Hydraulika siłowa to technika przenoszenia energii za pomocą cieczy pod ciśnieniem – w maszynach budowlanych jest to olej hydrauliczny. Pompa napędzana silnikiem spalinowym zamienia energię mechaniczną na ciśnienie i przepływ. Siłowniki i silniki hydrauliczne zamieniają ją z powrotem na ruch roboczy: podnoszenie wysięgnika, obrót nadwozia czy jazdę.
W poradniku wyjaśniamy, jak zbudowany jest układ hydrauliczny i czym różnią się układy otwarte od zamkniętych. Opisujemy też, po czym poznać usterkę i kiedy element warto regenerować, a kiedy wymienić. Na koniec podpowiadamy, jak eksploatować układ, żeby ograniczyć ryzyko kosztownych awarii.
Co to jest hydraulika siłowa i gdzie się ją stosuje
Każda współczesna maszyna budowlana – koparka, ładowarka, spycharka, walec czy żuraw samojezdny – ma układ hydrauliczny, od którego zależą jej siła i wydajność. Hydraulikę siłową stosuje się także w maszynach górniczych, rolniczych, leśnych i komunalnych (zamiatarki, śmieciarki, nośniki osprzętu), w prasach, podnośnikach i napędach bram.
Od hydrauliki instalacyjnej różni ją przede wszystkim poziom ciśnień. Układy robocze koparek pracują zwykle przy 300–350 bar. Dlatego wymagania co do szczelności, czystości oleju i dokładności wykonania elementów są bardzo wysokie.
Zasada działania układu hydrauliki siłowej
W uproszczeniu: ciśnienie wytworzone w jednym miejscu jest przekazywane do innego punktu za pośrednictwem cieczy, która praktycznie się nie spręża. Generatorem energii jest pompa, a odbiornikami są siłowniki i silniki hydrauliczne. Olej nie tylko przenosi energię, ale też smaruje i chłodzi współpracujące elementy.
W diagnostyce przydają się trzy proste zależności:
- siła siłownika zależy od ciśnienia i powierzchni tłoka – brak siły zwykle oznacza problem z ciśnieniem (zawór, przecieki wewnętrzne, regulator pompy),
- prędkość ruchu zależy od natężenia przepływu (l/min) – powolne ruchy wskazują najczęściej na pompę, jej regulację lub dławienie w układzie,
- pompa wytwarza przepływ, a ciśnienie powstaje dopiero na oporze, czyli pod obciążeniem.
Budowa maszyn hydraulicznych – elementy układu
Podstawowe elementy układu to: pompa hydrauliczna, odbiorniki, rozdzielacz, zawory, zbiornik, olej hydrauliczny, chłodnica oleju, filtry, elementy sterowania i przewody. Do kontroli pracy służą manometry i przepływomierze.
Pompy hydrauliczne
Stosuje się pompy o stałej lub zmiennej wydajności. Pompy zębate są proste i odporne, dlatego zasilają układy pomocnicze, sterowanie i mniejsze maszyny. W koparkach i ładowarkach główną rolę pełnią pompy tłoczkowe osiowe (np. Rexroth, Linde, Sauer-Danfoss, Liebherr, Kawasaki) z regulacją mocy i ciśnienia, często w układzie Load Sensing.
Po montażu pompy trzeba napełnić jej korpus olejem i odpowietrzyć układ. Rozruch na sucho grozi zatarciem pompy w ciągu kilku chwil.
Rozdzielacz i zawory
Rozdzielacz kieruje olej do poszczególnych odbiorników zgodnie z ruchami joysticków. Poszczególne zawory mają różne zadania:
- przelewowe ograniczają ciśnienie w całym układzie i w poszczególnych sekcjach,
- zwrotne blokują przepływ wsteczny,
- dławiące regulują prędkość ruchów,
- hamujące i zabezpieczające chronią silniki jazdy i obrotu.
Siłowniki i silniki hydrauliczne
Siłowniki przekształcają energię strumienia oleju w ruch prostoliniowy (wysięgnik, ramię, łyżka), a silniki hydrauliczne w ruch obrotowy (jazda, obrót nadwozia, wciągarki). Podzespoły zamienne, np. siłownik hydrauliczny Volvo EC240 czy komplet siłowników Liebherr R934C, dobiera się po numerze katalogowym i wymiarach montażowych.
Olej, zbiornik, filtry i chłodnica
Olej to najsłabszy punkt układu. Woda przyspiesza korozję i zacieranie powierzchni roboczych. Powietrze pogarsza smarowanie i powoduje niekontrolowany wzrost temperatury. Drobne zanieczyszczenia działają w pompie jak pasta ścierna. Dlatego filtry ssawne, ciśnieniowe i powrotne, odpowietrznik zbiornika oraz czysta chłodnica oleju są równie ważne jak sama pompa.
Układy hydrauliki siłowej – otwarty i zamknięty
Układy dzielimy według obiegu oleju i roli zbiornika. W układzie otwartym pompa zasysa olej ze zbiornika i tłoczy go przez rozdzielacz do odbiorników. Olej powrotny wraca do zbiornika przez filtr i chłodnicę. Tak pracuje osprzęt większości koparek i ładowarek.
W układzie zamkniętym olej z silnika hydraulicznego wraca bezpośrednio na ssanie pompy, z pominięciem zbiornika i rozdzielacza. Kierunek i prędkość zmienia się wychyleniem tarczy pompy. Pompa zasilająca uzupełnia przecieki i wymienia część oleju na schłodzony. Takie przekładnie hydrostatyczne napędzają jazdę ładowarek, walców czy ładowarek teleskopowych.
Do diagnostyki niezbędny jest schemat hydrauliczny konkretnego modelu z dokumentacji serwisowej. Symbole na schematach są znormalizowane (ISO 1219). Po opanowaniu podstaw schemat z opisem pozwala prześledzić drogę oleju od pompy do odbiornika i wskazać punkty pomiaru ciśnienia.
Hydraulika siłowa w kolejnictwie
Te same zasady obowiązują w pojazdach szynowych i maszynach do utrzymania torów: podbijarkach, profilarkach, dźwigach kolejowych i pojazdach dwudrogowych, takich jak koparki na podwoziu szynowo-drogowym. Hydraulika napędza tam mechanizmy robocze, a w części pojazdów także jazdę roboczą i wentylatory chłodnic.
Pompy, silniki i siłowniki w tych maszynach często pochodzą od tych samych producentów co w sprzęcie budowlanym, więc diagnostyka i regeneracja przebiegają podobnie. W sprawie konkretnego podzespołu najlepiej skontaktować się z nami i podać dane z tabliczki znamionowej.
Zalety i słabe punkty hydrauliki siłowej
Układy hydrauliczne przenoszą duże siły przy niewielkich gabarytach, pozwalają płynnie regulować prędkość i łatwo doprowadzić napęd do różnych miejsc maszyny. Przekłada się to bezpośrednio na wydajność i tempo robót.
Słabe strony to wrażliwość na zanieczyszczenia i temperaturę oleju oraz złożoność układu. Przy wielu współpracujących elementach szybkie i precyzyjne ustalenie źródła awarii wymaga pomiarów, a nie zgadywania.
Objawy usterek i diagnostyka
- maszyna „nie ma siły” lub zwalnia pod obciążeniem,
- ruchy spowalniają po rozgrzaniu oleju – typowe przy zużytej pompie lub dużych przeciekach wewnętrznych,
- wysięgnik lub łyżka samoczynnie opadają – przeciek przez uszczelnienie tłoka albo zawór,
- pompa wyje lub grzechocze, olej się pieni – kawitacja, zassane powietrze, zatkany filtr ssawny,
- olej się przegrzewa – zabrudzona chłodnica, ciągłe przelewanie przez zawór, zużyte podzespoły,
- na filtrach i korku magnetycznym są opiłki – zaawansowane zużycie wewnętrzne.
Diagnostyka obejmuje pomiar ciśnień w punktach kontrolnych, sprawdzenie nastaw zaworów i pomiar przecieków z drenażu pomp i silników. Ocenia się też stan oleju i wkładów filtrów. Przykład z praktyki opisujemy w artykule o koparce kroczącej Menzi Muck A91, która „nie miała siły”.
Naprawa i regeneracja czy wymiana
Naprawę zaczyna się od czyszczenia i demontażu. Potem weryfikuje się każdą część i ustala, co nadaje się do dalszej pracy, co do regeneracji, a co do wymiany. W siłownikach najczęściej zużywają się tłoczysko, ucho dna i tłoczyska, pierścień prowadzący tłok, cylinder, dławica, uszczelnienia i pierścień zgarniający. Stosuje się szlifowanie, chromowanie i honowanie, a nierzadko dorabia się ucho, dławicę lub cylinder.
W pompach i silnikach tłoczkowych weryfikuje się tłoczki ze stopkami, blok cylindrów, płytę rozdzielczą, tarczę wychylną i łożyska. Więcej o typowym zużyciu piszemy w tekście o regeneracji pompy DPVO 165 oraz w artykule o remontach pomp i silników hydraulicznych Liebherr.
Wymiana bywa rozsądniejsza, gdy pęknięty jest korpus, zniszczone powierzchnie nie nadają się do obróbki, brakuje części albo koszt regeneracji zbliża się do ceny innego egzemplarza. Dotyczy to np. pomp Liebherr DPVO i LPVD w koparkach i ładowarkach Liebherr czy pomp Kawasaki K3V112 w koparkach średniej klasy. Wtedy warto porównać koszt regeneracji z ceną pompy używanej lub nowej – dostępność konkretnego modelu najlepiej sprawdzić w sklepie albo zapytać nas, podając numer z tabliczki. Niezależnie od wyboru trzeba usunąć przyczynę awarii. Jeśli w układzie są opiłki, należy wymienić olej i filtry oraz przepłukać przewody, inaczej nowy podzespół szybko podzieli los starego.
Jak uniknąć kosztownych awarii
Usterka dowolnego elementu może obniżyć wydajność, a nawet zatrzymać maszynę. Podstawowe obowiązki operatora i właściciela to:
- codzienna kontrola poziomu oleju, wycieków i stanu przewodów,
- wymiana oleju i filtrów zgodnie z instrukcją producenta, a przy ciężkiej pracy częściej; pomocna jest analiza próbki oleju,
- czyszczenie szybkozłączy przed podłączeniem osprzętu i regularne czyszczenie chłodnicy oleju z pyłu,
- rozgrzanie oleju przed pełnym obciążeniem, zwłaszcza zimą,
- reagowanie na pierwsze objawy, zanim zużyta pompa zanieczyści cały układ.
Terminowe przeglądy warto zlecać serwisowi z odpowiednim sprzętem diagnostycznym. W WIBAKO przegląd okresowy kosztuje 1 400 zł netto (bez dojazdu i materiałów), a roboczogodzina mechanika 230 zł netto. Dojazd rozliczamy według stawki 3 zł netto za km, liczonej w obie strony. Warsztat w Kojszówce leży niedaleko Suchej Beskidzkiej, Żywca i Myślenic. W sprawie diagnostyki, remontu hydrauliki siłowej lub doboru części skontaktuj się z nami.
Najczęstsze pytania
Co to jest hydraulika siłowa?
To technika przenoszenia energii za pomocą cieczy pod ciśnieniem, najczęściej oleju hydraulicznego. Pompa zamienia energię silnika na ciśnienie i przepływ, a siłowniki i silniki hydrauliczne zamieniają ją na ruch roboczy.
Z jakich elementów składa się układ hydrauliki siłowej?
Podstawowe elementy to pompa, rozdzielacz, zawory, odbiorniki (siłowniki i silniki hydrauliczne), zbiornik, olej, filtry, chłodnica oleju, przewody i elementy sterowania. Do kontroli pracy służą manometry i przepływomierze.
Czym różni się układ hydrauliczny otwarty od zamkniętego?
W układzie otwartym pompa zasysa olej ze zbiornika, a olej powrotny wraca do zbiornika. W zamkniętym olej z silnika hydraulicznego wraca bezpośrednio na ssanie pompy, co stosuje się głównie w hydrostatycznych napędach jazdy.
Dlaczego koparka traci siłę na hydraulice?
Najczęstsze przyczyny to zużyta lub źle wyregulowana pompa, nieszczelne zawory przelewowe albo przecieki wewnętrzne w siłownikach i silnikach. Przyczynę ustala się pomiarem ciśnień i przecieków, a nie wymianą części na próbę.
Czy opłaca się regenerować pompę lub siłownik hydrauliczny?
Zwykle tak, jeśli korpus jest cały, a zużyte elementy da się obrobić lub wymienić. Wymiana bywa lepsza przy pękniętym korpusie, braku części lub zniszczeniach wykluczających obróbkę. Decyzję podejmuje się po weryfikacji rozebranego podzespołu.
Czy hydraulika siłowa jest stosowana w kolejnictwie?
Tak, w maszynach do utrzymania torów, dźwigach kolejowych, pojazdach dwudrogowych oraz w napędach pomocniczych pojazdów szynowych. Zasada działania i budowa podzespołów są takie same jak w maszynach budowlanych.
