Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Hydrostatické prevody v mobilnej poľnohospodárskej technike (4. časť)

16-07-2014
prof. Ing. Anton Žikla, CSc.; Ing. Ján Kosiba, PhD. | xkosiba@is.uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra dopravy a manipulácie (TF)

Predchádzajúce časti príspevku poskytovali základné technické a exploatačné informácie z oblasti hydrostatických prevodov a ich aplikácie v mobilnej poľnohospodárskej technike. Obsah jednotlivých častí bol zameraný predovšetkým na priame hydrostatické prevody a ich základné komponenty t.j. hydrogenerátory a hydromotory, známe pod spoločným názvom hydrostatické prevodníky. Bola popísaná ich funkcia, konštrukcia a tiež činnosť pri rôznych prevádzkových stavoch v rozsahu potrebnom pre zvládnutie bežných problémov súvisiacich s praktickou prevádzkou hydrostatických prevodov používaných  mobilnej poľnohospodárskej technike. Ako bude ďalej uvedené v tejto časti príspevku, pre zabezpečenie správnej exploatácie, údržby, servisu a napokon aj bezporuchovej prevádzky a požadovanej životnosti hydrostatických prevodov, je nevyhnutné poznať konštrukciu a činnosť tohto druhu prevodu, ako samostatného funkčného celku mobilného stroja.

Konštrukcia a činnosť priameho hydrostatického prevodu

Priamy hydrostatický prevod okrem základných funkčných častí t.j. hydrogenerátora a hydromotora pozostáva z celého radu ďalších hydraulických prvkov. Tieto prvky sú prevažne pasívne, to znamená, že sa nepodieľajú na prenose výkonu, ale zabezpečujú riadenie a ochranu hlavného hydraulického obvodu.

Na Obr. 1 je znázornená funkčná schéma priameho hydrostatického prevodu  vytvoreného z dvoch úplných hydrostatických prevodníkov, ktorých hlavné časti sú regulačný hydrogenerátor HG a hydromotor s konštantným geometrickým objemom HM. Hydrogenerátor je prepojený s hydromotorom červenou a modrou vysokotlakovou vetvou, čím je vytvorený uzatvorený hydraulický obvod, ktorý zabezpečuje prenos výkonu z hydrogenerátora do hydromotora prostredníctvom tlakovej energie pracovnej kvapaliny. Obidve vysokotlakové vetvy sú navzájom prepojené cez jednosmerné ventily VJ1VJ2 v protismernom zapojení a ďalej cez hydraulicky riadené tlakové ventily VT2VT3, ktoré plnia funkciu vysokotlakových poistných ventilov a sú nastavené na otvárací tlak 35 MPa. Medzi obidve vetvy je tiež zapojený hydraulicky riadený rozvádzač HRR s pripojeným tlakovým ventilom VT4, ktorý plní funkciu prepúšťacieho ventilu a je nastavený na tlak 1,2 až 1,8 MPa.

Obr. 1

Obr. 1: Funkčná schéma priameho hydrostatického prevodu
HG – regulačný hydrogenerátor, HM – hydromotor s konštantným geometrickým objemom, HG1 – pomocný zubový hydrogenerátor, VT1 – tlakový ventil (2,5MPa), VT2, VT3 – tlakové ventily (35 MPa), VT4 – tlakový ventil (1,8 MPa), HRR – hydraulicky riadený rozvádzač, VJ1, VJ2 – jednosmerné ventily, SVA – servovalec, SVE – servoventil, MSV - mechanická spätná väzba, C – clona, OP – ovládacia páka, CH – chladič, Č – čistič, VM – vákuometer, N – nádrž, SP – spojovacie potrubie, 1,2,3 – servisné body diagnostiky

Priamy hydrostatický prevod okrem uzatvoreného hydraulického obvodu má ešte pomocný hydraulický obvod, ktorý je otvorený a zabezpečuje nasledovné funkcie:

  • Umožňuje reguláciu prietoku v uzatvorenom hydraulickom obvode
  • Doplňuje pracovnú kvapalinu v uzatvorenom hydraulickom obvode v dôsledku objemových strát spôsobených netesnosťou
  • Chladí a čistí pracovnú kvapalinu

Dodávku pracovnej kvapaliny do pomocného hydraulického obvodu zabezpečuje zubový hydrogenerátor HG1, ktorý má spoločný pohon s regulačným hydrogenerátorom HG a tvorí s ním jeden konštrukčný celok. Zubový hydrogenerátor nasáva pracovnú kvapalinu z nádrže N cez čistič Č, ktorý je vybavený vákuometrom VM za účelom kontroly technického stavu a znečistenia čističa. Výstup zubového hydrogenerátora je cez clonu C zapojený na servoventil SVE a súčasne medzi jednosmerné ventily VJ1 a VJ2. Na výstup zubového hydrogenerátora je pripojený tlakový ventil VT1, ktorý plní funkciu poistného ventilu pomocného hydraulického obvodu a je nastavený na tlak 2,5 MPa. Teleso hydromotora je spojovacím potrubím SP prepojené s telesom regulačného hydrogenerátora, z ktorého je spoločný odpad odvedený cez chladič CH naspäť do nádrže N.

Regulácia hydrostatického prevodu sa uskutočňuje ovládacou pákou OP, ktorá je mechanicky spojená so servoventilom SVE. Servoventil je hydraulicky prepojený servovalcom SVA, ktorý slúži na ovládanie regulačného hydrogenerátora HG. Za účelom proporcionálneho ovládania hydrostatického prevodu je servoventil SVE a servovalec SVA navzájom prepojený mechanickou spätnou väzbou MSV. Servoventil SVE je v podstate štvorcestný trojpolohový mechanicky riadený hydraulický rozvádzač. Proporcionálne ovládanie hydrostatického prevodu sa vyznačuje tým, že každej polohe ovládacej páky zodpovedá určitá poloha výkyvnej dosky regulačného hydrogenerátora a teda aj jeho geometrický objem a napokon jemu zodpovedajúca pojazdová rýchlosť stroja. Pre jednoduchosť je na Obr. 1 zakreslený jeden ovládací servovalec SVA s dvomi proti sebe pôsobiacimi tlačnými pružinami, avšak v skutočnosti sú v telese regulačného hydrogenerátora umiestnené dva servovalce (viď Obr. 1 MM č. 12/2013). Každý z uvedených servovalcov má samostatnú tlačnú pružinu pôsobiacu na piest z vnútornej strany.

Činnosť priameho hydrostatického prevodu je nasledovná. Pri vychýlení ovládacej páky OP z neutrálnej polohy napr. doľava, čo zodpovedá smeru jazdy stroja dopredu, sa súčasne posunie posúvač servoventilu SVE z neutrálnej polohy do aktívnej. Potom pracovná kvapalina z pomocného zubového hydrogenrátora HG1 začne prúdiť cez clonu C a servoventil SVE do servovalca SVA. Piest servovalca nastaví do požadovanej polohy výkyvnú dosku regulačného hydrogenerátora HG, ktorý začne cez červenú vysokotlakovú vetvu dodávať pracovnú kvapalinu do hydromotora HM. Z výstupu hydromotora sa pracovná kvapalina vracia modrou vetvou naspäť na vstup do regulačného hydrogenerátora. V tomto prípade počas činnosti hydrostatického prevodu sú objemové straty pracovnej kvapaliny vo vysokotlakovej vetve doplňované zubovým hydrogenerátorom HG1 cez jednosmerný ventil VJ2 do vratnej modrej vysokotlakovej vetvy. Objem pracovnej kvapaliny dodávaný zubovým hydrogenerátorom zmenšený o objemové straty vo vysokotlakovej vetve je odvádzaný z vratnej vetvy cez hydraulicky riadený rozvádzač HRR a tlakový ventil VT4 do telesa hydromotora a z neho spojovacím potrubím SP do telesa regulačného hydrogenerátora a ďalej cez pripojený chladič CH do nádrže N. V tejto súvislosti treba zdôrazniť, že objemové straty spôsobené netesnosťami v uzatvorenom hydraulickom obvode sú neporovnateľne menšie než dodávaný objem pracovnej kvapaliny zubovým hydrogenerátorom HG1, ktorý predstavuje cca 25 dm3.min-1 (25 litrov za minútu). Takže prakticky celý vyššie uvedený objem je cez chladič odvedený do nádrže, čím je zabezpečené intenzívne chladenie pracovnej kvapaliny aj v extrémnych prevádzkových podmienkach. Rozvádzač HRR je vždy hydraulicky riadený tlakom z vysokotlakovej vetvy uzatvoreného hydraulického obvodu.

Opačný zmysel otáčania hydromotora HM pri spätnom chode stroja sa dosiahne prestavením ovládacej páky OP z neutrálnej polohy doprava, teda opačne ako pri jazde dopredu. V tomto prípade sa posúvač servoventilu SVE, aj piest servovalca SVA a napokon aj výkyvná doska regulačného hydrogenerátora HG nakloní tiež opačne, takže pracovná kvapalina bude prúdiť do hydromotora HM cez modrú vysokotlakovú vetvu. Červená vysokotlaková vetva bude vratná a do nej budú doplňované objemové straty zo zubového hydrogenerátora HG1 cez jednosmerný ventil VJ1. Taktiež k tejto vratnej vetve bude prostredníctvom hydraulicky riadeného rozvádzača pripojený tlakový ventil VT4

Z funkčného hľadiska je ešte žiaduce popísať prevádzkový stav hydrostatického prevodu v prípade, že ovládacia páka je v neutrálnej polohe a teda je nastavený nulový geometrický objem regulačného hydrogenerátora, pričom spaľovací motor je v chode a obidva hydrogenerátory sú poháňané. V tomto prípade sú obidve vysokotlakové vetvy cez jednosmerné ventily VJ1VJ2 zapojené na výstup zubového hydrogenerátora HG1. To prakticky znamená, že v obidvoch vetvách je rovnaký tlak, v dôsledku čoho je hydraulicky riadený rozvádzač HRR v neutrálnej polohe, takže tlakový ventil VT4 je od neho hydraulicky odpojený. Potom tlak na výstupe zubového hydrogenerátora HG1 je udržiavaný tlakovým ventilom VT1, ktorý je v tomto prípade trvale otvorený a plní funkciu prepúšťacieho ventilu.

Pri praktickej exploatácii hydrostatických prevodov sa okrem vyššie popísaného vyskytujú aj ďalšie svojim spôsobom špecifické prevádzkové stavy, ktoré z hľadiska prevádzkovej spoľahlivosti a životnosti niektorých funkčných a konštrukčných častí hydrostatického prevodu sú nežiaduce, ale v reálnych prevádzkových podmienkach ich vonkoncom nemožno vylúčiť. Tieto stavy sa vyskytujú najmä pri zrýchľovaní, spomaľovaní, ale najmä pri zmene chodu stroja dopredu na spätný chod alebo opačne. Aby sa v týchto prípadoch obmedzili tlakové rázy v uzatvorenom hydraulickom obvode je prívod pracovnej kvapaliny zo zubového hydrogenerátora HG1 do servoventilu SVE škrtený clonou C. Takže aj pri prudkej zmene polohy ovládacej páky OP nedochádza k rýchlej zmene polohy výkyvnej dosky regulačného hydrogenerátora. V tejto súvislosti je snáď účelné spomenúť, že priamy hydrostatický prevod umožňuje aj intenzívne brzdenie mobilného stroja, avšak pri brzdení hydromotor pracuje v režime hydrogenerátora a hydrogenerátor v režime hydromotora. Spúšťanie spaľovacieho motora rozťahovaním mobilného stroja vybaveného priamym hydrostatickým prevodom je vylúčené.

V tomto príspevku je popísaný priamy hydrostatický prevod, ktorý svojim konštrukčným riešením zodpovedá výrobkom firmy SAUER, aj keď výrobca si vyhradzuje právo na konštrukčné zmeny spôsobené neustálym vývojom. Regulačné hydrogenerátory sa označujú SPV, regulačné hydromotory SMV alebo OMV a hydromotory s konštantným geometrickým objemom SMF. Za týmto označením je číselný znak udávajúci veľkosť hydrostatického prevodníka. V poľnohospodárskych mobilných strojoch sa najčastejšie používajú hydrostatické prevodníky t.j. hydrogenerátory a hydromotory veľkosti 22 s geometrickým objemom 69 cm3 a veľkosti 23 s geometrickým objemom 89 cm3.

Príspevok bol spracovaný na základe dostupnej technickej dokumentácie a vlastných funkčných schém autorov.