Гідравлічна система: принцип роботи, несправності, діагностика та підбір запчастин

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Гідравлічна система передає енергію за допомогою рідини та дозволяє створювати значне зусилля за допомогою відносно компактних насосів, клапанів, циліндрів і гідромоторів. Її робота залежить не лише від тиску, а від взаємодії потоку рідини, навантаження, гідравлічного опору, стану насоса, клапанів, ущільнень, фільтрів і робочої рідини.

Витік, шум, ривки, повільний рух механізму, перегрів, піна в баку або втрата зусилля не визначають несправну деталь автоматично. Причиною можуть бути насос, забруднений фільтр, підсмоктування повітря, внутрішній витік у циліндрі, неправильна рідина, несправний клапан, пошкоджений шланг або інша частина системи.

Як працює гідравлічна система

У замкненій гідравлічній системі рідина передає тиск між різними ділянками контуру. Одним із базових фізичних принципів є закон Паскаля - зміна тиску, прикладеного до замкненої рідини, передається по рідині.

Якщо тиск діє на поршні різної площі, сила на більшому поршні буде більшою відповідно до його площі.

Саме цей принцип використовується в:

гідравлічних домкратах;
гальмівних системах;
гідравлічних приводах зчеплення;
гідропідсилювачах керма;
гідроциліндрах спецтехніки;
підйомниках;
пресах;
кранах та навантажувачах.

Насос створює потік, а не просто «тиск»

Гідравлічний насос подає робочу рідину в систему. Тиск виникає тоді, коли цьому потоку протидіє навантаження або гідравлічний опір.

Наприклад, коли гідроциліндр піднімає вантаж, опір руху створює необхідний тиск у контурі.

Тому низький тиск не завжди означає, що насос безпосередньо «не створює тиск». Необхідно перевірити:

продуктивність насоса;
внутрішні витоки;
роботу клапанів;
стан циліндрів;
забруднення фільтрів;
рівень і властивості рідини;
підсмоктування повітря.

Основні компоненти гідравлічної системи

Залежно від призначення система може включати:

гідравлічний насос;
бак;
робочу рідину;
фільтри;
розподільники;
запобіжні та регулювальні клапани;
зворотні клапани;
дроселі;
гідроциліндри;
гідромотори;
шланги високого тиску;
жорсткі трубопроводи;
фітинги;
ущільнення;
систему охолодження;
датчики;
електрогідравлічні блоки керування.

Гідравлічний насос

Насос забезпечує циркуляцію та подачу рідини.

У різних системах можуть застосовуватися:

шестеренні насоси;
пластинчасті;
аксіально-поршневі;
радіально-поршневі;
інші спеціалізовані конструкції.

Тип насоса визначається необхідними витратою, тиском, способом регулювання та призначенням системи.

Ознаки можливих проблем із насосом

зниження продуктивності;
повільна робота виконавчих механізмів;
нестабільний тиск;
надмірний шум;
нагрів;
вібрація;
зниження зусилля під навантаженням.

Ці симптоми можуть також виникати через забитий фільтр, нестачу рідини, повітря у всмоктувальній лінії або несправність клапанів.

Гідравлічна рідина

Робоча рідина виконує одразу кілька функцій:

передає енергію;
змащує рухомі деталі;
відводить тепло;
захищає поверхні від корозії;
переносить частинки забруднення до фільтрів;
забезпечує потрібні умови роботи клапанів та насосів.

У різних системах можуть застосовуватися принципово різні рідини:

мінеральні гідравлічні оливи;
синтетичні гідравлічні рідини;
спеціальні низькотемпературні склади;
вогнестійкі рідини;
рідини окремих систем гідропідсилювача;
ATF у конструкціях, де це передбачено;
гальмівні рідини;
інші спеціальні робочі середовища.

Одна гідравлічна рідина не є універсальною для всіх систем.

Чому важлива в'язкість

В'язкість впливає на гідравлічні втрати, змащення, внутрішні витоки та роботу насоса.

Якщо рідина надмірно в'язка для конкретних умов:

зростає опір руху;
система може реагувати повільніше;
зростає навантаження на насос;
погіршується робота при холодному запуску.

Якщо в'язкість надто мала:

можуть збільшуватися внутрішні витоки;
зменшується об'ємний ККД;
може погіршуватися змащення;
прискорюється зношування окремих пар тертя.

Потрібний клас і температурний діапазон визначаються виробником системи.

Температура і робота гідравліки

Властивості рідини змінюються з температурою. При нагріванні її в'язкість зазвичай зменшується, при охолодженні - збільшується.

Надмірна температура може:

прискорювати старіння рідини;
погіршувати змащення;
пошкоджувати ущільнення;
впливати на точність роботи клапанів;
зменшувати ресурс насоса.

Чи можна змішувати гідравлічні рідини

Не слід змішувати рідини лише тому, що вони мають схожий колір або в'язкість.

Потрібно враховувати:

тип базової рідини;
в'язкість;
пакет присадок;
сумісність з ущільненнями;
робочу температуру;
вимоги виробника системи.

Наприклад, гліколеві гальмівні рідини та мінеральні гідравлічні оливи є принципово різними робочими середовищами і не повинні довільно замінювати одна одну.

Гідроциліндр

Гідроциліндр перетворює енергію рідини на лінійний рух.

Типова конструкція може включати:

корпус;
поршень;
шток;
ущільнення;
напрямні елементи;
кришки;
штуцери або інші приєднувальні елементи.

Гідроциліндри використовуються для піднімання, переміщення, притискання або позиціювання механізмів.

Чому гідроциліндр не утримує навантаження

Можливі причини:

внутрішній витік через поршневе ущільнення;
витік через клапан;
пошкодження поверхні циліндра;
пошкодження штока;
несправність розподільника;
зовнішня негерметичність.

При внутрішньому витоку зовнішніх слідів рідини може не бути.

Гідромотор

Гідромотор перетворює енергію потоку рідини на обертальний рух.

Він може використовуватися для привода:

коліс;
барабанів;
шнеків;
лебідок;
вентиляторів;
інших робочих механізмів.

Його характеристики повинні відповідати витраті, тиску та навантаженню конкретної системи.

Розподільники та клапани

Клапани керують напрямком, тиском і витратою рідини.

Розподільний клапан

Спрямовує потік до потрібної порожнини циліндра або іншого контуру.

Запобіжний клапан

Обмежує максимальний тиск відповідно до налаштування системи.

Зворотний клапан

Дозволяє рух рідини в одному напрямку та обмежує зворотний потік.

Дросель або регулятор витрати

Змінює витрату рідини та може використовуватися для регулювання швидкості руху виконавчого механізму.

У сучасних машинах частина клапанів може мати електричне або електрогідравлічне керування.

Гідравлічні фільтри

Фільтр захищає точні компоненти системи від забруднень.

У рідині можуть накопичуватися:

металеві частинки;
пил;
продукти зношування;
частинки ущільнень;
продукти старіння рідини;
інші забруднення.

Навіть невеликі тверді частинки здатні прискорювати зношування насоса, клапанів і гідроциліндрів.

Що відбувається при забитому фільтрі

Можливі:

зростання опору потоку;
зменшення подачі до насоса;
зниження продуктивності;
перегрів;
спрацювання байпасного клапана - якщо він передбачений;
прискорене забруднення системи при роботі в обхід фільтрувального елемента.

Шланги високого тиску

Шланг повинен відповідати умовам конкретного контуру.

При підборі враховують:

робочий тиск;
допустимий піковий тиск;
внутрішній діаметр;
тип армування;
радіус вигину;
температурний діапазон;
тип робочої рідини;
фітинги;
умови вібрації та переміщення.

Зовні схожий шланг може мати зовсім інші допустимі характеристики.

Ущільнення

У гідравлічних системах застосовуються ущільнення різної форми та з різних матеріалів.

Можуть використовуватися:

NBR;
FKM;
EPDM;
PTFE;
інші еластомери та полімери.

Матеріали відрізняються стійкістю до:

мінеральних олив;
синтетичних рідин;
гальмівних рідин;
температури;
хімічного середовища.

Неправильно підібране ущільнення може розбухати, тверднути, тріскатися або швидко втрачати герметичність.

Гідравліка в автомобілі

Гідравлічний принцип використовується в різних автомобільних системах.

Гальмівна система

Натискання педалі створює тиск у гідравлічному приводі, який передається до колісних гальмівних механізмів.

Конкретна конструкція може включати:

головний гальмівний циліндр;
гідравлічний блок ABS/ESC;
трубопроводи;
гнучкі шланги;
супорти;
колісні циліндри.

Гідропідсилювач керма

У системах із гідравлічним підсилювачем насос створює потік, а розподільний механізм спрямовує рідину відповідно до повороту керма.

У багатьох сучасних автомобілях застосовуються також електричні або електрогідравлічні підсилювачі.

Гідравлічний привід зчеплення

Педаль діє на головний циліндр, а тиск рідини передається до робочого циліндра або гідравлічного вузла вимкнення зчеплення.

Негерметичність або повітря в контурі можуть проявлятися:

зміною відчуття педалі;
неповним вимкненням зчеплення;
ускладненим перемиканням передач;
зниженням рівня рідини.

Гідравліка у вантажній та спеціальній техніці

Гідравлічні системи можуть приводити:

кузови самоскидів;
маніпулятори;
стріли кранів;
ковші екскаваторів;
гідроборти;
опори;
відвали;
підйомні платформи;
робочі органи сільськогосподарської техніки.

У таких машинах гідравліка є основною робочою системою, тому її фактичні параметри потрібно оцінювати за технічною документацією конкретного обладнання.

Насоси, клапани, гідроциліндри та шланги гідравлічної системи

Основні несправності гідравлічної системи

Витік рідини

Можливі причини:

пошкоджені ущільнення;
тріщина шланга;
пошкоджена трубка;
ослаблене з'єднання;
корозія;
пошкоджений шток;
негерметичність насоса;
дефект гідроциліндра.

Постійне зниження рівня рідини потребує пошуку причини. Регулярне доливання без ремонту не усуває несправність.

Повітря в системі

Повітря значно стисливіше за рідину, тому його наявність змінює роботу гідравлічного привода.

Можливі симптоми:

ривки;
затримка реакції;
нестабільний рух;
піна в баку;
підвищений шум;
зміна відчуття педалі в автомобільних гідроприводах.

Потрібно не лише видалити повітря, а й знайти причину його потрапляння.

Забруднення рідини

Забруднення може пошкоджувати точні поверхні насосів, клапанів та циліндрів.

Наслідками можуть бути:

зависання клапанів;
прискорене зношування;
внутрішні витоки;
пошкодження ущільнень;
забивання фільтрів;
зменшення ресурсу системи.

Перегрів

Можливі причини:

перевантаження;
постійна робота через запобіжний клапан;
неправильна рідина;
забруднений фільтр;
внутрішні витоки;
несправність охолодження;
неправильна робота клапанів.

Втрата тиску або зусилля

Причинами можуть бути:

зношений насос;
внутрішній витік у циліндрі;
несправний запобіжний клапан;
витік у розподільнику;
недостатній рівень рідини;
забитий фільтр;
повітря в системі;
невідповідна рідина.

Кавітація та підсмоктування повітря

Гул, нестабільна подача та піна не завжди означають механічне руйнування насоса.

Потрібно перевірити:

рівень рідини;
всмоктувальну магістраль;
герметичність з'єднань;
стан всмоктувального фільтра;
в'язкість рідини;
температуру;
умови подачі рідини до насоса.

Чому гідроциліндр рухається ривками

Можливі причини:

повітря в системі;
нестабільна подача насоса;
зависання розподільника;
забруднення;
пошкодження напрямних;
деформація штока;
нерівномірне механічне навантаження.

Сам симптом не визначає несправний компонент.

Чому гідравліка стала працювати повільно

Перевірити потрібно:

витрату насоса;
частоту його обертання;
фільтри;
рівень рідини;
температуру;
в'язкість;
внутрішні витоки;
дроселі та регулятори витрати;
стан виконавчого механізму.

Як правильно діагностувати гідравлічну систему

Уточнити симптом і режим, у якому він виникає.
Перевірити рівень та стан робочої рідини.
Оглянути систему на зовнішні витоки.
Перевірити шланги, трубопроводи та з'єднання.
Оцінити стан фільтрів.
Перевірити наявність піни або ознак потрапляння повітря.
Виміряти робочий тиск у контрольних точках.
За необхідності виміряти витрату.
Перевірити запобіжні та регулювальні клапани.
Оцінити продуктивність насоса.
Перевірити внутрішні витоки гідроциліндрів.
Оцінити температуру системи.
Порівняти отримані параметри з технічною документацією обладнання.

Що показує манометр

Манометр дозволяє визначити фактичний тиск у конкретній точці системи.

За його показаннями можна оцінювати:

роботу запобіжного клапана;
падіння тиску під навантаженням;
досягнення передбаченого робочого тиску;
поведінку системи в різних режимах.

Однак одного вимірювання тиску часто недостатньо. Насос може створювати потрібний тиск при малій витраті, але не забезпечувати необхідну продуктивність.

Навіщо потрібен витратомір

Витратомір дозволяє оцінити фактичний об'єм рідини, який проходить через систему за одиницю часу.

Поєднання вимірювання тиску і витрати дає більше інформації про фактичний стан насоса та гідравлічного контуру.

Як перевіряють внутрішній витік гідроциліндра

Якщо поршневе ущільнення пропускає рідину між порожнинами, циліндр може:

не утримувати навантаження;
повільно опускатися;
втрачати зусилля;
рухатися повільніше.

При цьому зовнішньої течі може не бути.

Метод перевірки залежить від схеми конкретної системи та повинен виконуватися за її технічною процедурою.

Як оцінити стан робочої рідини

Під час огляду звертають увагу на:

помутніння;
піну;
нетипове потемніння;
запах перегріву;
видимі частинки;
металевий блиск;
наявність води або емульсії.

Візуальна оцінка не замінює лабораторного аналізу, якщо для обладнання потрібен контроль чистоти, води або стану оливи.

Обслуговування гідравлічної системи

Базове обслуговування включає:

контроль рівня рідини;
контроль витоків;
заміни рідини за регламентом;
заміни фільтрів;
контроль стану шлангів;
очищення системи охолодження;
перевірку кріплень;
контроль температури;
правильне видалення повітря після ремонту.

Чистота під час ремонту

Гідравлічні системи чутливі до забруднення.

Під час ремонту потрібно:

очищати зону перед розбиранням;
закривати відкриті штуцери;
не залишати шланги та трубки відкритими;
використовувати чисту тару;
не допускати потрапляння пилу;
встановлювати чисті ущільнення та компоненти;
дотримуватися процедури заповнення системи.

Як правильно підбирати гідравлічні запчастини

Для підбору недостатньо лише зовнішньої схожості деталі.

Потрібно враховувати:

виробника та модель обладнання;
OE-номер або каталожний номер;
тип системи;
робочий тиск;
максимально допустимий тиск;
витрату;
тип робочої рідини;
температурний діапазон;
матеріали ущільнень;
розміри;
тип різьби та з'єднань;
напрямок потоку або обертання;
конструктивну ревізію.

Гідравлічний насос

Потрібно перевіряти:

тип насоса;
робочий об'єм;
напрямок обертання;
номінальні параметри;
фланець;
вал;
порти;
сумісність із робочою рідиною.

Гідроциліндр

Значення мають:

діаметр поршня;
діаметр штока;
хід;
монтажна довжина;
кріплення;
робочий тиск;
тип ущільнень;
розташування портів.

Клапан

Потрібно враховувати:

гідравлічну схему;
допустиму витрату;
робочий тиск;
діапазон регулювання;
тип керування;
напругу котушки - для електромагнітних клапанів;
тип портів.

Фільтр

Для точного підбору важливі:

тип фільтра;
тонкість фільтрації;
пропускна здатність;
допустимий перепад тиску;
тип корпусу;
наявність байпасного клапана;
сумісність із рідиною.

Шланг

Підбирається за тиском, діаметром, армуванням, температурою, радіусом вигину, рідиною та типом фітингів.

Ущільнення

Потрібно точно визначити:

матеріал;
профіль;
розмір;
температурний режим;
робочу рідину;
тиск;
тип руху деталі.

Типові помилки при ремонті гідравліки

заміна насоса лише через низький тиск без перевірки витоків і клапанів;
використання невідповідної рідини;
змішування рідин без підтвердженої сумісності;
встановлення шланга з недостатнім допустимим тиском;
використання неправильного матеріалу ущільнення;
робота із забрудненою системою;
ігнорування повітря у контурі;
заміна фільтра лише після повного забивання;
пошук зовнішньої течі при внутрішньому витоку циліндра;
регулювання запобіжного клапана без контрольного вимірювання;
ігнорування перегріву;
підбір компонента тільки за зовнішнім виглядом.

Поширені запитання

Чому насос шумить?

Причиною можуть бути низький рівень рідини, повітря у всмоктувальній лінії, забруднений фільтр, невідповідна в'язкість, кавітаційні явища або механічне зношування насоса.

Чому гідравліка працює повільно?

Потрібно перевірити продуктивність насоса, фільтри, температуру й в'язкість рідини, внутрішні витоки, клапани та фактичне навантаження.

Чому циліндр опускається сам по собі?

Можливий внутрішній витік через ущільнення поршня або клапанний блок. Зовнішньої течі при цьому може не бути.

Чи можна визначити несправність насоса лише манометром?

Не завжди. Манометр показує тиск, але для оцінки продуктивності насоса може також знадобитися вимірювання витрати.

Чи можна змішувати різні гідравлічні оливи однакової в'язкості?

Однаковий клас в'язкості не гарантує сумісність. Потрібно враховувати основу рідини, присадки, матеріали ущільнень і вимоги виробника системи.

Чому рідина піниться?

Можливі підсмоктування повітря, неправильний рівень рідини, проблеми у всмоктувальній лінії, невідповідна рідина або інші порушення циркуляції.

Чи можна встановити будь-який шланг високого тиску відповідного діаметра?

Ні. Крім діаметра, потрібно враховувати робочий тиск, армування, температуру, радіус вигину, сумісність із рідиною та фітинги.

Чому після заміни шланга система працює ривками?

Однією з причин може бути повітря, яке потрапило до контуру під час ремонту. Потрібно виконати передбачену виробником процедуру видалення повітря та перевірити герметичність.

Товарна група TESMA

Гідравлічна система

Висновок

Гідравлічна система передає енергію за допомогою робочої рідини та дозволяє створювати значні зусилля у відносно компактних механізмах. Її робота залежить від насоса, витрати, тиску, клапанів, гідроциліндрів, гідромоторів, фільтрів, шлангів, ущільнень та властивостей рідини.

Найнадійніший принцип діагностики - не визначати несправну деталь лише за одним симптомом або показанням манометра. Потрібно послідовно оцінити рівень і стан рідини, герметичність, фільтрацію, тиск, витрату, температуру, роботу клапанів та внутрішні витоки. Запчастини слід підбирати за точними параметрами конкретної системи, а не лише за зовнішньою схожістю.