Symboly hydraulických čerpadiel a príručka pre hydraulické čerpadlá poháňané PTO

Symboly hydraulického čerpadla sú štandardizované grafické znázornenia používané v schémach hydraulických obvodov (schémach) na identifikáciu typu, smeru prúdenia a spôsobu riadenia čerpadla bez písomného popisu. Ich správne čítanie je nevyhnutné pre každého, kto navrhuje, rieši problémy alebo udržiava hydraulický systém. Spomedzi mnohých typov čerpadiel znázornených v týchto schémach je hydraulické čerpadlo poháňané PTO (Power Take-Off) jedným z najdôležitejších prakticky – využíva sa vo veľkej miere v poľnohospodárstve, nákladnej doprave, stavebníctve a záchranných službách, kde motor vozidla priamo poháňa hydraulické pracovné funkcie.

Tento článok vysvetľuje, ako presne interpretovať symboly hydraulického čerpadla, pokrýva variácie kľúčových symbolov, s ktorými sa stretnete, a potom ide do praktickej hĺbky hydraulických čerpadiel poháňaných vývodovým hriadeľom – ako fungujú, aké špecifikácie sú dôležité a ako si vybrať to správne pre danú aplikáciu.

Ako čítať symbol základného hydraulického čerpadla

Norma ISO 1219 globálne upravuje hydraulické a pneumatické schematické symboly. Podľa tejto normy majú všetky symboly hydraulických čerpadiel spoločnú základňu: kruh predstavujúci teleso čerpadla s plným čiernym trojuholníkom smerujúcim von z kruhu na označenie smeru prietoku. Trojuholník smerujúci preč od kruhu ukazuje, že kvapalina je vytláčaná – to odlišuje čerpadlo (vstup energie, výstup kvapaliny) od hydraulického motora (vstup kvapaliny, mechanický výstup), kde trojuholník smeruje dovnútra ku kruhu.

Ďalšie prvky pridané k tomuto základnému symbolu vyjadrujú špecifické charakteristiky čerpadla:

• Jedna šípka cez kruh (diagonálne): Označuje čerpadlo s pevným objemom – čerpadlo dodáva rovnaký objem kvapaliny na otáčku bez ohľadu na tlak v systéme alebo externé nastavenie.
• Dvojitá šípka cez kruh (dve uhlopriečky, jedna so šípkou na každom konci): Označuje čerpadlo s premenlivým objemom – výstupný prietok je možné nastaviť počas chodu čerpadla, zvyčajne zmenou uhla cykliky v piestovom čerpadle.
• Dva prúdové trojuholníky na opačných stranách kruhu: Označuje obojsmerné čerpadlo schopné čerpania v oboch smeroch – čerpadlo môže obrátiť prietok, čo je bežné v obvodoch hydrostatickej prevodovky.
• Zakrivená šípka okolo čiary hriadeľa: Označuje smer otáčania hriadeľa – v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek – čo je rozhodujúce pri špecifikácii výmeny čerpadla alebo pri pripájaní pohonu PTO.
• Do kruhu pridaný symbol pružiny alebo vodiaca tlaková čiara: Označuje tlakovo kompenzované čerpadlo s premenlivým objemom, kde sa objem automaticky znižuje, keď tlak v systéme dosiahne nastavenú hodnotu kompenzátora.
• Prerušovaná čiara od ovládacieho prvku k čerpadlu: Označuje pilotom ovládaný alebo diaľkovo ovládaný premenlivý výtlak – výtlak je riadený samostatným hydraulickým alebo elektrickým signálom.

Hriadeľ poháňajúci čerpadlo je znázornený ako čiara vstupujúca do kruhu zo strany protiľahlej k trojuholníku prúdenia. Keď dve čerpadlá zdieľajú spoločný hriadeľ – konfigurácia tandemového čerpadla bežná v poľnohospodárskych traktoroch a okruhoch nakladača – sú nakreslené dva kruhy spojené tou istou líniou hriadeľa, z ktorých každý má svoj vlastný prietokový trojuholník a výstupný otvor.

Variácie symbolov hydraulického čerpadla podľa typu čerpadla

Zatiaľ čo základný symbol je rovnaký pre všetky hydraulické čerpadlá, kombinácia modifikátorov informuje o špecifickej použitej technológii čerpadla. V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté najbežnejšie typy čerpadiel a ich zodpovedajúce symboly:

Pri čítaní hydraulickej schémy je symbol čerpadla takmer vždy spojený so symbolom hlavného ťahača (elektromotor alebo spaľovací motor) na jednej strane a s tlakovým potrubím systému na druhej strane. Spätné vedenie nádrže (zásobníka) sa pripája inde v okruhu. Sledovanie týchto spojení od symbolu čerpadla smerom von je východiskovým bodom pre pochopenie akejkoľvek schémy hydraulického obvodu.

Ako fungujú hydraulické čerpadlá poháňané PTO

Hydraulické čerpadlo poháňané PTO (Power Take-Off) čerpá mechanickú energiu priamo z prevodovky alebo motora vozidla alebo traktora a premieňa ju na hydraulický prietok a tlak na pohon externých pracovných funkcií. Vývodový hriadeľ — štandardizovaný na 540 ot./min alebo 1 000 ot./min pre poľnohospodárske traktory podľa noriem ISO 500 a ASAE S203 — pripája sa priamo na vstupný hriadeľ čerpadla cez drážkované spojenie alebo adaptér prevodovky.

Na rozdiel od elektricky poháňaných hydraulických agregátov alebo čerpadiel namontovaných na motore s priamym remeňovým alebo ozubeným pohonom má PTO čerpadlo kľúčovú prevádzkovú charakteristiku: Hydraulický prietok vytvára iba vtedy, keď je zapnutý vývodový hriadeľ a motor beží nad voľnobehom. Prietok sa mení priamo podľa otáčok vývodového hriadeľa – ak klesne škrtiaca klapka motora, zníži sa aj výstupný prietok čerpadla a tým aj otáčky všetkých hydraulicky poháňaných akčných členov.

Symbol hydraulického čerpadla použitý v schéme systému poháňaného vývodovým hriadeľom zobrazuje štandardný kruh čerpadla s líniou hriadeľa, ale hnací stroj pripojený k tomuto hriadeľu je zvyčajne zobrazený ako symbol motora alebo označený ako "PTO" a nie ako štandardný kruh elektrického motora. Na niektorých schémach sa medzi vývodovým hriadeľom a čerpadlom zobrazuje symbol prevodovky, ktorý označuje prevodový pomer zvyšujúci alebo znižujúci otáčky.

Typy čerpadiel PTO a aké aplikácie sú vhodné

Každá z troch hlavných technológií čerpadiel používaných v aplikáciách PTO ponúka rôzne kompromisy v oblasti tlaku, konzistencie prietoku, účinnosti a nákladov:

Zubové čerpadlá (najbežnejšie na použitie s PTO)

Vonkajšie zubové čerpadlá dominujú hydraulickým aplikáciám PTO kvôli ich jednoduchosti, robustnosti a tolerancii voči kontaminovanej kvapaline – dôležité v poľnohospodárskom a stavebnom prostredí. Typické zubové čerpadlo PTO pracuje pri 150 – 250 barov (2 175 – 3 625 PSI) trvalý tlak s prietokmi od 11 až 114 litrov za minútu pri otáčkach vývodového hriadeľa 540 alebo 1 000 ot./min. Sú s pevným výtlakom – prietok je priamo úmerný rýchlosti hriadeľa a nie je možné ho nezávisle nastaviť.

Piestové čerpadlá (vysokotlakové, s premenlivým prietokom)

Axiálne piestové čerpadlá dodávajú vyšší trvalý tlak — až 350 – 420 barov (5 000 – 6 000 PSI) — a v konfiguráciách s premenlivým výtlakom umožňujú nastavenie prietoku nezávisle od otáčok motora. Vďaka tomu sú vhodné pre náročné aplikácie s vývodovým hriadeľom, ako sú napríklad autožeriavy (kĺbové výložníky), hákové zdvíhacie systémy a vysokotlakové hydraulické nástroje. Kompromisom sú vyššie náklady a väčšia citlivosť na kontamináciu tekutín – zvyčajne sa vyžaduje trieda čistoty ISO 4406 16/14/11 alebo lepšia.

Lopatkové čerpadlá (hladký prietok, stredný tlak)

Lopatkové čerpadlá ponúkajú veľmi plynulý prietok s nízkou pulzáciou, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie poháňané vývodovým hriadeľom, kde záleží na kvalite prietoku – určité dopravníkové systémy, sprejové aplikácie a hydraulické asistenty riadenia. Schopnosť tlaku je stredná pri 140 – 175 bar (2 000 – 2 500 PSI) a sú citlivejšie na opotrebovanie kontaminovanou kvapalinou ako zubové čerpadlá. Menej bežné pri použití PTO v poľnohospodárstve, ale vyskytujú sa v niektorých aplikáciách priemyselných vozidiel.

Kľúčové špecifikácie pre výber hydraulického čerpadla poháňaného PTO

Prispôsobenie hydraulického čerpadla vývodového hriadeľa jeho aplikácii si vyžaduje vyhodnotenie niekoľkých vzájomne závislých špecifikácií. Ak sa pomýlite, výsledkom bude poddimenzovaný výkon alebo predčasné zlyhanie čerpadla:

Osobitný dôraz si zasluhuje špecifikácia smeru otáčania. Spustenie zubového čerpadla v nesprávnom smere otáčania okamžite tlačí kvapalinu proti vnútorným tesneniam v nesprávnom smere, čo spôsobuje katastrofálne zlyhanie tesnenia a zničenie čerpadla v priebehu niekoľkých minút — nie hodiny. Pred spustením vždy skontrolujte smer otáčania na typovom štítku čerpadla a porovnajte ho so skutočným otáčaním vývodového hriadeľa.

Konfigurácie montáže čerpadla PTO a usporiadania pohonu

Hydraulické čerpadlá PTO sa pripájajú k zdroju energie prostredníctvom niekoľkých rôznych fyzických usporiadaní v závislosti od typu vozidla, dostupných montážnych bodov a požadovaného umiestnenia čerpadla:

• Priame uchytenie zadného vývodového hriadeľa traktora: Čerpadlo sa priskrutkuje priamo ku konzole na zadnom vývodovom hriadeli traktora pomocou hnacieho hriadeľa s kardanovým kĺbom. Spoločné pre napájanie externých hydraulických nástrojov — štiepačky dreva, unášače stĺpov, hydraulické sejačky. Čerpadlo a jeho nádrž sú zvyčajne namontované na ráme náradia, nie na traktore.
• PTO namontovaný na prevodovke (nákladný automobil): Na komerčných nákladných vozidlách je do vývodového hriadeľa prevodovky (štandardné veľkosti SAE A až F) vložená zhodná jednotka vývodového hriadeľa, ktorá poháňa čerpadlo prostredníctvom priameho záberu ozubených kolies. Čerpadlo je prírubovo namontované na prevodovke PTO. Toto je štandardné usporiadanie pre sklápače, vozidlá na svoz odpadu, hákové vozíky a žeriavové vozíky.
• PTO prevodovky: Nákladné vozidlá s pohonom všetkých štyroch kolies s prevodovými skriňami niekedy poskytujú výstup vývodového hriadeľa z prevodovky, čo umožňuje prevádzku čerpadla, keď vozidlo stojí s odpojeným hnacím ústrojenstvom. Používa sa v hasičských a záchranných vozidlách.
• PTO zotrvačníka motora: Čerpadlá namontované priamo na kryte zvona motora a poháňané zo zotrvačníka cez spojkovú súpravu. Poskytuje nepretržitú prevádzku čerpadla nezávisle od prevodovky – používa sa v miešačkách betónu, snehových frézach a vákuových cisternách, kde je potrebný nepretržitý hydraulický výkon bez ohľadu na rýchlosť vozidla.

Výpočet požadovaného zdvihového objemu a výkonu čerpadla PTO

Správne dimenzovanie čerpadla vývodového hriadeľa začína definovaním požadovaného hydraulického prietoku a tlaku, potom sa vracia k požiadavkám na objem a príkon. Výpočty sú jednoduché:

Požadovaný objem čerpadla (cc/ot):

Zdvihový objem = (Požadovaný prietok v l/min × 1 000) ÷ otáčky vývodového hriadeľa v ot./min.

Príklad: Štiepačka dreva vyžaduje 30 l/min pri otáčkach vývodového hriadeľa 1 000 ot./min. Výtlak = (30 × 1 000) ÷ 1 000 = 30 ccm/ot . Vyberte čerpadlo s objemom 30–35 cm3/ot, aby ste umožnili straty objemovej účinnosti (zvyčajne 5–15 % v zubových čerpadlách).

Požadovaný príkon (kW):

Výkon (kW) = (Prietok v L/min × Tlak v baroch) ÷ 600 ÷ celková účinnosť

Príklad: 30 l/min pri 200 baroch, celková účinnosť 0,85. Výkon = (30 × 200) ÷ 600 ÷ 0,85 = 11,8 kW (približne 15,8 HP) . Menovitý výkon vývodového hriadeľa traktora musí prekročiť túto hodnotu – postačuje vývodový hriadeľ traktora s výkonom 30 HP; 20 HP traktor nie je.

Vždy pridajte a 20-25% bezpečnostná rezerva nad vypočítaný výkon pri špecifikácii veľkosti traktora, pretože účinnosť čerpadla klesá s opotrebovaním a prechodové tlaky v systéme môžu prekročiť hodnoty v ustálenom stave počas podmienok zastavenia ovládača.

Bežné problémy s čerpadlom PTO a ako ich diagnostikovať

Väčšina porúch hydraulického čerpadla PTO sa riadi rozpoznateľnými vzormi, ktoré možno diagnostikovať skôr, ako dôjde k úplnému zlyhaniu:

• Kavitácia (kňučanie alebo krik pri štarte): Spôsobené nedostatočným prívodom oleja do vstupu čerpadla – zvyčajne z upchatého sacieho sitka, zborenej sacej hadice alebo príliš nízkej hladiny kvapaliny v nádrži. Kavitácia narušuje vnútorné časti čerpadla v priebehu niekoľkých hodín nepretržitej prevádzky. Skontrolujte vákuum v sacom potrubí pomocou vákuometra — viac ako 0,3 baru (9 inHg) na vstupe čerpadla znamená obmedzenie nasávania.
• Nízky prietok a pomalý pohyb ovládača: V zubovom čerpadle to znamená vnútorné opotrebovanie – vôľa medzi ozubeným kolesom a skriňou sa zväčšila nad rámec špecifikácie, čo umožňuje vnútorný obtok. Porovnajte skutočný prietok (meraný prietokomerom) s menovitým prietokom pri prevádzkovej rýchlosti. Zníženie o viac ako 15 % z menovitého prietoku v zubovom čerpadle znamená, že je potrebná výmena.
• Prehrievanie hydraulickej kvapaliny: Príčiny zahŕňajú čerpadlo pracujúce pri tlaku nepretržite nad jeho trvalý menovitý výkon, príliš vysoký poistný ventil systému alebo nedostatočný objem zásobníka. Teplota hydraulickej kvapaliny nad 80 °C (176 °F) urýchľuje oxidáciu oleja a degradáciu tesnenia — správne dimenzovaný systém by mal udržiavať kvapalinu pod 60 – 65 °C pri nepretržitej prevádzke.
• Únik tesnenia hriadeľa: Vonkajší únik oleja na hriadeli čerpadla naznačuje poruchu tesnenia hriadeľa – zvyčajne je to spôsobené nadmerným vypúšťacím tlakom skrine (spätný tlak na odtokovom otvore skrine čerpadla), odieraním kontaminovanou kvapalinou alebo nesprávnym vyrovnaním hriadeľa. Pri zubových čerpadlách by vypúšťací tlak skrine nemal prekročiť 3–5 bar (44–73 PSI) nepretržite.
• Nepravidelný alebo pulzujúci tok: V zubových čerpadlách to znamená nasávanie vzduchu cez netesnú saciu armatúru alebo nízku hladinu kvapaliny, čo spôsobuje, že čerpadlo prerušovane nasáva vzduch. Skontrolujte všetky armatúry sacieho potrubia a odvzdušňovač nádrže, či nie sú upchaté