Hidraulički pribor

Uloga pribora i brzina strujanja u vodovima

Crpke, ventili i cilindri obavljaju vidljiv posao, ali između njih je niz dijelova koji se lako previde: cijevi, crijeva, priključci, brtve, filtri, spremnik, izmjenjivači topline i mjerni priključci. Zajedničkim imenom zovu se hidraulički pribor. Pogreška u priboru rijetko se pokaže odmah; pokaže se kao propuštanje nakon mjesec dana, zagrijavanje ljeti ili kvar razvodnika zbog nečistoće nakon pola godine rada.

Prvi korak u izboru vodova je brzina strujanja. Iz jednadžbe kontinuiteta Q = A · w slijedi unutarnji promjer voda za zadani protok i odabranu brzinu:

d = √(4 · Q / (π · w))

Prevelika brzina povećava pad tlaka i zagrijavanje, uzrokuje šum i tlačne udare; u usisnom vodu stvara podtlak na ulazu crpke i kavitaciju. Premala brzina znači skuplje i teže vodove i više ulja u sustavu. Zato se u praksi drže okvirne vrijednosti iz tablice.

Posljednji redak zaslužuje pažnju. Pri uvlačenju cilindra HP-1 crpka tlači 22,0 l/min u prostor klipnjače, a iz klipnog prostora izlazi ulje u omjeru površina 50,27 / 30,63, dakle oko 36,1 l/min. Povratni vod i povratni filtar moraju se dimenzionirati za taj veći protok, ne za protok crpke. To je jedna od najčešćih pogrešaka pri projektiranju malih agregata.

Čelične cijevi

Za čvrste vodove u hidraulici upotrebljavaju se precizne čelične bešavne cijevi, hladno vučene i normalizirane, najčešće od čelika E235 ili E355. Bešavne su jer zavareni šav pri promjenjivom tlaku postaje mjesto nastanka pukotine, a precizne jer priključci s usječnim prstenom traže uske tolerancije vanjskog promjera. Cijevi se označavaju vanjskim promjerom i debljinom stijenke, npr. 15 × 2 mm, pa je unutarnji promjer 11 mm.

Potrebna debljina stijenke za unutarnji tlak procjenjuje se izrazom za tanku stijenku, s = p · D / (2 · σdop). Za tlačni vod HP-1 s cijevi vanjskog promjera 15 mm, tlakom 160 bar (16 N/mm²) i, uzmimo, dopuštenim naprezanjem 150 N/mm² dobiva se s ≈ 0,8 mm. Odabrana stijenka od 2 mm ima veliku rezervu, koja je potrebna zbog tlačnih udara, zasijecanja usječnog prstena, savijanja i korozije. Konačni izbor radi se prema tablicama dopuštenih tlakova proizvođača cijevi i priključaka. Cijev 15 × 2 mm pri 22,0 l/min daje brzinu oko 3,9 m/s, što je unutar preporuke za tlačni vod.

Cijevi se savijaju strojno, s polumjerom savijanja najmanje dva do tri vanjska promjera, i režu okomito pilom ili rezačem cijevi, nikad reznom pločom koja ostavlja srh i zagrijava kraj cijevi. Nakon rezanja krajevi se očiste od srha iznutra i izvana, a cijeli vod se prije ugradnje ispere. Čelične cijevi pričvršćuju se obujmicama na razmacima koji ovise o promjeru, tako da ne vibriraju; obujmice s umetkom od elastomera prigušuju vibracije i šum. Tamo gdje su vibracije velike, na primjer na priključku crpke, između cijevi i crpke ugrađuje se kratko crijevo.

Hidraulička crijeva i njihova ugradnja

Hidraulička crijeva spajaju dijelove koji se međusobno gibaju ili vibriraju: agregat i pomični cilindar, strojnu ruku i njezine zglobove, crpku i čvrsti cjevovod. Crijevo se sastoji od tri osnovna sloja. Unutarnji sloj od sintetičkog kaučuka (najčešće NBR) otporan je na radnu tekućinu i brtvi. Armatura od visokočvrste čelične žice nosi tlak: jedna ili dvije pletenice za srednje tlakove, četiri ili šest spiralno namotanih slojeva za visoke tlakove i jaka udarna opterećenja. Vanjski sloj štiti armaturu od habanja, vlage, ozona i ulja.

Za crijevo se kataloški navode nazivni promjer DN (približno unutarnji promjer u milimetrima), najveći radni tlak, najmanji polumjer savijanja i temperaturni raspon. Za hidrauličke primjene s promjenjivim tlakom tlak pucanja mora biti najmanje četiri puta veći od najvećeg radnog tlaka, dakle faktor sigurnosti je 4. Za tlačni vod HP-1 uz 160 bar to znači crijevo s radnim tlakom od najmanje 160 bar i tlakom pucanja od najmanje 640 bar; zbog tlačnih udara pri prebacivanju razvodnika bira se crijevo s rezervom. Tlak pucanja ispitni je podatak i ni u kom se slučaju ne smije uzimati kao dopušteni radni tlak.

Crijevo pod tlakom mijenja duljinu, obično u rasponu od nekoliko postotaka (u pravilu se skraćuje), a pri savijanju se armatura dodatno opterećuje. Iz toga slijede pravila ugradnje prikazana na slici 6.7.2:

• Crijevo se ugrađuje s rezervom duljine, u blagom luku, nikad napeto između dvaju priključaka.
• Uz priključak se ostavlja ravni dio duljine barem nekoliko promjera crijeva, a savijanje se radi tek iza njega i nikad ispod najmanjeg polumjera savijanja.
• Crijevo se ne smije uvijati; crta otisnuta po duljini crijeva mora nakon pritezanja ostati ravna. Uvijanje za samo nekoliko stupnjeva višestruko skraćuje vijek trajanja.
• Crijevo se vodi tako da se ne tare o rubove i druga crijeva; gdje je to neizbježno, stavlja se zaštitna spirala ili navlaka.
• Crijeva u blizini radnog mjesta osiguravaju se protiv udaranja pri puknuću (zaštitna užad ili štitnici).

Crijeva stare i kad se ne upotrebljavaju. Zato se na nazuvici otiskuje datum izrade, a u praksi se preporučuje zamjena najkasnije nakon šest godina od izrade, uključujući razdoblje skladištenja, i ranije ako pregled pokaže pukotine, mjehure, propuštanje ili oštećenu armaturu.

Priključci

Priključak s usječnim prstenom najrašireniji je spoj za čelične cijevi. Sastoji se od tijela s unutarnjim konusom od 24°, prstena i matice. Pri pritezanju matica gura prsten u konus, a prsten svojim oštrim bridovima zasijeca u vanjsku površinu cijevi. Tako nastaje oblikom zatvoren spoj koji brtvi metal na metal. Kvaliteta spoja ovisi o pravilnoj predmontaži: cijev mora biti okomito odrezana i dotaknuti graničnik u tijelu, a matica se priteže propisanim brojem okretaja. Zasijecanje se provjerava nakon predmontaže — ispred prstena mora biti vidljiv jednoliki nabor materijala.

Varijanta s 24° konusom i O-prstenom ima umjesto usječnog prstena prsten s brtvom od elastomera ili se na cijev zavaruje ili navaljuje konusni nastavak s O-prstenom. Takav spoj brtvi pouzdanije pri vibracijama i višekratnom rastavljanju. Priključci s ravnom čeonom brtvom (ORFS, od engleskog O-Ring Face Seal) imaju O-prsten u utoru ravne čeone površine: brtvljenje ne ovisi o deformaciji metala, spoj je vrlo otporan na vibracije i ponovno se može sastaviti bez gubitka nepropusnosti. Zbog toga se često upotrebljavaju u mobilnoj hidraulici.

Priključci na kućišta crpki, ventila i cilindara izvode se s valjkastim navojem (metričkim ili cjevnim G) i brtvljenjem na čeonoj površini: brtvenim prstenom, prstenom s elastomernim umetkom ili O-prstenom. Stožasti navoji koji brtve samim navojem nisu primjereni za visoke tlakove i vibracije; brtvene trake i paste na hidrauličkim navojima ne upotrebljavaju se, jer komadići odlaze u sustav.

Brtve i brtveni materijali

O-prsten je najčešća statička brtva. Ugrađuje se u utor s propisanom dubinom i širinom tako da bude stisnut za određeni postotak svog promjera presjeka; tlak ga zatim potiskuje prema zazoru i pojačava brtvljenje. Pri višim tlakovima, orijentacijski iznad oko 100 bar kod pomičnih i većih zazora, tlak bi O-prsten istisnuo u zazor i odrezao mu rub. Tada se s rasterećene strane (ili s obje strane, ako se tlak mijenja) dodaje potporni prsten od tvrđeg materijala, npr. PTFE ili poliamida, koji zatvara zazor.

Materijal brtve bira se prema radnoj tekućini i temperaturi. Pogrešan materijal u dodiru s uljem bubri, stvrdne ili se raspada u nekoliko tjedana.

Pri montaži brtve se ne smiju vući preko oštrih bridova i navoja; upotrebljavaju se montažne čahure i podmazivanje radnom tekućinom. Pri svakom rastavljanju O-prsteni se zamjenjuju novima, jer stari trajno poprime oblik utora i više ne brtve pouzdano.

Filtri i β-vrijednost

Velik dio kvarova hidrauličkih sustava posljedica je nečistoće u ulju: čestica koje troše zazore crpki, zaglavljuju zasune razvodnika i začepljuju prigušna mjesta. Filtar zato nije potrošni dodatak, nego sastavni dio sustava. Prema mjestu ugradnje razlikuju se:

• Usisni pročistač u spremniku ili usisnom vodu — gruba mrežica (npr. 60 do 150 µm) koja zaustavlja krupne dijelove. Ne smije stvarati otpor, jer podtlak na usisu uzrokuje kavitaciju crpke; mnogi proizvođači crpki usisni filtar uopće ne preporučuju.
• Tlačni filtar iza crpke — štiti osjetljive dijelove (proporcionalne i servo ventile) od čestica koje stvara sama crpka. Kućište mora izdržati puni tlak sustava, pa je filtar skup.
• Povratni filtar na ulazu u spremnik — najčešće rješenje. Zadržava nečistoću koja dolazi iz sustava prije nego što uđe u spremnik. Radi pri niskom tlaku, ali mora propustiti cijeli povratni protok, uključujući i uvećani protok pri uvlačenju cilindra.
• Obilazni filtar sa zasebnom malom crpkom neprekidno filtrira sadržaj spremnika, neovisno o radu stroja.

Uz povratni i tlačni filtar obično je ugrađen obilazni nepovratni ventil (npr. s tlakom otvaranja oko 3 bar), koji propusti ulje pokraj uloška kad je uložak začepljen ili je ulje hladno i gusto. Bez njega bi začepljeni uložak mogao puknuti. Budući da obilazni ventil tada propušta nefiltrirano ulje, filtar ima pokazivač zaprljanosti, koji mjeri pad tlaka na ulošku i prije otvaranja obilaznog ventila pokaže (vizualno ili električnim kontaktom) da uložak treba zamijeniti.

Učinkovitost uloška opisuje se β-vrijednošću, određenom normiranim višeprolaznim ispitivanjem. Za zadanu veličinu čestica x to je omjer broja čestica jednakih ili većih od x ispred i iza filtra:

βx = Nulaz / Nizlaz     η = (1 − 1/βx) · 100 %

Primjer: ako u 100 ml ulja ispred filtra ima 160 000 čestica veličine 10 µm i većih, a iza filtra 800, onda je β10 = 160 000 / 800 = 200, a filtar zadržava 99,5 % tih čestica. Oznaka β10 ≥ 200 znači da uložak čestice od 10 µm i veće zadržava s učinkovitošću od najmanje 99,5 %. Za povratni filtar HP-1 (10 µm) traži se upravo takav podatak, a ne samo „finoća 10 µm“, koja bez β-vrijednosti ne govori mnogo.

Čistoća ulja u sustavu izražava se kodom čistoće prema međunarodnoj normi za razvrstavanje čestica, npr. 18/16/13, gdje su brojevi razredi broja čestica većih od 4, 6 i 14 µm u mililitru. Proizvođači komponenti za svaki dio navode potrebni razred čistoće, a filtar se odabire tako da ga postigne.

Spremnik, izmjenjivači topline, grijači i mjerni priključci

Spremnik ne služi samo kao zaliha ulja. U njemu se ulje smiruje, izdvaja se zrak, talože se krupne čestice i voda, a kroz stijenke se odvodi dio topline. Volumen se uobičajeno uzima kao tri do pet minutnih protoka crpke; HP-1 ima 63 l, dakle oko tri minutna protoka. Usisni i povratni vod postavljaju se što dalje jedan od drugoga i odvajaju pregradom, a povratni vod završava ispod najniže razine ulja i koso odrezan, da ne pjeni. Na spremniku su pokazivač razine i temperature, odzračni filtar koji pri promjeni razine propušta samo pročišćen zrak, otvor za čišćenje i ispusni vijak na najnižoj točki kosog dna.

Izmjenjivači topline odvode toplinu koju spremnik ne stigne predati okolini. Hladnjak zrak–ulje je saćasti izmjenjivač s ventilatorom; jednostavan je i ne treba vodu, ali mu učinak pada kad je u pogonu toplo. Hladnjak voda–ulje (pločasti ili cijevni) odvodi velike snage na maloj površini, ali traži rashladnu vodu, a pri propuštanju voda može prodrijeti u ulje. Hladnjak se ugrađuje u povratni vod, s obilaznim nepovratnim ventilom za hladno pokretanje, a ventilator ili ventil rashladne vode uključuje termostat, na primjer pri 50 °C.

Grijači se upotrebljavaju kad stroj radi u hladnom prostoru. Električni uronjeni grijač u spremniku zagrijava ulje do najniže radne temperature prije pokretanja, da crpka ne usisava pregusto ulje. Površinska snaga grijača mora biti mala, jer ulje uz prevruću površinu grijača kemijski stari i ostavlja naslage.

Mjerni priključci (poznati i pod trgovačkim nazivom Minimess) mali su priključci s ugrađenim nepovratnim ventilom, najčešće s navojem M16 × 2 za mjerno crijevo. Na njih se manometar ili tlačni senzor spaja pod tlakom, bez zaustavljanja stroja i bez ispuštanja ulja. Na HP-1 predviđaju se barem na izlazu crpke, u oba radna voda cilindra i ispred povratnog filtra. Takav raspored pri dijagnostici skraćuje traženje kvara s nekoliko sati na nekoliko minuta.

Računski prikaz: unutarnji promjer voda

Računski prikaz iz protoka i odabrane brzine strujanja računa najmanji unutarnji promjer voda, bira prvi veći nazivni promjer iz uobičajenog niza (DN 4 do DN 63) i za njega računa stvarnu brzinu. Poruka uspoređuje stvarnu brzinu s preporukom za odabranu vrstu voda.

Za tlačni vod HP-1 s protokom 22,0 l/min i brzinom 5 m/s potreban je unutarnji promjer od oko 9,7 mm, pa se bira DN 10, u kojem je stvarna brzina oko 4,7 m/s. Za usisni vod uz 1 m/s dobiva se 21,6 mm i DN 25, uz stvarnu brzinu oko 0,75 m/s. Upišite zatim povratni vod s protokom 36,1 l/min i brzinom 3 m/s: dobiva se DN 16 i oko 3,0 m/s. Da je povratni vod izveden jednako kao tlačni, s DN 10, pri uvlačenju bi brzina u njemu bila oko 7,7 m/s, pad tlaka višestruko veći, a povratni filtar preopterećen.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.