Hydraulika w ciągniku rolniczym: typy, usterki i diagnostyka

Wprowadzenie do układów hydraulicznych w ciągnikach

Zanim kupimy ciągnik rolniczy, warto go skonfigurować w taki sposób, by odpowiadał naszym potrzebom. Jednym z ważniejszych elementów jest układ hydrauliczny, umożliwiający zasilanie maszyn towarzyszących. Prawidłowe skonfigurowanie układu hydraulicznego w ciągniku będzie miało wpływ na wydajną pracę maszyn towarzyszących z nowym traktorem.

Współczesny ciągnik to już nie tylko „koń pociągowy” służący do ciągnięcia pługa, to również mobilna elektrownia hydrauliczna. Technologia w rolnictwie wykonała gigantyczny skok - od prostych pomp zębatych w poczciwych Ursusach C-360, przeszliśmy do zaawansowanych systemów Load Sensing sterowanych komputerowo w maszynach takich marek jak John Deere, Fendt, Claas czy New Holland.

Rodzaje układów hydraulicznych w ciągnikach

We współczesnych ciągnikach wyróżniamy dwa podstawowe układy hydrauliczne: zamknięty (Load Sensing - LS) i otwarty (Open Center - OC).

Układ otwarty (Open Center - OC)

Układ otwarty bazuje na pompie zębatej o stałym wydatku. Pompa pracuje non-stop, tłocząc stałą ilość oleju. Gdy nie używasz hydrauliki, olej krąży w kółko i wraca do zbiornika. Układ otwarty z pompą hydrauliczną o stałym wydatku posiada konkretną wydajność przy każdym obrocie silnika. Zatem im większe obroty motoru, tym większy zakres pracy pompy.

Układ zamknięty (Load Sensing - LS)

Układ zamknięty wykorzystuje pompę osiowo-tłoczkową ze zmiennym wydatkiem. Jest to „inteligentna” hydraulika, gdzie pompa tłoczkowa „czuwa” w trybie gotowości, utrzymując minimalne ciśnienie. Dopiero gdy operator ruszy joystickiem, pompa błyskawicznie zwiększa wydatek i ciśnienie, dopasowując je idealnie do obciążenia. Zalety tego rozwiązania to oszczędność paliwa i ogromna moc dostępna na żądanie.

Mity i fakty dotyczące wydajności

Emil Kaźmierczak, ekspert marki Claas, zwraca uwagę, że opinia iż układ LS jest szybszy od OC to zwykły mit. Przy tym samym sprzęcie założonym do identycznego traktora pompy miałyby podobny wydatek i szybkość pracy. Pompa typu LS będzie pracować podobnie do OC, a regulacja tego rodzaju pomp odbywa się tylko w zakresie ograniczenia wydatku, co w efekcie może dać zmniejszenie zużycia paliwa, ale nie zwiększenie wydajności. Jeśli wydatki pomp przewyższają 110l/min, zazwyczaj montuje się pompy typu LS.

System Power Beyond

System LS przyda się przy maszynach wymagających układu Power Beyond. Oczywiście tego rodzaju sprzęt może zostać podpięty również do ciągnika z pompą zębatą - wówczas będą wykorzystywane dwa przewody. Jeśli będziemy dysponować ciągnikiem wyposażonym w pompę o zmiennym wydatku, do dwóch przewodów dojdzie trzeci, tzw. sterujący. Wówczas traktorzysta nie załącza stałego przepływu (jak w przypadku pomp OC), bowiem maszyna wykorzystująca system Power Beyond (w przypadku ciągników Claas będzie to np. przyczepa Cargos) wyśle informację (spadek ciśnienia na przewodzie sterującym) o otwieraniu klapy. Po podniesieniu klapy maszyna wyśle informację, że zapotrzebowanie na olej zmalało i przejdzie w stan oczekiwania.

Kluczowe elementy układu hydraulicznego

Choć układy różnią się stopniem skomplikowania, ich trzon pozostaje niezmienny. Typowy układ hydrauliki w ciągniku składa się z kilku elementów, które muszą ze sobą współpracować:

• Pompa hydrauliczna - serce układu, wytwarza przepływ (litry/min). W starszych i mniejszych ciągnikach to zazwyczaj proste pompy zębate (tanie w zakupie).
• Rozdzielacz - kieruje strumień oleju tam, gdzie chce operator. W większości prostych układów zasilanie z pompy idzie na P (pressure), powrót do zbiornika na T (tank), a odbiornik (siłownik) podpinasz do A i B.
• Zbiornik oleju (czasem wspólny ze skrzynią biegów i hydrauliką)
• Filtry
• Przewody (ssawne, ciśnieniowe i powrotne)
• Zawory bezpieczeństwa
• Odbiorniki (siłowniki, silniki hydrauliczne).

Zawory sterujące (mechaniczne i elektrohydrauliczne)

W ciągnikach występują zawory sterowane mechanicznie i elektrohydraulicznie. Jak łatwo się domyślić, zawory elektrohydrauliczne są dla operatora bardziej praktyczne i łatwiejsze w obsłudze. Kolejną, chyba ważniejszą funkcją omawianych zaworów jest możliwość ich programowania do systemu zarządzania narzędziem np. na uwrociach. W przypadku zaworów sterowanych elektronicznie operator nie ma do dyspozycji mechanicznych blokad w pozycji wydatku ani funkcji "kick out", określa natomiast czas działania przepływu po dotknięciu przycisku od danego zaworu.

W przypadku zaworów mechanicznych operator na końcu pola musi wykonać szereg czynności ręcznie. W przypadku hydrauliki sterowanej elektrohydraulicznie możemy zaprogramować tego rodzaju czynności pod dwoma przyciskami, a ciągnik wykona je za nas, co oczywiście korzystnie wpływa nie tylko na komfort pracy, ale także na jej czas. Do korzyści mogą dochodzić także bardziej zaawansowane funkcje, które są zależne od producenta.

W przyczepach z opcją kiprowania, która wymaga podłączenia tylko jednego przewodu hydraulicznego, przydatna bywa możliwość zamienienia gniazda hydraulicznego, z działania dwustronnego na jednostronne.

Typowe problemy i objawy usterek hydrauliki

Rolnicy najczęściej zgłaszają się do serwisu z kilkoma powtarzającymi się problemami z hydrauliką:

1. Podnośnik (TUZ) opada po zgaszeniu silnika

Najczęstszymi niedomaganiami układu hydraulicznego są sytuacje, w których podnośnik nie podnosi, znacznie spada jego udźwig, lub ramiona opadają w niekontrolowany sposób. Praca takim ciągnikiem nie jest wskazana. Przyczyną może być zużyte uszczelnienie tłoka w siłowniku podnośnika lub nieszczelny zawór sterujący rozdzielacza. Nieszczelność tłoka w cylindrze wpływa zarówno na wolne podnoszenie ramion podnośnika, jak i szybkie jego opadanie. Szybkie opadanie ramion podnośnika może wskazywać na konieczność wymiany uszczelek cylindra, które zużywają się najszybciej.

Inne objawy to sytuacja, gdy po podniesieniu narzędzia do góry, narzędzie opada do połowy natychmiast po zwolnieniu dźwigni podnośnika. Problem ten może utrzymywać się niezależnie od ustawienia regulacji (pozycyjna, siłowa, mieszana). Często towarzyszy temu cofanie się dźwigni o kilka centymetrów. Takie zachowanie często wskazuje na problemy ze sterowaniem rozdzielaczem wewnątrz tzw. "plecaka" (obudowy podnośnika), gdzie dźwignia w regulacji pozycyjnej powinna być nieruchoma i odpowiadać stałej wysokości ramion. Możliwe jest również, że mechanizm dźwigni jest źle złożony lub występuje problem z regulacją cięgna uruchamiającego rozdzielacz.

2. Podnośnik szarpie przy podnoszeniu

Szarpnięcia podnośnika również mogą być spowodowane nieszczelnościami, które prowadzą do dostawania się powietrza do układu.

3. Hydraulika słabnie po rozgrzaniu / Ciągnik jęczy z podłączoną hydrauliką

Gdy ciągnik słabo podnosi, a problem nasila się na ciepłym oleju, natomiast na zimnym pracuje lepiej, często wskazuje to na zużycie pompy hydraulicznej. Objawem towarzyszącym może być głośna praca pompy podczas podnoszenia, potocznie zwana „wyciem pompy” pracującej pod ciśnieniem. Rozgrzany olej jest rzadki i ucieka przez szczeliny wytarte wewnątrz pompy (przecieki wewnętrzne). Podobne problemy mogą dotyczyć także kipera. Należy zwrócić uwagę, czy olej nie jest zmętniony i spieniony, ponieważ to również może być objawem nieszczelności przy pompie, która zasysa powietrze. Jeśli olej w skrzyni biegów staje się biały, burzy się i przypomina "kawę z mlekiem", może to wskazywać na uszkodzenie simeringu na pompie, co powoduje zasysanie powietrza do układu i w konsekwencji słabe podnoszenie.

Przykład diagnostyki: Problem z hydrauliką w Ursusie C-330

Użytkownik zgłosił problem z hydrauliką w Ursusie C-330 po wymianie pompy hydraulicznej na wzmocnioną 24 l, oleju na Hipol i filtra. Po uruchomieniu silnika pompa wyła, tur podnosił gorzej niż na oryginalnej pompie 18 l, a maszt hydrauliczny na tył w ogóle nie podnosił lub podnosił tylko na chwilę. Rozdzielacz na błotniku, nieużywany przez około 20 lat, także nie działał poprawnie.

Początkowo podejrzewano nieszczelność na wejściu pompy (kolanko wchodzące do korpusu skrzyni) oraz problemy z rozdzielaczem. Po dalszej diagnostyce, przyczyną problemu okazał się brak uszczelki na wejściu pompy. W miejscu, gdzie powinny znajdować się dwie uszczelki w simeringu (mniejsza i pod nią większa), brakowało tej większej. To właśnie brak tej uszczelki był źródłem nieszczelności, prowadzącej do zasysania powietrza, spienienia oleju i w konsekwencji głośnej pracy pompy oraz nieprawidłowego działania całego układu hydraulicznego.

Warto pamiętać, że wyjąca pompa stawia opór silnikowi, tj. obciąża go, co może prowadzić do spadku obrotów silnika.

4. Podnośnik nie podnosi lub ma obniżony udźwig

Może to być wynikiem niewystarczającego poziomu oleju w skrzyni przekładniowej. Charakterystyczny szum pracy pompy hydraulicznej, potocznie zwany „wyciem pompy”, jest sygnałem niewystarczającego poziomu oleju.

5. Podnośnik nie opuszcza narzędzia

Problem polegający na tym, że podnośnik nie chce opuszczać narzędzia, niezależnie od tego, czy silnik pracuje, czy nie, może wskazywać na zablokowanie lub zanieczyszczenie w układzie rozdzielacza.

6. Problemy z dźwignią przełączania podnośnik/TUR

Jeśli dźwignia od przełączania z podnośnika na tura "ucieka z pozycji" i nic jej nie trzyma, problem często leży w zapadce. W tej zapadce znajdują się małe kuleczki, które blokują dźwignię, a które mogły się zapiec i przestały trzymać.

7. Mieszanie olejów i jego skutki

Typowy scenariusz to pożyczenie przyczepy od sąsiada, który używa starego ciągnika zalanego tanim olejem. Podpinasz przewody hydrauliczne do swojego nowoczesnego ciągnika i w momencie wywrotu (kiprowania), stary olej z siłownika przyczepy miesza się z Twoim olejem wysokiej klasy. Może to prowadzić do poważnych uszkodzeń pompy tłoczkowej, której koszt naprawy może wynosić od kilku do kilkunastu tysięcy złotych w maszynach zachodnich.

Rola i jakość oleju hydraulicznego

Podstawy prawidłowej pracy układu hydraulicznego

Niezawodność układu hydraulicznego ciągnika zależy w głównej mierze od czystości oleju. W ciągnikach takich jak Ursus C-360 podnośnik hydrauliczny zasilany jest olejem, który znajduje się w skrzyni biegów i tylnym moście.

Rodzaje olejów

W Ursusach C-360 i pozostałych ciężkich Ursusach układy hydrauliczne wypełnia się olejem wielosezonowym Hipol 6 (80W GL-4). Choć w tamtych czasach był on dopuszczony do stosowania jako ciecz hydrauliczna, dopiero na przełomie lat 80/90 powstał Agrol U (80W GL-4 ISO100), który jest pełnowartościowym olejem hydrauliczno-przekładniowym. Olej przekładniowy (np. Hipol GL-4 80W-90) w temperaturach ok. 0°C jest za gęsty i stąd może wynikać oporna praca hydrauliki. Jeśli TUR i podnośnik to najważniejsze zastosowanie ciągnika, powinno się stosować oleje UTTO klasy 80W (wspomniany Agrol U) lub dedykowane oleje hydrauliczno-przekładniowe.

Zanieczyszczenia i ich wpływ

Po pewnym okresie użytkowania podnośnika następuje obniżenie właściwości smarnych oleju, zwłaszcza w warunkach podwyższonych temperatur i dużych ciśnień. W oleju pojawiają się zanieczyszczenia, będące wynikiem zużycia współpracujących części, utleniania itp. Badania wykazały, że około 90% awarii układów hydraulicznych jest spowodowanych zanieczyszczeniami.

Wymiana i przechowywanie oleju

Z tego względu konieczna jest okresowa wymiana oleju w terminach przewidzianych instrukcją obsługi lub w innych sytuacjach, np. przy wymianie rozdzielacza. Prawidłowa eksploatacja ciągników i maszyn rolniczych wymaga właściwej gospodarki olejowej, obejmującej dobór oleju, jego prawidłowe przechowywanie, napełnianie układów hydraulicznych, dodatkową filtrację i chłodzenie.

Diagnostyka i usuwanie usterek

Wskazówki diagnostyczne i częste błędy

1. Sprawdź poziom oleju: Pierwszym krokiem zawsze jest sprawdzenie poziomu oleju w skrzyni przekładniowej. Bardzo często przyczyną niesprawności podnośnika są znaczne ubytki oleju, powstałe przez wycieki z siłowników przyłączanych do zewnętrznych obwodów hydrauliki ciągnika.
2. Obserwuj opadanie ramion: Zwróć uwagę, czy ramiona podnośnika opadają samoczynnie i w jakim tempie po zgaszeniu silnika. Jeśli podnośnik nie opada po zgaszeniu ciągnika, oznacza to, że siłownik i rozdzielacz są prawdopodobnie sprawne.
3. Sprawdź ciśnienie: Zmierz maksymalne ciśnienie na wyjściach zewnętrznych. Jeśli jest w porządku, oznacza to, że pompa, jej zawór bezpieczeństwa, rurka i suwak hydrauliki zewnętrznej, tulejki łączące na talerzu i plecaku oraz rurka są w porządku, a winy należy szukać w rozdzielaczu podnośnika i cylindrze.
4. Test pompy w Ursusie C-360: Aby sprawdzić pompę, zapnij 5. bieg, wajchę reduktora ustaw na luz, a wajchę pompy maksymalnie do tyłu (wyżej niż obroty zależne WOM, 4. pozycja) i zobacz, czy ciągnik podnosi żwawiej.
5. Nie wymieniaj w ciemno: Pompa jest zaraz po rozdzielaczu najdroższym elementem układu. Zamiast od razu wymieniać pompę, warto przeprowadzić dokładną diagnostykę, aby uniknąć niepotrzebnych kosztów.

Diagnostyka zaczyna się od pomiarów: ciśnienie (manometr) i w miarę możliwości przepływ (przepływomierz).

Szczegółowe procedury naprawcze

Kontrola i wymiana uszczelnień cylindra

Gdy podnośnik w dalszym ciągu nie pracuje prawidłowo po sprawdzeniu poziomu oleju, należy go zdemontować i skontrolować stan jego elementów składowych. Uszczelnienie tłoka stanowią dwie gumowe uszczelki i żeliwny pierścień, które po długotrwałej eksploatacji wymagają wymiany. Gumowe pierścienie najczęściej są pozawijane, poszarpane, a ścianki zbyt cienkie. Przy wymianie nowych uszczelniaczy należy zwrócić uwagę na ich prawidłowe założenie - „rowkiem" skierowanym do denka tłoka. Należy również poddać kontroli wewnętrzną powierzchnię cylindra i zwrócić uwagę, czy jego wnętrze nie nosi śladów zarysowania lub odkształcenia. Drobne rysy można delikatnie przeszlifować, a przy wyraźnych zarysowaniach lub korozji należy wymienić cylinder na nowy.

Diagnostyka i naprawa rozdzielacza hydraulicznego

Rozdzielacz hydrauliczny odgrywa bardzo ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu układu hydraulicznego, będąc precyzyjnym urządzeniem. Możliwości naprawy we własnym zakresie są ograniczone, a jego remontem kapitalnym najczęściej powinien zająć się specjalistyczny zakład. Zdarza się jednak, że nie ma potrzeby oddawania rozdzielacza do pełnej naprawy od razu. Wymieniając jedynie pierścienie uszczelniające, czyli tzw. O-ringi, można doprowadzić podnośnik do stanu używalności. Jeśli to nie pomoże, trzeba zainstalować nowy lub regenerowany rozdzielacz. Możliwe jest również, że rozdzielacz zacina się z powodu zanieczyszczeń; w takim przypadku warto spróbować go rozebrać i wyczyścić, sprawdzając przy okazji filtr oleju od hydrauliki.

Warto również sprawdzić przewód od pompy do rozdzielacza, gdyż tam może występować spadek ciśnienia, powodujący, że olej sika z powrotem do zbiornika.

Wymiana i konserwacja pompy hydraulicznej

Nie należy od razu zakładać, że przyczyną problemów jest uszkodzona lub zużyta pompa zębata, jednak jeśli inne elementy zostały wykluczone, może być ona winowajcą. Jeśli przyczyną niesprawności podnośnika hydraulicznego jest zużyta pompa, należy ją zdemontować, uprzednio spuszczając olej ze skrzyni przekładniowej. Wymontowane części pompy należy umyć i dokładnie obejrzeć, zwłaszcza siatkę filtru, którego obudowę można rozkręcić. Zamontowanie nowej pompy należy przeprowadzić w odwrotnej kolejności do demontażu, pamiętając o wymianie wszystkich uszczelek. Warto pamiętać, że samo wymiana pompy może nie rozwiązać problemu, jeśli uszkodzony jest również towarzyszący jej zaworek bezpieczeństwa.

Czyszczenie i wymiana filtrów

Olej w układzie hydraulicznym, szczególnie w ciągnikach Ursus C-360, może być zanieczyszczony opiłkami od kół zębatych w przekładni. Filtr ten znajduje się w obudowie podnośnika tuż pod siedzeniem operatora. Aby zabezpieczyć nową pompę przed zbyt przyspieszonym zużyciem, trzeba oczyścić filtr magnetyczny, najlepiej suchą szmatką, a sitko w czystej benzynie. Ważne jest systematyczne czyszczenie filtru magnetycznego, gdyż jego nadmierne zanieczyszczenie może powodować odrywanie się opiłków, które powtórnie trafią do układu. Jeśli filtrowi magnetycznemu towarzyszy wymienny wkład, to po czasie przewidzianym w instrukcji należy zastąpić go nowym. Nie jest wskazane mycie wkładów papierowych, bo można łatwo przebić bibułę filtracyjną.

Zaawansowane funkcje i aspekty bezpieczeństwa

Programowanie zaworów elektrohydraulicznych

Dzięki programowaniu zaworów elektrohydraulicznych, możliwe jest zaprogramowanie sekwencji czynności (np. na uwrociach) pod dwoma przyciskami, co znacznie usprawnia pracę i zwiększa komfort operatora.

System "kick out" i pozycja pływająca

W przypadku zaworów mechanicznych będzie odbywać się ciągły przepływ oleju - w ciągnikach Claas poprzez blokadę dźwigni w pozycji wydatku lub poprzez system samoczynnego odblokowania po osiągnięciu wysokiego ciśnienia (kick out). Dźwignia sterująca pozostanie w położeniu wydatku do momentu, aż zadana czynność zostanie zakończona (siłownik osiągnie skrajną pozycję) lub operator przesunie dźwignię.

Zawory sterowane mechanicznie mogą być wyposażone w pozycję pływającą. Wówczas obydwa złącza jednego gniazda hydraulicznego są otwarte i połączone ze sobą. W praktyce siłownik porusza się swobodnie i bywa to przydatne w przypadku maszyn, które mają kopiować teren (np. pługi). Opcja ta przydaje się także podczas podłączania i odłączania przewodów hydraulicznych, gdyż załączenie pozycji pływającej powoduje spadek ciśnienia. W przypadku, gdy zawory hydrauliczne nie posiadają pozycji pływającej, konieczne jest zgaszenie ciągnika, a następnie poruszanie dźwignią w celu zluzowania ciśnienia hydraulicznego.

W ferworze pracy bywa, że zapomni się przed wyjściem włączyć pozycję pływającą. W takim przypadku bardzo przydatnym rozwiązaniem, dostępnym np. w Claas Arion 500 i wyższych seriach, jest system luzowania ciśnienia za pomocą dźwigni umieszczonych bezpośrednio na złączach hydraulicznych.

Zawory bezprzeciekowe (zero leakage)

Budowa rozdzielaczy hydraulicznych, a dokładnie ich suwaków, oparta jest na przekryciu ujemnym. W momencie przesterowania, czyli załączenia zaworu hydraulicznego lub zmiany kierunku przepływu oleju, nie następuje gwałtowny skok ciśnienia i nie powstają uderzenia hydrauliczne. Ma to jednak wadę polegającą na delikatnym upuszczaniu ciśnienia hydraulicznego. Dlatego niektóre zawory dostarczane są jako bezprzeciekowe (tzw. zero leakage), dla maszyn, które wymagają stałej pozycji, np. podnośnik.

Podłączanie silników hydraulicznych i TUR-ów

Silnik hydrauliczny (np. napęd szczotki, rozdrabniacza, przenośnika) wymaga szczególnej uwagi, bo pracuje w sposób ciągły i jest wrażliwy na ograniczenia na powrocie. Dla wielu zastosowań potrzebujesz pełnego, swobodnego powrotu (tzw. wolny spływ). Nie prowadź powrotu przez zbyt wąskie szybkozłącza i przewody, jeśli producent wymaga wolnego spływu. Zabezpieczenie przed kawitacją jest ważne, gdyż szybkie odcięcie przepływu lub praca pod obciążeniem może powodować podciśnienie po stronie ssącej silnika. W układach z TUR-em trzy sekcje zwykle obsługują: podnoszenie, przechylanie oraz trzecią funkcję (np. chwytak, krokodyl). Ładowacz lubi przepływ, ale jednocześnie jest wrażliwy na dławienie powrotu (grzanie oleju).

Zasady bezpieczeństwa pracy z hydrauliką

Hydraulika pracuje pod wysokim ciśnieniem. Należy zawsze przestrzegać zasad bezpieczeństwa podczas obsługi i diagnostyki układów hydraulicznych, aby uniknąć wypadków i uszkodzeń sprzętu.

tags: #ciagnik #jeczy #z #podlaczona #hydraulika