A mezőgazdasági (traktor, kombájn) hidraulikus tervezőrendszereknek energiahatékonynak, könnyen kezelhetőnek és karbantarthatónak, valamint természetesen megbízhatónak kell lenniük.
A mezőgazdasági gépek hidraulikus rendszereinek tervezői nehéz kihívásokkal néznek szembe. Ez különösen igaz azokra a nagy lóerős traktorokra, amelyek nem csak kormányzási és fékfunkciókkal rendelkeznek, hanem ahol sokféle hidraulikus munkaeszköz csatlakoztatható és vontatható. A mezőgazdasági termelők több márkájú, speciális munkagépeinek működési paraméterei mellett, amelyeket a traktortervező nem ismer, a hidraulikus rendszer vagy nem hatékony a túlméretezés és a túltervezés miatt, vagy nem működik megfelelően, ha alultervezett.
Az önjáró soros kombájnok, valamint a zöldség- és gyümölcskombájnok ma már megközelítik az 500 LE-nél nagyobb motorral rendelkező vontató traktorok méretét. Egyes kukoricakombájnok 1000 LE-nél nagyobb motorral rendelkeznek. Néhány ilyen gép esetében a motor indításának egyetlen oka a hidraulikus szivattyúk működtetése. Mások a mechanikai funkciókat a közvetlen hajtású sebességváltó és a hidraulikus rendszer között osztják meg. A rendszertervezésnek egyensúlyban kell lennie a hidraulikus áramlás egyenletes elosztásával az összes részkörben, miközben meg kell őrizni azt a képességet, hogy az összes hidraulikus teljesítményt a motorfunkciókra fordítsa a növekedési területek közötti gyors közlekedés érdekében.
A mezőgazdasági gépek teljes spektrumában közös kihívás egy energiahatékony, könnyen kezelhető és karbantartható, és természetesen megbízható hidraulikus rendszer létrehozása. A részleges automatizálás abszolút minimális szükséglet a nagyméretű gépeknél, ahol a kezelő figyelme annyiféle irányba terelhető.
Először is: energiahatékonyság
Feltételezve, hogy a hidraulikus motor nyomatékigényét és elmozdulásait kiszámították, és a hengereket úgy méretezték, hogy a szükséges emelőerőt (a hidraulikus nyomások normál tartományán belül) biztosítsák, a szivattyú méretének és stílusának megválasztása lesz a következő fontos döntés. Egy kisüzemi gazdaságban az egyszerűség és az alacsony költség kedvéért a közüzemi gépek fix lökettérfogatú fogaskerekes szivattyút tartalmazhatnak nyitott középső szelepsorral. Annak ellenére, hogy a szivattyút nyomásmentesítheti úgy, hogy az áramlást visszavezeti a tartályba, amikor nincs hidraulikus funkció, a teljes áramlási sebesség miatt a szükségesnél nagyobb üzemanyag-fogyasztás következik be.
Ha a szivattyúból elérhető teljes áramlásnak csak egy része szükséges egy hengerhez – szándékosan lassú fordulatszámon a szelepkar körültekintő használatával meghosszabbítva – a felesleges áramlást egy rugós nyomáscsökkentő szelepre kényszerítik. A részben eltolt szeleporsó lezárja a szivattyú ürítési útvonalát a tartály felé, és egy részlegesen nyitott szelepet helyez el az áramlási útvonalon jelentős korlátozás és nyomásterhelésként. A szivattyú teljes átfolyással és maximális nyomással működik, még akkor is, ha a henger csak kis terhet emel fel. Más szóval, a henger fordulatszámához szükséges áramlási igény csak a töredéke lehet a rendelkezésre álló teljes térfogatáramnak, de a szivattyú csak teljes sebességgel tud pumpálni. Ezenkívül előfordulhat, hogy a hengernek csak kis terhet kell felemelnie (minimális nyomást igényel), mégis a rendszer összességében maximális nyomáson lesz a részben nyitott irányszelep korlátozása miatt. Az üzemanyag-fogyasztás akkor a legmagasabb, ha teljes áramlással és teljes nyomással szivattyúzunk, de ez elfogadható lehet egy egyszerű, kézi kormányzású traktornál, és ahol a hidraulikus henger időnként megmozdul a géppel végzett munka során.
A folyamatosan működő hidraulikus funkciókkal, például ültetési vagy betakarítási körökkel rendelkező, nagyméretű, gyártási méretű gépeknél, ahol bármikor erőteljes kormányzásra van szükség, a változtatható lökettérfogatú dugattyús szivattyú továbbra is a standard választás. A nyomáskompenzált és terhelésérzékelős dugattyús szivattyú elkerüli az egyszerű fogaskerekes szivattyú hatékonyságát. Olyan áramlási sebességet biztosít, amely automatikusan illeszkedik a hengerek és a hidraulikus motorok áramlási igényeihez több párhuzamos áramköri pályán, és a maximális rendszernyomást is csak valamivel magasabbra állítja, mint ami jelenleg a legnagyobb üzemi terheléshez szükséges.
A nyomás-visszajelzés a szivattyú terhelésérzékelő kompenzátorához a rendszeren belüli legmagasabb nyomású körből érkezik. Ez a visszacsatolás menet közben állítja be a szivattyút. Mivel a szivattyú maximális lökettérfogata csak valamivel nagyobb, mint a várható maximális térfogatáram, az üzemanyag-hatékonyságot egy szivattyú biztosítja, amely folyamatosan képes szabályozni a nyomást és az áramlást, ha szükséges.
A terhelésérzékelő funkció nagyobb áramlási pontosságot is kínál a rendszeren belül. A motor fordulatszámának kisebb változásai nem jelennek meg áramlási eltérésként, mivel a terhelésérzékelő kompenzátor automatikusan beállíthatja a szivattyút. Ha a hidraulikus rendszer egy betakarítógépen időzített termelési funkciókkal működteti a motorokat, akkor ez az áramlási pontosság közvetlen hatással van a termelésre és a minőségre.
A nyomáskompenzátor egy vezérlő mechanizmus a szivattyún, amely reagál egy előre beállított maximális nyomásszint elérésekor. Ahelyett, hogy a rendszer nyomáskorlátozó szelepét használnák a nyomáskorlátozás elsődleges eszközeként, a kompenzátor csökkenti a szivattyú lökettérfogatát, és azt nulla közelében tartja, amíg a túlnyomásos állapot (pl. a henger vagy a motor túlterhelése) el nem múlik. Amikor a nyomás csökken, a kompenzátor lehetővé teszi, hogy a szivattyú ismét növelje az elmozdulást. A nyomáskompenzátor hasonló a szabványos biztonsági szelephez, mivel megakadályozza, hogy a rendszer nyomása a biztonságos szint fölé emelkedjen. De a nyomáskompenzátor ezt úgy teszi, hogy csökkenti a szivattyú teljesítményét, ahelyett, hogy az extra áramlást nem hatékonyan tereli vissza a tartályba. A nyomáskiegyenlítő hasonló biztonsági funkciót nyújt, mint a nyomáscsökkentő szelep, de plusz az energiamegtakarítás.
A legtöbb modern traktoron és betakarítógépen az áramlás- és irányszabályozó szelepsorok elektronikus vezérléssel rendelkeznek. A változtatható áramú mágnesszelepekkel a szelepek arányos áramlásra képesek, hogy a hengereket és a motorokat a kívánt fordulatszámon mozgassák.
A szelepek egy hengert reteszelt helyzetben tarthatnak (pl. termény vágási magassága vagy eke mélysége), vagy lehetővé teszik a hengerrúd szabad ki- és bemozgatását, hogy a munkaeszköz a talajkontúrokkal fel-le tudjon úszni. Kisebb, közvetlenül csatlakoztatott munkagépekhez ez az emelő-süllyesztő munkahenger a traktor hárompontos vonószerkezetén található. Nagyobb, saját hengerrel és hidraulikus motorral rendelkező vontatott munkagépek esetén a traktor szelepeiből származó gyorscsatlakozó-párok, amelyeket általában „távirányítóknak” neveznek, a traktor hátsó részén találhatók a hidraulikus tömlőcsatlakozások fogadására.
Egy nyomáskompenzátor jellemzően a szelepsor minden szakaszában található. Ez az extra szelepelem leggyakrabban a fő orsó bemeneti oldalán található. A kompenzátor érzékeli a mozgó henger vagy motor terhelési nyomását, és beállítja a nyomást a fő szeleporsó bemeneténél, hogy biztosítsa az állandó nyomáskülönbséget az orsón, így fenntartva az egyenletes áramlási sebességet akkor is, ha a rendszer nyomása vagy a henger terhelési nyomása van. változtatások. Ez azt jelenti, hogy a kezelőnek nem kell gyorsan mozgatnia a szelepkart a mozgás közben sebességváltó hidraulikus funkció hatására. A nyomáskompenzátor kiküszöböli a problémát.
A szelepsor tolószelep-hálózatot tartalmaz, amelyekben apró acélgolyók vagy golyók találhatók. Ezek a tolózárak (más néven golyós feloldók) lehetővé teszik, hogy a terhelési nyomást csak a legnagyobb terhelésű szelepszakaszról továbbítsák a szivattyú terhelésérzékelő kompenzátorára egy speciális jelzőtömlőn keresztül. A terhelésérzékelő kompenzátor használata a szivattyún és a tolószelepes szelepsoron a leírtak szerint egy zárt hurkú szabályozási sémát tesz teljessé egy folyadéknyomású vezeték használatával, amely visszajelzést ad a terhelésről a szivattyúnak.
A terhelésérzékelő rendszereket a folyamatosan üzemelő hidraulikus rendszerekben a legüzemanyag-hatékonyabb rendszerek között tartják számon. Kihívást jelenthetnek azok a rendszerek is, amelyek a végtelen tervezési variációjú munkaeszközöket húzó traktorokhoz való megfelelő beállításhoz is alkalmasak. Számos összetevőről van szó, így a rendszer hibaelhárítása összetett folyamat.
A legújabb innovációk, mint például a Parker Hannifin osztott szivattyús intelligens áramlási architektúrája, a gép minden fő funkciójához egy-egy dugattyús szivattyút használnak, ami még nagyobb energiamegtakarítást tesz lehetővé. Az ilyen típusú rendszerek, amelyek már beváltak rakodógépeknél és egyes kotrógépeknél, lassan eljutnak a mezőgazdasági gépekbe is. A szivattyú áramlási sebessége és az arányos szeleporsók elektronikus vezérlésűek. Ez lehetőséget kínál a szivattyúk egy munkahengerrel való kombinálására gyors mozgási igények esetén, vagy külön funkciókhoz, amikor több különböző hengermozgást működtetnek egyidejűleg. A szeleptelep belső részei egyszerűbbek, és a szivattyúkompenzátor és a szeleptelep között nincs szükség terhelésérzékelős jelzőtömlőre, így a gyorsabb elektronikus szivattyúvezérlés javára válik.
A nagy mezőgazdasági gépek hidraulikus rendszereinek energiatakarékos kialakítása alacsonyabb olajhőmérsékletet is eredményez, ami csökkenti vagy akár megszünteti a nagy hűtők és ventilátorok szükségességét. Ezeknél a rendszereknél a folyadéktartályok méretének csökkentése is lehetséges.
Könnyű kezelhetőség
A mezőgazdasági gép hidraulikus funkciói akkor tekinthetők könnyen kezelhetőnek, ha a kezelőnek nem kell folyamatosan korrigálnia a hengerek helyzetét (pl. termény vágási magassága, kormányzása), vagy nem kell beállítania a hidraulikus motorok áramlási sebességét. A minőség és a termelés a szántáshoz, ültetéshez vagy betakarításhoz a fő prioritás a nagyméretű gépeken. Az operátor agyerejét leginkább a gazdálkodás nagy képének nyomon követésére lehet használni. A nagy haladási sebességnek és a nagy lóerős gépeken elérhető széles termősoroknak köszönhetően a kezelőnek még sok tennivalója van. A kezelő által programozott vezérlők rendkívül gyakoriak. Ezek a vezérlők programozhatók úgy, hogy emlékezzenek arra, mennyi időbe telik a hidraulikus hengereknek egy munkaeszköz kihajtásához. Ez az „időzített visszatartás” funkció később egy gombnyomással használható ugyanazon művelet végrehajtására.
A gépvezérlés és a helyzetkorrekció kisebb pontjainak automatikusnak kell lenniük, a kezelő felülbírálásával. Az automatizálás és a könnyű kezelhetőség a tipikus elektronikus vezérlő és érintőképernyő elektrohidraulikus szelepekkel történő használatának eredménye. A korábban nehéz fizikai munkát jelentő gépek működési lehetőségei tovább bővülnek a kormányzási vezérlőrendszerekkel, amelyek most már jóval túlmutatnak a szervo-működtetésű kormányon. Ellentétben az építőipari gépek világával, ahol a kormányzást sok modellen gyakran joystick vezérli, az orbitrol szelephez (más néven kézi adagolóegységhez) csatlakoztatott, ismerős kormány lassan eltűnik a mezőgazdasági gépekből. Vannak azonban teljesen automatizált kormányvezérlők és szelepek, amelyek a kormánykerékkel párhuzamosan kapcsolódnak egyes gépeken.
A tervezőknek most már általánosan meg kell fontolniuk a lineáris helyzetérzékelők beépítését a kormánytengely hengereibe vagy a csuklós kormányzáshoz használt hengerekbe. Lineáris helyzetérzékelők felszerelésekor érdemes megfontolni a nem kormányzó hengereket is, hogy több pozíciómemorizált automatizálást tegyen lehetővé. Néhány újabb érzékelő, amely alkalmas dupla rudas kormányhengerekhez, a hengercső külső oldalára szerelhető fel úgy, hogy a dugattyún csak a mágnes található. Előfordulhat, hogy a gép elektronikus vezérlőberendezése még nem teljesen automatizált, robotkormányzásra van konfigurálva, de sok rendszer már kínál egy szintű GPS-alapú irányítást a hosszú egyenes futásokhoz, így a kezelő elkerülheti a fáradtságot.
Könnyű karbantartás és javítás
A könnyű karbantartás és javítás értékes jellemző, amelyet sok mezőgazdasági üzem üzemeltetője keres. Bár üdvözlik a könnyen hozzáférhető töltőnyílásokat és a jól látható kémlelőüvegeket, sokan dicsérik a géptervezőt, aki megkönnyíti a beállításokat és a csavarkulcs-munkát. A 45°-os könyökidomokkal vagy a hengercsatlakozásoknál széles sugarú csőkönyökökkel a csatlakozások könnyen dolgozhatók, ha a sérült tömlőket ki kell cserélni. A gépkeret mentén szorosan elhelyezkedő tömlők és szerelvények sorai megfelelően működnek, ha a szerelvények el vannak tolva egymástól, hogy helyet biztosítsanak a csavarkulcsoknak. A szűrők felszerelése a könnyű eltávolítás és csere érdekében nem mindig a legszembetűnőbb elrendezés, de a szerelők értékelik. Segít abban is, hogy a karbantartási feladatok ne kerüljenek kihagyásra.
Még az olyan alapvető dolgok is, mint a szűrő elhelyezése, nagy hatással lehetnek a karbantartásra; Ha a szűrők hozzáférhetők és könnyen eltávolíthatók/cserélhetők, akkor ezt az egyszerű karbantartási feladatot kevésbé valószínű, hogy figyelmen kívül hagyják.
A mezőgazdasági gépek továbbra is kulcsfontosságú termékek a hidraulikus rendszerek alkalmazásában. Ahogy időről időre megjelennek a hatékonyabb működést elősegítő innovatív komponensek és rendszertervek, az automatizálás alkalmazása nagyon gyorsan növekszik. Ez különösen igaz a nagyüzemi gépekre, amelyeket arra terveztek, hogy segítsék a gazdaság kezelőjét a termelési hozamban, az időfelhasználásban és az emberi bevitt energiában.
Izgalmas látni, hogy más iparágak innovációi – például a bányászat és az építőipar – átlépnek a mezőgazdasági világba, és megváltoztatják az átlagos gazdálkodó napját. Ahogy a hidraulikus rendszer tervezésének újításai továbbra is beszivárognak a mezőgazdaságba, a gazdálkodók élvezni fogják a még nagyobb hatékonyság, a könnyebb kezelhetőség és remélhetőleg a karbantartási összetettség csökkenésének jutalmát.