Ciągnik siodłowy i jego hydrauliczna oś – budowa i zasada działania

Elementem kluczowym dla połączenia naczepy z ciągnikiem siodłowym jest siodło. Nie stanowi ono sztywnego połączenia, ale umożliwia skręcanie naczepy względem ciągnika. Położenie siodła nad tylną, napędzaną osią lub osiami ciągnika sprawia, że część ciężaru naczepy jest na nie przenoszona.

Ciągniki siodłowe znajdują szerokie zastosowanie ze względu na swoje zalety w porównaniu do tradycyjnych samochodów ciężarowych. Mogą one przewozić większe obciążenia dzięki lepszemu rozłożeniu ciężaru na większą liczbę osi. Ponadto, zestawy z ciągnikiem siodłowym są zazwyczaj łatwiejsze w manewrowaniu niż porównywalnej długości zestawy z przyczepą. Ich uniwersalność polega na możliwości podłączenia różnorodnych typów naczep, przeznaczonych do transportu odmiennych ładunków. Jest to rozwiązanie korzystne ekonomicznie, ponieważ zamiast zakupu kolejnego samochodu z dedykowanym nadwoziem, wystarczy nabyć odpowiednią naczepę.

Firmy produkujące ciągniki siodłowe to między innymi...

Schemat układu ciągnik siodłowy - naczepa

Najbardziej typowy w Europie układ składa się z następujących elementów:

• 1. Ciągnik siodłowy
• 2. Naczepa (odłączalna)
• 3. Przedział silnika
• 4. Kabina
• 5. Część sypialna (nie występuje we wszystkich ciągnikach)
• 6. Owiewka
• 7. Zbiornik paliwa
• 8. Siodło
• 9. Przestrzeń ładunkowa

Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 70/2012 z dnia 18 stycznia 2012 r. w sprawie sprawozdań statystycznych w odniesieniu do transportu drogowego rzeczy stanowi ważny dokument dla sektora transportu drogowego rzeczy.

Zasada działania przekładni hydraulicznej

W tego typu pojazdach trakcyjnych moment obrotowy generowany przez silnik spalinowy jest przenoszony na zestawy kołowe za pośrednictwem przekładni głównej, która funkcjonuje jako automatyczna skrzynia biegów. Rozróżniamy przekładnie główne hydrodynamiczne (hydrokinetyczne) oraz hydromechaniczne, które łączą zasadę działania przekładni hydrodynamicznej z mechaniczną przekładnią zębatą.

Przekładnia główna automatycznie zmienia przełożenia (biegi), optymalizując je w zależności od obrotów silnika spalinowego. Sterowanie pracą przekładni realizowane jest przez sterowniki mikroprocesorowe, które analizują dane dotyczące zadanego przez maszynistę momentu rozruchowego, aktualnej prędkości jazdy, obrotów silnika spalinowego i innych parametrów.

Podstawową cechą przekładni hydraulicznej (hydrodynamicznej) jest brak sztywnego połączenia między wałem wejściowym a wyjściowym. Pozwala to na znaczące jej przeciążanie bez ryzyka uszkodzenia układu napędowego. W klasycznych mechanicznych skrzyniach biegów występuje sztywne połączenie, polegające na tarciu między kołami zębatymi i sprzęgłami. W przekładniach hydraulicznych wykorzystywana jest energia kinetyczna oleju hydraulicznego jako medium przenoszącego moment napędowy.

Przykładowe przekładnie główne mogą być montowane:

• 1. Niezależnie od silnika
• 2. Kołnierzowo z silnikiem

Budowa przekładni hydraulicznej

Przekładnia hydrauliczna składa się z dwóch podstawowych elementów: przetwornika hydraulicznego oraz sprzęgła (sprzęgieł) hydrokinetycznych, działających według zasady Fottingera. Zasada ta polega na połączeniu pracy pompy i turbiny za pomocą cieczy - oleju hydraulicznego. W omawianym typie przekładni stosuje się również przekładnie zębate (przekładnie hydromechaniczne), które współpracują z głównymi elementami hydraulicznymi w procesie przenoszenia napędu na koła jezdne. Tego typu przekładnie zapewniają łagodny rozruch, chronią układ przed przeciążeniem i umożliwiają przenoszenie dużych momentów obrotowych, jednak charakteryzują się niższą sprawnością w porównaniu do przekładni mechanicznych.

Przetwornik hydrauliczny

Przetwornik hydrauliczny to kluczowy element przekładni hydraulicznej, składający się z pompy (koła łopatkowego działającego jako pompa odśrodkowa), turbiny (również w postaci koła łopatkowego) oraz nieruchomej kierownicy. Wszystkie te elementy są szczelnie zamknięte w korpusie obudowy wewnątrz zespołu przekładni hydraulicznej.

• Koło pompy jest zamocowane na wale wejściowym przekładni, połączonym z silnikiem spalinowym.
• Turbina jest zamocowana na wale wyjściowym przekładni, odpowiedzialnym za przekazanie momentu obrotowego na zestaw kołowy.

Pompa, napędzana silnikiem spalinowym, wprawia w ruch olej hydrauliczny w korpusie przetwornika. Olej ten, przepływając przez łopatki kierownicy, oddziałuje na łopatki turbiny, wprawiając ją w ruch. Przepływ oleju między pompą a turbiną, a także przez łopatki kierownicy, powoduje zmianę parametrów energetycznych cieczy, co przekłada się na zmianę momentu obrotowego i prędkości turbiny w stosunku do pompy.

Poza dużą przeciążalnością w stosunku do przełożeń zębatych, układ ten charakteryzuje się samoczynnym dostosowywaniem momentu obrotowego turbiny do warunków jazdy, niezależnie od prędkości obrotowej i aktualnego momentu obrotowego pompy. W sytuacji jazdy pod górę, gdy turbina zwalnia z powodu wolniej obracających się kół jezdnych, pompa zachowuje stałą prędkość obrotową zadaną przez silnik. Ponieważ turbina i pompa nie są połączone sztywno, w tym momencie olej hydrauliczny z większą energią napiera na łopatki zwalniającej turbiny, zwiększając jej moment obrotowy w granicach sprawności przetwornika.

Załączenie przetwornika hydraulicznego następuje poprzez jego wypełnienie olejem hydraulicznym.

Sprzęgło hydrokinetyczne

Sprzęgło hydrokinetyczne ma budowę zbliżoną do przetwornika hydraulicznego, z tą istotną różnicą, że nie posiada koła łopatkowego kierownicy. Brak kierownicy oznacza, że sprzęgło nie realizuje zmiany momentu obrotowego, a jego funkcją jest jedynie łączenie lub rozłączanie napędu poprzez przenoszenie momentu obrotowego z wału wejściowego na wał wyjściowy. Po załączeniu sprzęgła, prędkości obrotowe koła łopatkowego pompy i turbiny są identyczne.

Załączenie sprzęgła hydrokinetycznego polega na wypełnieniu przestrzeni jego korpusu olejem hydraulicznym. Ruch pompy wprawia olej w ruch, napędzając tym samym łopatki turbiny. Rozłączenie sprzęgła następuje poprzez wypuszczenie oleju hydraulicznego lub zmniejszenie obrotów silnika poniżej prędkości obrotowej turbiny. W takiej sytuacji zmniejsza się napór oleju hydraulicznego na łopatki turbiny, uniemożliwiając przekazywanie momentu obrotowego.

W zależności od typu i przeznaczenia przekładni hydraulicznej, stosuje się w niej jeden lub dwa przetworniki hydrauliczne oraz jedno lub więcej sprzęgieł hydrokinetycznych. Odpowiednia konfiguracja tych elementów, wraz z różnymi gabarytami i kątami nachylenia łopatek, pozwala na uzyskanie różnych przełożeń prędkości obrotowej turbiny względem pompy. Każdy przetwornik i sprzęgło osiąga największą sprawność przy odpowiednim dla siebie przełożeniu.

Właściwa konfiguracja przełożeń hydraulicznych przekładni umożliwia osiągnięcie wysokiej sprawności całej przekładni. Działanie przetworników i sprzęgieł hydrokinetycznych polega na odpowiednim, sekwencyjnym napełnianiu i opróżnianiu ich korpusów olejem hydraulicznym, co powoduje załączanie kolejnych biegów i zwiększanie prędkości pojazdu. W danej fazie pracy (biegu) napełniony jest tylko jeden przetwornik lub sprzęgło hydrokinetyczne.

Napełnianiem i opróżnianiem elementów hydraulicznych steruje układ mikroprocesorowy. Olej hydrauliczny jest wtłaczany do przetworników/sprzęgieł samoczynnie, na podstawie pomiarów obciążenia i zadanej siły pociągowej, przez pompy hydrauliczne układu sterowania przekładni. Dzięki temu uzyskiwana jest wymagana siła pociągowa i prędkość jazdy.

Zastosowanie sprzęgieł i przetworników hydraulicznych ogranicza przenoszenie drgań promieniowych i osiowych, ponieważ sprzęgło działa jako kompensator tych sił. Brak elementów ciernych w sprzęgłach i przetwornikach wydłuża ich trwałość oraz zwiększa niezawodność układu.

Retarder hydrauliczny

Przekładnie hydrauliczne są często wyposażone w układ hamulca hydraulicznego, znany jako retarder lub zwalniacz hydrokinetyczny. Umożliwia on rozwijanie mocy hamowania przewyższającej moc napędową i działa na zasadzie sprzęgła hydrokinetycznego o zmiennym stopniu napełnienia. Główna różnica w stosunku do standardowego sprzęgła hydrokinetycznego polega na tym, że koło łopatkowe turbiny jest połączone z nieruchomym korpusem, co powoduje wytracanie momentu napędowego pompy przez nieruchomą turbinę.

W przekładniach głównych hydromechanicznych stosowany jest także retarder elektromagnetyczny.

Chłodzenie oleju hydraulicznego

Pracujący olej hydrauliczny w elementach przekładni nagrzewa się, co wymaga jego chłodzenia. Do tego celu służy chłodnica (wymiennik ciepła) zintegrowana z przekładnią. Przepływ oleju przez chłodnicę obniża jego temperaturę, po czym olej jest ponownie wtłaczany do przekładni. Olej hydrauliczny pracuje w obiegu zamkniętym.

Oś podnoszona w naczepie

Oś podnoszona w naczepie stanowi innowacyjne rozwiązanie, które znacząco wpływa na ekonomię, bezpieczeństwo i wydajność pojazdu ciężarowego.

Budowa i działanie osi podnoszonej

Podstawą konstrukcji jest rama nośna, na której montowana jest oś. Siłownik współpracuje z układem hydraulicznym lub pneumatycznym ciągnika, co umożliwia płynne podnoszenie i opuszczanie osi.

Korzyści z zastosowania osi podnoszonej

• Ekonomiczne zużycie paliwa i opon: Podczas jazdy z lekkim ładunkiem lub pustą naczepą, tradycyjna oś napędowa generuje dodatkowe opory toczenia. Redukcja liczby osi stykających się z nawierzchnią przyczynia się do mniejszego zużycia opon, co generuje realne oszczędności eksploatacyjne. Optymalizacja zużycia paliwa i mniejsza emisja spalin to również krok w kierunku ochrony środowiska.
• Zwiększona zwrotność i bezpieczeństwo: Wąskie uliczki miejskie, terminale portowe czy skomplikowane place przeładunkowe często wymagają precyzyjnych manewrów. Uniesienie osi, gdy pełne obciążenie nie jest potrzebne, pomaga ograniczyć nacisk na nawierzchnię i ułatwia manewrowanie.
• Lepsza przyczepność: W niektórych sytuacjach, takich jak jazda po nieutwardzonych drogach, opuszczenie dodatkowej osi może poprawić przyczepność.

Nowoczesne rozwiązania i przyszłość

Nowoczesne systemy osi podnoszonych są wyposażone w czujniki, które automatycznie decydują o ich uruchomieniu. Coraz częściej montuje się zaawansowane moduły ECU, które w czasie rzeczywistym analizują dane z sensorów i dostosowują pracę osi. Przyszłość przyniesie prawdopodobnie jeszcze lżejsze konstrukcje, dzięki zastosowaniu stopów aluminium, magnezu czy tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym. Innowacyjne zawieszenia pneumohydrauliczne potrafią dynamicznie reagować na warunki drogowe i obciążenie, automatycznie podnosząc lub opuszczając oś bez ingerencji kierowcy.

W codziennej eksploatacji kierowcy często korzystają z podnoszenia osi podczas manewrów na placach załadunkowych, poruszania się po terminalach czy wjazdu na nieutwardzone drogi. Dzięki zmniejszonemu zużyciu opon i paliwa, obniżonej liczbie napraw mechanicznych oraz lepszej przyczepności na różnych nawierzchniach, właściciele flot odnotowują istotne oszczędności.

Oś podnoszona w naczepie to technologia, która łączy komfort, bezpieczeństwo i oszczędność.

Kabina ciągnika siodłowego

Kabina samochodu ciężarowego to część nadwozia, wyposażona w urządzenia i przyrządy niezbędne do kierowania pojazdem. Jest ona zaprojektowana zarówno z myślą o komforcie podczas pracy, jak i o wypoczynku kierowcy.

Konstrukcja kabiny

Kabina składa się z metalowego szkieletu, obejmującego część przednią, dach i podłogę, połączone odpowiednim stelażem. Kluczowe elementy konstrukcyjne to:

• Belka nadokienna: Pozioma belka nad przednią szybą, stanowiąca górną część szkieletu nośnego.
• Belka nośna podłogi: Pozioma belka w dolnej części kabiny, usztywniająca podłogę i wzmacniająca szkielet.
• Belka podokienna: Płaska belka pod przednią szybą, łącząca słupki przednie.
• Belka progowa: Dolna boczna część szkieletu, łącząca słupki przednie, boczne i tylne z podłogą.
• Słupek przedni: Pionowy profil tworzący boczną ramę przedniej szyby.
• Słupek boczny: Pionowy profil tworzący boczną ramę drzwi kabiny.
• Słupek tylny: Pionowy profil z tyłu kabiny, stanowiący boczną część szkieletu.

Wyposażenie kabiny

Wnętrze kabiny jest wyposażone w elementy zapewniające ergonomię i bezpieczeństwo:

• Lusterka: Niezbędne do obserwacji otoczenia pojazdu.
• Kierownica: Powinna zapewniać płynne działanie i łatwy dostęp do przełączników. Kierownice wielofunkcyjne pozwalają na zarządzanie komputerem pokładowym i tempomatem.
• Fotel kierowcy: Powinien być wygodny, zapewniać stabilizację odcinka lędźwiowego i oferować regulację wysokości, kąta siedziska oraz oparcia.
• Deska rozdzielcza: Musi zapewniać czytelny odczyt informacji o pojeździe, takich jak prędkość, stan płynów, ewentualne usterki oraz dane z komputera pokładowego.

Rodzaje kabin

Rozróżnia się dwa główne typy kabin:

• Kabina wagonowa: Miejsce kierowcy i pasażerów znajduje się nad jednostką napędową.
• Kabina klasyczna (long nose): Charakterystyczna dla pojazdów amerykańskich, z miejscem kierowcy i pasażerów umieszczonym za silnikiem.

Kabiny samochodów ciężarowych muszą spełniać wymagania określone w przepisach prawa, dotyczące między innymi ich bezpieczeństwa i wyposażenia.

Rama ciągnika siodłowego

Rama pojazdu stanowi podstawę konstrukcji, przenosząc wszystkie siły wynikające z pracy układów samochodu i przewożonych ładunków. Służy do połączenia wszystkich podzespołów pojazdu.

Budowa ramy podłużnicowej

Rama podłużnicowa, powszechnie stosowana w samochodach ciężarowych, składa się z dwóch głównych podłużnic (długich belek) oraz poprzeczek, które je łączą. Zapewnia odpowiednią sztywność konstrukcji i chroni przed zginaniem.

• Podłużnice: Ułożone równolegle do osi podłużnej pojazdu, posiadają płaską powierzchnię górną ze wspornikami i otworami do mocowania podzespołów.
• Poprzeczki: Łączą podłużnice, często o specjalnie ukształtowanych przekrojach, zapewniających optymalny rozkład naprężeń. Mogą być łączone z podłużnicami poprzez nitowanie, spawanie lub połączenia śrubowe.

W miejscach szczególnie obciążonych stosuje się dodatkowe wzmocnienia, na przykład w postaci stalowych płyt. Konstrukcja ramy często jest projektowana tak, aby uzyskać jak najniższe położenie względem podłoża, co przekłada się na niższe położenie nadwozia.

Elementy mocowane do ramy

Do ramy mocowane są kluczowe układy i mechanizmy pojazdu:

• Silnik: Mocowany za pomocą wsporników i łączników metalowo-gumowych, które tłumią drgania.
• Skrzynia biegów i skrzynia rozdzielcza: Podobnie jak silnik, mocowane do ramy.
• Wał napędowy: Przenosi napęd z silnika do mostu napędowego.
• Most napędowy: Zespół elementów przenoszący moc na koła.
• Zawieszenie: Elementy łączące ramę z osiami jezdnymi i mostami napędowymi.
• Skrzynia ładunkowa: Mocowana za pomocą wsporników metalowych lub metalowo-gumowych.
• Urządzenia specjalne (np. cysterny, żurawie): Często montowane do ramy pośredniej, która usztywnia konstrukcję nośną i ułatwia montaż.

Rama pełni również funkcję nośną dla zbiorników paliwa, zbiorników sprężonego powietrza oraz elementów układu wydechowego.

W niektórych zastosowaniach, jak na przykład w podwoziach ciągników siodłowych, rama posiada specjalne mocowanie - siodło - służące do połączenia z naczepą. Siodło pełni funkcję łożyska ślizgowego, umożliwiając znaczny zakres manewrowości całego zestawu.

Układy hydrauliczne w pojazdach

Układy hydrauliczne stanowią integralną część wielu maszyn, od rolniczych i budowlanych, po wózki widłowe i sprężarki. W pojazdach ciężarowych, a w szczególności w ciągnikach siodłowych i rolniczych, odgrywają one kluczową rolę w przenoszeniu energii i sterowaniu różnorodnymi funkcjami.

Podstawowe elementy układu hydraulicznego

Działanie układów hydraulicznych opiera się na cieczach, najczęściej olejach hydraulicznych. Kluczowe komponenty to:

• Pompa hydrauliczna: Serce układu, generuje przepływ oleju pod ciśnieniem, niezbędny do działania systemu.
• Rozdzielacz: Steruje kierunkiem przepływu oleju do poszczególnych odbiorników.
• Siłowniki (liniowe lub obrotowe): Przekształcają energię hydrauliczną w ruch mechaniczny.
• Silniki hydrauliczne: Zamieniają energię hydrauliczną na ruch obrotowy.
• Zawory hydrauliczne: Kontrolują przepływ cieczy, regulują ciśnienie i zabezpieczają układ.
• Przewody hydrauliczne (węże): Transportują olej pod ciśnieniem między elementami układu.
• Zbiornik oleju: Magazynuje olej hydrauliczny.

Rodzaje układów hydraulicznych w ciągnikach rolniczych

W ciągnikach rolniczych wyróżnia się dwa główne typy układów hydraulicznych:

• Układ otwarty (Open Center, OC): Oparty na pompie zębatej o stałym wydatku. Pompa tłoczy olej w sposób ciągły, a nadmiar jest kierowany z powrotem do zbiornika przez zawór przelewowy. Jest to rozwiązanie prostsze i tańsze, ale mniej efektywne energetycznie.
• Układ zamknięty (Load Sensing, LS): Wykorzystuje pompę tłoczkową o zmiennym wydatku, która dostosowuje ilość tłoczonego oleju do aktualnego zapotrzebowania. Pompa "czuwa" w trybie gotowości, utrzymując minimalne ciśnienie. Dopiero przy potrzebie (np. ruszeniu joystickiem) błyskawicznie zwiększa wydatek i ciśnienie, dopasowując je do obciążenia. Jest to rozwiązanie bardziej zaawansowane, zapewniające oszczędność paliwa i dużą moc dostępną na żądanie.

Pompy LS są stosowane w ciągnikach o większych wymaganiach hydraulicznych (powyżej 110 l/min), gdzie pompa zębata mogłaby stanowić nadmierne obciążenie.

Zalety i wady układów

• Układ OC: Prostsza budowa, niższy koszt. Mniejsza efektywność energetyczna, ciągłe krążenie oleju.
• Układ LS: Wyższa efektywność energetyczna, oszczędność paliwa. Bardziej złożona budowa, wyższy koszt.

Układ LS umożliwia również wykorzystanie technologii Power Beyond, która pozwala na podłączenie maszyn wymagających stałego przepływu oleju lub informacji sterującej.

Najczęstsze usterki hydrauliki w ciągniku

Rolnicy najczęściej zgłaszają problemy związane z:

1. Podnośnik (TUZ) opada po zgaszeniu silnika: Przyczyna: zużyte uszczelnienia tłoka w siłowniku podnośnika lub nieszczelny zawór sterujący rozdzielacza.
2. Podnośnik szarpie przy podnoszeniu: Może być spowodowane zapowietrzeniem układu, problemami z pompą lub zaworem sterującym.
3. Hydraulika słabnie po rozgrzaniu: Klasyczny objaw zużycia pompy hydraulicznej. Rozgrzany olej jest rzadszy i ucieka przez wytarte szczeliny wewnątrz pompy (przecieki wewnętrzne).
4. Zanieczyszczenie oleju: Pożyczenie przyczepy od sąsiada z niepewnym olejem hydraulicznym może prowadzić do zanieczyszczenia układu w nowoczesnym ciągniku, co negatywnie wpływa na pracę pompy i innych elementów.

W przypadku awarii pomp hydraulicznych w nowoczesnych ciągnikach zachodnich, koszt ich naprawy może być bardzo wysoki.

Zawory hydrauliczne w ciągnikach

Zawory hydrauliczne dzielą się na:

• Sterowane mechanicznie: Posiadają dźwignie do obsługi.
• Sterowane elektrohydraulicznie: Załączane poprzez przełączniki lub przyciski, oferują większy komfort i zaawansowane funkcje.

Zaawansowane funkcje zaworów elektrohydraulicznych:

• Sterowanie z błotnika: Umożliwia wygodną obsługę podczas agregowania maszyn.
• Programowanie sekwencji: Możliwość zaprogramowania serii czynności (np. podczas pracy z pługiem na uwrociu) pod jednym przyciskiem.
• Ustalanie wydatku zaworu: Regulacja przepływu oleju, np. w celu sterowania obrotami silnika hydraulicznego w siewniku.
• Pozycja pływająca: Otwiera oba złącza gniazda hydraulicznego, umożliwiając swobodne ruchy siłownika (przydatne np. w kosiarkach kopiujących teren).
• System luzowania ciśnienia: Umożliwia szybkie rozładowanie ciśnienia w przewodach hydraulicznych.

W ciągnikach z monitorem CEBIS możliwe jest precyzyjne sterowanie zaworami, w tym ustawienie charakterystyki rozruchu (łagodny start) oraz priorytetu dla wybranych gniazd hydraulicznych.

Zawory mogą być jednostronnego lub dwustronnego działania, co pozwala na dostosowanie do potrzeb konkretnych maszyn (np. kiprowania przyczepy). Systemy takie jak "kick out" w zaworach mechanicznych automatycznie powracają do pozycji neutralnej po zakończeniu cyklu pracy, co zwiększa bezpieczeństwo i komfort operatora.

Budowa suwaków w rozdzielaczach hydraulicznych z ujemnym przekryciem zapobiega gwałtownym skokom ciśnienia, chroniąc pompę i maszynę. Niektóre zawory są dostarczane jako "zero leakage" (bez przecieków) dla aplikacji wymagających stałej pozycji.

Układ hydrauliczny w ciągniku rolniczym jest kluczowym elementem wpływającym na jego funkcjonalność i efektywność pracy.

tags: #ciagnik #siodlowy #hydrauliczna #os