Przyczyny awarii komponentów układu hydraulicznego

Źródła zanieczyszczeń układów hydraulicznych oraz ilości wytworzonych przez nie cząstek przyczyniają się pojedynczo lub w różnych kombinacjach do zużycia komponentów układu hydraulicznego, a tym samym do zakłóceń pracy oraz awarii maszyny.

Decydujące są przy tym tolerancje produkcyjne, luzy pomiędzy elementami konstrukcyjnymi układu hydraulicznego, ich obciążenie ciśnieniem oraz rzeczywiste luzy robocze.

Elementy konstrukcyjne o dużej liczbie zmian obciążenia pracujące pod wysokim ciśnieniem i z małymi skokami są znacznie bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia i osady niż elementy pracujące przy większych przepływach i mniejszych ciśnieniach. Tym samym więc wtryskarki wykonujące szybkie ruchy są bardziej zagrożone przez zanieczyszczenia i starzenie oleju niż wtryskarki pracujące z długimi czasami cykli.

Z dotychczasowej wiedzy wynika, że w przypadku wysokowydajnych wtryskarek czystość oleju jest szczególnie ważna. Z uwagi na krótsze czasy cykli w układzie hydraulicznym możliwe jest występowanie wyższych temperatur i większego obciążenia zanieczyszczeniami. Prowadzi to do szybszego starzenia oleju i zużycia.

Jak zatem należy klasyfikować wrażliwość komponentów układu hydraulicznego na zanieczyszczenia?

Wpierw warto przeanalizować problem pomp.

Główną przyczyną zużycia pomp jest obok zanieczyszczeń zużycie zachodzące w wyniku kawitacji. Zużycie tego rodzaju wynika przeważnie z takich powodów jak: nieprawidłowe odpowietrzenie pompy, za duża ilość powietrza zdyspergowanego w obszarze zasysania pompy, źle konserwowany filtr ssawny zaklejony produktami starzenia oleju, np. w wyniku awarii wyłącznika podciśnieniowego oraz niekorzystne ukształtowanie zbiornika z zbyt małą możliwością odprowadzania gazów z oleju hydraulicznego. Decydującym czynnikiem jest przy tym prawidłowe odpowietrzenie pompy przy rozruchu.

Odpowietrzenie pomp jest z zasady konieczne: przy uruchomieniu maszyny, po wymianie pompy, po wymianie oleju (nie można zagwarantować, że zamknięcie zbiornika zawsze jest szczelne w 100 proc., przez co możliwe jest przerywanie strumienia oleju w obszarze zasysania), po dłuższym przestoju maszyny.

Przy odpowietrzaniu należy zwracać uwagę, aby pompa była wystarczająco napełniona olejem. Różne pompy wymagają dodatkowego uzupełnienia przefiltrowanym olejem przez korek odpowietrzający. Rozruch należy realizować ostrożnie, krótkimi impulsami. Korzystne jest podłączenie węża pomiarowego do przyłącza pompy i krótkotrwałe odpowietrzenie.

Warto koniecznie wiedzieć, że uszkodzenia pomp występujące krótko po wymianie lub uruchomieniu często są spowodowane niewystarczającym odpowietrzeniem lub jego brakiem.

Prawidłowe odpowietrzenie sytemu zabezpiecza cały układ hydrauliczny. Następstwem kawitacji jest nie tylko uszkodzenie pompy. Pod wpływem wysokiej temperatury również olej ulega w znacznym stopniu uszkodzeniu i następuje jego wzmożone starzenie.

Zużycie pomp wskutek zanieczyszczeń

Wskutek wzrostu ciśnienia wewnątrz pomp luzy ruchu pomiędzy elementami konstrukcyjnymi stają się mniejsze, a tym samym wzrasta wpływ zanieczyszczeń. Te elementy konstrukcyjne są szczególnie wrażliwe na obecność zanieczyszczeń każdego rodzaju. Pojawiające się oznaki zużycia świadczą o zbyt dużym zanieczyszczeniu oleju hydraulicznego – to znak, że konieczna jest interwencja.

Podczas gdy cząstki większe niż 5 mikronów prowadzą do powstawania rowków, zanieczyszczeń wpływ bardzo drobnych na zużycie można rozpoznać po równomiernych ubytkach na powierzchni.

Uszkodzenie pompy na skutek zanieczyszczeń objawia się nagłą awarią spowodowaną kawitacją lub grubymi zanieczyszczeniami oraz powolnym spadkiem sprawności wywołanym dużą ilością zanieczyszczeń bardzo drobnych.

Silniki hydrostatyczne

Problemy związane ze zużyciem silników hydrostatycznych wynikają przeważnie z niedostatecznej czystości oleju hydraulicznego w układzie. Znaczenie mają tutaj przede wszystkim zanieczyszczenia grube - awaria silnika hydrostatycznego, a także zanieczyszczenia bardzo drobne - powolny spadek sprawności aż do wystąpienia awarii.

Należy przy tym zwrócić uwagę, że całkowity współczynnik sprawności maszyny jest wynikiem przemnożenia stopnia sprawności pompy przez stopień sprawności silnika hydrostatycznego.

Wynika stąd następujący wniosek: gdy w wyniku zbyt dużego udziału zanieczyszczeń bardzo drobnych oba elementy konstrukcyjne tracą sprawność, to podczas badań ich funkcjonalność może mieścić się jeszcze w zakresie tolerancji, nawet wówczas, gdy ogólny stopień sprawności uległ pogorszeniu. Dochodzi do pełzającej utraty wydajności plastyfikacji. Następstwem tego jest wydłużenie czasu cyklu, większe przecieki, a tym samym większe zużycie energii prowadzące do nieefektywnej produkcji.

Zawory suwakowe

Zawory suwakowe, zarówno sterujące, proporcjonalne jak i serwozawory, są coraz bardziej wrażliwe na zanieczyszczenia, a przede wszystkim na zanieczyszczenia bardzo drobne (zamulenie).

W przypadku zaworów regulowanych wykonywane są często tylko małe ruchy pod ciśnieniem. Wynika stąd niebezpieczeństwo, że pod wpływem ciśnienia zamulające zanieczyszczenia zostaną wtłoczone w szczelinę pomiędzy tłoczkiem zaworu i otworem w korpusie. Na skutek zerwania warstewki smaru tłoczek zakleszcza się i powstają na nim rowki. Następstwem tego są zwiększone przecieki i spadek sprawności.

Tego rodzaju skutki zostały wykryte między innymi w przypadku proporcjonalnych zaworów elektromagnetycznych. Wtryskarki reagowały z różnymi prędkościami i konieczna była wymiana zaworów elektromagnetycznych. Jeśli uszkodzenie nie jest zbyt duże, często wystarczające jest oczyszczenie i ostrożne wypolerowanie tłoczka sterującego.

Objawy uszkodzeń na maszynie mogą być różnorakie. Przy wystąpieniu braku powtarzalności ruchów przemieszczania maszyny zmierzono na karcie wzmacniacza przynależnego zaworu elektromagnetycznego proporcjonalnego różniące się między sobą wartości zadane i rzeczywiste. Po zdemontowaniu zaworu elektromagnetycznego proporcjonalnego stwierdzono uszkodzenie tłoka, które można było usunąć tylko przez wymianę elektromagnesu.

Zawory tłoczne

W przypadku zaworów tłocznych, na skutek dużych prędkości przepływu występujących przy stożku zaworu i na otworze w korpusie lub przy gnieździe zaworowym, cząstki o działaniu erozyjnym wpływają negatywnie na funkcjonalność. Prowadzą one nieprzerwanie do pogorszenia powtarzalności. Przyczyn problemów z ciśnieniami należy często szukać właśnie w uszkodzeniach wywołanych tymi zanieczyszczeniami oraz w zapychaniu szlamem.

Przedstawiony na powyższym rysunku zawór tłoczny zastosowany w komponencie hydraulicznym HD01 dla zabezpieczenia ciśnienia w systemie, wykazuje uszkodzenia występujące na stożku zaworu pilotowego i na gnieździe stożkowym zaworu wbudowanego wywołane zanieczyszczeniami dużymi i bardzo drobnymi. W następstwie uszkodzeń powodujących nieprzerwany odpływ pewnej ilości oleju przez uszkodzone gniazdo niemożliwe było utrzymanie ciśnienia na nastawionym poziomie. Dochodziło do spadku mocy prowadzącego do obniżenia siły zamykania.

Uszkodzenie stożka zaworu tłocznego we wtryskarce prowadzi także do wahań ciśnienia wtrysku, ciśnienia spiętrzenia oraz docisku. Te pogłębiające się powoli zjawiska wywołane zużyciem mogą być często skompensowane tylko poprzez odpowiednią regulację, aby możliwe było ponowne utrzymywanie nastawionych parametrów technologicznych. Błędy te można na stałe wyeliminować poprzez poprawę klas czystości w maszynie. W przypadku niewielkiego zużycia możliwe jest w praktyce usunięcie zakłóceń poprzez wypolerowanie stożka i gniazda zaworu. Zawór tłoczny działa wówczas ponownie bez zakłóceń.

Wykorzystano informacje z publikacji Klausa Lange „Zarządzanie płynami, klucz do profilaktycznej pielęgnacji wtryskarek”