Traktorek z napędem hydrostatycznym: zasada działania i zastosowania

Wybierając kosiarkę samojezdną, użytkownicy mają do wyboru trzy główne typy urządzeń: ridery, traktory oraz kosiarki ZHT o zerowym promieniu skrętu. Maszyny te różnią się nieznacznie obsługą, umiejscowieniem noży tnących i przeznaczeniem. Wśród dostępnych rozwiązań, traktorki z napędem hydrostatycznym zyskują na popularności dzięki wygodzie użytkowania i precyzji sterowania.

Historia i ewolucja przekładni hydrostatycznych

Poszukiwanie idealnego sposobu przenoszenia napędu wraz z możliwością zmiany przełożenia podczas pracy wymagało od konstruktorów pomysłowości. W latach 60. ubiegłego stulecia przekładnie hydrostatyczne trafiły do maszyn, stając się w pełni użytecznymi produktami. Amerykański potentat maszyn budowlanych, Caterpillar, oraz International Harvester, wprowadzili ten rodzaj układu przeniesienia napędu, znacząco poprawiając komfort pracy. Nowinka ta wzbudzała zazdrość innych koncernów i była marzeniem traktorzystów, którzy mieli dość zgrzytających kół czy kłopotliwych synchronizatorów.

Mimo zalet, takich jak prostota budowy i całkiem przyzwoita niezawodność, pierwsze hydrostaty miały pewne niedogodności. Charakterystyczny dźwięk towarzyszący pracy pompy na wysokich obrotach, znacznie większe zużycie paliwa oraz problemy z rozruchem w mroźne zimy sprawiły, że nowy napęd, mimo wysokiego komfortu pracy, nie zyskał wówczas dużego uznania. Rozwiązanie na dobre powróciło do użytku na początku lat 80., stając się nieodzownym elementem wielu maszyn rolniczych, zwłaszcza kombajnów zbożowych. Producenci docenili możliwość dopasowania prędkości i kierunku jazdy bez zmiany biegów oraz uproszczenie budowy maszyn.

Zasada działania przekładni hydrostatycznej

Podstawy mechanizmu

W przypadku przekładni hydrostatycznej nie mamy do czynienia z bezpośrednią współpracą ruchomych elementów. Medium, które pośredniczy w przepływie mocy, to olej hydrauliczny, zaś sam przepływ jest możliwy dzięki różnicy ciśnień pomiędzy pompą a silnikiem hydraulicznym. Przekładnia hydrostatyczna składa się z pompy hydraulicznej oraz silnika hydraulicznego, połączonych przewodami w zamkniętym obiegu. Pompa przekształca energię mechaniczną na ciśnienie cieczy roboczej, która następnie napędza silnik, generując moment obrotowy. Całość uzupełniają zawory sterujące oraz układy chłodzenia i filtracji, które zapewniają sprawne i bezpieczne działanie przekładni w zmiennych warunkach pracy.

Typy pomp w przekładniach hydrostatycznych

Jednym z elementów układu hydrostatycznego jest pompa. Może to być pompa zębata, choć takie rozwiązanie jest obecnie stosowane niezbyt często. Wynika to głównie z jej niższej sprawności w porównaniu z pompami wielotłoczkowymi, spowodowanej stosunkowo niewielkimi ciśnieniami. W przypadku pomp zębatych, nie ma możliwości regulowania wydatku, czyli ilości cieczy pompowanej w czasie jednego obrotu. Sprawność pompy zębatej nie jest stała w całym zakresie obrotów, co sprawia, że takie pompy pracują zazwyczaj przy stałych obrotach silnika, co z kolei wpływa na podwyższone zużycie paliwa. Rozwiązania z pompami zębatymi znajdziemy głównie w najmniejszych maszynach.

Rozwinięciem prostego hydrostatu jest zamiana pompy zębatej na taką, która umożliwia zmianę wydatku, np. pompę wielotłoczkową z wychylną tarczą lub wirnikiem. Budowa takiej pompy jest znacznie bardziej skomplikowana i droższa. Głównym czynnikiem decydującym o cenie jest właśnie możliwość regulowania wydatku. Wychył tarczy lub wirnika jest tu najistotniejszą sprawą, bowiem od stopnia wychylenia zależy pojemność komory, w której pracuje tłoczek, a co za tym idzie - również ilość oleju, jaką pompa będzie podawała na każdy swój obrót.

Regulacja i automatyka

Wymiana jednego z komponentów na taki, w którym możemy regulować wydatek niezależnie od obrotów pompy (i napędu, czyli silnika), pozwala na wyeliminowanie części wad rozwiązania z pompą zębatą. Możemy zmieniać przełożenie (prędkość jazdy) wyłącznie za pomocą wychylania tarczy pompy, a zatem obroty silnika spalinowego można ustawić na stałym, ekonomicznym poziomie, zwiększając je tylko wtedy, gdy potrzebujemy więcej mocy. Jeżeli dołożymy do tego elementy automatyki (czujniki, komputer sterujący), maszyna może sama dostosowywać prędkość silnika i przełożenie przekładni zgodnie z wymaganiami operatora. Układ taki dysponuje znacznie większym ciśnieniem, a co za tym idzie - momentem obrotowym możliwym do uzyskania na kołach.

Możemy spotkać rozwiązania, w których w każdym kole znajduje się motor zintegrowany w piastę. Napęd z silnika hydraulicznego może także trafiać na klasyczny most napędowy, wtedy jeden silnik napędza całą oś. Pomiędzy silnikiem a mostem może znaleźć się dodatkowy reduktor zwiększający zakres prędkości, w piastach mogą także być zainstalowane zwolnice. Sama przekładnia może być wyposażona w kilka pomp zasilających, dzięki którym uzyskuje się kolejne zakresy pracy. Popularnym rozwiązaniem jest układ, w którym zarówno silnik, jak i pompa dysponują nastawnymi elementami, dzięki którym możemy regulować chłonność i wydatek. Zmienna chłonność silnika hydraulicznego umożliwia samoczynne dopasowanie się do warunków terenowych. Jeżeli podczas jazdy z ustaloną prędkością maszyna nagle trafi na grząski grunt, wzniesienie lub inną przeszkodę, która spowoduje zwiększone zapotrzebowanie na moment, silnik hydrauliczny sam dostosuje wychylenie tarczy tak, aby sprostać oporom.

Zalety przekładni hydrostatycznych

Przekładnie hydrostatyczne w ciągnikach komunalnych i traktorkach oferują szereg korzyści:

• Wyjątkowy komfort pracy: Dzięki płynnej regulacji prędkości i intuicyjnej obsłudze.
• Bezstopniowa regulacja prędkości: Operator może swobodnie dostosowywać tempo pracy do warunków i aktualnego zadania bez przerywania jazdy czy manipulowania pedałem sprzęgła.
• Łatwość obsługi: Sterowanie ciągnikiem z przekładnią hydrostatyczną przypomina jazdę pojazdem z automatyczną skrzynią biegów, co czyni je bardziej przyjaznymi również dla mniej doświadczonych użytkowników.
• Płynność manewrowania: W zastosowaniach komunalnych, gdzie ciągniki często operują na ograniczonej przestrzeni, przekładnie hydrostatyczne umożliwiają płynną zmianę kierunku poruszania się w przód i w tył bez potrzeby zatrzymywania się.
• Redukcja zużycia podzespołów: Płynne manewry zmniejszają obciążenie mechaniczne.
• Wysoki moment obrotowy: Przekładnia hydrostatyczna zapewnia bardzo płynny i delikatny rozbieg maszyny, jak i wysoki moment obrotowy.
• Hamowanie i odzyskiwanie energii: Hamowanie pozwala po części odzyskiwać energię, zmniejszając zużycie hamulców, jak i ułatwiać precyzyjne podjazdy maszyną do wyznaczonego miejsca.
• Proste zabezpieczenie przed przeciążeniem: Wystarczy wyposażyć układ w kilka zaworów maksymalnych.

Ograniczenia i wady przekładni hydrostatycznych

Mimo licznych zalet, przekładnie hydrostatyczne mają swoje ograniczenia:

• Nadmierne nagrzewanie oleju: Podczas pracy z dużym obciążeniem (np. podczas odśnieżania ciężkiego śniegu czy koszenia mokrej trawy) może dochodzić do nadmiernego nagrzewania się oleju przekładniowego. W skrajnych przypadkach obniża to wydajność układu napędowego, a nawet może prowadzić do jego uszkodzenia.
• Niższa efektywność mechaniczna: Efektywność hydrostatycznego układu napędowego jest niższa niż przekładni mechanicznych, ponieważ moc jest przekazywana za pomocą oleju hydraulicznego pod ciśnieniem, co powoduje straty energii.
• Większe zużycie paliwa: W historycznych kontekstach hydrostaty wiązały się z większym zużyciem paliwa.
• Wrażliwość na jakość i stan oleju: Układ hydrauliczny ma dużą wrażliwość na jakość i stan oleju (czystość i parametry) oraz zapowietrzenie. Niezwykle istotnym elementem jest chłodnica oleju, filtry, czujniki i zawory, a także terminowa wymiana oleju.
• Koszty serwisowania: Bieżąca obsługa serwisowa skrzyni hydrostatycznej jest generalnie bardziej kosztowna niż skrzyni mechanicznej, ze względu na większą ilość oleju niezbędnego do działania hydrostatu.

Zastosowanie przekładni hydrostatycznych

Na rynku nie brakuje maszyn wyposażonych w przekładnie hydrostatyczne w różnych konfiguracjach i różnego typu. Zdecydowanie największą grupą maszyn z przekładniami HST są wszelakie urządzenia transportu bliskiego, czyli ładowarki różnych rozmiarów, wózki widłowe czy małe wozidła. Obok nich plasują się kombajny oraz sieczkarnie. Na podium znalazłaby się jeszcze spora grupa ciągników, ale o mniejszych mocach. Przekładnie hydrostatyczne stosowane są w kosiarkach oraz ciągnikach kompaktowych - wszędzie tam, gdzie kluczowe są płynność jazdy i wygoda operatora. Taki układ napędowy sprawdza się zwłaszcza w zadaniach wymagających częstych zmian tempa jazdy.

Warto pamiętać, że do traktorków i riderów można kupić dodatkowe akcesoria, w tym końcówki, które umożliwiają np. odśnieżanie i zamiatanie, co czyni je wielofunkcyjnymi urządzeniami. Wybór odpowiedniej przekładni powinien uwzględniać zarówno specyfikę zadań, jak i warunki pracy. Producenci ciągników komunalnych, jak np. Kubota (serii B2), wyraźnie zaznaczają w swoich specyfikacjach, z jakimi typami przekładni występuje dany model, oferując zarówno skrzynie mechaniczne, jak i przekładnie hydrostatyczne (oznaczone jako HST).

Różnice między traktorkami, riderami i kosiarkami ZHT

• Ridery: Mają noże tnące umieszczone z przodu, co umożliwia wykoszenie trawy w narożnikach i przy krawędziach architektury ogrodowej. Posiadają unikalny przegubowy układ kierowniczy ze skrętną tylną osią, dzięki któremu maszyna jest zwrotna nawet przy małym promieniu skrętu. Idealne do dużych ogrodów z wieloma przeszkodami.
• Traktory: Ostrze znajduje się pod maszyną, co utrudnia precyzyjne cięcia. Przeznaczone do koszenia dużych terenów, na których nie ma przeszkód (np. alejek kwiatowych).
• Kosiarki ZHT (o zerowym promieniu skrętu): Mają zerowy promień skrętu (360°). Prowadzi się je za pomocą dwóch dźwigni, które umieszczone są pionowo po jednej z każdej strony urządzenia.

tags: #traktorek #z #napedem #hydrostatycznym