Úvod / Informácie / Stroje a zariadenia / Rôzne

Hydrostatické prevody v mobilnej poľnohospodárskej technike (5. časť)

05-11-2014
prof. Ing. Anton Žikla, CSc.; Ing. Ján Kosiba, PhD. | xkosiba@is.uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre, Katedra dopravy a manipulácie (TF)

Jednotlivé funkčné a konštrukčné časti hydrostatických prevodov počas prevádzky podliehajú prirodzenému opotrebeniu, ktoré je príčinou porúch menšieho alebo väčšieho rozsahu. Samozrejme, že hodnota opotrebenia funkčných dvojíc a ich konštrukčných prvkov v závislosti na čase prevádzky je ovplyvnená celým radom faktorov. Predovšetkým sa jedná o pravidelnú údržbu, odbornú obsluhu, ale aj terénne a klimatické podmienky, v ktorých mobilný stroj pracuje. Nemožno vylúčiť ani výrobné nedostatky ako rozmerové a montážne tolerancie, nevhodné tepelné spracovanie, materiálové nedostatky a napokon aj konštrukčné nedostatky. Zvlášť treba zdôrazniť, že niektoré konštrukčné prvky hydrostatických prevodov sú vyrobené a zmontované s toleranciami niekoľko tisícin milimetra, z čoho vyplývajú vysoké požiadavky na čistotu pracovnej kvapaliny. Pre minimalizáciu porúch pri prevádzke strojov má prvoradý význam prevencia, súčasťou ktorej je sledovanie technického stavu použitím moderných diagnostických metód.

Servis a prevádzková spoľahlivosť strojov patrí medzi priority

Vývoj stále dokonalejších, ale súčasne aj zložitejších mobilných strojov vrátane hydrostatických prevodov kladie vysoké požiadavky na technickú úroveň servisu a opráv týchto strojov. Taktiež zo strany užívateľov je úroveň servisu a vôbec otázka zabezpečenia prevádzkovej spoľahlivosti mobilnej techniky jednou z priorít pri nákupe novej techniky. Túto skutočnosť si výrobcovia techniky v plnom rozsahu uvedomujú, ale na druhej strane si tiež uvedomujú, že ani sebe lepší servis nedokáže zabezpečiť prevádzkovú spoľahlivosť strojov, pokiaľ už z výroby bude vychádzať poruchový stroj.

Účel a potreba technickej diagnostiky

Účelom technickej diagnostiky je sledovanie technického stavu funkčných a konštrukčných celkov strojov a v prípade, že tento nezodpovedá stanoveným technickým požiadavkám je ďalej potrebné identifikovať poruchu t. j. stanoviť príčinu zisteného stavu. Poruchu je potrebné identifikovať aj vtedy, keď dôjde k zhoršeniu technického stavu niektorého z funkčných a konštrukčných celkov stroja na základe vonkajších vizuálnych a akustických prejavov. Diagnostické prístroje a zariadenia možno tiež účelne využiť pri opravách strojov, na kontrolu a nastavenie opravených resp. vymenených agregátov. Avšak vo väčšine prípadov pomocou diagnostiky nemožno zistiť príčinu ani miesto poruchy, čo je zrejmé z nasledovného príkladu. V oblasti hydrauliky najjednoduchším diagnostickým prístrojom je manometer, pomocou ktorého zistíme, že v hydraulickom obvode je nižší tlak, než stanovujú technické podmienky, ale príčina poklesu tlaku zatiaľ nie je známa. Podobne z údajov teplomera nezistíme, že príčinou zvýšenej teploty oleja je znečistený chladič oleja. Znečistenie chladiča v zmysle platnej terminológie a klasifikácie porúch, dokonca ani nemožno považovať za poruchu, ale iba za závadu, ktorej odstránenie nevyžaduje odborný zásah do funkčného a konštrukčného celku stroja, v našom prípade do hydrostatického prevodu. Napokon prehrievanie oleja môže byť spôsobené aj prešmykovaním, prípadne pretrhnutím klinového remeňa na pohon ventilátora. Avšak v prípade elektrického pohonu ventilátora vonkoncom nemožno vylúčiť poruchu v samotnej elektrickej sústave pohonu, v dôsledku čoho sa identifikácia poruchy ďalej komplikuje. Práve zvýšená teplota oleja môže byť príčinou poklesu tlaku vo vysokotlakovej vetve hydrostatického prevodu, čo sa v konečnom dôsledku môže prejaviť znížením rýchlosti mobilného stroja pri jazde do svahu. Z vyššie uvedeného príkladu je zrejmé, že v prevádzke mobilných strojov vybavených hydrostatickým prevodom sa vyskytuje celý rad príčin a tzv. príčinných súvislostí medzi jednotlivými poruchami a ich prejavmi, pričom prvotná porucha a jej príčina je v tomto prípade len jedna. Je síce pravda, že pokiaľ má obsluha stroja praktické skúsenosti a určitú technickú zručnosť, vrátane odborných znalostí, dokáže na základe prejavov poruchy túto identifikovať aj bez zložitej technickej diagnostiky, iba pomocou jednoduchých meracích prístrojov. Avšak pri zložitejších konštrukčných strojoch s elektronickým ovládaním a riadením sa vyskytujú poruchy, ktoré bez technickej diagnostiky nedokážu identifikovať ani skúsení servisní pracovníci.

Meracie prístroje a zariadenia pre technickú diagnostiku

Meracie prístroje a zariadenia pre technickú diagnostiku sa rozdeľujú podľa rôznych hľadísk a kritérií. Napokon aj samotný spôsob a metóda vykonávania technickej diagnostiky v mnohých prípadoch závisí od použitých prístrojov a zariadení. Podľa účelu použitia meracie prístroje a zariadenia pre technickú diagnostiku môžu byť:

  • jendoúčelové,
  • univerzálne.

Podľa spôsobu pripojenia k stroju meracie prístroje a diagnostické zariadenia sú:

  • ručné, kufríkové,
  • prenosné, mobilné,
  • stabilné,
  • palubné.

Podľa veľkosti zásahu do hydraulického obvodu možno technickú diagnostiku vykonávať:

  • bez demontáže hydraulického obvodu,
  • s čiastočnou demontážou,
  • s úplnou demontážou.

Základné meracie prístroje pre technickú diagnostiku hydraulických obvodov sú:

  • manometre (tlakomery),
  • teplomery,
  • prietokomery.

Všetky vyššie uvedené meracie prístroje môžu byť ručičkové alebo číslicové s pamäťou, ktorá má schopnosť registrovať priemerné, maximálne i minimálne hodnoty meranej veličiny. Najmodernejšie diagnostické prístroje sú vybavené zobrazovacou jednotkou, ktorá znázorňuje graficky priebeh meranej veličiny v závislosti na čase alebo na inej meranej veličine. Súčasné zariadenia pre technickú diagnostiku hydraulických sústav združujú niekoľko meracích prístrojov do jedného celku, čím sa zvyšuje ich univerzálnosť.

Technická diagnostika hydrostatických prevodov

Hydrostatické prevody sa používajú v poľnohospodárskych, lesných, stavebných a iných mobilných strojoch, teda sa vyznačujú univerzálnosťou, ktorá sa vyžaduje aj z hľadiska technickej diagnostiky. To prakticky znamená, že musia umožňovať použiť širokú škálu meracích prístrojov a zariadení pre diagnostiku bez väčšieho zásahu do jednotlivých funkčných a konštrukčných celkov hydrostatického prevodu.

Ako typický príklad môže v tomto smere poslúžiť hydrostatický prevod s regulačným hydrogenerátorom a hydromotorom s konštantným geometrickým objemom. Na funkčnej schéme tohto hydrostatického prevodu znázornenej na Obr. 1 sú vyznačené tzv. servisné body diagnostiky s pozičnými číslami 12, ktoré sú funkčne zhodné s pozičnými číslami na Obr. 2. Z funkčnej schémy je zrejmé, že servisné body diagnostiky s označením 1 a 2 sú vlastne vývody obidvoch vysokotlakových vetiev uzatvoreného hydraulického obvodu. Servisný bod diagnostiky 3 predstavuje vývod nízkotlakového tzv. doplňovacieho hydraulického obvodu. Tento vývod je zapojený pred clonou C, cez ktorú vstupuje pracovná kvapalina z pomocného hydrogenerátora HG1 do servoventilu SV. Ako je znázornené na Obr. 2, servisné body diagnostiky sú štandardne zaslepené závitovými zátkami 1,23, ktoré po demontáži umožňujú priame napojenie klasických ručičkových manometrov alebo snímačov tlaku s elektrickým výstupom. Teda je tu možnosť trvale zabudovať palubnú diagnostiku do mobilného stroja, ktorý je vybavený hydrostatickým prevodom.

Obr.1 Funkčná schéma priameho hydrostatického prevodu

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 (prepúšťací 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

Obr. 2 Hydromotor typu SMF s blokom ventilov

Obr. 2 Hydromotor typu SMF s blokom ventilov
(1, 2 – servisné body diagnostiky pre meranie tlaku v uzatvorenom hydraulickom obvode, 3 – servisný bod diagnostiky pre meranie tlaku v pomocnom doplňovacom hydraulickom obvode, 4 – vysokotlakový ventil uzatvoreného hydraulického obvodu, 5 – hydraulicky riadený rozvádzač, 6 – prepúšťací ventil plniaceho obvodu, 7 – blok ventilov)

Vyššie uvedené servisné body diagnostiky umožňujú merať tri hodnoty tlakov na základe ktorých možno identifikovať bežné, ale aj závažnejšie poruchy hydrostatického prevodu. Dôležité je vedieť kedy a ako jednotlivé tlaky merať a vôbec poznať metodický postup diagnostických meraní a podľa neho jednotlivé úkony vykonávať. Skúsenosti z technickej praxe potvrdzujú, že spravidla každá porucha má svoje špecifické vonkajšie prejavy. Avšak za určitých okolností napr. za priaznivých prevádzkových podmienok sa aj závažnejšia porucha nemusí prejaviť vôbec. Ako typický príklad možno uviesť, keď mobilný stroj vybavený hydrostatickým prevodom v pracovnom nasadení na rovine udržuje nastavenú pojazdovú rýchlosť, ale pri práci do svahu dochádza k zníženiu pojazdovej rýchlosti, niekedy až k úplnému zastaveniu stroja, aj keď motor udržuje nastavené otáčky. Táto porucha sa môže prejaviť aj pri jazde na rovine a to tým spôsobom, že stroj pri preprave nedosiahne maximálnu rýchlosť, alebo príliš dlho akceleruje na maximálnu rýchlosť, pričom motor stále pracuje v oblasti maximálnych otáčok.

Diagnostika uzatvoreného hydraulického obvodu

Pri vyššie popísaných prejavoch poruchy je v každom prípade potrebné pristúpiť k meraniu tlaku v jednej vysokotlakovej vetve uzatvoreného hydraulického obvodu. Vonkoncom nemožno dopredu s určitosťou stanoviť na ktorý servisný bod 12 zapojiť manometer (s meracím rozsahom minimálne 40 MPa). To závisí od vzájomného zapojenia vysokotlakových vetví medzi regulačným hydrogenerátorom a hydromotorom a v konečnom dôsledku od zmyslu otáčania hydromotora zodpovedajúcemu smeru jazdy konkrétneho typu stroja dopredu. V tomto prípade správne zapojený manometer reaguje na tlak už pri miernom pohybe stroja smerom dopredu. Ďalej je potrebné zvoliť vhodný metodický postup merania, ktorý umožní objektívne zistiť otvárací tlak vysokotlakového ventilu VT2 resp. VT3. Existuje niekoľko možností alebo variantov, avšak technicky nenáročný a jednoduchý postup možno odporučiť tento. Bežnou jazdou, pokiaľ možno pri maximálnej prepravnej rýchlosti zohrejeme pracovnú kvapalinu v nádrži na teplotu cca 90 ºC. V tejto súvislosti je účelné zdôrazniť, že pokiaľ je mobilný stroj vybavený dvojstupňovou rozsahovou prevodovkou, je potrebné ďalej postupovať pri zaradení druhého tzv. prepraveného rozsahu. Nastavíme zvýšené voľnobežné otáčky motora, pri ktorých uskutočníme rozbeh stroja na ustálenú rýchlosť a to postupným prestavením ovládacej páky do krajnej polohy zodpovedajúcej maximálnej rýchlosti pre jazdu dopredu. Pri ustálenej rýchlosti prudko pridáme plný plyn a počas rozbehu odčítame maximálnu hodnotu tlaku na manometri. V prípade, že je maximálny tlak nižší než 35 MPa je potrebné tento nastaviť pomocou vymedzovacích podložiek, ktoré sa vkladajú pod skrutku 7, ako je schematicky znázornené na Obr. 3. Pri vkladaní vymedzovacích podložiek netreba vymontovať vysokotlakový ventil z bloku valcov. Keď vymedzovacími podložkami nemožno nastaviť požadovaný tlak, môže to byť spôsobené nasledovnými poruchami:

  • chybný alebo znečistený vysokotlakový ventil,
  • porucha v pomocnom doplňovacom hydraulickom obvode,
  • opotrebené funkčné dvojice, t.j. piestiky a otvory v bloku valcov.

Za účelom kontroly technického stavu vysokotlakového ventilu je potrebné tento vymontovať z bloku ventilov a ďalej uskutočniť jeho úplnú demontáž podľa Obr. 3. Po vyčistený jednotlivých častí technickým benzínom skontrolovať ich stav a v prípade poškodenia niektorej funkčnej časti je potrebné spravidla vymeniť celý vysokotlakový ventil za nový. Vysokotlakový ventil je možno skontrolovať a nastaviť na požadovaný tlak 35 MPa aj ako samostatný celok, pomocou špeciálneho prípravku určeného na tento účel, ktorý je však súčasťou servisnej výbavy.

Obr.3 Zostava vysokotlakového ventilu

Obr.3 Zostava vysokotlakového ventilu
(1 –poistný krúžok, 2 – posúvač hlavného ventilu, 3 – pružina hlavného ventilu, 4 – teleso ventilu, 5 – kuželka riadiaceho ventilu, 6 – pružina riadiaceho ventilu, 7 – skrutka, 8 – tesniaci krúžok, 9 – silonové oporné krúžky)

Diagnostika pomocného hydraulického obvodu

Meranie tlaku v pomocnom hydraulickom obvode sa uskutočňuje manometrom s meracím rozsahom 2,5 MPa, ktorý je zapojený na servisný bod 3, umiestnený na bloku ventilov 7, ako je znázornené na Obr. 2. Ako je ďalej zrejmé zo schémy na Obr. 1 servisný bod diagnostiky 3 je paralelne zapojený k tlakovému ventilu VT4, ktorý plní funkciu prepúšťacieho ventilu. To prakticky znamená, že počas jazdy mobilného stroja prepúšťa prebytočný olej z odľahčenej vysokotlakovej vetvy do odpadu. Takže manometer pripojený k servisnému bodu diagnostiky 3 počas jazdy mobilného stroja ukazuje plniaci tlak v pomocnom hydraulickom obvode, ktorý má byť v rozmedzí 1, 21,8 MPa v celom rozsahu otáčok motora. V prípade, že plniaci tlak nedosahuje požadovanú hodnotu  je možno tento nastaviť vkladaním podložiek pod pružinou 3 do otvoru skrutky 4 prepúšťacieho ventilu znázorneného na Obr. 6.

V tejto súvislosti treba zdôrazniť, že pokiaľ je regulačný hydrogenerátor vybavený servisným bodom 4, ako je schematicky znázornené na Obr. 1, tento predstavuje plnohodnotnú náhradu servisného bodu 3 a na viac, umožňuje kontrolu tlakového ventilu VT1. V tomto prípade sa však k servisnému bodu 4 pripája manometer s meracím rozsahom 4 MPa, čo je nevyhnutné pre kontrolu tlakového ventilu VT1. Metodický postup merania plniaceho tlaku v pomocnom hydraulickom obvode je úplne rovnaký ako v predchádzajúcom prípade, teda počas jazdy. Avšak kontrolu tlakového ventilu VT1 je potrebné vykonať v kľude, v celom rozsahu otáčok motora, pričom tlak má dosiahnuť požadovanú hodnotu 2,5 MPa. Dôležité je, aby bol tento tlak vždy vyšší cca  o 1 MPa, než je plniaci tlak.

Pre názornosť je ďalej uvedené usporiadanie jednotlivých hydraulických prvkov v bloku ventilov. Na Obr. 4 sú znázornené roviny, v ktorých sú uvedené rezy zobrazené na ďalších dvoch obrázkoch. V rovine γ ležia prívodné kanály pod vysokotlakový ventil, ktorý je umiestnený v otvore 1, ako znázorňuje Obr. 6 v reznej rovine β. Rez blokom ventilov v rovine α (Obr. 5) znázorňuje umiestnenie hydraulicky riadeného rozvádzača a jeho časti s posúvačom 3, ktorý je do strednej, neutrálnej polohy tlačený pružinami 5. Na Obr. 5 je ďalej znázornený otvor 7 pre vysokotlakový ventil. Tlakový ventil s kuželkou 2, ktorý plní funkciu prepúšťacieho ventilu znázorňuje Obr. 6.

Obr. 4 Blok ventilov hydromotora typu SMF a typu SMV s naznačenými rezmi

Obr. 4 Blok ventilov hydromotora typu SMF a typu SMV s naznačenými rezmi
(1, 2 – servisné body diagnostiky pre meranie tlaku v uzatvorenom hydraulickom obvode, 3 – servisný bod diagnostiky pre meranie tlaku v pomocnom doplňovacom hydraulickom obvode, 4 – vysokotlakový ventil uzatvoreného hydraulického obvodu, 5 – hydraulicky riadený rozvádzač, 6 – prepúšťací ventil plniaceho obvodu,, α, β, γ – rezné roviny)

Obr. 5 Rez bloku ventilov v rovine α

Obr. 5 Rez bloku ventilov v rovine α
(1,2 – zátky pre meranie tlaku v uzatvorenom hydraulickom obvode, 3 – posúvač hydraulicky riadeného rozvádzača, 4 – oporný krúžok, 5 – pružina, 6 – kanál, 7 – otvor pre vysokotlakový ventil)

Obr. 6 Rez bloku ventilov v rovine β

Obr. 6 Rez bloku ventilov v rovine β
(1 – otvor pre vysokotlakový ventil, 2 – kužeľ prepúšťacieho ventilu, 3 – pružina, 4 – skrutka)

Po prečítaní tohto príspevku môže vzniknúť dojem, že niektoré jeho časti sú príliš detailne spracované, avšak príspevok ako celok je spracovaný v duchu hesla renomovanej firmy SAUER v nasledovnom znení: „kvalifikovaná a odborne zdatná obsluha bz mala vedieť viac, než je uvedené v návode na obsluhu stroja“.