23. Tvar povrchu klobúčku je guľový, aby sa na ňom mohol ľubovoľne otáčať pridržiavač kĺzadiel 7. Pri šikmej polohe výkyvnej dosky 3 sa v priebehu jednej otáčky bloku valcov 2 všetky piesty 8 vysunú z valcov a opäť zasunú, takže sa aj všetky pružiny 23 uvoľnia a zase stlačia. V polovici jednej otáčky, keď sa piesty vysúvajú, sa kvapalina do valcov nasáva a v druhej polovici je z valcov vytláčaná. Pretože pružiny 23 vysúvajú piesty z valcov pomerne malou silou, bolo by plnenie valcov pri vyšších otáčkach nedostatočné. Z tohto dôvodu musí byť v sacom potrubí určitý tlak cca 1,5 MPa (15 barov), ktorý pôsobí na piesty a z valcov ich vytlačuje. Za normálnych pracovných podmienok prívod pracovnej kvapaliny do sacieho potrubia piestového hydrogenerátora zabezpečuje plniaci zubový hydrogenerátor 19.

Obr. 5

Obr. 5 Axiálny piestový regulačný hydrogenerátor, typ SPV 1, 10 – piesty servovalcov, 2 – blok valcov, 3 – výkyvná platňa, 4 – klobúčik, 5 – upchávka hriadeľa, 6 – tlaková doska, 7 – pridržiavač kĺzadiel, 8 – piest, 9 – predné veko, 11 – servoventil, 12 – ovládacia páka, 13 – dorazová skrutka pre nastavanie zdvihu posúvača, 14 teleso pružiny 15 – ložisková doska, 16 – ventilová doska, 17 – poistný ventil plniaceho obvodu, 18, 21 – jednosmerné ventily, 19 – zubový hydrogenerátor, 20 – zadné veko, 22 – pružina bloku valcov, 23 – pružiny na pritláčanie kĺzadiel, 24 – teleso hydrogenerátora

Prívod pracovnej kvapaliny z nepohyblivého zadného veka 20 do rotujúceho bloku valcov 2 a súčasne odvod z bloku valcov do zadného veka zabezpečuje tzv. ložisková doska 15 a tzv. ventilová doska 16. Ložisková doska je vyrobená z bronzu a pevne pripevnená k bloku valcov, avšak ventilová doska je oceľová a pripevnená k nepohyblivému zadnému veku 20. Prostredníctvom pružín 23 a pomerne silnej pružiny 22 pôsobiacej na blok valcov 2 je ložisková doska 15 pritláčaná k ventilovej doske 16. Pretože prítlačná sila je značná, musí byť aj pri chode hydrogenerátora naprázdno zabezpečený dostatočný plniaci tlak pracovnej kvapaliny, ktorá presakuje medzi trecie plochy obidvoch dosiek a vytvára tým potrebnú mazaciu vrstvu kvapaliny.

Regulačné zariadenie slúži na nastavenie sklonu výkyvnej platne, a tým aj na nastavenie požadovaného prietoku, ktorému zodpovedá pojazdová rýchlosť mobilného stroja. Zariadenie sa skladá z dvoch tzv. servovalcov s piestami 1 10 a rozvádzača 11 tzv. servoventilu. Piesty servovalcov sú pomocou ťahadiel spojené s výkyvnou platňou 3, ktorá je otočne uložená na dvoch kuželíkových ložiskách, nasadených na čapoch prírub pripojených z vonkajších strán k telesu hydrogenerátora 24. Výkyvnú platňu 3 možno pomocou servovalcov nastaviť od základnej polohy kolmej na os hriadeľa na obidve strany do 18º. Niekedy je problematické nastaviť základnú kolmú polohu výkyvnej platne, pri ktorej sa piesty nevysúvajú a prietok je nulový. Tento stav sa v technickej praxi nazýva pojmom „hydraulická nula“. K nastaveniu nulovej polohy pomáhajú odpružené dorazy piestoch 110 a tiež možnosť nastavenia obidvoch servovalcov.

Servoventil 11 je v podstate posúvačový rozvádzač s priamočiarym pohybom posúvača. Polohu posúvača ovplyvňuje jednak ovládacia páka 12, a jednak spätná väzba (vyznačená bodkočiarkovane) od výkyvnej platne 3. Prakticky to znamená, že keď obsluha vychýli ovládaciu páku o určitý uhol, toto vychýlenie spôsobí prestavenie posúvača, ktoré trvá dovtedy, pokiaľ sa o požadovaný uhol nenakloní výkyvná platňa a spätná väzba nevráti posúvač do základnej, neutrálnej polohy. Z vyššie uvedeného vyplýva, že regulácia pracuje proporcionálne, takže v konečnom dôsledku každej polohe ovládacej páky zodpovedá určitá pojazdová rýchlosť mobilného stroja.

Súčasťou axiálneho piestového hydrogenerátora je plniaci zubový hydrogenerátor 19 s geometrickým objemom 12,3 cm3 alebo 18,3 cm3. Poistný ventil plniaceho obvodu 17 obmedzuje maximálny tlak na hodnotu 2 až 2,5 MPa, pričom do plniaceho obvodu sú ešte zaradené dva jednosmerné ventily 18 21.

Vyššie popísané axiálne piestové hydrogenerátory sú schopné vyvinúť tlaky až 50 MPa a preto sa najviac používajú vo vysokotlakových hydraulických zariadeniach. Dosahujú veľmi dobrú prietokovú a celkovú účinnosť, až 94 %, a vysokú životnosť až 8 000 prevádzkových hodín. Vyžadujú však vysokú čistotu pracovnej kvapaliny s filtráciou častíc 5 až 10 μm. Konštrukčne sú však zložitejšie a to najmä regulačné s výkyvnou platňou, ktoré sú vybavené doplňovacím zubovým hydrogenerátorom.

Konštrukcia a činnosť axiálnych piestových hydromotorov

Prakticky každý axiálny piestový hydrogenerátor môže pracovať ako hydromotor okrem axiálnych piestových hydrogenerátorov s pevným blokom valcov. Axiálne piestové hydromotory typu SMV sa od regulačných hydrogenerátorov typu SPV po konštrukčnej stránke príliš neodlišujú. Výkyvnú dosku možno zo základnej kolmej polohy na os hriadeľa vychyľovať iba na jedu stranu v rozsahu 7 až 18º. Výkyv dosky je obmedzený pevným dorazom. Namiesto plniaceho zubového hydrogenerátora je k zadnému veku hydromotora pripevnený tzv. ventilový blok. Axiálne piestové hydromotory s konštantným geometrickým objemom typu SMF majú pevnú platňu naklonenú pod uhlom 18º. Tieto hydromotry typu SMF majú na rozdiel od hydrogenerátorov typu SPV menšie rozmery a sú ľahšie pretože nemajú servovalce ani servoventil.

Hydromotor typu SMF s blokom ventilov je znázornený na Obr. 6. V bloku ventilov 1 sú umiestnené dva vysoko tlaké ventily 4 uzavretého hydraulického obvodu, rozvádzač 5 pre odtok  pracovnej kvapaliny z uzavretého hydraulického obvodu a prepúšťací ventil 6, ktorý udržuje požadovaný tlak v plniacom obvode. Okrem uvedených hydraulických prvkov sú na bloku ventilov umiestnené servisné body 2 pre diagnostiku tlaku v uzavretom hydraulickom obvode.

Obr. 6

Obr. 6 Hydromotor s konštantným geometrickým objemom, typ SMF s ventilovým blokom 1 – blok ventilov, 2, 3 – servisné body pre diagnostiku tlaku v uzatvorenom obvode, 4 – poistný ventil uzavretého obvodu, 5 – hydraulicky riadený rozvádzač, 6 – prepúšťací ventil plniaceho obvodu

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