Provera pritiska gasa hidrauličkog akumulatora

Hidraulički akumulatori su uređaji za skladištenje energije u hidrauličkom sistemu. Mogu se koristiti na različite načine, a najčešća upotreba je brza isporuka velike zapremine ulja za izvlačenje i uvlačenje cilindara velikom brzinom. Takođe, akumulatori se mogu koristiti za apsorbovanje hidrauličkih udara, održavanje pritiska u sistemu i za obezbeđivanje fluida u slučaju prekida napajanja.

Najčešće vrste akumulatora su akumulatori sa mehom, membranom i klipni, a spomenuti elementi razdvajaju hidraulično ulje od azota (gasa kojim se akumulator puni – drugi gasovi su skupi ili eksplozivni). Predpunjenje azota je obično polovina do dve trećine maksimalnog pritiska u sistemu. Kada se pumpa uključi, azot se komprimuje do maksimalnog trenutnog pritiska u sistemu. Podešavanje opruge kompenzatora pumpe određuje maksimalni pritisak gasa kada se koristi pumpa promenljivog kapaciteta sa kompenzatorom. Podešavanje glavnog ventila za ograničenje pritiska određuje maksimalni pritisak u sistemu sa pumpom konstantnog kapaciteta.

Akumulator sa mehom	Akumulator sa membranom	Akumulator sa klipom

 

Veoma je važno da se pritisak gasa kontroliše u regularnim vremenskim intervalima (jednom mesečno do najviše jednom u šest meseci).

Standardna procedura provere pritiska predpunjenja gasa je: 1. Isključi se sistem; 2. Postavi se komplet za merenje i punjenje na akumulator; 3. Otvori se gasni ventil i očita pritisak na manometru. Mane ove procedure su što zahteva određeno vreme za sprovođenje (15-20 min), zatim pri svakoj proveri malo gasa se ispusti, a pored toga postoji rizik da se ošteti ventil za punjenje, što može rezultirati stalnim gubitkom gasa iz akumulatora.

Drugi (ne-invazivni) način je ugraditi manometar u dovodnu liniju akumulatora, zatim potisnuti manju količinu ulja iz sistema u akumulator, a potom preko prigušnice usporiti pražnjenje ulja iz akumulatora, neprekidno gledajući u manometar. Kada meh akumulatora potpuno ekspandira i protok ulja iz akumulatora prestane, dolazi do naglog pada pritiska u dovodnoj liniji. Vrednost pri kojoj dolazi do naglog pada pritiska na manometru označava približno pritisak predpunjenja akumulatora gasom.

Oba opisana načina provere trebalo bi isključivo da sprovodi stručno lice.

Ukoliko pritisak predpunjenja gasa akumulatora nije na potrebnom nivou, njegova funkcionalnost je redukovana što izaziva poremećaje u radu hidrauličkog sistema (sistem i njegove komponente izloženi su većem riziku od otkaza usled hidrauličkih udara, dolazi do pucanja creva i priključaka, neravnomernog kretanja hidrocilindara i hidromotora, smanjena brzina odziva i tako dalje).

 

Uzroci otkaza hidrauličkih zaptivki

Hidrauličke zaptivke su elementi kojima se treba posvetiti posebna pažnja ako se želi dobiti pravilno funkcionisanje hidrauličkog sistema. One imaju zadatak da onemoguće isticanje radnog fluida koji se nalazi pod dejstvom nadpritiska, kroz zazor između dve nepokretne (gde se koriste statičke zaptivke) ili međusobno pokretne (gde se koriste dinamičke zaptivke) površine. Zaptivni elementi imaju izuzetan značaj, ne samo zato što sprečavaju isticanje radnog fluida, već i zato što dobra zaptivka obezbeđuje visoku efikasnost hidrauličkih komponenti, sigurnost i pouzdanost u radu, dug radni vek i niže troškove održavanja.

Generalno govoreći, najčešći uzroci otkaza zaptivnih elemenata su:

1.    Nepravilna montaža ili nepravilan izbor zaptivača

Alati i sam proces montaže veoma su značajni za radni vek zaptivača. Nepravilna montaža može izazvati oštećenja (ogrebotine, udubljenja) dinamičke površine, koja smanjuju efikasnost zaptivnog elementa. Pogrešnim izborom zaptivača, odnosno izborom zaptivača koji ne zadovoljava tehničke uslove eksploatacije ili nije odgovarajućih dimenzija, značajno se utiče na radni vek istog.

2.    Kontaminacija

Unos ili prodor nečistoća u hidraulički sistem se zove kontaminacija. Kada nečistoće poput sitnih čestica prašine uđu u sistem, one smanjuju sposobnost zaptivača da hermetički zaptiva i utiču da se isti brže pohaba (ovo važi za dinamičke zaptivače).

3.    Hemijska erozija

Korišćenje nekompatibilnih zaptivača (sa hidrauličkim fluidom) vodi ka degradaciji usled delovanja hemijski agresivnih aditiva, produkata hidrolize i oksidacije. Ovo izaziva poremećaje na površini koja zaptiva, omekšavajući materijal zaptivnog elementa, izazivajući skupljanje ili bubrenje materijala. Promena boje zaptivača je indikator njegove hemijske degradacije.

4.    Temperaturna erozija

Visoka radna temperatura izaziva hemijske promene materijala zaptivnog elementa usled kojih on otvrdnjava, gubi elastičnost, puca i kruni se (raspada) usled delovanja dinamičkih opterećenja. Temperatura i povišeni intenzitet dinamičkog trenja (usled slabijeg podmazivanja) mogu značajno da redukuju očekivani radni vek zaptivnog elementa. 

Zaptivke spadaju među komponente hidrauličkog sistema čija je vrednost zanemarljivo mala. Međutim ako otkažu (što se obično dešava u "najnezgodnijem" mogućem trenutku), zaptivke mogu puno da vas koštaju usled neizbežnog zastoja i gubitka proizvodnje.

Hidrauličke pumpe - uopšteno

Hidrauličke pumpe su pretvarači određenog vida ulazne energije (električne, mehaničke) u hidrauličku, od čijih performansi u najvećem delu zavise performanse hidrauličkog sistema. Analogno pumpi u čovekovom organizmu, pumpa u hidrauličkom sistemu može se nazvati SRCEM sistema. Zato je mnogo važno kakav smo izbor napravili na početku (u fazi projektovanja sistema) i kako brinemo o pumpi tokom eksploatacije hidrauličkog sistema. Pošto postoji izvesna podela pumpi u odnosu na princip rada, ovde je važno reći da pumpe koje se koriste u hidrauličkim (ili hidrostatičkim) sistemima su zapreminske pumpe. To znači da promenom zapremine radne komore pumpa stvara potpritisak (kada se ostvaruje usis) i natpritisak (kada se ostvaruje potis), slično kao kod cilindra motora SUS. Još jedna veoma bitna stvar koju treba napomenuti u vezi pumpi jeste da PUMPA GENERIŠE PROTOK, a ne pritisak. U ovome puno ljudi greši, zato što je pritisak posledica otpora, a po izlasku ulja iz pumpe, ako nema nikakve prepreke na putu, uvek se dobija protok. Dakle, fluid se neprestano potiskuje u sistem, a kao posledica sabijanja (kompresije) fluida, dolazi do porasta pritiska u sistemu do granica izdržljivosti najslabije karike tog sistema, odnosno do granične vrednosti pritiska na koju je podešen glavni ventil za ograničenje pritiska. Ipak, pumpa mora biti dimenzionisana i konstruisana tako da podržava rad (odnosno da je operativna) do određene vrednosti pritiska, te su zato pumpe, ove vrste, robusne i izrađene od kvalitetnih materijala, visokog kvaliteta površinske obrade.

Osim prema principu rada, pumpe se mogu podeliti i u odnosu na konstrukciju, gde pumpa dobija ime po radnom elementu koji vrši funkciju promene zapremine. Prema tome, pumpe se mogu podeliti na:

• Zupčaste,
• Klipne,
• Krilne,
• Vijčane,
• Membranske,
• Peristaltičke.

Prva tri tipa pumpi se pretežno koriste u hidrauličkim sistemima. Svaka od njih ima podvarijantna konstrukciona rešenja tako da zupčasta pumpa može biti: klasična (sa zupčanicima sa spoljašnjim ozubljenjem), zatim pumpa sa unutrašnjim ozubljenjem i gerotor pumpa. Kao prvo klipne pumpe mogu biti klipno-radijalne (gde su klipovi postavljeni upravno na osu rotacije rotora) i klipno-aksijalne (gde su klipovi postavljeni paralelno sa osom rotacije rotora), a kao drugo navedene podvarijante imaju svoje podvarijante. Klipno-radijalne se dele na: pumpe kod kojih su klipovi smešteni u rotoru i pumpe kod kojih su klipovi smešteni u statoru. Klipno-aksijalne pumpe se dele na: pumpe sa nagibnom pločom i pumpe sa nagnutim dobošem. Krilne pumpe slično klipno-radijalnim mogu da se podele na: krilne pumpe sa krilcima smeštenim u statoru, krilne pumpe smeštene u rotoru. Sve osim zupčastih pumpi, pored konstrukcije koja omogućava konstantan kapacitet, mogu biti sa promenljivim kapacitetom, što znači da prema potrebi korisnik sistema može ručno da menja izlaznu vrednost protoka ili automatski sistem sam reguliše tu vrednost u zavisnosti od predefinisanih parametara (pritisak, snaga).

Pumpe karakterišu veličine kao što su kapacitet Q (l/min), nominalni radni pritisak p (bar) i maksimalni dozvoljeni broj obrtaja n (o/min).

Na cenu jedne hidrauličke pumpe utiču sledeći faktori: konstruktivno rešenje, vek trajanja, vrednost protoka (kapaciteta), vrednost radnog (nominalnog) pritiska, maksimalni broj obrtaja.

Simbol za pumpu u šemi je dat na slici 1. Jedino što nam ovaj simbol saopštava je da se radi o pumpi. Na osnovu njega ne znamo koja je konstrukcija pumpe u pitanju, niti išta o njenim radnim karakteristikama. Zato je uobičajeno da se pored ovog simbola na šemi upišu podaci ili bar pozicija, a u sastavnici (dokument koji prati šemu hidrauličkog sistema) se daju tehničke specifikacije pumpe.

Vrste ulja za hidrauličke sisteme

Analogno svrsi postojanja krvi u čovekovom organizmu, ulje se može nazvati KRV hidrauličkog sistema. S obzirom da obavlja zadatke slične onima koje obavlja krv u ljudskom organizmu, ulju mora da se posveti posebna pažnja (o tome ću pričati više u nekom narednom tekstu). Ulja za hidrauličke sisteme su klasifikovana prema ISO 6743-4 na sledeće kategorije: mineralna, vatrootporna i biorazgradiva hidraulička ulja. Kada su mineralna ulja u pitanju, koja inače imaju najširu primenu, postoje ulja sa sledećim oznakama:

• ISO - L - HH (mineralno mazivo bez inhibitora korozije) - danas se gotovo nigde ne koriste;

• ISO - L - HL (mineralno mazivo HH klase sa dodatim inhibitorima korozije i poboljšanom otpornošću na oksidaciju) - koriste se u aplikacijama koje nemaju posebne zahteve u pogledu otpornosti na habanje;

• ISO - L - HM (mineralno mazivo HL klase sa dodatim antihabajućim aditivima) - najšire korišćena klasa ulja za različite aplikacije;

• ISO - L - HR (mineralno mazivo HL klase sa povišenim indeksom viskoznosti);

• ISO - L - HV (mineralno mazivo HM klase sa povišenim indeksom viskoznosti) - namenjena prvenstveno za hidrauličke sisteme u mobilnim aplikacijama;

• ISO - L - HG (mineralno mazivo sa dodatim anti-stick-slip aditivima) - uobičajeno se koriste kod hidrauličkih sistema za liftove i kranove.

Vatrootporna hidraulička ulja su namenjena za aero-nautičke aplikacije, rudarske, i aplikacije hidrauličkih sistema u čeličanama, valjaonicama i sl. (kovačke prese, valjaoničke pruge i ostalo). Ova ulja imaju značajno višu tačku paljenja kako bi se povećala bezbednost operatera, minimizovao rizik od požara i štete na mašinama i opremi. Kada su vatrootporna ulja u pitanju, postoje ulja sa sledećim oznakama:

• ISO - L - HFA-E (emulzija ulje u vodi, gde je ulje na bazi mineralnog ili sintetičkog estera);

• ISO - L - HFA-S (rastvori hemikalija na vodenoj bazi, bez prisustva mineralnog ulja, sa sadržajem vode > 80%);

• ISO - L - HFB (emulzija voda u ulju, sa sadržajem mineralnog ulja oko 60%);

• ISO - L - HFC (rastvori na bazi voda-polimeri, sa sadržajem vode > 35%)

• ISO - L - HFD-R (fluidi na bazi sintetičkih fosfat estera bez sadržaja vode);

• ISO - L - HFD-S (fluidi na bazi hlorisanih ugljovodonika bez sadržaja vode);

• ISO - L - HFD-T (fluidi koji predstavljaju smešu HFD-R i HFD-S);

• ISO - L - HFD-U (drugi fluidi na sintetičkoj bazi višeg stepena vatrootpornosti u odnosu na prethodne klase).

Biorazgradiva hidraulička ulja predstavljaju grupu ulja koje karakteriše činjenica da su izrađena od baznog ulja i aditiva koji imaju najmanji mogući negativni efekat na okruženje (u slučaju da ulje istekne van hidrauličkog sistema u kojem se koristi). Najvažnija svojstva ovih ulja kod njihovog testiranja za dobijanje odgovarajućeg sertifikata jesu biorazgradivost i eko-toksičnost. Koriste se u aplikacijama gde postoji opasnost od kontaminacije površinskih voda, poljoprivrednog zemljišta ili šumskog zemljišta, usled havarije na radnim mašinama i isticanja ulja u okruženje. Kada su biorazgradiva ulja u pitanju, postoje ulja sa sledećim oznakama:

• ISO - L - HEPG (polialkilen glikoli);

• ISO - L - HETG (trigliceridi - biljna ulja);

• ISO - L - HEES (sintetički estri);

• ISO - L - HEPR (polialfaolefini i druga jedinjenja slična ugljovodonicima).

Ulja su veoma bitan element u konstrukciji hidrauličkog, pa i bilo kojeg drugog sistema koji sadrži mazivo, jer za razliku od elemenata kao što su zupčanik, ležaj, remenica, vratilo i slično, ulja imaju višestruku ulogu i pred njih se postavljaju daleko veći zahtevi. Radi ilustracije zupčanik služi isključivo radi prenosa obrtnog momenta (snage), dok ulje u hidrauličkom sistemu prenosi snagu, ali pri tome treba i da podmazuje i štiti elemente od habanja i korozije, da odvodi generisanu toplotu na lokalu, da zaptiva, da ispira sistem od nečistoća i tako dalje.

Vrste konstrukcija hidrauličkih sistema

Konstrukcija hidrauličkog sistema može da se izvede kao:

• otvoreno hidrauličko kolo,
• zatvoreno hidrauličko kolo ili
• poluzatvoreno hidrauličko kolo.

Karakteristike otvorenog kola

Otvoreno hidrauličko kolo je konstrukcija koja je često, ali ne i isključivo, u upotrebi za stacionarne sisteme i kod koje radni fluid cirkuliše kroz sistem sledećim redosledom:

1. rezervoar -> pumpa -> razvodni ventil -> rezervoar (slika 1a) ili
2. rezervoar -> pumpa -> razvodni ventil -> aktuator -> rezervoar (slika 1b ili 1c).

Slika 1a

Slika 1b

Slika 1c

Karakteristike zatvorenog kola

Zatvoreno hidrauličko kolo je konstrukcija koja je često, ali ne i isključivo, u upotrebi za mobilne sisteme i kod koje radni fluid cirkuliše kroz sistem sledećim redosledom:

1. pumpa -> motor -> pumpa (slika 2a i 2b) - gde su pumpa i motor (ili cilindar jednakih zapremina leve i desne radne komore) dvosmernog dejstva.

Slika 2a

Slika 2b

Karakteristike poluzatvorenog kola

Poluzatvoreno hidrauličko kolo je konstrukcija koja je u upotrebi kod sistema kod kojih se želi redukovati kapacitet pumpe, zapremina rezervoara. Ovim rešenjem u jednom radnom ciklusu, fluid se usmerava ka rezervoaru (slika 3a), a u drugom radnom ciklusu, ka motoru ili cilindru (slika 3b), i time mu povećava radnu brzinu.

Slika 3a

Slika 3b

Kod ovakvih hidrauličkih kola uglavnom se koriste cilindri sa jednostranom klipnjačom (gde je odnos površine klipa i klipnog prstena, najčešće, 2:1). 

Uljna (mašinska) hidraulika

Uljna (ili mašinska) hidraulika kao pojam podrazumeva širok spektar stručnih pojmova iz oblasti mašinstva, koji se odnose na projektovanje, izradu, eksploataciju i održavanje sistema za prenos energije pomoću tečnih fluida pod pritiskom.

Mašinska hidraulika je zasnovana na teorijskim podlogama iz mehanike fluida, ili je možda bolje reći, oblasti mehanike fluida koja se zove hidromehanika. Hidromehanika se deli na dve celine:

• Hidrostatiku (koja proučava ponašanje sistema* kada fluid miruje) i
• Hidrodinamiku (koja proučava ponašanje sistema* kada se fluid kreće).

*Sistem, na koji se ovde misli, čine fluid i fizičke veličine koje ga dovode u odgovarajuće stanje kretanja ili mirovanja

Iz hidrostatike proizilaze principi koji predstavljaju suštinu rada zapreminskih pumpi i motora, dok iz hidrodinamike proizilaze principi na kojima funkcionišu hidrodinamički (strujni) uređaji.

Zašto i gde se primenjuju zapreminske pumpe i motori?

Prvo treba reći da pored pomenutog postoje i drugi pogonski sistemi koji se koriste u inženjerskim aplikacijama a to su:

• pneumatski,
• električni,
• mehanički i 
• kombinovani (hibridni).

Kada će neki od pomenutih pogona biti iskorišćen, naravno zavisi od mnoštva tehno-ekonomskih faktora, odnosno prednosti i nedostataka svakog pogonskog sistema pojedinačno. Kada se određuje da li će neki pogonski sistem biti ugrađen, sprovodi se uporedna analiza kojom se određuje odnos: snage P [kW] (koju sistem treba, tj. može da obezbedi), mase m [kg] (koju pogonski sistem ima) i zapremine V [m^3] (koju pogonski sistem zauzima - vezano za prostorna ograničenja sklopa). Upoređivanjem ovih veličina dolazi se do dobitne kombinacije. Nepisano pravilo je da kod tehničkih sistema koji zahtevaju snagu ≥ 10 kW, hidraulički pogonski sistem nema alternativu.

Još jedan bitan parametar koji treba posmatrati u celoj ovoj priči jeste i ukupni stepen iskorišćenja sistema η [-], koji ukazuje na količinu energetskih gubitaka u sistemu. Za početak dovoljno je poznavati pomenute parametre i na osnovu istih doneti sud o primeni nekog od dostupnih rešenja.

Jednostavnost upravljanja i velika pouzdanost hidrauličkih sistema u manipulisanju sa veoma velikim dinamičkim i statičkim opterećenjima su glavni razlozi zašto se hidraulički pogonski sistem primenjuje u nekoj aplikaciji. Za razliku od elektromehaničkih prenosnika (koji se inače najviše koriste industrijskim ili drugim aplikacijama), hidraulički pogon u eksploataciji sa velikim opterećenjima, generiše mnogo manje toplote u radu, ima mnogo manju masu, zauzima mnogo manji prostor, itd.

Primena zapreminskih pumpi i motora, može se primetiti kod aplikacija gde su velike radne sile, a najčešći primeri su:

• Dizalice,
• Prese,
• Rampe,
• Građevinske mašine,
• Mašine u rudarstvu,
• Alatne mašine,
• Uređaji za navođenje oruđa na brodovima, avionima, tenkovima,
• Uređaji za upravljanje avionima, brodovima, drumskim vozilima, itd.

Hidraulička dizalica sa mehanizmom u obliku makaza

Hidraulička kovačka presa sa radnom silom od 10000 tona

Hidraulička rampa za istovar teretnih vozila

Standardna građevinska mašina - hidraulički bager

Najveće vozilo na svetu teško 13500 tona - bager roto-kopač rude uglja

Dora - nemački top kalibra 800 mm iz drugog svetskog rata koji je bio težak 1350 tona

Hidraulički sistem za izbacivanje točkova i kočenje na avionu

Hidraulički pogon za obrtanje i usmeravanje propelera za brodove

Falkirk prevodnica u Škotskoj koja spaja kanale Forth i Clyde

Hidraulički egzoskelet koji čoveku omogućava podizanje težih predmeta

Hidrauličko servo upravljanje kod drumskih vozila

Mašina za obaranje i seču drvenih stabala koja se lakše prilagođava terenu zahvaljujući tome što umesto točkova ima 6 nogu








Postoji još mnogo primera primene hidrauličkih pogonskih sistema, ali je ovo sasvim dovoljno da se stekne opšta slika o slučajevima i mogućnostima primene hidraulike.