PARTNERZY PORTALU
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl
  • partner portalu farmer.pl

Przekładnie hydrostatyczne - komfortowe, choć nie bez wad

Autor: Grzegorz Szularz

Dodano: 07-08-2016 07:09

Tagi:

Poszukiwanie idealnego sposobu przenoszenia napędu wraz z możliwością zmiany przełożenia podczas pracy wymagało od konstruktorów pomysłowości. Efektem ich pracy było wiele ciekawych rozwiązań, które prezentowaliśmy w poprzednich numerach. W obecnym artykule zajmiemy się rozwiązaniem, które otarło się o zapomnienie, mimo iż nawet dziś często stanowi podstawę napędu wielu rodzin maszyn roboczych. Mowa o przekładniach hydrostatycznych.



Mówiąc o przekładniach hydrostatycznych lub hydrostatach, jak określa się je potocznie, należałoby zacząć od lat 60. ubiegłego stulecia. Na początku drugiej połowy XX wieku przekładnie hydrostatyczne trafiły do maszyn, które można było kupić z zapewnieniem, że są to produkty w pełni użyteczne, a nie chwilowa technologiczna fanaberia. Za wprowadzeniem hydrostatów stały dwie firmy: Caterpillar oraz International Harvester. Amerykański potentat maszyn budowlanych dzięki wprowadzeniu tego rodzaju układu przeniesienia napędu sprawił, że praca jego spycharkami była przyjemna jak nigdy dotąd, zaś IH zaoferował rolnikom innowacyjne ciągniki. I wcale nie były to maszyny do koszenia trawników, lecz jak na owe czasy (rok 1966) duże traktory z silnikami o mocach ponad 100 KM, takie jak chociażby model IH 1026 i jego wersje rozwojowe.

Nowinka, jaką stanowiła przekładnia hydrostatyczna, wzbudzała zazdrość innych koncernów i była marzeniem traktorzystów mających dosyć tzw. międzygazu zgrzytających kół czy kłopotliwych, zbyt szybko zużywających się synchronizatorów. Ponadto za nowym napędem przemawiały także prostota budowy i całkiem przyzwoita niezawodność. Pewną niedogodnością były charakterystyczny dźwięk towarzyszący pracy pompy na wysokich obrotach oraz znacznie większe zużycie paliwa czy problemy z rozruchem w mroźne zimy. Jak się okazało, nowy napęd mimo wysokiego komfortu pracy ze względu na powyższe wady nie zyskał wówczas dużego uznania wśród producentów maszyn i ich użytkowników. Rozwiązanie na dobre powróciło do użytku na początku lat 80., stając się nieodzownym elementem wielu maszyn rolniczych. Jego zalety docenili przede wszystkim producenci kombajnów zbożowych (niestety, wówczas tylko zachodni), którzy zdecydowanie poprawili komfort pracy operatora, umożliwili dopasowanie prędkości i kierunku jazdy bez zmiany biegów oraz mogli częściowo uprościć budowę kombajnu, odejmując przekładnię pasową i skrzynię biegów. Napędy hydrostatyczne zaczęły robić furorę również w ładowarkach, później także w ciężkim sprzęcie, jak kombajny do zbioru buraków czy ziemniaków oraz opryskiwacze samojezdne.

JAK DZIAŁA PRZEKŁADNIA HYDROSTATYCZNA?

W przypadku przekładni hydrostatycznej de facto nie mamy do czynienia z żadną bezpośrednią współpracą jakichkolwiek ruchomych elementów. Medium, które pośredniczy w przepływie mocy, to olej hydrauliczny, zaś sam przepływ jest możliwy dzięki różnicy ciśnień pomiędzy pompą a silnikiem hydraulicznym. A zatem, aby stworzyć najprostszą przekładnię, potrzebujemy jedynie silnika hydraulicznego i pompy hydraulicznej.

W praktyce wiele pomp może pracować jako silniki, podobnie jak niektóre maszyny elektryczne mogą być albo generatorami prądu, albo silnikami elektrycznymi. Na podobnej zasadzie co w przypadku przekładni elektrycznej (generator-silnik) następuje "tworzenie" przełożeń w przekładni hydrostatycznej, z tym że zamiast regulować prąd, regulujemy wydatek pompy lub chłonność silnika hydraulicznego.

POMPA ZĘBATA MA KILKA MINUSÓW

Jednym z elementów układu hydrostatycznego jest pompa. Może być to pompa zębata, choć takie rozwiązanie jest obecnie stosowane niezbyt często głównie ze względu na sprawność - najmniejszą wśród tego typu przekładni, co wynika ze stosunkowo niewielkich ciśnień, jakimi odznaczają się typowe pompy zębate w porównaniu z pompami wielotłoczkowymi. Ponadto w tym przypadku, niestety, nie mamy możliwości regulowania wydatku, czyli ilości cieczy pompowanej w czasie jednego obrotu. Pozostaje zatem napędzanie pompy z różnymi prędkościami, czyli regulacja za pomocą prędkości obrotowej silnika spalinowego zgodnie z zasadą: im więcej obrotów silnika, tym większy wydatek pompy.

W tym miejscu ujawniają się dwie podstawowe wady takiego rozwiązania. Po pierwsze, sprawność pompy zębatej nie jest stała w całym zakresie obrotów, dlatego zazwyczaj takie pompy pracują przy stałych obrotach odpowiadających konkretnemu punktowi pracy, dla którego sprawność jest maksymalna. Po drugie, dodatkowo nakłada się na to kolejna wada - samo regulowanie pompy obrotami silnika spalinowego, co wpływa na podwyższone zużycie paliwa. Dlatego takie rozwiązania znajdziemy głównie w najmniejszych maszynach, np. w miniładowarkach niemieckich producentów, jak Weidemann i Schäffer, głównie z racji niskiej ceny, prostoty budowy oraz bardzo małych gabarytów samych elementów hydraulicznych.

WYDAJNE POMPY WIELOTŁOCZKOWE

Rozwinięciem prostego hydrostatu jest zamiana pompy zębatej na taką, która umożliwia zmianę wydatku, czyli np. pompy wielotłoczkowej z wychylną tarczą lub wirnikiem. Budowa takiej pompy jest znacznie bardziej skomplikowana, a co za tym idzie - sama pompa jest dużo droższa. Pompy zębate można kupić już za kilkaset złotych, zaś najtańsze pompy o zmiennym wydatku, np. z wychylną tarczą, kosztują ok. 4-5 tys. zł. Głównym czynnikiem decydującym o cenie jest właśnie możliwość regulowania wydatku. W przypadku pomp wielotłoczkowych z wychylnym wirnikiem wymaga to zastosowania specjalnej tarczy ze sferycznymi otworami pod kuliste łby tłoczków oraz kołyski odpowiedzialnej za wychylenie części korpusu. Wychył jest tu najistotniejszą sprawą, bowiem od stopnia wychylenia zależy pojemność komory, w której pracuje tłoczek, a co za tym idzie - również ilość oleju, jaką pompa będzie podawała na każdy swój obrót. Im większe wychylenie, tym więcej oleju będzie trafiało do układu.

Wy m i a n a jednego z komponentów na taki, w którym możemy regulować wydatek niezależnie od obrotów pompy, a więc i napędu, czyli silnika, pozwala nam na wyeliminowanie części wad rozwiązania z pompą zębatą. Po pierwsze, możemy zmieniać przełożenie (prędkość jazdy) wyłącznie za pomocą wychylania tarczy pompy, a zatem obroty silnika spalinowego możemy ustawić na stałym, ekonomicznym poziomie, zaś zwiększać, tylko wtedy, gdy potrzebujemy więcej mocy. Jeżeli dołożymy do tego elementy automatyki (czujniki, komputer sterujący), maszyna może sama dostosowywać prędkość silnika i przełożenie przekładni zgodnie z wymaganiami operatora. Ponadto układ taki dysponuje znacznie większym ciśnieniem, a co za tym idzie - momentem obrotowym możliwym do uzyskania na kołach. Dodatkowo zyskujemy możliwość hamowania za pomocą przekładni, ponadto pompy wielotłoczkowe są zdecydowanie cichsze od zębatych.

Możemy spotkać rozwiązania, w których w każdym kole znajduje się motor zintegrowany w piastę. Napęd z silnika hydraulicznego może także trafiać na klasyczny most napędowy, wtedy jeden silnik napędza całą oś. Pomiędzy silnikiem a mostem może znaleźć się dodatkowy reduktor zwiększający zakres prędkości, w piastach mogą także być zainstalowane zwolnice. Również sama przekładnia może być wyposażona w kilka pomp zasilających, dzięki którym uzyskuje się kolejne zakresy pracy. Takie konfiguracje znajdziemy w większych ładowarkach teleskopowych, przegubowych czy małych ciągnikach, jak np.: New Holland Boomer, czy kombajnach zbożowych.

PEŁNA KONTROLA

Popularnym rozwiązaniem jest układ, w którym zarówno silnik, jak i pompa dysponują nastawnymi elementami, dzięki którym możemy regulować chłonność i wydatek. Takie rozwiązania możemy znaleźć m.in. w niektórych ładowarkach: Merlo, JCB i Manitou.

Zmienna chłonność silnika hydraulicznego umożliwia samoczynne dopasowanie się do warunków terenowych. Jeżeli podczas jazdy z ustaloną prędkością maszyna nagle trafi na grząski grunt, wzniesienie lub inną przeszkodę, która spowoduje zwiększone zapotrzebowanie na moment, silnik hydrauliczny sam dostosuje wychylenie tarczy tak, aby sprostać oporom. Oczywiście, na tyle, na ile pozwalają na to jego parametry.

WADY I ZALETY HYDROSTATÓW

Na rynku nie brakuje maszyn wyposażonych w przekładnie hydrostatyczne w różnych konfiguracjach i różnego typu. Zdecydowanie największą grupą maszyn z przekładniami HST są wszelakie urządzenia transportu bliskiego, czyli: ładowarki różnych rozmiarów, wózki widłowe czy małe wozidła. Obok nich plasują się kombajny oraz sieczkarnie. Na podium znalazłaby się jeszcze spora grupa ciągników, ale… o mniejszych mocach. Dlaczego? Pomimo znacznego postępu w dziedzinie rozwoju konstrukcji pomp, kilkakrotnego wzrostu użytecznych ciśnień oraz znacznej automatyzacji nowoczesnych przekładni HST fizyka pozostaje nieubłagana, a wady, jakie towarzyszyły pierwszym przekładniom, nie zniknęły całkowicie. Każdy napęd hydrostatyczny jest obarczony piętnem obniżonej sprawności związanej ze stratami podczas przepływu oleju. W dodatku sprawność takiego układu jest silnie uzależniona od temperatury oleju. Przegrzanie przekładni HST może doprowadzić do unieruchomienia maszyny. Właśnie dlatego niezwykle istotnym elementem maszyny z napędem hydrostatycznym jest chłodnica oleju, która potrafi rozmiarami dorównywać chłodnicy cieczy chłodzącej silnik spalinowy. Co więcej, dmuchawy wymuszające przepływ powietrza często również są napędzane hydraulicznie, gdyż silnik elektryczny musiałby mieć naprawdę pokaźne rozmiary, by sprostać postawionemu mu zadaniu.

Układ hydrauliczny ma jeszcze dwie zasadnicze wady: dużą wrażliwość na jakość i stan oleju (czystość i parametry) oraz zapowietrzenie. Wybierając maszynę z napędem hydraulicznym, musimy pamiętać, że olej, a więc wszystkie komponenty dbające o jego poprawne parametry (chłodnica, filtry, czujniki, zawory) są niezwykle istotne. Zaś najistotniejszą rzeczą jest, oczywiście, sam olej - jego jakość i terminowa wymiana. Wszelkie zaniedbanie czynności eksploatacyjnych może w przyszłości przyczynić się do gigantycznych kosztów naprawy przekładni, która nie dość, że składa się z drogich części (pompy i silniki z nastawnymi elementami), to dodatkowo wymaga fachowej obsługi i często kilku godzin diagnostyki polegającej na sprawdzaniu ciśnień w różnych punktach układu.

Nie zapominajmy jednak o dobrych stronach przekładni HST. Tą najważniejszą, najbardziej odczuwalną jest niesamowity komfort pracy, zwłaszcza jeżeli mówimy np. o kombajnie zbożowym czy ładowarce. Przekładnia hydrostatyczna zapewnia zarówno bardzo płynny i delikatny rozbieg maszyny, jak i wysoki moment obrotowy. Hamowanie natomiast pozwala po części odzyskiwać energię, zmniejszając zużycie hamulców, jak i ułatwiać precyzyjne podjazdy maszyną do wyznaczonego miejsca. Ważną zaletą napędu HST jest także możliwość znacznego obciążenia maszyny przy małych prędkościach, jak i to, że zabezpieczenie układu przed przeciążeniem jest bardzo proste, bowiem wystarczy wyposażyć układ w kilka zaworów maksymalnych, z czego przynajmniej jeden jest poza kontrolą użytkownika, toteż w praktyce dobrej przekładni HST nie da się przeciążyć w ogóle. Co najważniejsze, z wszystkich tych zalet możemy korzystać przez długie lata, bowiem układy hydrostatyczne z reguły zużywają się bardzo wolno i zwykle nie sprawiają większych problemów.

PODSUMOWANIE

W krótkim, czteroczęściowym cyklu przedstawiliśmy wiele mniej lub bardziej powszechnie stosowanych rozwiązań, skupiając się na tych, które możemy najczęściej znaleźć w maszynach rolniczych. Bez względu na bilans zalet i wad każdego z rozwiązań trudno jest jednoznacznie wskazać, który typ przekładni jest najlepszy.

Nie podejmujemy się także wskazania przekładni najefektywniejszej, bowiem każdy użytkownik może efektywność pojmować inaczej. Dla jednych najistotniejszym czynnikiem będzie oszczędność paliwa, dla innych - ogólny koszt utrzymania czy komfort pracy. Wszystko zależy od szeregu czynników, z których najważniejsze są nasze oczekiwania. Jeżeli zalety danego napędu pokrywają się z nimi i możemy pozwolić sobie na zaakceptowanie wad danej przekładni, to znaczy, że znaleźliśmy rozwiązanie skrojone na miarę naszego gospodarstwa.

 

Artykuł ukazał się w lipcowym numerze miesięcznika "Farmer".

Podobał się artykuł? Podziel się!
×

WSZYSTKIE KOMENTARZE (0)

BRAK KOMENTARZY

PISZESZ DO NAS Z ADRESU IP: 54.198.86.28
Dodając komentarz, oświadczasz, że akceptujesz regulamin serwisu

Drodzy Użytkownicy!

W związku z odwiedzaniem naszych serwisów internetowych przetwarzamy Twój adres IP, pliki cookies i podobne dane nt. aktywności lub urządzeń użytkownika. Jeżeli dane te pozwalają zidentyfikować Twoją tożsamość, wówczas będą traktowane jako dane osobowe zgodnie z Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady 2016/679 (RODO).

Administratora tych danych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz w Polityce Prywatności pod tym linkiem.

Jeżeli korzystasz także z innych usług dostępnych za pośrednictwem naszych serwisów, przetwarzamy też Twoje dane osobowe podane przy zakładaniu konta, rejestracji na eventy, zamawianiu prenumeraty, newslettera, alertów oraz usług online (w tym Strefy Premium, raportów, rankingów lub licencji na przedruki).

Administratorów tych danych osobowych, cele i podstawy przetwarzania oraz inne informacje wymagane przez RODO znajdziesz również w Polityce Prywatności pod tym linkiem. Dane zbierane na potrzeby różnych usług mogą być przetwarzane w różnych celach, na różnych podstawach oraz przez różnych administratorów danych.

Pamiętaj, że w związku z przetwarzaniem danych osobowych przysługuje Ci szereg gwarancji i praw, a przede wszystkim prawo do sprzeciwu wobec przetwarzania Twoich danych. Prawa te będą przez nas bezwzględnie przestrzegane. Jeżeli więc nie zgadzasz się z naszą oceną niezbędności przetwarzania Twoich danych lub masz inne zastrzeżenia w tym zakresie, koniecznie zgłoś sprzeciw lub prześlij nam swoje zastrzeżenia pod adres odo@ptwp.pl.

Zarząd PTWP-ONLINE Sp. z o.o.

Zgłoś swoje propozycje zmian!


Dziękujemy za współpracę!