Układ hydrauliczny w wózkach jezdniowych podnośnikowych

Przepływ (ruch) cieczy jest znany już od dawna. Nawet w czasach starożytnych potrafiono z gór, wzniesień poprowadzić wodę do zamożnych ludzi. W naszych czasach przepływem cieczy pod ciśnieniem zajmował się Pascal i Bernoulli. To oni stworzyli podstawy dzisiejszej hydrauliki, a dokładnie mówiąc hydrauliki siłowej.

Hydraulika siłowa w obecnych czasach znajduje zastosowanie prawie we wszystkich gałęziach przemysłu. Począwszy od kosmosu, lotnictwa, kolejnictwa, przemysłu zbrojeniowego, na górnictwie pod ziemią zakończywszy. Aby dobrze zrozumieć zagadnienia hydrauliki i układów z nią związanych musimy zdefiniować kilka pojęć. Na początek zdefiniuję, co to jest układ hydrauliczny?

Układem hydraulicznym nazywamy zespół wzajemnie połączonych ze sobą elementów (części), których zadaniem jest przekazanie energii za pomocą cieczy (oleju hydraulicznego) pod ciśnieniem. Początkiem układu jest pompa wyporowa napędzana od silnika elektrycznego lub spalinowego. Końcem układu jest siłownik (silnik hydrauliczny), który sprzężony z mechanizmem podnoszenia wykonuje pracę unosząc ładunek.

Z punktu widzenia fizyki w układzie tym następuje zamiana energii mechanicznej na energię potencjalną, powodującą wysuw tłoczyska i wykonanie pracy. Pasem transmisyjnym jest tutaj ciecz hydrauliczna (olej), który został sprężony przez pompę, czyli pobrał energię od pompy i oddał ją do siłownika. Energię tą nazywamy energię ciśnienia. Według Pascala jest to parcie cieczy, które rozchodzi się we wszystkich kierunkach jednakowo. W mechanice maszyn jest to hydrostatyka, czyli energia potencjalna pochodząca od ciśnienia.

Energia kinetyczna pochodząca od objętości i prędkości przepływu określana jest jako hydrokinetyka. Analogiczne będą nazwy napędów:

• napęd hydrostatyczny – wykorzystuje energię ciśnień,

• napęd hydrokinetyczny – wykorzystuje energię przepływu (ruchu).

W tych układach hydraulicznych możemy zrobić bilans mocy i określić sprawność układu. Po zrobieniu takiego bilansu i obliczyć jego sprawność. Celem prostszego przedstawienia obliczeń pominięto opory tarcia, straty i przecieki wewnętrzne pompy oraz siłownika.

obliczenia dla pompyobliczenia dla siłownika

p – ciśnienie wytworzone przez pompęP_u– moc użyteczna

P_w – moc włożona L_u– praca

Q – wydatek pompys – wysuw tłoczyska

n – obroty pompy m – masa ładunku

q – wydatek jednostkowy/1 obrót g – przyspieszenie ziemskie 9,81m/s²

P_w = Q ∙ p;Q = n ∙ qF – siła na tłoczysku

Pw = n ∙ q ∙ p L_u = F ∙s ; F = m ∙ g ∙ s

P_u = L_u / t = m ∙ g ∙ s / t

Gdy porównamyP_w i P_u to otrzymamy zależność, że:

P_w>P_u ;P_w – P_u = strata energii ; P_u/P_w100% = sprawność układu ŋ ≈ 85%

Skąd wynikają te straty? Są to straty z oporów przepływu przez wąskie szczeliny zaworów dławiących, straty na przewodach, wyniku przepływu pod kątem na kolanku 90⁰ na trójniku itd. Przecieki na suwakach, rozdzielacze na pompie powodują dodatkowo nagrzewanie się oleju – to zmniejsza lepkość i przyczynia się do spadku sprawności. Aby poprawić sprawność do układów wprowadza się różnego rodzaju wymienniki ciepła (chłodnice). Ich zadaniem jest utrzymanie temperatury oleju w granicach ̴50⁰C ±10⁰C

BUDOWA UKŁADÓW

W hydraulice siłowej wyróżniamy 2 rodzaje układów hydraulicznych:

• otwarty
• zamknięty

Układ zamknięty jest to taki układ, w którym pompa jest zespolona bezpośrednio z odbiornikiem: olej nie wraca do zbiornika.

Układ otwarty to taki układ, gdzie olej krąży w obiegu zbiornik-pompa-siłownik-zbiornik.

W wózkach widłowych stosuje się obieg otwarty niezależnie czy jest to wózek o napędzie elektrycznym czy spalinowym.

Układ hydrauliczny możemy podzielić na 3 grupy:

• pierwsza grupa to napęd: w jej skład wchodzą zbiornik oleju wraz z filtrem wlewowym oraz powrotnym, olej hydrauliczny i pompa
  

• druga grupa to sterowanie: z następującymi elementami rozdzielacz ręczny 3 lub wielosekcyjny, zawory maksymalne, zawory zwrotno-dławiące,

• trzecia grupa to blok wykonawczy: do nich zaliczamy siłowniki podnoszenia, siłowniki pochylania masztem oraz inne siłowniki dodatkowego osprzętu montowane w zależności od potrzeb.

Poniżej przedstawiono typowy układ hydrauliczny zastosowany w wózkach podnośnikowych. W górnej części jest zestaw montażowy, w dolnej schemat hydrauliczny:

Jak działa taki układ?

Olej jest zasysany ze zbiornika przez pompę zębatą. Pompa daje ciśnienie̴250bar i przetłacza olej do zaworu maksymalnego. Dalej olej dochodzi do rozdzielacza. I jeśli dźwignie rozdzielacza są w pozycji neutralnej tzn. nie przesterowane to olej wraca do zbiornika. Jest to tzw. Krótki obieg oleju. Jeśli natomiast jest przesterowana dźwignia od podnoszenia wówczas olej płynie do siłownika podnoszenia. I w zależności od tego jaki ciężar na widłachpompa generuje ciśnienie. Im mniejszy ciężar tym mniejsze ciśnienie. Przy wychyleniu dźwigni siłownika podnoszenia w przeciwną stronę następuje opuszczenie, w wyniku wypływu oleju do zbiornika. Dźwignia od pochylania masztu działa w ten sam sposób. Wychylenie dźwigni w dół to pochylenie masztu na kabinę, wychył w górę powoduje pochylenie do przodu.

Zabezpieczenie przed przeciążeniami

W przedstawionym układzie zastosowano zabezpieczenia w postaci dwóch zaworów maksymalnie. Jeden w bloku rozdzielacza, a drugi przed rozdzielaczem. Normalnie to one nie pracują tzn. są zamknięte. Otworzą się wtedy, gdy na widłach jest ciężar przekraczający dopuszczalną wartość, wtedy powstałe ciśnienie od ciężaru ładunku uniesie kulkę lub grzybek (w zależności od konstrukcji zaworu) i kanałem przelewowym olej popłynie wprost do zbiornika oleju. Drugim momentem otwarcia się zaworów jest sytuacja kiedy siłowniki pochylania masztu będą w skrajnych położeniach. Wtedy będzie największe dopuszczalne ciśnienie w układzie. Trzecia sytuacja to gdzie siłownik podnoszenia zostanie wysunięty do momentu aż tłok oprze się o dławicę. Wówczas zadziała zawór maksymalnego ciśnienia.

Zastanawiacie siępo co 2 zawory tego samego znaczenia? Właśnie dla bezpieczeństwa, gdyż ich zadaniem jest zabezpieczenie układu przed przeciążeniem, czyli przed wzrostem ciśnienia ponad dopuszczalną wartość wynikającą z maksymalnego dopuszczalnego ciężaru ładunku jaki może podnieść dany model lub typ wózka. Zdublowanie zaworów jest na wypadek uszkodzenia jednego z nich. Te zawory potocznie nazywamy od roli jaką pełnią zaworami bezpieczeństwa.

Uwaga, w naszym schemacie nie pokazano drugiego zaworu max. Wbudowanego miedzy pompe a rozdzielacz oraz zawory zwrotno-dławiące pozycja 11, pokazano w wersji uproszczonej dla lepszego i czytelniejszego schematu hydraulicznego.

Innym rodzajem zabezpieczenia są zawory zwrotno-dławiące.

Jak one działają?

Zawory te mają dwa kierunki przepływu oleju. Jeden kierunek, ten od strony kulki (lub suwaka) jest swobodny (np. napełniania siłownika), a drugi przeciwny ten prowadzi przez regulowaną szczelinę powodując opóźnienie opróżniania siłownika. W siłownikach pochylenia masztu ustawiono je aby prędkości pochylania w obu kierunkach były jednakowe i w miarę spowolnione. To ma przecież wpływ na precyzję położenia ładunku i bezpieczeństwo pracy. W siłownikach podnoszenia warunek, że ʋ ≤ 0,35m/s zapewnia, że ładunek nie ulegnie rozpędzeniu i uszkodzeniu w trakcie odkładania na miejsce magazynowe. Te zawory niekiedy nazywane są hamulcowe – od roli jaka pełnią w układzie.

Przedstawiony i omówiony schemat należy do starszej generacji. Nowszeorbitrole (układy wspomagania kierownicy) umożliwiają włączenie układu kierowania (skrętu) w zasilanie z tej samej pompy co układ hydrauliczny. Wtedy olej z zaworu maksymalnego idzie na układ kierowniczy. A ruch dźwignią od podnoszenia lub [pochylenia masztu powoduje automatyczne przekierowanie strumienia na rozdzielacz.

Bibliografia:

1.Stefan Stryczek „Napędy hydrostatyczne – układy. Tom II”

2.Kazimierz Buczek „Kierowca – operator wózków jezdniowych”

3.Kozłowski, Dębski„Wózki jezdniowe podnośnikowe”