Na co należy zwrócić uwagę przy pracy z systemami hydraulicznymi?

Dla doświadczonych konstruktorów praca z systemami hydraulicznymi nie powinna stanowić większego wyzwania. Podczas jej wykonywania należy zwrócić uwagę przede wszystkim na bezpieczeństwo, sprawność i koszty. Uwzględnienie tych kwestii jest istotne zarówno w przemyśle, jak i modernizacji. Wśród ogólnie znanych dobrych praktyk znajdują się m.in. dobór odpowiednich zaworów bezpieczeństwa oraz wybór pomiędzy sterowaniem manualnym a automatycznym.

System hydrauliczny i jego rola

System hydrauliczny to komponent, który można spotkać w niemal każdym zakładzie przemysłowym. Praca z systemami hydraulicznymi nie jest jednak łatwym zdaniem.  Przed podjęciem pracy inżynier analizuje dany system i na tej podstawie dobiera potrzebny sprzęt oraz decyduje się na konkretne rozwiązania. Na system hydrauliczny i jego efektywność wpływa bowiem wiele czynników. Osoba obsługująca taki układ może zadecydować, czy kluczowy będzie moment obrotowy, roboczy, czy rozruchowy silnika hydraulicznego. Możliwy jest też wybór rodzaju zaworu nadmiarowego do zastosowania. Podobnie jest w przypadku sterowania. System hydrauliczny może przejść na sterowanie ręczne lub elektroniczne.

W pracy z systemami hydraulicznymi najistotniejsza jest świadomość rezultatów złego doboru komponentów i zagrożeń wynikających z nieprawidłowego ich wykorzystywania. W ich uniknięciu pomóc może przeanalizowanie najczęściej napotykanych w firmach przemysłowych problemów.

Silnik hydrauliczny – moment obrotowy czy rozruchowy?

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów silników hydraulicznych. Każdy z nich, zarówno łopatkowy, jak i tłokowy, typu geroler czy zębatkowy, ma inny moment obrotowy, a tym samym inną sprawność. Niestety najczęstszy błąd jest popełniany już na etapie wyboru sprzętu. Dlatego należy pamiętać, że system hydrauliczny będzie wykazywał większą sprawność, jeśli zdolność rozpoczęcia pracy silnika pod obciążeniem zostanie poprawnie dostosowana do zapotrzebowania. To samo dotyczy momentu roboczego, czyli umiejętności utrzymania prędkości obrotowej pod obciążeniem.

Producenci silników zawsze podają w specyfikacji sprzętu znamionowy maksymalny moment obrotowy. To wartość kluczowa, gdyż pozwala każdej osobie pracującej z systemami hydraulicznymi na określenie, czy dany silnik nadaje się do określonej aplikacji. Nie jest wskazane wybieranie silnika jedynie na podstawie znamionowego momentu maksymalnego. Dodatkowo producenci podają często jego uwarunkowania przepływu i ciśnienia. Ważny jest też dokładny opis pracy urządzenia oraz moment obrotowy. Zdarza się, że system hydrauliczny może funkcjonować wyłącznie na silniku działającym w konkretnym środowisku. Wówczas wystarczy nieco go przechylić, aby zakłócić jego prawidłowe działanie. W takich momentach znajomość urządzenia pozwoli uporać się z problemem.

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów silników hydraulicznych. Każdy z nich, zarówno łopatkowy, jak i tłokowy, typu geroler czy zębatkowy, ma inny moment obrotowy, a tym samym inną sprawność. Niestety najczęstszy błąd jest popełniany już na etapie wyboru sprzętu. Dlatego należy pamiętać, że system hydrauliczny będzie wykazywał większą sprawność, jeśli zdolność rozpoczęcia pracy silnika pod obciążeniem zostanie poprawnie dostosowana do zapotrzebowania. To samo dotyczy momentu roboczego, czyli umiejętności utrzymania prędkości obrotowej pod obciążeniem.

Producenci silników zawsze podają w specyfikacji sprzętu znamionowy maksymalny moment obrotowy. To wartość kluczowa, gdyż pozwala każdej osobie pracującej z systemami hydraulicznymi na określenie, czy dany silnik nadaje się do określonej aplikacji. Nie jest wskazane wybieranie silnika jedynie na podstawie znamionowego momentu maksymalnego. Dodatkowo producenci podają często jego uwarunkowania przepływu i ciśnienia. Ważny jest też dokładny opis pracy urządzenia oraz moment obrotowy. Zdarza się, że system hydrauliczny może funkcjonować wyłącznie na silniku działającym w konkretnym środowisku. Wówczas wystarczy nieco go przechylić, aby zakłócić jego prawidłowe działanie. W takich momentach znajomość urządzenia pozwoli uporać się z problemem.

Sprawność silnika a moment rozruchowy aplikacji

Istotną kwestią jest dokładne poznanie wartości momentu obrotowego i sprawności konkretnego rodzaju silnika. Niektóre modele wykazują małą sprawność przy niskich prędkościach obrotowych. Praca z systemami hydraulicznymi wymaga wzięcia tego pod uwagę. W związku z tym należy zwrócić uwagę na to, jak zmienia się sprawność motoru napędowego w miarę upływu czasu. Właściwości funkcjonalne na różne sposoby wpływają na sprawność objętościową. Przykładowo zużycie silnika zębatkowego wynikające z tarcia między kołami zębatymi wpływa na spadek jego sprawności. W ten sposób dochodzi do powstawania nieszczelności, a przez to do zmniejszenia sprawności silnika.

Nieco inaczej wygląda to w przypadku motoru łopatkowego. Podczas każdego obrotu łopatki wysuwają się z rowków w wirniku i wsuwają z powrotem. Po pewnym czasie mogą ulec naturalnemu zużyciu, lecz nie wpływa to na sprawność urządzenia. Jest ona nadal utrzymywana, gdyż dzięki działaniu siły odśrodkowej (lub sprężyn) wciąż dochodzi do wysuwania ich z rowków i dociskania do bieżni. Równoważy to skracanie łopatek i minimalizuje powstawanie nieszczelności. Duża sprawność silnika oznacza co prawda większy koszt, jednak dopasowanie wymagań momentu rozruchowego i roboczego do danej aplikacji zapewni duże długofalowe oszczędności.

Napęd systemów hydraulicznych – sterowanie elektroniczne czy ręczne?

Integracja z systemami automatycznymi napędów hydrostatycznych pozwala spełnić wymagania normy Tier 4. System hydrauliczny wyposażony w sterowanie elektroniczne może być bardziej intuicyjny i łatwiejszy w instalacji i uruchamianiu, a także zawierać mniej punktów nieszczelności. Znacznie lepiej też będzie reagować na zmiany obciążenia i prędkości. Z kolei sterowanie manualne jest bardziej przyjazne dla operatorów obsługujących system hydrauliczny. Odbywa się ono przy użyciu dźwigni tarczy wychylnej umiejscowionej wewnątrz pompy. Wyczucie reakcji pompy pozwala obniżyć ciśnienie medium roboczego, co w efekcie wpływa na zmiany prędkości obrotowej.

Podobne możliwości dają elektroniczne układy sterujące. Napęd może być jeszcze lepiej kontrolowany, co pozwala na eliminację opóźnień reakcji i luzu mechanicznego. Elastyczność może być dopasowana do konkretnego operatora i aplikacji. Umożliwia to lepszą modulację przy niskich prędkościach obrotowych. Elektroniczna praca z systemami hydraulicznymi wymaga jednak większego budżetu. Komponenty są zdecydowanie droższe od tych potrzebnych do sterowania ręcznego. W dokonaniu decyzji pomoże pełne zestawienie kosztów obu wariantów dla danej aplikacji.

Elektroniczne sterowniki pozwalają na dokonywanie diagnozy systemu, gdy ulega on awariom. Na małym ekranie wyświetlane są konkretne kody błędów. Skraca to ścieżkę naprawy przez operatora, co wiąże się z kolei z oszczędnością czasu i pieniędzy. Automatyczny system hydrauliczny w dużej mierze odciąża fizycznie pracownika. Do ręcznego sterowania często wymagany jest duży wysiłek fizyczny. Montaż elektronicznych układów to pieśń przyszłości. Korzyści z nich wynikające warte są dodatkowych kosztów inwestycyjnych.

Liczba zaworów bezpieczeństwa ma znaczenie

Olej hydrauliczny wykonuje wiele pracy, lecz bez wystarczającej liczby zaworów kontrolujących może doprowadzić do uszkodzeń systemu i jego podzespołów. Każdy system hydrauliczny powinien mieć minimum jedno zamknięcie. Najkorzystniej jest jednak wyposażyć go w dwa – drugie zamknięcie pełni wówczas rolę zabezpieczenia na wypadek usterki. W przypadku awarii związanych z wyciekami płynu hydraulicznego może dojść do poważnych uszkodzeń urządzenia, a także sytuacji zagrażających zdrowiu pracujących nieopodal ludzi.

Wymiana uszkodzonych przewodów i usunięcie rozlanej substancji może zająć nawet kilka godzin. Osoby, które ucierpiały w wyniku awarii, będą potrzebowały czasu na powrót do zdrowia. Do tego dochodzą też koszty poniesione w wyniku przestoju związanego z potrzebą wykrycia przyczyny usterki i wymiany podzespołów systemu hydraulicznego. Rezerwowy zawór bezpieczeństwa może zmniejszyć potencjalne koszty. Jeśli główne zamknięcie ulegnie uszkodzeniu, zamknięcie rezerwowe pozwoli na lekki wzrost ciśnienia ponad poziom roboczy. Zapobiegnie to osiągnięciu wartości, które doprowadziłoby do licznych uszkodzeń.

Dobrze dopasowany zawór nadmiarowy

Zawory występują w wielu wymiarach i kształtach. Ich wybór ma ogromne znaczenie dla całej konstrukcji. Zawory nadmiarowe sprężynowe wykorzystują kulkę, która zakrywa otwór. Jest ona dociskana przez specjalną sprężynę, dzięki czemu utrzymuje się na odpowiednim miejscu. Ciśnienie zależy od siły wspomnianej sprężyny.

Wyróżnia się także zawory bezpośredniego działania. Ciśnienie medium hydraulicznego oddziałuje w nich w sposób bezpośredni na szpulę lub kulkę. Na rynku dostępne są pilotowe zawory, które składają się z dużego i małego zamknięcia. Ten drugi pełni rolę pomocniczą. Produkuje się też zawory sterowane elektronicznie. To dwustanowe lub proporcjonalne zamknięcia, które mogą współdziałać ze sterownikami PLC.