Cały układ hydrauliczny koparki da się opowiedzieć jako jedną podróż porcji oleju: ze zbiornika przez pompę i rozdzielacz do siłownika albo silnika hydraulicznego, a potem z powrotem przez filtr i chłodnicę do zbiornika. Kto zna tę kolejność, odpowiada na większość pytań z tej dziedziny bez wkuwania, bo arkusz Łukasiewicz - WIT pyta głównie o to, który element w którym miejscu obiegu stoi i co robi. Ten artykuł prowadzi olej po kolei przez wszystkie przystanki, a potem rozdziela trzy pojęcia, które w arkuszu najczęściej służą za wabik: zawór bezpieczeństwa, zawór przelewowy i zamek hydrauliczny.
Podział ról w układzie: zasila, steruje, wykonuje
Zanim pojawi się pierwszy podzespół, warto zapamiętać trójpodział, na którym opiera się kilka pytań naraz:
- pompa zasila - wymusza przepływ oleju i jest źródłem energii w obiegu,
- zawory sterują - decydują o kierunku i natężeniu przepływu oraz o granicy ciśnienia,
- siłowniki i silniki hydrauliczne wykonują - zamieniają energię cieczy na ruch mechaniczny.
Ten podział rozstrzyga pytania w stylu „co wytwarza ciśnienie" (pompa), „co reguluje przepływ i kierunek cieczy" (zawory) oraz „na jaką energię odbiorniki zamieniają energię hydrauliczną" (na mechaniczną). Żaden odbiornik nie wytwarza ciśnienia, a pompa niczego nie kieruje.
Przy okazji odpada pułapka o przynależności podzespołów. Rozrusznik i alternator leżą blisko silnika spalinowego, ale należą do instalacji elektrycznej, nie do hydrauliki. Reguła podziału jest prosta: co prowadzi olej pod ciśnieniem, to hydraulika, co prowadzi prąd, to elektryka. Sam silnik spalinowy i jego osprzęt opisuje osobny materiał o silniku i instalacji elektrycznej.
Droga oleju przez układ
Zbiornik oleju hydraulicznego
Zbiornik to początek i koniec obiegu. Pracuje praktycznie bezciśnieniowo i pełni cztery zadania: przechowuje zapas oleju, pozwala mu odstać i pozbyć się pęcherzyków powietrza, oddaje część ciepła przez ścianki oraz zbiera zanieczyszczenia w części osadowej. Poziom oleju sprawdza się na równym podłożu, przy osprzęcie ustawionym w położeniu podanym w DTR maszyny, bo od położenia siłowników zależy, ile oleju zostało w zbiorniku, a ile stoi w przewodach.
Ze zbiornikiem wiąże się jedno z częstszych pytań o usterki. Objawem zbyt niskiego poziomu oleju jest skokowy, przerywany ruch siłowników. Pompa zasysa wtedy razem z olejem powietrze, a powietrze jest ściśliwe: siłownik najpierw stoi, potem gwałtownie rusza. Towarzyszy temu wycie pompy i piana w zbiorniku. Niski poziom oleju hydraulicznego nie powoduje ani głośnej pracy rozrusznika, ani nierównej pracy silnika wysokoprężnego, bo to inne układy maszyny.
Pompa hydrauliczna
Pompa jest napędzana od silnika spalinowego i to ona wtłacza olej do układu. W arkuszu pojawia się pytanie wprost: ciśnienie w układzie hydraulicznym wytwarza pompa hydrauliczna. Warto jednak rozumieć mechanizm, bo pytania bywają przeformułowane. Pompa wymusza przepływ, a ciśnienie powstaje dopiero z oporu, jaki ten przepływ napotyka. Przy nieobciążonym osprzęcie pompa tłoczy przy niskim ciśnieniu, a gdy siłownik dojdzie do końca skoku albo łyżka zaprze się o skałę, ciśnienie rośnie aż do wartości nastawionej na zaworze ograniczającym.
Rozdzielacz hydrauliczny
Rozdzielacz to rozjazd całego obiegu. Przesunięcie suwaka łączy linię tłoczną z wybranym odbiornikiem, a drugą stronę tego odbiornika ze spływem do zbiornika. Dzięki temu z jednej pompy da się zasilać wysięgnik, ramię, łyżkę, mechanizm obrotu i jazdę, choć nigdy wszystkiego naraz z pełną wydajnością. Pytanie egzaminacyjne brzmi: kierowanie przepływu oleju do poszczególnych układów realizuje rozdzielacz hydrauliczny. Ani zawór przelewowy, ani zamek hydrauliczny nie kierują przepływem do obwodów.
W położeniu neutralnym suwaka odbiornik jest odcięty, a olej z pompy wraca do zbiornika. To dlatego po puszczeniu dźwigni osprzęt zatrzymuje się w miejscu.
Odbiorniki: siłownik i silnik hydrauliczny
Odbiorniki stoją na końcu drogi oleju i zamieniają energię cieczy pod ciśnieniem na ruch mechaniczny:
| Odbiornik | Rodzaj ruchu | Gdzie w koparce |
|---|---|---|
| siłownik hydrauliczny | posuwisty, liniowy | wysięgnik, ramię, łyżka, podpory, lemiesz |
| silnik hydrauliczny | obrotowy | jazda, mechanizm obrotu nadwozia, rotator |
Stąd odpowiedź na pytanie, co odpowiada za zamianę ciśnienia oleju na ruch mechaniczny: siłownik hydrauliczny oraz silnik hydrauliczny, oba naraz, a nie pompa czy rozdzielacz. W układzie hydrostatycznym energia ciśnienia cieczy jest przekazywana właśnie do silników i siłowników. Chłodnica, manometr czy zawory nie są odbiornikami, bo nie wykonują pracy użytecznej.
Osobnego zdania wymaga napęd jazdy. Silniki jazdy siedzą w podwoziu, a pompa i rozdzielacz na obracającym się nadwoziu. Olej przechodzi między nimi przez złącze obrotowe umieszczone w osi kolumny obrotu i dlatego platforma może kręcić się bez ograniczeń, a przewody się nie skręcają. W arkuszu napęd silników hydraulicznych układu jazdy jest możliwy właśnie dzięki kolumnie obrotu, a nie dzięki siłownikom czy akumulatorom hydraulicznym. Budowę podwozia, zwolnic i mechanizmu obrotu opisuje materiał o podwoziu i napędzie.
Powrót: filtr i chłodnica
Z odbiornika olej wraca linią spływową. Po drodze przechodzi przez filtr powrotny, który zatrzymuje opiłki i produkty zużycia, oraz przez chłodnicę oleju, która odbiera ciepło powstałe z dławienia przepływu i tarcia. Dopiero potem wraca do zbiornika i cykl zaczyna się od nowa. Zapchany filtr otwiera zawór obejściowy i wtedy nieoczyszczony olej wraca do obiegu, a zabrudzona chłodnica podnosi temperaturę pracy, przez co olej traci lepkość i rośnie przeciek wewnętrzny w pompie. Terminy wymiany filtrów i oleju wynikają z planu obsług, opisanego w artykule o obsłudze technicznej.
Zawory, czyli grupa sterująca
Zawory hydrauliczne to zbiorcza nazwa elementów regulujących przepływ i kierunek cieczy. W arkuszu pojawia się pytanie ogólne z odpowiedzią „zawory hydrauliczne" i kilka pytań szczegółowych o konkretne rodzaje. Najważniejsze z nich:
| Zawór | Zadanie | Skutek zadziałania |
|---|---|---|
| bezpieczeństwa | chroni układ przed nadmiernym wzrostem ciśnienia | upuszcza olej na spływ do zbiornika |
| przelewowy | ogranicza maksymalne ciśnienie robocze w danym obwodzie | przepuszcza nadmiar oleju do zbiornika |
| zwrotny | przepuszcza olej tylko w jedną stronę | blokuje przepływ powrotny |
| zamek hydrauliczny | trzyma olej zamknięty w jednej linii | element nie opada samoczynnie |
| dławiący | ogranicza natężenie przepływu | wolniejszy ruch odbiornika |
Zawór bezpieczeństwa i zawór przelewowy
Oba mają sprężynę nastawioną na ciśnienie graniczne i oba po jego przekroczeniu otwierają wypływ, dlatego w praktyce warsztatowej nazwy bywają używane zamiennie. Arkusz rozdziela je jednak po funkcji opisanej w pytaniu:
- zawór bezpieczeństwa chroni układ przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, czyli przed skutkiem przeciążenia: rozerwaniem przewodu, uszkodzeniem pompy;
- zawór przelewowy odpowiada za ograniczenie maksymalnego roboczego ciśnienia w danym obwodzie, czyli wyznacza siłę, jaką maszyna może rozwinąć na tym obwodzie.
Do tego dochodzi pytanie o kierunek ucieczki oleju. Jeżeli ciśnienie nadmiernie wzrośnie, nadmiar oleju zostaje skierowany do zbiornika oleju hydraulicznego, bo tylko tam panuje ciśnienie zbliżone do atmosferycznego. Nie do rozdzielacza, który stoi po stronie tłocznej i sam kieruje olej dalej, i nie do filtra, bo filtr jest tylko przelotem na drodze powrotu, a nie miejscem docelowym.
Zamek hydrauliczny
Zamek hydrauliczny to sterowany zawór zwrotny wpięty w jedną linię. Przy zasilaniu przepuszcza olej, a po ustawieniu rozdzielacza w położeniu neutralnym zamyka wypływ i utrzymuje element w miejscu, także wtedy, gdy pęknie przewód za zamkiem. Egzaminacyjna definicja brzmi: zawór chroniący przed niekontrolowanym ruchem elementu znajdującego się w danej linii. Montuje się go tam, gdzie samoczynne opadnięcie jest groźne: przy podporach, przy wysięgniku, przy szybkozłączu osprzętu.
Zamek nie steruje całym układem, bo od tego jest rozdzielacz, i nie ma nic wspólnego z zamknięciem wlewu oleju przy zbiorniku, choć taka odpowiedź stoi w arkuszu obok właściwej.
Na czym się wykłada zdający
Trzy pojęcia wyżej są w tej dziedzinie głównym wabikiem i warto je zestawić jednym zdaniem każde:
- Zawór bezpieczeństwa pilnuje, żeby ciśnienie nie przekroczyło wartości niszczącej układ.
- Zawór przelewowy ustala, jakie ciśnienie robocze jest w danym obwodzie maksymalne.
- Zamek hydrauliczny nie ma nic wspólnego z wysokością ciśnienia, tylko trzyma element w miejscu w jednej linii.
Druga pułapka to mylenie rozdzielacza z zaworami ograniczającymi ciśnienie. Gdy pytanie mówi o kierowaniu oleju do układów, odpowiedzią jest rozdzielacz. Gdy mówi o granicy ciśnienia, odpowiedzią jest zawór przelewowy albo bezpieczeństwa. Gdy mówi o utrzymaniu pozycji narzędzia, odpowiedzią jest zamek hydrauliczny.
Trzecia pułapka dotyczy akumulatora hydraulicznego, o czym niżej. Kto testuje się na darmowej bazie pytań tej dziedziny, zobaczy, że te same trzy rozróżnienia wracają w kilku wariantach sformułowania.
Akumulator hydrauliczny
Akumulator hydrauliczny to zbiornik podzielony przeponą albo pęcherzem: po jednej stronie wstępnie sprężony azot, po drugiej olej. Wtłoczony olej ściska gaz, więc podstawowym zadaniem akumulatora jest magazynowanie energii w postaci ciśnienia cieczy roboczej. Układ oddaje ją przy chwilowym skoku zapotrzebowania, przy tłumieniu uderzeń ciśnienia i przy awaryjnym opuszczeniu osprzętu po zgaszeniu silnika.
Akumulator nie reguluje temperatury cieczy, bo od tego jest chłodnica, i nie rozprowadza równomiernie oleju do odbiorników, bo to zadanie rozdzielacza. Nie napędza też silników jazdy, choć w jednym pytaniu stoi jako odpowiedź obok kolumny obrotu.
Rotator hydrauliczny
Rotator to obrotnica wpięta między ramię lub szybkozłącze a narzędzie, zasilana z dodatkowego obwodu hydraulicznego. Umożliwia obrót narzędzia roboczego wokół własnej osi, a nie obrót maszyny, bo tym zajmuje się mechanizm obrotu z kolumną. Powód stosowania jest praktyczny: bez rotatora łyżka albo chwytak pracuje w płaszczyźnie wyznaczonej przez wysięgnik, więc przy skarpach, rowach i pracy wzdłuż przeszkody maszynę trzeba stale przestawiać. Rotator pozwala pracować narzędziem w pozycjach niedostępnych bez niego, z jednego postoju.
Rotator nie zwiększa siły nacisku narzędzia, bo ta wynika z ciśnienia i geometrii osprzętu, i nie obniża masy osprzętu - przeciwnie, dokłada kilkadziesiąt kilogramów na końcu ramienia. Dobór osprzętu i jego wpływ na pracę maszyny opisuje artykuł o technologii robót i osprzęcie.
Objawy usterek: jeden z arkusza i cztery z warsztatu
- Skokowy, przerywany ruch siłowników - zbyt niski poziom oleju, zasysanie powietrza przez pompę.
- Piana w zbiorniku i wycie pompy - to samo źródło, powietrze w oleju.
- Samoczynne opadanie osprzętu lub podpory - nieszczelny zamek hydrauliczny albo przeciek wewnętrzny w siłowniku.
- Spadek siły przy pełnym przepływie - obniżona nastawa zaworu przelewowego albo zużyta pompa.
- Wysoka temperatura oleju - zabrudzona chłodnica, zapchany filtr, praca z olejem o niewłaściwej lepkości.
W tej samej partii pytań pojawiają się dwa punkty o napięciu gąsienicy: zbyt mocno napięta powoduje nadmierne zużycie łańcucha, kół napędowych i rolek, a zbyt luźna grozi spadaniem z układu jezdnego oraz przyspieszonym zużyciem sworzni i kół napędowych. Formalnie to podwozie, ale zwis gąsienicy reguluje się smarowniczką napinacza, więc na egzaminie temat trafia obok hydrauliki.
Jak to powtarzać
Najszybciej wchodzi kolejność obiegu wypowiedziana na głos: zbiornik, pompa, rozdzielacz, odbiornik, filtr, chłodnica, zbiornik. Do tego trzy zdania o zaworach z sekcji o pułapkach. Test złożony z 20 pytań w formacie egzaminu, z progiem 16 poprawnych odpowiedzi, znajdziesz w zestawach testowych, a same definicje najwygodniej utrwalić na fiszkach. Zasady punktacji i przebieg sesji opisuje strona o egzaminie.