Берегите манжеты!
Неисправности гидросистем дорожно-строительных машин

Загрязнения

Пыль, грязь, вода, металлическая стружка. Что общего между этими разнородными материалами? Все они могут вывести из строя гидравлическое оборудование тяжелой техники. Если эти, казалось бы, безобидные материалы, даже в небольших количествах попадут в гидравлическую жидкость, например, экскаватора, погрузчика, автокрана или любой другой дорожно-строительной машины, ресурс основных компонентов гидросистемы – насосов, гидромоторов, цилиндров и гидрораспределителей существенно сократится, они могут начать работать с перебоями и даже выйти из строя.

Возможно, самым опасным типом загрязнений являются те, что образуются в результате трения твердых частиц о внутренние детали, изготовленные из материала меньшей твердости, чем загрязняющие частицы. Твердые частицы, размер которых сравним с величиной зазора между трущимися поверхностями деталей, вызывают абразивный износ. Сначала твердые частицы создают на поверхности деталей царапины – концентраторы напряжений. От этих царапин возникают многочисленные микротрещины, которые постепенно развиваются и соединяются в более крупные. В конце концов от поверхности детали откалываются частицы, и весь процесс повторяется снова. Если во время технического обслуживания эти загрязнения не будут отфильтрованы и удалены из гидравлической жидкости, они породят цепную реакцию: образующиеся в результате износа частицы в свою очередь начинают разрушать детали, от этого образуется еще больше твердых частиц, которые вновь разрушают внутренние детали гидравлического агрегата.

Неисправности гидравлического оборудования, возникающие в результате воздействия загрязнений, условно можно разделить на три типа. Катастрофические неисправности происходят, когда крупные твердые частицы попадают в гидронасос или гидрораспределитель, вызывая заедание клапанов. Если загрязнения откладываются на предохранительных клапанах, не давая им герметично закрываться, это неисправности среднего масштаба. Результатом абразивного износа, коррозии или усталостного разрушения поверхностей деталей являются, как правило, постепенно возникающие неисправности.

Загрязнения проникают в гидравлическую систему разными путями. В процессе производства машины систему могут недостаточно тщательно промыть, и в ней останутся загрязнения. В процессе работы в узлах машины образуются металлические продукты износа, и если, например, гидронасос работает при высоких давлениях и оборотах, металлические частицы могут быстро вывести его из строя. Во время эксплуатации машины загрязнения проникают в гидросистему извне: при заправке недостаточно чистым маслом, через неисправные манжеты либо с воздухом в гидравлический бак через сапун.

Манжеты

Исправность манжет – одно из важнейших условий длительного срока службы гидроцилиндра и всего гидрооборудования. В процессе работы манжета штока гидроцилиндра изнашивается. Заусенцы и царапины на штоке цилиндра, которые можно выявить, проведя по поверхности ногтем, также могут повредить манжету штока. Поврежденный шток обязательно следует отремонтировать или заменить, и манжеты штока обязательно заменяют после ремонта. Химическая несовместимость также способна усилить износ или даже разрушить манжеты: если по ошибке в гидросистему будет заправлена инородная жидкость, например трансмиссионное масло, тормозная, охлаждающая жидкость или дизельное топливо, вы рискуете сократить срок службы манжет во всей системе.

Если рабочие кромки изношены или повреждены, манжета оставляет на выдвигающемся штоке больше масла. Когда шток возвращается в цилиндр, часть масла снимается пыльником и стекает или капает на землю. Шток не обязательно должен быть совершенно сухим, но с него не должно стекать или капать масло. Это сигнал о том, что необходимо заменить манжеты, даже если эта неисправность пока не ухудшает работу цилиндра.

Кроме того, через неисправную манжету в цилиндр попадает пыль: абразивные частицы прилипают к масляной пленке на штоке и вместе с ней проникают в цилиндр, а затем потоком жидкости разносятся по всей гидросистеме. В большинстве гидросистем фильтр устанавливается в обратном трубопроводе, и, таким образом, манжеты штока гидроцилиндра оказываются передовым рубежом защиты всей гидросистемы от загрязнений.

Замена манжет входит в программу технического обслуживания гидрооборудования любой тяжелой техники. Сроки замены обычно не устанавливают жестко, ведь подтекание жидкости через манжеты легко заметить по каплям на земле под машиной. В большинстве случаев замена манжеты в гидроцилиндре дорожно-строительной машины занимает немного времени: всего около четырех часов.

Загрязнения, проникающие в цилиндр, вызывают износ манжет поршня, от состояния которых в значительной степени зависит работоспособность цилиндра. Если поршневые манжеты не удерживают масло, которое давит на поршень с одной стороны, работоспособность цилиндра уменьшается. В гидравлических системах с регулированием производительности в зависимости от нагрузки эти внутренние утечки будут компенсироваться за счет увеличения производительности гидронасоса, но если цилиндр находится в нейтральном состоянии, он не сможет выдержать внезапно возникшую высокую нагрузку – система попросту не успеет скомпенсировать утечки через манжеты, и шток цилиндра начнет постепенно самопроизвольно опускаться.

Производители гидравлического оборудования указывают в инструкциях по эксплуатации допустимую скорость самопроизвольного опускания штоков гидроцилиндров и способы ее измерения. Процесс несложен: стрела (или ковш) поднимаются так, чтобы шток нужного цилиндра был полностью выдвинут, гидрораспределитель устанавливается в нейтральное положение, а на шток карандашом наносят риски, по которым через определенное время измеряют, насколько опустился шток. Измерение скорости самопроизвольного опускания штоков должно входить в программу регулярного технического обслуживания гидросистемы. Если скорость опускания превышает допустимые пределы, манжеты штока и поршня следует заменить.

Первый узел, в который попадают загрязнения из цилиндра, – это обычно гидрораспределитель. Частицы попадают в зазоры между золотником и корпусом и царапают рабочие поверхности. Прецизионные поверхности повреждаются. Загрязнения обязательно повредят как минимум один клапан, прежде чем будут задержаны фильтром.

Важно, чтобы ремонт выполнялся сразу, как только появятся признаки чрезмерного износа манжет. Если продолжать работать, не обращая внимания на подтекание жидкости и увеличившуюся скорость самопроизвольного опускания штоков цилиндров, это приведет к сокращению ресурса всех узлов гидросистемы.

Сапун

Гидравлические системы обычно тщательно герметизированы, но в любой системе при понижении уровня жидкости в гидробак должен поступать окружающий воздух. Чтобы выдвинуть шток гидроцилиндра, насос перекачивает из гидробака некоторую часть жидкости. Уровень жидкости в баке понижается, и в бак через сапун засасывается порция наружного воздуха вместе с содержащимися в нем загрязнениями и влагой. Чтобы защитить от них гидросистему, сапун должен быть оснащен фильтром такой же эффективности, как гидравлические фильтры.

Сапуны гидробаков машин далеко не всегда оснащают фильтрами, поэтому замена штатных сапунов на сапуны со встроенными фильтрами предотвращает попадание загрязнений в гидросистему.

Вот, например, как работает сапун со встроенным фильтром T.R.A.P., разработанный компанией Donaldson.

1. В гидросистеме возникает разрежение, и в гидробак начинает поступать воздух, в котором содержатся пары воды и пыль.

2. Фильтр сапуна задерживает водяной пар и частицы пыли размером до 3 мкм (97%), пропуская в гидробак осушенный и очищенный воздух.

3. При повышении давления в гидросистеме сапун выпускает воздух в атмосферу.

4. Выходящий сухой воздух захватывает влагу, собравшуюся в сапуне. Таким образом фильтр сапуна освобождается от влаги и вновь готов осушать поступающий в систему воздух.

Фильтры

Загрязнения неизбежно будут появляться в гидросистеме машины, либо проникая извне, либо образуясь в результате работы внутри ее узлов. Обычно в конструкцию гидросистемы входит довольно совершенная система фильтрации, в составе которой имеются: фильтр на стороне всасывания между гидробаком и насосом, способный задерживать частицы загрязнений средних размеров; фильтр в обратном трубопроводе, задерживающий загрязнения, которые вымываются маслом из узлов гидросистемы и переносятся в гидробак; и, наконец, фильтр с напорной стороны, который механики часто называют «последний шанс» – он очищает масло, поступающее из насоса, защищая тем самым остальные узлы гидросистемы, а также фильтр сапуна, предотвращающий попадание в систему загрязнений, содержащихся в воздухе.

Один из способов, позволяющих убедиться, что все загрязняющие частицы удалены из гидросистемы, это регулярные проверки фильтрующих элементов и замена загрязненных. Если электронные или механические индикаторы сигнализируют, что фильтрующий элемент засорен, его следует немедленно заменить.

Пробы

Анализ проб гидравлической жидкости позволяет выяснить, какие именно загрязнения присутствуют в гидросистеме. Например, если в пробе обнаруживается пыль, земля или песок, это верное доказательство проникновения загрязнений извне. В этом случае следует установить фильтр в сапун гидробака. Если грязь обнаруживается внутри компонентов новой машины, следует профильтровать гидравлическую жидкость с помощью внешнего фильтра или установки «искусственная почка».

Отбирать и проводить анализ проб гидравлической жидкости надо регулярно с интервалом, зависящим от того, сколько часов в сутки работает машина, а также от величины давления в гидросистеме. Специалисты по гидравлическому оборудованию советуют отбирать пробы с интервалом от двух до шести месяцев. Чтобы определить, соответствует ли содержание загрязнений в гидравлической жидкости допустимому уровню, следует отобрать пробу из сливной линии перед фильтром и сделать анализ в сертифицированной лаборатории.

Перегрев

Обычно гидросистемы рассчитываются на работу при температуре около 55 °С. Температура у рабочей кромки манжеты, установленной на вращающемся валу или на поршне гидроцилиндра, будет примерно на 30 °С выше средней температуры масла в гидробаке за счет трения. Когда температура превышает 85 °С, материал манжеты начинает отверждаться. Как утверждают специалисты, повышение рабочей температуры свыше допустимой на 15 °С может сократить срок службы манжет наполовину.

Температура рабочих кромок манжет будет расти, если в гидросистеме используется неподходящее для данных условий эксплуатации масло. Общая температура в гидросистеме может повыситься из-за экстремально высокой температуры окружающей среды, низкого уровня жидкости в гидробаке, загрязнения радиаторов охлаждения гидравлической системы или неисправности системы охлаждения двигателя. При высоких температурах гидравлическое масло разлагается и теряет смазывающие свойства. В узлах гидрораспределителей, насосов и гидромоторов возникает сухое трение металла по металлу.

«Боковые нагрузки»

В списке наиболее распространенных причин выхода из строя гидроцилиндров так называемые «боковые нагрузки» уверенно занимают третье место после загрязнений и перегрева. Однако сразу подчеркнем, что бороться с этой причиной гораздо легче, чем с двумя первыми.

Если шарниры, с помощью которых гидроцилиндр крепится к рабочему органу и корпусу машины, не смазываются, во время работы ухо цилиндра заедает, препятствуя поворотам. Когда шток поршня выдвигается или втягивается в цилиндр, поднимая или опуская стрелу, на шток воздействует дополнительное усилие из-за заедания в несмазанном шарнире. Этого усилия недостаточно для того, чтобы изогнуть или сломать шток, однако воздействие боковых усилий приводит к ускоренному износу манжет штока и поршня, а также сопряженных металлических деталей.

Следует регулярно проверять форму отверстия под шток в крышке цилиндра. Перед тем как снять крышку, следует нанести установочные риски на нее и корпус цилиндра, и если отверстие имеет овальную форму, то приложить крышку к корпусу и определить, в какой плоскости имеют место боковые нагрузки. Регулярная смазка предотвратит заедание уха крепления цилиндра в кронштейне.