Зашто само хидраулика трактора није довољна

Већина модерних трактора испоручује се са уграђеним хидрауличним системом – пумпом коју покреће мотор преко мењача, напајајући даљинске спојнице на задњем или средњем носачу. Ови кругови обично испоручују између 30 и 80 литара у минути при радним притисцима од 170 до 210 бара, што је довољно за подизање тротачкасте куке, погон предњег утоваривача или управљање паром двоструко дејствујућих цилиндара на алату за обраду тла. Али када опрема захтева континуирану хидрауличну снагу високог протока – цепач за дрва који ради са преко 100 литара у минути, усисивачи за велика зрна, маказе за дрвеће, мобилне бетонске пумпе или прскалице усева великог капацитета – уграђени круг достиже своје границе.

Основно ограничење је запремина протока. Пумпа коју покреће мотор трактора је димензионисана за повремене радове и дели се на више кругова. Преусмеравање целог расположивог протока на један уређај исцрпљује кругове управљања, кочења и подмазивања мењача који зависе од исте пумпе. Резултат је у најбољем случају спор одзив управљања, а у најгорем случају, губитак хидрауличне помоћи при кочењу, што је критично за безбедност, код тракторима који се ослањају на хидростатичке кругове кочења.

Хидраулични мењач са карданским вратилом решава овај проблем стварањем потпуно независног хидрауличног кола. Карданско вратило покреће мењач са повећањем брзине који окреће наменску хидрауличну пумпу одговарајућом брзином. Ова пумпа има свој резервоар, свој филтер, свој вентил за смањење притиска и свој сет црева која воде до прикључка. Уграђени хидраулични систем трактора је нетакнут — управљач, кочнице, кука и утоваривач настављају да функционишу тачно као и без прикључка.

Како функционише појачивач брзине за хидрауличне пумпе

Повећавач брзине је механички инверзан редуктору зупчаника. Док редуктор зупчаника узима улаз велике брзине са малим обртним моментом и претвара га у излаз мале брзине са великим обртним моментом, повећач брзине ради супротно: прихвата релативно спору ротацију карданског вратила - 540 обртаја у минути на тракторима категорије I и II, или 1.000 обртаја у минути на машинама категорије III и већим - и множи је на опсег од 1.500 до 3.000 обртаја у минути који је потребан хидрауличним пумпама зупчаног и клипног типа за ефикасан рад.

Зупчасти механизам унутар мењача са повећањем брзине прикључног вратила обично користи једну од три конфигурације. Најједноставнија је један степен цилиндричног зупчаника са малим погонским зупчаником на улазном вратилу прикључног вратила који се спаја са већим погоњеним зупчаником на међувратилу, а затим другим малим зупчаником на том међувратилу који покреће излаз. Овај двостепени распоред цилиндричних зупчаника може постићи односе од 1:2 до 1:4 у компактном кућишту, али генерише више буке и вибрација од спиралних алтернатива јер се зуби цилиндричних зупчаника истовремено захватају и искључују дуж целе своје ширине.

Спирални зупчаници користе зубце исечене под углом у односу на осу зупчаника, тако да се захватање прогресивно креће преко ширине чела, уместо да се дешава одједном. Ово производи глаткији пренос обртног момента, мању буку и дужи век трајања зубаца у апликацијама са континуираним радом погона пумпе. Аксијални потисак који ствара спирални зупчаник контролише се конусним ваљкастим лежајевима на сваком крају излазног вратила - важан детаљ при избору лежајева који разликује комерцијалне повећаче брзине од јефтиних увозних производа који користе кугличне лежајеве са дубоким жлебом и прерано отказују под аксијалним оптерећењем.

Трећа конфигурација је планетарна. Планетарни појачивач брзине блокира прстенасти зупчаник, покреће носач планетарног вратила са карданског вратила и узима велику брзину са сунчевог зупчаника. Планетарне јединице постижу високе односе брзина — до 1:6 — у веома краткој аксијалној дужини, што их чини погодним за инсталације где је простор између краја карданског вратила и пумпе ограничен. Такође распоређују оптерећење на више планетарних зупчаника (обично три или четири), што смањује оптерећење на било ком зубу и повећава континуирани обртни момент мењача у односу на његову физичку величину.

Прорачуни односа погона пумпе

Избор исправног односа повећања брзине захтева усклађивање три променљиве: излазне брзине прикључног вратила трактора, номиналне улазне брзине хидрауличне пумпе и захтева за протоком и притиском прикључка. Погрешан избор овога доводи до неефикасног хидрауличног кола (пренизак однос, пумпа се окреће преспоро да би произвела номинални проток) или катастрофалног квара пумпе (превисок однос, превелика брзина пумпе и кавитација).

Почните са спецификацијом запремине пумпе, израженом у кубним центиметрима по обртају (цц/обртај). Помножите запремину са циљаним бројем обртаја излазног вратила и поделите са 1.000 да бисте добили теоријски проток у литрима у минути. Затим примените фактор волуметријске ефикасности — обично 0,90 до 0,95 за нове зупчасте пумпе, 0,92 до 0,97 за клипне пумпе — да бисте добили стварни испоручени проток. Ако овај стварни проток испуњава или мало премашује захтев прикључка, однос је исправан.

Захтев за улазну снагу је подједнако важан. Хидраулична снага у киловатима једнака је протоку (л/мин) помноженом са притиском (бар) подељеном са 600. Систем који испоручује 80 литара у/мин на 200 бара захтева 26,7 kW улазне снаге. Пошто мењач приводног вратила има сопствене механичке губитке — обично 3% до 6% за повећање брзине са спиралним зупчаником, 5% до 10% за планетарну јединицу — стварна потражња за снагом приводног вратила расте на отприлике 28 до 30 kW за овај пример. Трактор мора имати најмање толико коњских снага приводног вратила доступних при регулисаној брзини мотора, са сигурносном маргином од 10% до 15% за пролазна оптерећења.

Једна грешка која се често јавља на терену је упаривање привода за прикључак од 540 обртаја у минути са повећањем брзине са високим преносним односом како би се постигле брзине пумпе изнад 3.000 обртаја у минути. Иако је математички могуће (однос 1:6 на 540 обртаја у минути даје 3.240 обртаја у минути), мултипликатор обртног момента на улазном крају привода за прикључак постаје екстреман — улазно вратило мењача мора да апсорбује пуно оптерећење система на 540 обртаја у минути, што значи веома висок обртни момент за дати ниво снаге. Клинаста веза између краја привода за прикључак и улазног вратила мењача постаје слаба карика. Привод за прикључак од 1.000 обртаја у минути који испоручује исту снагу то чини са отприлике половином обртног момента, преполовљујући оптерећење на споју клинова. За хидрауличне примене велике снаге изнад приближно 30 kW, топло се препоручује привод за прикључак од 1.000 обртаја у минути.

Односи протока, притиска и брзине излаза мењача

Хидраулични системи поштују фундаментални однос: проток одређује брзину актуатора, док притисак одређује силу актуатора. Цилиндру који се протеже датом брзином потребан је одређени број литара у минути који га пуне; оптерећење на том цилиндру одређује притисак који пумпа мора да генерише. Хидраулични мењач са приводом привода повезан је са овим односом преко своје излазне брзине, јер је проток пумпе директно пропорционалан брзини пумпе при било којој датој запремини.

Ако смањите излазну брзину мењача прикључног вратила за 10% — рецимо, смањењем обртаја мотора са номиналне брзине на подешавање делимичног гаса — проток пумпе опада за истих 10%. Код прскалице за усеве, то значи 10% мању запремину прскања у минути. Код цепачa за дрва, цилиндар се спорије издувује. Ова линеарна веза чини контролу брзине прикључног вратила најједноставнијим начином за фино подешавање хидрауличког излаза у ходу, али то такође значи да се свака варијација брзине прикључног вратила директно одражава на перформансе прикључка.

Притисак, с друге стране, зависи од оптерећења. Пумпа генерише било који притисак који је систему потребан до подешавања сигурносног вентила. Мењач са принудним вратилом не утиче директно на притисак - он утиче на проток. Међутим, постоји индиректна веза: како притисак у систему расте према подешавању сигурносног вентила, пумпа захтева већи улазни обртни момент из мењача. Овај повећани обртни момент више оптерећује лежајеве мењача, зупчанике и зупчасте спојеве. У практичном смислу, хидраулични мењач са принудним вратилом који покреће пумпу на 70% притиска сигурносног вентила доживљава знатно мање механичко напрезање од истог мењача који покреће пумпу на 100% растерећења. Правилна калибрација сигурносног вентила је стога фактор дуговечности мењача, а не само хидраулична мера безбедности.

Температура додаје још једну димензију. Вискозитет хидрауличног уља опада са порастом температуре, смањујући волуметријску ефикасност пумпе и благо повећавајући унутрашње цурење. Код примена са дугим радним циклусом, као што су континуирани пренос зрна или продужене операције сечења дрвећа, температура уља у независном хидрауличном колу може прећи 80°C ако је резервоар премали или је хладњак неадекватан. На овим температурама, чврстоћа мазивајућег филма уља такође се смањује — а ово уље је обично иста течност која циркулише кроз сам мењач са приводом одвода у комбинованим резервоарима. Одржавање температуре хидрауличног уља испод 65°C значајно продужава век трајања пумпе и мењача.

Термално управљање у континуираном хидрауличном режиму рада

Непрекидне хидрауличне примене померају термичка ограничења мењача прикључног механизма на начине на које повремени пољопривредни уређаји ретко раде. Карданско вратило Погон ротационог секача преноси вршну снагу само током контакта сечења — између пролаза, оптерећење пада на скоро нулу губитака услед ветра. Хидраулични мењач са прикључним вратилом који покреће пумпу, насупрот томе, преноси континуирану снагу током целог трајања хидрауличног рада, што може бити сати на задацима руковања житарицама или прскања.

Топлота која се ствара унутар мењача са повећањем брзине долази из три извора. Трење у споју зупчаника чини највећи удео — клизање између спојених зубаца зупчаника претвара 2% до 5% пренете снаге у топлоту, у зависности од типа зупчаника, завршне обраде површине и квалитета мазива. Трење лежајева додаје додатних 0,5% до 2%, што варира у зависности од типа лежаја и претходног оптерећења. Мућкање уља — енергија која се губи док зупчаници прскају кроз уљну купку — може значајно допринети ако је ниво уља превисок или је вискозност уља превисока за радну температуру.

За мењач који континуирано преноси 30 kW, укупно унутрашње стварање топлоте креће се од отприлике 1 kW до 2 kW. Ова топлота мора да се распрши кроз кућиште мењача у околни ваздух. Кућишта од ливеног гвожђа ефикасније распршују топлоту од алуминијума на високим температурама због веће топлотне масе гвожђа, али алуминијумска кућишта боље функционишу у ситуацијама конвективног хлађења због њихове веће топлотне проводљивости. У сваком случају, површина кућишта и проток ваздуха око мењача одређују радну температуру у стационарном стању.

Инсталације које затварају мењач унутар заштитног лима или га монтирају у удубљени одељак смањују проток ваздуха и задржавају топлоту. У тешким случајевима, температура уља унутар мењача прелази 110°C — тачку у којој већина EP уља за мењаче почиње брзо да оксидира, губећи своја својства против хабања и пене у року од стотина сати, уместо хиљада сати колико би трајала на 70°C до 80°C. Додавање једноставног хладњака уља са вентилаторским погоном на повратни вод хидрауличног кола — или усмеравање повратног уља кроз хладњак са ваздушним струјом пре него што уђе у резервоар — може смањити радне температуре за 20°C до 30°C и удвостручити интервал сервисирања и за пумпу и за мењач.

Зупчаста пумпа наспрам клипне пумпе: Усклађивање типа пумпе са мењачем

Тип хидрауличне пумпе причвршћене за излазну прирубницу појачивача брзине одређује велики део карактеристика рада мењача. Зупчасте пумпе — најчешћи избор за хидраулична кола покретана приводом за прикључак — су конструкције са спољним зупчаницима са два међусобно повезана цилиндрична зупчаника унутар кућишта са малом толеранцијом. Једноставне су, отпорне на контаминацију, самоусисне и релативно јефтине. Њихова пулсација протока је умерена и производе конзистентан излаз у широком температурном опсегу. Већина зупчастих пумпи ефикасно ради између 1.200 и 2.800 о/мин, што појачивач брзине од 1:2 до 1:4 на приводу за прикључак од 540 о/мин чини стандардним паром.

Зупчасте пумпе стварају радијално оптерећење на свом погонском вратилу јер разлика у притиску преко зупчастог споја гура оба зупчаника даље од излазног отвора високог притиска. Ово радијално оптерећење се директно преноси кроз спојницу погонског вратила пумпе на излазни лежај повећача брзине. У применама високог притиска (изнад 200 бара континуирано), ова радијална сила може бити значајна - довољна да смањи век трајања излазног лежаја за 40% до 60% у поређењу са израчунатим веком трајања заснованим само на обртном моменту. Произвођачи повећача брзине који оцењују своје мењаче за рад хидрауличне пумпе узимају у обзир ово додатно радијално оптерећење; генерички пољопривредни мењачи који се користе као повећачи брзине обично то не чине.

Аксијално-клипне пумпе су високоперформансна алтернатива. Користе ротирајући блок цилиндра који садржи 7 до 9 клипова који се осцилационо крећу унутар својих отвора док се блок нагиње у односу на нагибну плочу. Клипне пумпе постижу већи притисак (до 350 бара континуирано), већу волуметријску ефикасност (92% до 97%) и могу бити променљиве запремине — што значи да се проток аутоматски прилагођава потражњи променом угла нагибне плоче. Ова могућност променљиве запремине значајно смањује губитак енергије у апликацијама са различитим захтевима оптерећења, јер пумпа производи само проток који је колу потребан у сваком тренутку, уместо да вишак протока испушта преко сигурносног вентила као топлоту.

Утицај клипних пумпи на мењач разликује се од зупчастих пумпи. Клипне пумпе генеришу мање радијално оптерећење на погонско вратило, али стварају веће торзионе пулсације јер сваки ход клипа производи дискретни скок обртног момента. Са 9 клипова на 2.500 о/мин, мењач види 375 импулса обртног момента у секунди — високофреквентно побуђивање које може резоновати са фреквенцијама зупчаника и појачати вибрације. Повећавачи брзине са спиралним зупчаницима се боље носе са овим од дизајна са цилиндричним зупчаницима јер ефекат заглађивања спиралних зубаца који је инхерентан захвату пригушује торзионе пулсације клипне пумпе пре него што дођу до погонског склопа привода за прикључак.

Најбоље праксе инсталације за хидрауличне системе мењача са прикључним вратилом

Правилна инсталација више одређује век трајања хидрауличног мењача са прикључним одводом него унутрашњи инжењеринг мењача. Прецизно произведен појачивач брзине причвршћен вијцима у погрешно поравнат монтажни оквир са премалим димензионисањем пољопривредни мењач Погонски склоп ће отказати пре него јединица средњег опсега инсталирана са правилним поравнањем и одговарајућом подршком погонског склопа.

Погонски склоп карданског вратила који повезује крај трактора са улазним вратилом мењача мора да се прилагоди вертикалним и хоризонталним угаоним променама које се јављају док се трактор окреће и док се машина помера по неравном терену. Кардански зглобови на вратилу карданског вратила обрађују ове промене угла, али сваки зглоб уводи цикличну варијацију брзине (ефекат карданског зглоба) која се повећава са радним углом. При углу зглоба од 10 степени, варијација излазне брзине је приближно 1,51 TP3T — једва приметна. При 25 степени, расте на преко 101 TP3T, стварајући пулсирајући улаз који оптерећује лежајеве улаза мењача и зубе зупчаника двоструком фреквенцијом ротације карданског вратила. Одржавање радних углова погонског склопа испод 15 степени — а идеално испод 10 степени — је неопходно за дуг век трајања мењача.

Спојница између пумпе и мењача је подједнако важна. Већина повећача брзине користи пилотски вијчаник и круг за завртње по SAE стандарду на излазној површини, који одговарају уобичајеним прирубницама за монтажу хидрауличне пумпе (SAE A, SAE B или SAE C, у зависности од величине пумпе). Погонско вратило пумпе повезује се са излазом мењача преко спојнице са жлебом или клином. Ова спојница мора бити инсталирана са исправном дубином захвата — превише плитка, а површина контакта жлеба је недовољна, што доводи до брзог хабања жлеба; превише дубока, и вратило пумпе додирује излазни лежај мењача, стварајући аксијално преднапрезање које никада није било предвиђено и убрзавајући квар лежаја.

Монтажа склопа мењача и пумпе захтева крути оквир или носач који спречава кретање изазвано вибрацијама. Комбинована тежина појачивача брзине и клипне пумпе може достићи 35 до 60 кг, а ротирајућа маса при преко 2.500 о/мин ствара жироскопске силе током окретања трактора које покушавају да одврну склоп од његовог носача. Гумени изолациони носачи апсорбују део вибрација, али морају бити довољно крути да спрече прекомерно кретање — превише мекани носачи омогућавају склопу да осцилује, замарајући спојеве хидрауличних црева и спојеве погонског склопа.

Уобичајене примене за хидрауличне системе са погоном на прикључно вратило

Свестраност хидрауличног мењача са прикључним вратилом произилази из чињенице да је хидраулична снага бесконачно дељива и даљински преносива. Када мењач са прикључним вратилом покрене пумпу, хидраулична течност се може цевима довести било где на машини — или чак до одвојених машина које раде истовремено кроз разделнике протока. Ова флексибилност је довела до усвајања у широком спектру пољопривредних, шумарских, грађевинских и комуналних примена.

У шумарству, хидраулични кругови покретани приводним вратилом покрећу грабилице, маказе за дрвеће, цепачe за трупце и процесоре огревног дрвета. Ове примене захтевају кругове високог притиска и умереног протока — обично 180 до 280 бара при 30 до 60 литара у минути. Приводно вратило од 540 о/мин са повећањем брзине од 1:3 који покреће зупчасту пумпу од 28 цц/об производи приближно 45 литара у минути при номиналној брзини, што је довољно за већину једноцилиндричних шумарских прикључака. Двоцилиндричним машинама — онима које истовремено стежу и секу — може бити потребно преко 70 литара у минути, што помера захтев на приводно вратило од 1.000 о/мин са односом 1:2,5 који покреће пумпу веће запремине.

У пољопривреди, поред стандардних машина монтираних на тракторе, хидраулични мењачи са прикључним вратилом покрећу усисиваче зрна (водови високог протока, умереног притиска који покрећу преко 100 литара у минути), прскалице за воћњаке са хидрауличним погонима вентилатора и хидрауличне системе за убризгавање стајњака којима је потребан и висок проток и висок притисак да би се стајњак утрљао у земљиште кроз дискообразне отворе за убризгавање. инжењерски тим у компанији Ever-Power редовно специфицира преносне односе повећања брзине за ове захтевне примене, упоређујући капацитет мењача са специфичним захтевима пумпе и кола сваког система купца.

Комуналне и комуналне примене укључују хидрауличне јединице са приводним погоном на камионским дизалицама, чистачима улица и мобилним компресорима. Ове инсталације често користе приводно враћење камиона од 1.000 о/мин и раде континуирано током пуних радних смена - од 6 до 10 сати дневно. Избор мењача за ове примене мора дати приоритет континуираној термичкој снази, издржљивим лежајевима и висококвалитетним заптивкама вратила које су отпорне на излагање прљавштини и соли са пута, што је својствено опреми за рад на путу.

Распоред одржавања за хидрауличне системе мењача прикључног кардана

Пошто хидраулични мењач са прикључним вратилом ради под континуираним оптерећењем, а не са повременим радом који је уобичајен за већину пољопривредних мењача, његов распоред одржавања треба да буде агресивнији од интервала објављених за мењаче са прикључним вратилом опште намене.

Стање уља је најбољи показатељ здравља унутрашњег дела мењача. Узмите узорак уља од 100 мл кроз отвор за испуштање уља при сваком сервисном интервалу и визуелно га прегледајте. Бистро, ћилибарно уље без металног сјаја указује на нормалан рад. Млечни изглед сигнализира контаминацију водом - често од кондензације у машинама које циклично раде на топлом и складиште на хладном преко ноћи. Фини метални сјај на дну провидне посуде за узорке указује на убрзано хабање зубаца зупчаника, обично од контаминираног уља или преоптерећеног зупчаника. Тамно, оксидовано уље са мирисом паљевине указује на хронично прегревање и захтева хитну проверу система за управљање температуром пре него што мењач настави са радом.

Заптивке улазног и излазног вратила захтевају преглед у интервалу од сваких 250 сати. На улазној страни, цурење заптивке омогућава да мазиво за прикључно вратило контаминира уље мењача — то можете препознати по сивкастој промени боје уља близу улазног краја. На излазној страни, где погонско вратило пумпе излази из мењача, цурење заптивке излаже унутрашњост мењача хидрауличној течности. Док многи повећачи брзине прикључног вратила деле уље са пумпом (посебно код комбинованих кућишта), јединице са одвојеним системима подмазивања морају да држе уље за мењач и хидрауличну течност одвојено јер пакети адитива у ове две течности могу бити хемијски некомпатибилни.

Погонски склоп који повезује прикључно вратило трактора са улазом мењача треба подмазивати на сваких 50 сати рада — лежајеви карданских зглобова, клизни жлебови и штитни лежајеви захтевају свежу маст како би се спречила корозија услед рада на суво која се развија између сезона рада. Кардански зглобови са попречним лежајевима су најчешћа тачка квара у целом хидрауличном систему прикључног вратила, а њихова замена по превентивном распореду (сваких 500 до 800 сати, у зависности од угла рада) је далеко јефтинија од штете настале када неисправни кардански зглоб дозволи да се погонски склоп одвоји при великој брзини.

Како одабрати прави хидраулични мењач са прикључним вратилом

Избор почиње са четири податка: брзином обртаја прикључног вратила трактора (540 или 1.000 о/мин), расположивом снагом прикључног вратила трактора, спецификацијама хидрауличне пумпе (запремина, номинална брзина, прирубница за монтажу и конфигурација погонског вратила) и хидрауличним захтевима машине (проток, притисак и радни циклус).

Са ова четири улаза, процес селекције прати логички редослед. Прво, одредите потребну излазну брзину мењача дељењем номиналне улазне брзине пумпе са брзином прикључног вратила. Друго, израчунајте максимални континуирани обртни момент који мењач мора да пренесе — ово је једнако максималном улазном обртном моменту пумпе при подешавању притиска сигурносног вентила, плус маргина од 15% за пролазна оптерећења. Треће, проверите да ли објављени континуирани обртни момент мењача при израчунатој излазној брзини прелази овај захтев. Четврто, потврдите механички интерфејс — улазни жлеб мора да се подудара са крајем прикључног вратила (обично 6-жлебни 1-3/8 инча за 540 о/мин или 21-жлебни 1-3/8 инча за 1.000 о/мин), а излазна прирубница мора да се подудара са шемом монтаже пумпе.

Избегавајте уобичајену грешку избора мењача искључиво на основу снаге, без провере обртног момента. Два мењача са ознаком „50 КС“ могу имати веома различите капацитете обртног момента ако је један оцењен на однос 1:2 (нижи излазни обртни момент), а други на однос 1:4 (већи излазни обртни момент). Стварни обртни момент на зубима зупчаника – а не снага на натписној плочици – одређује да ли ће зупчаници и лежајеви издржати предвиђену примену. Прегледајте Ever-Power PTO мењач листе производа да бисте пронашли јединице са комплетним спецификацијама обртног момента за сваки преносни однос, што олакшава избор специфичан за примену.

Често постављана питања

Уредник: Cxm