Diagnostika hydraulických soustav

Technická diagnostika podává informaci o rozsahu poruch a lokalizuje náhle vzniklé poruchy a jejich příčiny. Při prověřování hydraulických soustav se používají známé metody z různých oblastí techniky a kromě toho se stále vyvíjí mnoho speciálních měřících metod vyplývajících z konkrétních požadavků na diagnostiku.

Diagnostické měřící metody je mnohdy nutné z hlediska přesné měřící techniky posuzovat shovívavě. Je nutné si uvědomit, že zde není cílem určitou fyzikální veličinu změřit, ale že toto měření je prostředkem pro stanovení diagnózy a předpokladu dalšího vývoje technického stavu příslušného strojního prvku. Z tohoto hlediska jsou někdy i méně přesné měřící metody, jejich kombinace a vhodné aplikace celkově přijatelné a v konečném ekonomickém efektu mohou být i výhodnější.
Přenos výkonu
Uživatelé strojů vybavených hydraulickým zařízením musí mít stále na paměti, že pro přenos výkonu hydraulické kapaliny v hydraulických obvodech platí základní vztah charakterizovaný dvěma parametry:

P = p . Q
P – výkon [W, kW]
p – tlak [Pa, MPa]
Q – průtok [m3.s-1, dm3.s-1]

Průtok se v hydraulických obvodech projevuje rychlostí pohybu, kde jsou přímočaré hydromotory a frekvencí otáčení rotačních hydromotorů, např. pojezdovou rychlostí. Tlak se projevuje silou tam kde jsou přímočaré hydromotory a točivým momentem u rotačních hydromotorů, např. stoupavostí stroje. Odchylky od jmenovitých hodnot mohou být takové, že průtok může být pouze menší a tlak může být menší i větší.

Snížení průtoku mohou způsobit následující vlivy:
a) nedostatek kapaliny v nádrži,
b) zanesený čistič v sacím vedení,
c) poškozené sací vedení má otvor do vnějšího prostředí, přisává vzduch a nebo je zmenšená světlost vedení,
d) čerpadlo má sníženou průtokovou účinnost,
e) spalovací motor má menší frekvenci otáčení, případně prokluzuje hnací řemen,
f) tlakový ventil netěsní,
g) netěsní opotřebený rozváděč,
h) netěsní jednosměrný řízený ventil nebo hydraulický zámek,
i) netěsní jednosměrné nebo tlakové ventily brzdícího zařízení,
j) hydromotory mají vnitřní nebo vnější svodovou propustnost.

Změnu tlaku může způsobit:
a) pojistný ventil, který je seřízen na menší nebo větší hodnotu tlaku,
b) možnost mimořádně zhoršeného průtoku kdy tlak nedosahuje jmenovité hodnoty, např. při prokluzu hnacího řemene čerpadla.

Způsoby prověřování
Prověřit funkci hydraulické soustavy je třeba metodou jednoduchou, nenáročnou na měřící zařízení a na obsluhu, ale takovou, která zabezpečí dostatečnou přesnost měření.
Na měřící zařízení se kladou následující požadavky:
1. možnost úplného prověření soustavy,
2. dostatečná přesnost měření,
3. jednoduchost a malé rozměry měřícího zařízení,
4. možnost prověřit soustavu v různých podmínkách (bez a s zátěží),
5. jednoduchost měřících přístrojů srozumitelných obsluze a
6. bezpečnost práce.

Některé stroje vyráběné v současnosti jsou již vybaveny automatickým diagnostickým zařízením, které trvale sleduje činnost mechanismů a parametrů a případné odchylky od správného technického stavu signalizuje ihned obsluze nebo servisním technikům. V blízké budoucnosti mohou být tyto informace dálkově přenášeny přímo do servisního centra, kde se připraví konkrétní vadný prvek se kterým již servisní technik pojede k porouchanému stroji.

Podle způsobu (velikosti) zásahu do hydraulických obvodů a soustav je možné je prověřovat:
a) bez demontáže hydraulického obvodu a jeho prvků,
b) s částečnou demontáží hydraulického obvodu a jeho prvků,
c) s úplnou demontáží hydraulického obvodu a jeho prvků.

Testování bez demontáže lze provést velmi rychle a s dostatečnou přesností na základě vnějších projevů (uvedené výše). Tak je možné zjistit je-li zařízení v dobrém technickém stavu či nikoli. Vyjímečně je možné při tomto způsobu prověřování demontovat části hydraulického vedení.
Prověrka musí být rychlá a jednoduchá s výsledky zda a co opravit. Prověřování se děje podle následujícího postupu:
1. kontrola svodové propustnosti – „aby to neteklo“,
2. kontrola funkce – „aby to chodilo“
3. zjištění výkonových parametrů: tlak  síla nebo točivý moment
průtok  rychlost nebo frekvence otáčení
Při prověřování s částečnou demontáží hydraulického obvodu a jeho prvků se do obvodu zapojuje jiný zdroj proudu tlakové kapaliny. Tento zdroj proudu má obvykle známý průtok a seřiditelný tlakový ventil a tlakoměr. Nevýhodou je, že se tímto způsobem vyřadí a tudíž neprověří čerpadlo.
Pro hydraulická zařízení aplikovaná v mobilní technice je způsob zjišťování parametrů hydraulických soustav a obvodů s úplnou demontáží nevhodný. Je totiž značně pracný a finančně náročný na měřící techniku. Lze ho doporučit pro zkušebny, velké provozy a servisní centra.
U posledních dvou jmenovaných způsobů je nutné rozpojit vedení. Tím vznikne možnost odkapu a znečištění kapaliny a s tím spojenými ekologickými následky.
Pro diagnostiku hydraulických zařízení strojů je třeba znát příslušná schémata hydraulických obvodů. Jako příklady hydraulických obvodů jsou dále uvedeny možnosti ovládání tříbodových závěsů traktorů. Na příkladu konkrétního hydraulického zařízení traktoru Zetor je uveden postup prověřování hydraulického obvodu svépomocí i ve specializovaných střediscích.
Příklady hydraulických obvodů
Hydraulická regulační zařízení tříbododového závěsu traktoru se skládají z čerpadla, pojistného tlakového ventilu, rozváděče vnitřního obvodu, hydromotoru, čidel snímačů tažné síly a polohy, které snímají a předávají požadovaný signál a dále ze zařízení pro přenos tohoto signálu.
Na obr. 1a je znázorněna část tříbodového závěsu traktoru s elektrickým přenosem signálu. Zařízení má čidlo snímače polohy (5), čidlo snímače tažné síly (6) a příslušné elektrické vedení. Signály jsou vedeny do směšovače (3). Ovládací pákou (4) se do směšovače přivádí požadované hodnoty polohy, tažné síly, rychlosti reakce a pod.. Po vyhodnocení přijatých hodnot je signál předán do zesilovače (2). Upravený signál přestaví pomocí elektromagnetu rozváděč vnitřního obvodu (1). Toto zařízení, které vyrábí firma Bosch a nese označení Elektronisch-hydraulische Hubwerksregelung für Traktoren (EHR) se používá u mnoha traktorů od renomovaných firem. Novější typ tohoto zařízení má označení EHR – Digital a umožňuje oproti předchozímu systému to, že si samo najde případnou poruchu.
Konstrukce a parametry hydraulického zařízení traktoru Zetor
Hydraulické schéma ovládání tříbodového závěsu traktoru Zetor I UŘ je uvedeno na obr. 3. Jeho parametry jsou následující:
Čerpadlo – je-li frekvence otáčení vývodového hřídele 540 min-1 a frekvence otáčení spalovacího motoru 2 200 min-1 je průtok Q = 32 dm3 . min-1,
– při frekvenci otáčení spalovacího motoru 750 min-1 je Q = 10,5 dm3 . min-1.
Hmotnost závaží pro zatížení ramen tříbodového závěsu – 2 400 kg (4-válcový motor),
– 1 750 kg (3 – válcový motor).
Tlakový ventil – u čerpadla p = 14 + 0,5 MPa,
– u hydromotoru p = 16 + 2 MPa.
Čas zvedání zatíženého tříbodového závěsu – 3 s (4-válcový motor),
– 2 s (3-válcový motor).
Pokles zatížených ramen činí 5 mm za 15 min a měří se po zastavení spalovacího motoru.

Obr. 3. Schéma hydraulického zařízení Zetormatic traktorů I. UŘ: 1-pojistný ventil obvodu, 2-rozváděč s otočným šoupátkem, 3-hydraulicky řízený rozváděč s diferenciálním a válcovým šoupátkem, 4-rozváděč vnějšího obvodu, 5-hydromotor vnějšího obvodu, 6-rozváděč vnitřního obvodu, 7-přepouštěcí ventil protikluzného zařízení, 8,15-jednosměrné ventily, 9-rozváděč ovládaný dorazem, 10-hydraulicky ovládaný dvoupolohový rozváděč, 11-čistič, 12-regulátor rychlosti v jednom směru, 13-hydromotor vnitřního obvodu, 14-pojistný ventil proti působení vnější síly.

Možnosti prověřování hydraulického zařízení tříbodového závěsu Zetormatic traktorů Zetor I UŘ
Pro bezdemontážní testování uvedeného hydraulického zařízení se nabízí několik možností. Přehledně je lze seřadit následujícím způsobem:
A) Zatížit ramena předepsanou hmotností
a) sledovat pokles ramen,
b) sledovat pohyb ramen dolů při spouštění přestavením rozváděče vnitřního obvodu,
c) sledovat zvedací sílu ramen,
d) sledovat čas zvedání ramen.
B) Zatížit ramena hmotností menší než je hmotnost předepsaná
– sledovat to samé jako u bodu A.
C) Sledovat tlak na tlakoměru zapojeného do vnějšího obvodu, nebo sledovat sílu hydromotoru zapojeného do vnějšího obvodu.
D) Sledovat průtok na průtokoměru zapojeného do vnějšího obvodu, nebo sledovat rychlost pohybu vnějšího hydromotoru.
E) Sledovat pokles zatíženého hydromotoru.
F) Měřit veličiny při otáčkách spalovacího motoru n = 2 200 a 750 min-1.
Podle výše uvedeného postupu je možné diagnostikovat hydraulický obvod tříbodového závěsu traktoru a posoudit technický stav použitých hydraulických prvků na základě vnějších projevů. Pro zjištění konkrétního poškozeného hydraulického prvku poslouží následující doporučený postup. Ten ovšem vyžaduje určité technické vybavení, které si zemědělec při malém počtu strojů těžko může dovolit a proto je vhodné jej použít např. ve specializovaných opravnách.
Doporučený způsob prověřování
Pro měření stavu součástí vnitřního obvodu hydraulického zařízení traktoru a následné zjištění stavu součástí je potřeba použít měřící zařízení podle obr. 4, kterým se zatěžují ramena vnitřního obvodu traktoru. Regulačním škrtícím ventilem (5) se seřizuje požadovaný tlak a tím i zatěžovací síla Zatížení ramen je ale možné realizovat také pomocí zátěže (neseného stroje) o předem známé hmotnosti.
Pro měření hydraulického zařízení vnějšího obvodu traktoru se použije zařízení podle obr. 5, které se připojí pomocí rychlospojek k traktoru. Místo průtokoměru se může použít odměrná nádoba dostatečné velikosti. Použitím odměrné nádoby se zvyšuje riziko ztráty kapaliny, jejího znečištění a možnosti znečištění půdy. Pro měření se může také použít přímočarý hydromotor, který bude zatěžován známou vnější sílou.

Prvním krokem diagnostiky je, že se vizuálně zkontroluje hydraulické zařízení traktoru se zaměřením na vnější těsnost všech spojů. Zkontroluje se funkčnost všech ovládacích prvků. Nezbytná je i kontrola množství a kvality oleje v převodovce. Další postup je dán následujícími body:

1. Čistič sací
a) Kontrola čistoty kapaliny např. kapka na filtrační papír a při velkém procentu nečistot bude zanesen i čistič.
b) Kontrola čistoty po demontáži celé jednotky s čerpadlem.

2. Čerpadlo
a) Změření času na zvedání zatížených ramen předepsanou hmotností od nejnižší polohy do nejvyšší polohy při otáčkách n = 2 200 min-1. Ovládací kohout rychlosti reakce nastavit do levé krajní polohy a z naměřených časů vypočítat pokles rychlosti zvedání ramen v procentech
k1 = 100 . t / t1
t1- změřený čas [s]
t – předepsaný čas [s] ( 2 -3 s).
b) Změření průtoku vnějšího obvodu při tlaku p = 12 MPa a otáčkách motoru n = 2 200 min-1. Ovládací kohout rychlosti reakce nastavit do pravé krajní polohy a vypočítat procentický pokles průtoku vnějšího obvodu
k2 = 100 . Q1 / Q
Q1 – naměřený průtok [dm3 . s-1]
Q – předepsaný průtok 32 [dm3 . s-1].
c) Je-li k1 = k2 je závada v čerpadle nebo tlakovém ventilu u čerpadla. Po demontáži celé skupiny lze snadno vyjmout tlakový ventil a přesvědčit se o jeho těsnosti. Je-li tento v pořádku, je vadné čerpadlo.

3. Tlakový ventil u čerpadla
a) Změří se nastavení tlaku pomocí tlakoměru, který může být součástí průtokoměru připojeného k rychlospojce. Při měření se pomocí škrtícího ventilu zastaví průtok a veličina na tlakoměru odpovídá seřízení tlakového ventilu. Kohout rychlosti reakce je při měření v pravé krajní poloze a otáčky motoru jsou n = 2 200 min-1, tlak má být 14 + 0,5 MPa. Při měření pomocí hmotnosti zvednuté rameny tříbodového závěsu je kohout rychlosti reakce v levé krajní poloze a n = 2 200 min-1. Zvednutá hmotnost odpovídá předepsané hmotnosti m = 1 750 kg, 2 400 kg dle typu traktoru.
b) Případná netěsnost se zjistí již při kontrole čerpadla.
4. Rozváděč s otočným šoupátkem (kohout rychlosti reakce)
a) Sleduje se změna průtoku nebo rychlosti reakce v obou obvodech při přestavování páky z jedné krajní polohy do druhé krajní polohy a při současné činnosti vnitřního i vnějšího obvodu. Rychlost ramen je největší a průtok vnějšího obvodu je nejmenší při poloze kohoutu rychlosti reakce v levé krajní poloze a naopak.
b) Mechanické poškození se zjistí je-li při přestavování páky nutné vyvinout mimořádně velkou nebo malou sílu.
c) Vadný rozváděč s otočným šoupátkem je tehdy je-li hydraulicky řízený rozváděč v pořádku a kohout rychlosti reakce neplní svou funkci.
5. Hydraulicky řízený rozváděč
a) Prověření jako u (4a) při otáčkách motoru n = 2 200 min-1.
b) Změření času na zvedání zatížených ramen tříbodového závěsu předepsanou hmotností od min. polohy do max. polohy při současném chodu vnějšího obvodu zatíženého tlakem p = 12 MPa a otáčkami n = 2 200 min-1. Ovládací kohout rychlosti reakce je v levé krajní poloze a potom totéž měření s kohoutem v pravé krajní poloze. Vypočítá se procentické snížení rychlosti zvedání ramen
k3 = 100 . t . (tp – tl) / tp . tl
tl – naměřený čas zvedání ramen je-li kohout rychlosti reakce v levé krajní poloze [s]
tp- naměřený čas zvedání ramen je-li kohout rychlosti reakce v pravé krajní poloze [s]
t – předepsaný čas zvedání [s].
c) Změří se průtok vnějšího obvodu při tlaku p = 12 MPa a otáčkách motoru n = 2 200 min-1 a při současné činnosti vnitřního obvodu se zatíženými rameny. Opět se měří v obou krajních polohách kohoutu rychlosti reakce a na závěr se vypočte procentické snížení průtoku
k4 = 100 . (Qp – Ql) / Q
Ql -naměřený průtok je-li kohout rychlosti reakce v levé krajní poloze [dm3 . s-1]
Qp-naměřený průtok je-li kohout rychlosti reakce v pravé krajní poloze [dm3 . s-1]
Q – požadovaný průtok [dm3 . s-1].
d) Nerovná-li se k3 a k4 je opotřeben hydraulicky řízený rozváděč, především jeho plovoucí šoupátko.
e) Provést měření dle bodu (2a) a (2b) a je-li k1 větší než k2 při vyhovujícím poklesu ramen tříbodového závěsu, je opotřebované diferenciální šoupátko hydraulicky řízeného rozváděče.
6. Rozváděč vnějšího obvodu
a) Je opotřebený je-li při vyhovující rychlosti zvedání zatížených ramen předepsanou hmotností nevyhovující průtok vnějšího obvodu při tlaku p = 12 MPa a otáčkách n = 2 200 min-1.
b) Měřit dle bodu (2a) a (2b), je-li t1 = t a Q1 je menší než Q je tento vadný.
7. Rozváděč vnitřního obvodu a jednosměrný ventil
a) Jeden z těchto prvků je opotřebený je-li nevyhovující pokles ramen při správné rychlosti zvedání zatížených ramen předepsanou hmotností. Nejčastěji bude závada v jednosměrném ventilu. Po nezbytné demontáži je potřeba prohlédnout oba prvky.
b) Měření dle bodu (2a), kde naměřený čas t1 musí odpovídat předepsanému času t.
8.Jednosměrný obtokový ventil
a) Jeho netěsnost se pozná tak, že zatížená ramena se zvedají pomalu, pokud páka rozváděče vnitřního obvodu není v nejvyšší poloze.
9. Rozváděč označován jako pístek dorazu a uzavírací ventil
a) Kohout rychlosti reakce se nastaví asi do poloviny svého rozsahu, kdy je rychlost ramen přibližně poloviční. Při přestavení ovládací páky rozváděče vnitřního obvodu do horní krajní polohy se musí rychlost pohybu ramen zvýšit na maximum, jinak jsou oba tyto rozváděče nefungující a je třeba pístek dorazu seřídit, popř. vyčistit.

10. Regulátor rychlosti v jednom směru
a) Při zvýšení rychlosti spouštění ramen zatížených předepsanou hmotností může špatně těsnit jednosměrný ventil regulátoru rychlosti v jednom směru.
b) Při příliš pomalém spouštění zatížených ramen je zanesen škrtící ventil.
11. Hydromotor
a) Je-li ve vnějším obvodu při tlaku p = 12 MPa naměřený průtok vyhovující a rychlost zvedání zatížených ramen nevyhovuje, a nevyhovuje ani pokles ramen, je vadný hydromotor, případně netěsní tlakový ventil u hydromotoru;
b) Změřit pokles ramen podle měření (2a) a (2b), je-li Q1 = Q, nevyhovující pokles ramen a t1 je menší než t, je vadný hydromotor popř. tlakový ventil u hydromotoru.
c) Tutéž závadu signalizuje nadměrně velká rychlost spouštění ramen.
d) Po demontáži se zkontroluje tlakový ventil u hydromotoru a pokud je v pořádku je vadný hydromotor.
12. Tlakový ventil u hydromotoru
a) Jeho kontrola probíhá tak, že se ramena zatěžují zvyšující se hmotností. Ramena nesmí začít sama klesat pokud hmotnost nepřekročí stanovenou mez.
b) Těsnost tlakového ventilu nelze prověřit samostatně, protože netěsnost má stejné příznaky jako netěsnost hydromotoru.
Závěr
Z uvedeného textu vyplývá, že se změří tři základní veličiny: čas zvedání ramen tříbodového závěsu, průtok vnějšího obvodu a pokles ramen. Podle výsledků těchto měření se rozhodne, které prvky hydraulického systému se budou prověřovat. Nevyhovuje-li pouze průtok vnějšího obvodu, prověřují se prvky, které patří pouze do vnějšího obvodu. Nevyhovuje-li průtok vnějšího obvodu i čas na zvedání ramen, prověřují se prvky společné pro vnější i vnitřní obvod. Nevyhovuje-li pouze čas na zvedání ramen, prověřují se prvky patřící pouze do vnitřního obvodu. Při tomto musí být naměřen maximální tlak p = 14 MPa jinak se nejdříve musí seřídit tlak na tlakovém ventilu u čerpadla. Nevýhodou předložené metodiky se může zdát pořízení nebo zapůjčení průtokoměru s rozsahem do 40 dm3 . min-1. Průtokoměr je však možné zapůjčit nebo požádat o změření servisní středisko při zřejmé poruše či opotřebení hydraulického zařízení tříbodového závěsu.
Předložený postup diagnostiky hydraulického obvodu pro ovládání tříbodového závěsu traktoru je použitelný pouze pro traktory Zetor I UŘ. Traktory vyráběné v současné době mohou být vybaveny zařízením, které umožňuje diagnostiku celého stroje včetně ovládání tříbodového závěsu doplněného o hlášení poruch ve formě kódů jak pro obsluhu tak i pro servis.

Ing. Petr Heřmánek
ČZU TF, katedra zemědělských strojů

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *