Praėjęs šešiasdešimtmetis gali būti vadinamas hidraulinių pavarų invazijos į visas technikos sritis laikotarpiu. Jų populiarumas išaugo dėl įvairių priežasčių.

Intensyvų hidraulinių pavarų paplitimą lėmė naujos technologinės galimybės ir jų privalumai.

Svarbiausi hidraulinių pavarų privalumai

n  Galimybė perduoti didelę jėgą ir galią.

n  Galimybė gauti labai didelį perdavimo skaičių.

n  Galimybė bepakopiškai (sklandžiai) reguliuoti pavarų greitį.

n  Nepriklausomas agregatų išdėstymas ir laisvas mašinos (įrenginio) komponavimas.

n  Lengvas valdymas, automatizavimo galimybė.

n  Maži, lengvi hidrauliniai agregatai.

n  Paprasta ir patikima hidraulinių sistemų apsauga nuo perkrovų.

Hidraulinės pavaros labai sparčiai įsigalėjo visose pramonės šakose - nuo stacionarių pramoninių technologinių įrenginių iki kosmoso technikos.

Nuolatinė konkurencija su kitų rūšių (mechaninėmis, elektrinėmis, pneumatinėmis) pavaromis verčia ir toliau ieškoti naujų sprendimų, tobulinant atskirus hidraulinių sistemų agregatus, ištisas sistemas, jų gamyboje taikant naujas technologijas ir medžiagas.

Hidraulinių pavarų tobulinimo kryptys

Hidraulinių pavarų tobulinimo procese galima išskirti tris kryptis. Visų pirma, siekiama geriau išnaudoti hidraulinių pavarų privalumus, paskui - kuo geriau kompensuoti jų trūkumus ir galiausiai, panaudojant kitų technologijų galimybes, bandoma išplėsti hidraulinių pavarų panaudojimo sritis.

Hidraulinių pavarų agregatai tobulinami gana lėtai, bet nuosekliai, ir stulbinamų atradimų, atrodo, niekas šiuo metu nelaukia. Gerinami agregatų konstruktyviniai parametrai, didinamas slėgis ir greitis, taip gaunama didesnė lyginamoji galia.

Kompensuojant hidraulinių pavarų trūkumus, panaudojami nauji gamybos metodai, naujos technologijos ir naujos medžiagos. Visų pirma, tai susiję su hidraulinių pavarų sandarikliais, siurbliais, hidrauliniais varikliais ir valdymo įrenginiais.

Siekiant padidinti hidraulinių agregatų ir pavarų konkurencingumą, bandoma rasti būdų triukšmo lygiui sumažinti. Be jau minėtų priemonių, tam pasitelkiama dar ir mikroelektronika, skaičiavimo ir reguliavimo technika.

Norint padidinti hidraulinių agregatų eksploatavimo laiką, siekiama sumažinti detalių išdilimą, panaudojant naujas metalines, keramines medžiagas ir naujus paviršių kietinimo metodus. Ieškoma galimybių sukurti ir pritaikyti ekologiškai švarius bei galinčius dirbti labiau forsuotais režimais darbo skysčius.

Iš esmės keičiamos ir tobulinamos hidraulinių pavarų valdymo sistemos, pirmiausia įrengiant skaitmeninę valdymo įrangą, naujus jutiklius. Skaitmeninių valdymo sistemų panaudojimas atvėrė galimybę sukurti vadinamąsias CAN Bus (Controller Area Network) sistemas. Pastarosios iš esmės supaprastino valdymo sistemų elektrinę dalį ir jų diagnozavimą.

Tolimesnį hidraulinių pavarų tobulinimą lemia ne tik mokslininkų pastangos, bet ir įvairių firmų strategijos bei jų bendradarbiavimas su mokslo centrais.

Analizuojant hidraulinių pavarų tobulinimo tendencijas ieškoma atsakymų į tris pagrindinius klausimus.

                   I.            Ar galima padidinti hidraulinių agregatų lyginamąją galią ir kaip tai padaryti?

Pagal lyginamosios galios parametrus hidraulinių pavarų agregatai pirmauja tarp kitų tipų pavarų. Šiuolaikinių siurblių ir hidraulinių variklių lyginamoji galia sudaro 1-3 kW/dm³, o elektros ir pneumatinių variklių ji yra 2-5 kartus mažesnė.

Dar labiau padidinti hidraulinių agregatų lyginamąją galią galima:

ü  didinant hidraulinių mašinų greitį (sukimosi dažnį);

ü  didinant slėgį;

ü  optimizuojant hidraulinių agregatų tūrinius ir hidromechaninius nuostolius.

Galima prognozuoti, kad po 10 metų hidraulinių mašinų greičiai gali padidėti dar 10, o slėgis hidraulinėse pavarose - 20 proc. Hidraulinių pavarų masė mažinama, panaudojant naujas medžiagas, pvz., pluoštines. Lengvos medžiagos gali būti panaudotos vožtuvų korpusams gaminti.

Tobulinant hidraulinius agregatus pasitelkiami ir mikromechanikos metodai, kuriais yra kuriami mikrovožtuvai, leidžiantys iš esmės sumažinti ir palengvinti valdymo įrenginius bei juos atpiginti.

Tradiciniai sprendimai yra susiję su darbinio skysčio debito reguliavimo sistemomis. Iki šiol debitui reguliuoti buvo naudojami keičiamojo darbo tūrio siurbliai, sukami vidaus degimo variklio ar asinchroninio elektros variklio. Šiuo metu atsirado galimybė naudoti ir pastovaus darbo tūrio siurblius su bepakopiškai keičiamu asinchroninio elektros variklio sukimosi dažniu.

Rinkoje daugėja mašinų su daugybe įvairių funkcijų, todėl vis svarbesnė tampa hidraulinės energijos perdavimo, paskirstymo problema, siekiant sumažinti energijos nuostolius. Vienas naujausių sprendimų šioje srityje - firmos „Innas" hidraulinis transformatorius.

Innas hidraulinis transformatorius (IHT) transformuoja hidraulinę galią (P), sukurtą įėjimo srauto (Q_A) ir slėgio (p_A), į hidraulinę išėjimo srauto (Q_B) ir slėgio (p_B) galią. Jei nebūtų vertinami vidiniai transformatoriaus nuostoliai, išėjimo galia yra lygi įėjimo galiai:

P = Q_A · p_A = Q_B · p_B

Tai iš esmės skiriasi nuo tradicinių valdymo sistemų, kuriose, sumažėjus slėgiui, sumažėja ir galia. Vožtuve ar droselyje išėjimo srautas niekada negali būti didesnis už įėjimo srautą, o IHT ši galimybė yra. Pavyzdžiui, siurblys gali tiekti Q_A=10 l/min. srautą p_A=30 MPa slėgiu, transformatorius šį srautą gali padidinti iki Q_B=30 l/min. ir tiekti jį hidrauliniam varikliui slėgiu p_B=10 MPa. Kaip įvykdomas srauto balansas, galime matyti pateiktame paveikslėlyje. Transformatorius taip pat gali ir padidinti slėgį, tada išėjimo srautas Q_B yra sumažinamas.

IHT yra suprojektuotas ašinio stūmoklinio hidraulinio variklio bazėje. Pagrindinis jo ypatumas yra tas, kad skirstomasis diskas turi tris angas. IHT turi trijų angų skirstomąjį diską, kuris gali būti pasukamas apie savo ašį tam, kad pakeistų angų padėtį stūmoklių VGT atžvilgiu. IHT perduoda hidraulinę galią iš angos A į angą B, anga T yra sujungta su mažo slėgio linija ir per ją galia neperduodama. Anga T naudojama tik srauto balansui išlyginti.

IHT gali būti naudojamas hidraulinių pavarų greičiui reguliuoti. Tokiose pavarose ir siurblys, ir hidraulinis variklis gali būti pastovaus darbo tūrio.

Šiuo metu sukurtas naujas IHT tipas, funkciškai integruojantis siurblį ir hidraulinį variklį. Šis sprendimas geriau tinka mobilių mašinų hidraulinėms sistemoms. Firmų „Innas" ir „Volvo" atlikti tyrimai leidžia teigti, kad jo naudingumo koeficientas siekia 88 procentus.

                II.            Kokios galimybės pagerinti ekologinius hidraulinių pavarų parametrus?

Dauguma mokslininkų ir įmonių šioje srityje dirba dviem kryptimis:

ü  gerina darbo skysčių techninius ir ekologinius parametrus;

ü  mažina hidraulinių agregatų triukšmo lygį.

Labai intensyviai dirbama, ieškant pakaitalų mineralinei alyvai. Daugumoje Vakarų Europos valstybių šiuo metu hidraulinėse sistemose naudojama apie 10-25 proc. bioalyvų.

Kadangi kuriamos vis didesnės lyginamosios galios hidraulinės pavaros, jose naudojamiems darbiniams skysčiams keliami taip pat didesni reikalavimai.

Darbiniams skysčiams keliami reikalavimai

• Numatoma sukurti darbo skysčius, galinčius dirbti 80 ^oC temperatūroje, užtikrinant esamą arba net mažesnį senėjimo greitį.
• Kuriamos didelio klampos indekso universalios alyvos.
• Darbo skysčių ilgaamžiškumą numatoma didinti, gerinant jų filtravimą ir vandens redukavimą.

Didelė dalis mineralinių alyvų ateityje gali būti pakeista sintetiniais esteriais, kurie pasižymi geromis ekologinėmis savybėmis, didesniu terminiu ir antioksidaciniu stabilumu, lėkštesne klampos ir temperatūros charakteristika. Didesnė jų kaina gali būti kompensuota didesniu ilgaamžiškumu.

Kitos tyrimų kryptys, sprendžiant hidraulinių pavarų ekologines problemas: · hidraulinėse pavarose naudojamas vanduo; · kuriami tobulesni patikimesni sandarikliai ir sujungikliai.

Naudoti vandenį tradicinėse hidraulinėse sistemose negalima. Iš specialių medžiagų kuriami ir gaminami hidrauliniai agregatai, galintys dirbti su vandeniu. Šiuo metu kompanija „Danfoss" jau sukūrė hidraulines sistemas, kurių darbo skystis yra vanduo, o vardinis slėgis siekia net 14 Mpa.

Daugumos šiuo metu gaminamų siurblių ir hidraulinių variklių keliamas triukšmas viršija kitų mechanizmų ar agregatų triukšmo lygį. Ir tai yra viena iš rimtesnių problemų vis griežtesnių triukšmo lygį ribojančių pasaulinių standartų kontekste. Vienas tipiškiausių pavyzdžių - krumpliaratiniai siurbliai, kurie dėl savo konstrukcijos paprastumo ir pigumo labiausiai paplitę hidraulinėse sistemose. Triukšmo priežastis - palyginti didelė debito pulsacija, kurią lemia siurblio darbo procesas.

Kompanija „Bosch" sukūrė siurblius Silence, kuriuose sandarinamos abi krumplio pusės, t. y. juose hidraulinės sukibimo linijos ilgis (t) sumažėja dvigubai, taigi srauto pulsacijos dydis sumažėja 4 kartus.

Šis sprendimas reikalauja labai didelio krumpliaračių gamybos tikslumo. Standartinis krumpliaratinis siurblys, kurio darbo tūris yra 16 cm³, besisukdamas 2 000 min^-1 dažniu, priklausomai nuo slėgio sistemoje, skleidžia nuo 60 iki 67 dB(A) triukšmą, o tokio pat darbo tūrio Silence siurblys - atitinkamai tik 56 ir 62 dB(A).

             III.            Kokia elektrohidraulinių pavarų ir valdymo sistemų perspektyva?

Hidraulinių pavarų energinio efektyvumo klausimai sprendžiami nuo pat šių pavarų diegimo įvairiose srityse (mobiliose mašinose ir stacionarioje technologinėje įrangoje). Iš pradžių hidraulinių pavarų energinio efektyvumo parametrai buvo prastesni už mechaninių pavarų, su kuriomis visų pirma reikėjo konkuruoti. Ši konkurencinė kova buvo sėkmingai laimėta jau maždaug prieš du dešimtmečius, tačiau rezervai dar neišsemti, todėl tyrimai tęsiami toliau, vystomi ir tobulinami atskiri hidraulinių sistemų agregatai, randami vis nauji valdymo būdai (sistemos). Didelis kokybinis žingsnis pirmyn buvo apkrovą jaučiančių (Load sensing) valdymo sistemų sukūrimas, kuris leido gerokai sumažinti energijos nuostolius hidraulinėms sistemoms dirbant dalinės apkrovos režimais.

Tiesa, didžiausi energijos taupymo rezervai dar slypi būtent elektrohidraulinio pavarų valdymo srityje. Šiuo metu yra sprendžiami šie uždaviniai: · kuriamos reguliuojamo sūkių dažnio siurblių pavaros; · tobulinama pavarų struktūra; · kuriamos ir diegiamos skaitmeninio reguliavimo sistemos.

Labai ryškus tokio vystymo pavyzdys - mobilių mašinų hidrostatinės transmisijos. Labiausiai paplitusi visame pasaulyje hidrostatinė transmisija buvo sukurta praeito šimtmečio šeštajame dešimtmetyje (Sauer Sundstrand).

Per kelis dešimtmečius ji ne tik paplito viso pasaulio mobiliose mašinose (įskaitant taip pat įvairias jos modifikacijas), bet ir rankinė jos valdymo sistema šiuo metu jau pakeista automatine. Joje integruoti įvairiausi jutikliai, magistralinė ryšio sistema CAN Bus, programuojamieji loginiai valdikliai, diagnozavimo sistema ir panašiai.

A. Kirka

Mano ūkis, 2013/02