Hidraulikus egységek alkalmazása

A hidraulikus teljesítmény-átvitel elsősorban a hidrosztatikus rendszereket tartalmazza. A hidrodinamikus teljesítmény átszármaztatásáról a korábbi anyagrészekben már volt szó, ott is elsősorban a hidrodinamikus váltóművek esetén játszott jelentős szerepet. A hidrosztatikus energiaátvitel során a mechanikai munkát alakítunk át hidraulikus energiává, mely a csővezeték rendszeren keresztül könnyen szállítható és a felhasználás helyén könnyedén visszanyerhető mechanikai munkává. A hidraulikus teljesítményt a folyadék nyomása (p) és az áramlása (Q) határozza meg. A teljesítmény úgy növelhető, hogy a két tag közül valamelyiket vagy mindkettőt növeljük.

 A különféle egységekből összeállított körfolyamatot nevezzük hidraulikus rendszernek. A hidraulikus rendszerek fő jellemzője, hogy folyadék cirkulál benne. A szivattyún keresztül energiát vesz fel, melyet a hidromotoron ad át. A szivattyút és a hidromotort a rendszeren belül energia-átalakítónak nevezzük. A hidraulikus energiát a szivattyú és a hidromotor között irányító készülékekkel befolyásolhatjuk. A rendszeren belül változtatható a nyomás, az áramlás erőssége és útja. A rendszer fő egységeit összekötő többi elemét kiegészítő elemeknek nevezzük.                                       
 
A hidraulikus rendszerben a folyadék, mint energiaközvetítő elem szerepel, ugyanakkor a folyadékot számos igénybevétel éri és érheti. A hidraulikus rendszerek üzemeltetésekor a legfontosabb szempont, hogy az előírt minőségű és mennyiségű folyadékot használják, illetve azt a megadott üzemidő vagy elhasználódás után cseréljék ki. A hidraulikus rendszerekben alkalmazott folyadékokkal szemben az alábbi követelmények fogalmazhatók meg:

• mentes legyen a szilárd fázisú anyagoktól,
• jó kenőképességgel rendelkezzen,
• megfelelő viszkozitása legyen,
• jó hőátadási képessége legyen,
• alacsony dermedéspontú,
• ne habosodjon,
• ne képezzen emulziót,
• ne legyen lerakódásra hajlamos,
• ne oxidálódjon és
• ne okozzon korróziót.

A hidraulikus rendszer felépítése 

A hidraulikus rendszerek felépítés szerint lehetnek nyitott vagy zártkörű, ezen belül egyenáramú vagy váltóáramú felépítésűek.

A nyitott hidraulikus körfolyamat jellemzője, hogy a folyadék a tartályon keresztül végez körforgást. Ez a legegyszerűbb körfolyamat melyet fel lehet építeni. A körfolyamban a mechanikai energiaváltoztatást fojtással, illetve a szivattyú vagy hidromotor folyadékszállításának változtatásával lehet elérni. Az egyszerű kivitelben készült nyitott körfolyamban a szivattyú bemenő fordulatszáma, a szállított mennyiség és a hidromotor kimenő fordulatszáma is állandó, ekkor a hajtás egyirányú. Útszelep beépítésével a nyitott hidraulikus körben megvalósítható a forgás-, illetve mozgásirányváltás.
 
A nyitott körfolyamat jellemzői:

• a szivattyút a tartály mellett vagy a tartály alatt kell elhelyezni, mivel a bemenő fordulatszámot a szívómagasság befolyásolja;
• egy szivattyúról több fogyasztó is működtethető;
• az útszelepek névleges méreteit a maximálisan átfolyó folyadékmennyiségtől függően kell megválasztani;
• a szűrők és hűtők méreteit is az átfolyó folyadékmennyiség határozza meg;
• a tartály mérete a szivattyú maximális szállítási mennyiségének többszöröse is lehet (dm3-ben);
• a szívóvezetékek nagy átmérővel és kis hosszúságban építhetők be;
• alkalmazása: széles körben elterjedt mind a mobil, mind a stabil hidraulikus rendszerekben.

A zárt hidraulikus rendszerekben a hidromotorból visszaáramló folyadék közvetlenül a szivattyú szívócsonkjához áramlik vissza. Ebben a körfolyamban a szivattyú és a hidromotor is állítható kivitelű. A szivattyú csak egy irányban forog, azonban a hidromotor mindkét irányban foroghat. A szivattyú kibillentési szöge a nulla helyzeten keresztül fokozat nélkül állítható, ezzel a folyadékáram iránya megváltoztatható. A hidromotor azonban csak egyik oldalra billen ki, ami szintén fokozat nélkül állítható. Beépített nyomáshatároló szelepek segítségével biztosítható a hidraulikus körfolyamban a maximálisan megengedett nyomás értéke. Nyomó oldalanként egy-egy (pl. két forgásirány esetén két darab) állítható nyomáshatároló szelep kerül beépítésre a rendszerbe.
 
A zárt körfolyamat jellemzői:

• az elrendezés és a beépítési helyzet tetszőleges;
• a szivattyú „null” helyzete miatt a meghajtás teljes egészében megfordítható;
• a teher megtartása a meghajtó motoron keresztül lehetséges, ugyanakkor a fékezéskor az energia visszanyerhető;
• az útszelepek kis névleges méretekkel rendelkeznek, főleg az elővezérlésre alkalmazhatók;
• a szűrők és hűtők méreteinél kis átfolyási keresztmetszetekkel és építési méretekkel kell számolni;
• öblítő szelepek alkalmazásával a folyadék hűtése egyszerűsíthető;
• a tartály mérete kicsi, csak a segédszivattyúk szállítási mennyiségével és a rendszer teljes térfogatával kell összehangolni;
• alkalmazása: elsősorban forgó mozgásoknál, haladó-, forgató- és csörlőhajtásoknál.

A hidraulikus rendszer szerkezete

A hidraulikus energiát a szivattyúk hozzák létre, majd a hidraulikus energiát a felhasználás helyén a hidromotorok vagy munkahengerek alakítják vissza mechanikai energiává. Az energia tárolása a hidroakkumulátorokban történik, a hidraulikus jellemzők megváltoztatása pedig az irányító készülékek feladata.
 

Energia-átalakítók:

A szivattyúk térfogat kiszorítással hozzák létre a hidraulikus energiát, azaz a beömlőnyíláson felszívott folyadékot növelt energiával szállítják tovább. A kiömlőnyíláson távozó állandó folyadékáram teljesítménye a nyomástól függ. Ez azt jelenti, hogy a szivattyú mindig olyan nyomással szorítja ki a folyadékot, melyet a rendszerben fellépő ellenállások meghatároznak. A hidromotorok elnyelik a nagyobb energiatartalmú folyadékot, ezáltal meghajtják a munkagépet, míg az energiáját vesztett folyadék a kiömlőnyíláson keresztül távozik. A folyadék energiatartalmát a hidromotor terhelése és a kiömlő ág ellenállása (pl. szűrő) befolyásolja. A kiömlő folyadék energiatartalmát a hidroakkumulátorok pótolják.
 
A szivattyúk és a hidromotorok szerkezete szinte teljesen azonos felépítésű, azaz bármely szivattyú alkalmazható hidromotorként is, ezt azonban a hatásfok-változás is befolyásolja.

A szivattyúk és a hidromotorok működés szerinti csoportosítása:

• állandó és változtatható térfogatúak,
• egy-, illetve kétáramlás-irányúak.

Szerkezeti felépítésük a kiszorító elem típusától függően változhat, a leggyakoribbak a fogaskerekes, a lapátos, a dugattyús és az orbit rendszerűek.
 
A hidraulikus munkahengerek, mint energia-átalakítók lényegében a hidromotorok egy speciális típusa, amely egyenes vonalú mozgás létrehozására alkalmas. A folyadék nyomását dugattyú irányú erővé alakítva főként teheremelésre használhatók. A munkahenger lehet egy irányban és két irányban működő. Az egy irányban működő munkahengerek folyadéknyomás segítségével emelnek, azonban a munkagép tömegének hatására süllyednek le. A két irányban működő munkahengerek mindkét irányban erőt fejtenek ki, azaz emel és süllyeszt is.
 
A hidraulikus körfolyamban levő folyadék nyomása csökken, ha a folyadék szivárogni kezd. Ha a rendszer nyomását folyamatosan fenn akarjuk tartani, akkor nyomástároló berendezést kell a rendszerbe beépíteni. A nyomás tárolására rugó vagy gáz alkalmazása felel meg a legjobban, mivel ezeket a folyadéknyomással való feltöltéskor össze lehet nyomni. Ha a folyadék elszivárog, akkor a rugó vagy a gáz kitágul, így a rendszeren belül a nyomás csak olyan mértékig csökken, amennyire a táguló rugó vagy gáz feszítő ereje csökkent. A nyomástárolók a hidraulikus berendezésekben különböző feladatokat látnak el, például:

• energiatárolás,
• folyadéktartalékolás,
• vészműködtetés,
• erőkiegyenlítés,
• mechanikus lökések csillapítása,
• nyomáslökések csillapítása,
• résolaj kiegyenlítés,
• lökés- és lengéscsillapítás,
• lüktetés csillapítás,
• járművek rugózása,
• fékezési energia visszanyerése,
• a nyomás állandósítása,
• térfogatáram kiegyenlítés (tágulási tartály).

Az energia-átalakítók kiválasztási szempontjai:

• nyomástartomány,
• fordulatszám tartomány,
• térfogatáram változtathatóság,
• munkafolyadék,
• üzemi hőmérséklet tartomány,
• viszkozitás tartomány,
• beépítési feltételek,
• meghajtási mód,
• élettartam,
• megengedett zajszint,
• karbantartási feltételek,
• beszerzési ár.

Irányító készülékek:

A hidraulikus rendszereken belül is lehet (és kell is) befolyásolni az energiaáramlást. A hidraulikus irányító készülékeket működtethetők mechanikus, pneumatikus, villamos és hidraulikus elven. Az irányító készülékek működése többféle módon végrehajtható:

• személyi működtetésű (pl. nyomógomb, pedál, kézikar),
• mechanikus működtetésű (pl. ütközőcsappal, görgővel, rugóval, stb.),
• hidraulikus működtetésű közvetlen nyomással:
• nyomás alá helyezéssel,
• nyomás megszüntetéssel,
• nyomáskülönbséggel.
• elővezérlő működtetés:
• hidraulikusan nyomáscsökkentéssel vagy nyomásnöveléssel,
• pneumatikusan nyomásnöveléssel,
• elektromágnessel.

 
A nyomásirányítók a hidraulikus rendszer nyomásának irányítására alkalmasak. Feladatuk szerint a következők lehetnek:

• nyomáshatároló,
• sorrend-meghatározó,
• nyomáscsökkentő,
• nyomáskülönbség-állandósító,
• nyomásviszony állandósító.

 
A nyomáshatároló szelep a hidraulikus rendszer legnagyobb nyomását határozza meg.  Védi a rendszert a káros túlterhelésektől, ezért biztonsági szelepként is alkalmazzák. Ekkor közvetlenül a szivattyú mögé kötik párhuzamosan a nyomóágba. A nyomáshatároló lehet közvetlen működésű és tehermentesített, azaz elővezérelt szelep. A közvetlen működésű nyomáshatároló általában egyszerű golyós vagy kúpos szelep, melynek terhelése csavarral állítható. A tehermentesített vagy elővezérelt nyomáshatároló szelepet két szelep kombinációjával hozzák létre, mely túlterhelés során kikapcsolja a rendszert.
 
A sorrend-meghatározó szerkezeti kialakítása hasonló a nyomáshatároló szelepéhez. A munkavégző egységeket külső beavatkozás nélkül egymást követően kapcsolja be a rendszer működésébe. Ezzel a szeleppel fontossági sorrendet is állíthatunk a munkavégző egységek között. Ha egy munkavégző egységnek elsőbbséget akarunk biztosítani, akkor kisebb nyomásigényre kell tervezni és a szelep ezt az egységet kapcsolja be a hidraulikus körbe először.
 
Nyomáscsökkentő szelepet akkor építenek be egy hidraulikus rendszerbe, ha a rendszer egyik részében a főrendszerhez képest kisebb nyomást kívánnak elérni. A nyomáscsökkentő szeleppel hozható létre a főrendszer nyomásától független mellékági állandó nyomás.
 
A nyomáskülönbség-állandósító összességében egy speciális kiképzésű nyomáscsökkentő. Akkor kerül a rendszerbe beépítésre, ha az alacsonyabb nyomású mellékágban is érvényesülnie kell a főág nyomásának szabályozó hatását. Lényegében úgy működik, hogy a főág nyomásának csökkenése a mellékágban is azonos nyomáscsökkenést okoz.

A nyomásviszony állandósító is alkalmas arra, hogy a főág szabályozó hatása a kisebb nyomású mellékágban is érvényesüljön. A mellékág nyomása a főág nyomásának arányában változik.
 
Az áramirányítók a hidraulikus rendszerben adott idő alatt átáramló folyadék mennyiségét irányítják, ezért mennyiségszelepnek is nevezik. A hidraulikus rendszerben akkor van szükség a folyadékáram irányítására, ha egy munkavégző egység (hidromotor vagy munkahenger) működési sebességét csökkenteni vagy állandó értéken kell tartani, illetve több munkavégző egység működésének sebességét kell összhangba hozni. Az áramirányítók fő típusai:

• fojtók,
• áramállandósítók,
• áramelosztók.

 A legegyszerűbb fojtó a hidraulikus rendszerbe épített szűk nyílású betét. Állandó fojtás céljára alkalmas. A változtatható fojtóban csavarorsóval lehet változtatni a fojtónyílás méretét, és így a folyadékáram változtatásával a munkavégző egység sebességét. A zárótest kialakítása sokféle lehet: kúpos tű, hengeres tolattyú, stb. A fojtó nem képes pontosan irányítani a folyadékáramot, mert a fojtáson létrejövő nyomáseséssel együtt nem egyenletesen változik az átáramló mennyiség.
 
Az áramállandósítót ott használják, ahol a munkavégző egység működési sebességét állandó értéken kell tartani. Ezért sebességállandósító szelepként is nevezik. Az áramállandósító egy fojtó és egy nyomáscsökkentő kombinációjából épül össze. Készülhet állandó vagy változtatható kimenőáramra. Kivitele alapján beszélhetünk két- vagy háromutas áramállandósítóról.
 
Az áramelosztókat akkor használják, ha két vagy több munkavégző egység működési sebességét azonos értéken vagy meghatározott arányban kell tartani. A munkavégző egységek párhuzamos kapcsolása esetén csak áramelosztó közvetítésével képesek üzemelni, különben a differenciálhatás érvényesül, és a nagyobb terhelésű motor leáll.
 
Az útirányítók különböző fajtái a folyadékáramlás irányának meghatározására használatosak. Két közismert fajtájuk van, az útváltó szelepek és a visszacsapó szelepek.
Az útváltó szelepek segítségével lehet a folyadékáram irányát a mindenkori célnak (pl. mozgás- vagy forgásiránynak) megfelelően irányítani, illetve megváltoztatni. Kapcsoló elemük eltolható vállas tolattyú vagy elfordítható furatos henger. A kétállású útváltó az egyik állásában átengedi a folyadékot, míg a másik állásában elzárja a folyadék útját. A háromállású útváltók harmadik állása általában egy semleges pozíció. Az útváltókban a pontos illesztés ellenére szivárgási veszteséggel, valamint nyomáseséssel kell számolni.
A visszacsapó szelep feladata, hogy a folyadék áramlását az egyik irányba lehetővé tegye, míg az ellenáramú folyadékáramlást megakadályozza. Az elzárótest szerint megkülönböztethetünk golyós, kúpos és gyűszűs visszacsapó szelepeket.
 

Kiegészítő elemek:

A kiegészítő elemek közé azokat soroljuk, melyek az energiaátvitelben alárendelt szerepet töltenek be (pl. szűrők, hűtő, tartály, csővezetékek, stb.).

A szűrők a hidraulikus rendszer üzembiztonsága és élettartama miatt játszanak fontos szerepet. Feladata, hogy üzem közben megtisztítsa a folyadékot az esetleges mechanikai szennyeződésektől. A szűrő beköthető a nyomó- és visszatérő ágba egyaránt. Általában a visszafolyó ágba kerül bekötésre. A folyadék áramlásában ellenállást és nyomásesést kelt. A szűrőket meghatározott üzemidő eltelte után cserélni, illetve tisztítani kell. A szűrők működési elvük szerint lehetnek:

• felületi szűrők,
• elnyelő szűrők,
• mágnes szűrők.

A hűtés célja, hogy a folyadék üzemi hőmérsékletét biztosítsa, mivel a folyadéksúrlódásból keletkező hulladékhőt el kell vezetni. A hidraulikus hűtőt a visszafolyó ágba építik, de a nyomóággal párhuzamos ágba is bekerülhet. A hűtő a környezet levegőjének adja át a hőt. A hűtőfelület csökkenthető, ha ventilátorral nagyobb légáramot keltünk a hűtőbordák felületén.
 
A tartály elsődleges feladata, hogy a hidraulikus rendszerben a szennyeződések elől elzárva mindenkor megfelelő mennyiségű munkafolyadék álljon rendelkezésre. Másodlagos feladata a hulladékhő elvezetése, erre akkor kerül sor, ha a rendszerbe nem építettek külön hűtőt.

A hidraulikus rendszer különböző elemeit csővezetékekkel kötik össze. Ezek lehetnek merev vagy hajlékony csövek. A traktor és munkagép összekapcsolásához automatikusan záródó gyorskapcsolókat alkalmaznak. Összekapcsolt állapotban a golyósorok kiemelik egymást a fészekből, és utat engednek a folyadékáramlásnak. Szétkapcsolást követően a golyókat rugóerő feszíti a fészekre, ezzel megakadályozva a folyadék szivárgását, illetve szennyezőanyagnak a hidraulikus rendszerbe kerülését.

A hidraulikus rendszer szabályzása

A munkagép erő-, helyzet- és vegyes szabályozásával a cél:

a munkamélység megengedett értékhatárok között tartása,
a vonóerő-változás amplitúdójának csökkentése és a túl nagy kerékcsúszás elkerülése,
a munkagépről a traktorra történő súlyáthelyeződés fokozása.

A traktor függesztő művét működtető emelőhidraulika a munkaminőség és az optimális terhelés automatikus szabályozására is felhasználható. Egyfelől tehát, ha a művelő-mélység eltér a beállított állapottól, akkor az automatika emelési vagy süllyesztési parancsára helyreáll a helyes érték. Ugyanígy, ha a vontatmány ellenállása meghaladja a traktor vonóerejét, akkor csökkentheti azt.

A fentiek szerint helyzetszabályozásról és erőszabályozásról beszélhetünk, de többnyire a kettő kombinációja is beállítható.
 
Helyzetszabályozáskor a munkagép traktorhoz viszonyított helyzetét rögzítjük, ami azt eredményezi, hogy pl. talajműveléskor a művelő elem támkerekek nélkül is tartja a beállított mélységet.
 
Erőszabályozáskor a vonóerő-szükséglet állandóságára törekszünk, amivel a traktor túlterhelését és a kerekek kipörgését akadályozhatjuk meg. Alapvetően három feladatot lát el:

ügyel a traktor egyenletes terhelésére;
gátolja a kapaszkodókerekek csúszását;
hullámos talajfelszín mellett egyenletes munkamélységet biztosít.

A függesztett és félig-függesztett munkagép elektrohidraulikus szabályozójának elsőrendű feladata a munkagép erő-, helyzet- és mélységszabályozása, valamint esetleg a szlip szabályozása is.

A klasszikus szabályozási megoldásokat függesztett munkagépekhez alakították ki, mert ezeknél az egész munkagép emelésével, illetve süllyesztésével történik a szabályozás. Félig-függesztett munkagépnél a függesztő művel csak a munkagép elejét szabályozhatjuk, azonban a munkagép hátsó végének helyzetét a farkerék szabja meg. Ezért itt a munkagép elején nagyobb munkamélység ingadozásra kell számítani, mint függesztett munkagépnél. Tarlón járva szántó félig függesztett ekénél azonban, ahol az eke elején is van barázdában járó támasztókerék, a függesztő művel a munkamélységet nem, csak a munkagép keresztirányú helyzetét lehet állítani, tehát a félig függesztett munkagép, de különösen a tarlón járva szántó félig függesztett eke mélységszabályozása lényegesen eltér a függesztett munkagép szabályozásától.
 
A félig-függesztett munkagépek szabályozása – mind barázdában járó, mind tarlón járva szántó traktor esetén – csak úgy oldható meg, ha a munkagép támasztókerekéhez (kerekeihez) viszonyítva változtatjuk a munkagép helyzetét is. Ez úgy valósítható meg, ha a traktor függesztő mű helyzetének szabályozása, valamint a munkagép támasztókerekéhez, vagy kerekeihez viszonyított helyzetének a szabályozása együtt történik, kombinált erő és vegyes szabályozással.

Felhasznált források:

1. Szerk: Anka I.: A mezőgazdasági gépek hidraulikus rendszere. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1981.
2. Anka I.: A hidromotoros hajtás és szabályozás.Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 1986.
3. Renius, K. T.: Traktoren: Technik und ihre Anwendung. DLG Verlag, München, 1985.
4. Fekete A.: Traktorok automatikái. Corvinus Egyetem. 2006.
5. Bosch Rexroth katalógusok.