Opbygning og funktion af entreprenørmaskiner. Kursus 45059.
Indholdsfortegnelse. Indhold side 2 Drivlinie side 3 Dieselmotor side 3 Benzinmotor side 5 El-drevne side 6 Transmission side 7 Hydrostat side 8 Slutdrev side 9 Bremser side 10 Styresystemer side 11 Hydraulik side 12 Hydraulisk begreber side 13 Hydraulisk beregning side 15 Filtrering side 16 Aktivering af hydraulik side 17 Ministeriet for Børn, Undervisning og Ligestilling (juni, 2016). Materialet er udviklet af Metalindustriens Uddannelsesudvalg i samarbejde med Niels Jensen fra Erhvervsskolerne Aars. Materialet kan frit viderebearbejdes med angivelse af følgende tekst: Dette materiale indeholder bearbejdning af Undervisningsmateriale til AMU-mål 45059 om Opbygning og funktion af entreprenørmaskiner udgivet i juni 2016 udviklet for Ministeriet for Børn, Undervisning og Ligestilling af Metalindustriens Uddannelsesudvalg i samarbejde med Erhvervsskolerne Aars, faglærer Niels Jensen. Side 2 af 19
Drivlinie. Drivlinien på en entreprenørmaskine består typisk af en motortransmission af forskellig muligheder, fordelingsgear, aksler og slutdrev. Sammensætningen er forskellig for de forskellige maskintyper alt efter behov. Motor. Diesel. Typisk maskiner med kraft behov fra 15 Kw 400 Kw (20 Hk 550 Hk) De fleste entreprenørmaskiner er drevet af dieselmotorer. Dieselmotorene er dem som kan levere den trækkraft og moment som der er behov for samt de er kompakte og økonomisk forsvarlige. Dieselmotorene har i dag store udfordringer i forhold til emmisionskrav og bliver derfor mere og mere tekniske for at overholde gældende krav. Der bliver konstant udviklet for at sikre overholdelse af gældende krav men også konkurrencen om at være førende med god brændstoføkonomi. Udviklingen går på, at der udvikles systemer, som bliver bedre til at forbrænde og efterbehandle de affaldsstoffer som der altid vil være fra dieselmotoren. Side 3 af 19
Forskellige systemer til nedsættelse af forurening. EGR SCR (tilsættelse af ADBLUE) Partikelfiltre Katalysatore Side 4 af 19
Benzin. Mange mindre maskiner, f.eks. stampere og motorbør, inden for entreprenørmaskinbranchen, er udstyret med benzinmotor. Benzinmotorene er typisk mindre og vejer mindre og derfor populære på maskiner/redskaber, som er meget kompakte og afhængig af lav vægt. Side 5 af 19
El. El-drevne maskiner har typisk været kendt som truck og stablere, men der sker nu en udvikling, hvor også minilæssere og øvrige maskiner benytter el som drivmiddel. Flere mindre maskiner bliver nu også produceret så de kan køre på el. Der er flere forskellige koncepter inden for anvendelse af el som drivmiddel. Nogle kan køre på både brændstof og el og er med under kategorien hybridmaskiner. Andre kører udelukkende på el via et stort batteri og el-motorer efter behov. Udfordringen med el som drivmiddel er stadig kapaciteten på batteriet (akkumulatoren). En af de store fordele ved kørsel med el som drivmiddel er, at der stort set ikke er forurening omkring maskinen, hvor den kører. En anden sidegevinst er støjnivauet, som er meget lavt. Det er en maskintype, som vil have store fordele når der skal køres indendørs, og hvor der er andre mennesker eller dyr, som kan udsættes for forurening og støj, hvilket også kan medføre risiko for stress og sygdom. Hybridmaskinerne er opbygget på forskellig vis. Nogle har brændstofmotor til almindelig kørsel og kan, når den placeres til arbejdsopgaver, kobles til el-nettet. Det kan eks. være en teleskoplæsser, som benyttes til indendørs byggeri, hvor den står stationært og udfører liftopgaver. Side 6 af 19
Transmission Gearskifttransmission. Almindelig gearkasse er hvor de tandhjul, som skal give den ønskede hastighed, er i indgreb med hinanden. Øvrige tandhjul er ikke i indgreb dog vil der altid være nogle som løber med, når der er rotation til gearkassen. Gearskiftene sker ved at der skal kobles ud mellem motor og gear for at flytte tandhjul eller skifte muffer til indgreb med et andet sæt tandhjul med en ændret gearing. Den er konstrueret, så der ikke bør være mulighed for at placere transmissionen i 2 gear på en gang. Powershifttransmission. Powershifttransmission er en type transmission, hvor alle tandhjul altid er i indgreb med hinanden og det er forskellige koblinger som låser tandhjulene fast til akslerne for at få den ønskede gearing. Powershifttransmissionerne er typisk opbygget med en konverter, som kan øge momentet med op til 3 gange. En af de store fordele med denne type transmission er, muligheden for at skifte gear under belastning uden maskinen kommer til at stå stille. Skift af gearene kan foregå manuelt eller med en computer som skifter alt efter hastighed, belastning, omdrejninger og hvilket køremønster der er valgt. Side 7 af 19
Egenskaber. Hydrostatisk transmission. En hydrostatisk transmissions primære egenskaber består i, at udvekslingsforholdet, dvs. forholdet mellem pumpens og motorens omdrejningstal, kontinuert kan ændres fra stillestående motoraksel mod såvel positive som negative værdier. Denne kontinuerte regulering af omdrejningstallet opnås ved, at pumpens og/eller motorens deplacement kan ændres således, at størrelse og retning af væskestrømmen ændres. Pumpens vippeplade står vinkelret på stemplerne/akslen. Pumpen har ingen stempelbevægelse og dermed ingen afgiven oliestrøm. Ved at dreje skråskiven fra neutral stilling mod maksimal vinkel udslag øges stempelbevægelsen og den afgivne oliestrøm gradvis. Strømretning ændres ved at bevæge pumpens skråskive modsat, hvorved stempelbevægelsen og den afgivne oliestrøm ligeledes bliver modsat. En stor fordel ved denne type transmission er, at kraften kan flyttes ved hjælp af slanger og rør og dermed ikke er afhængig af mekaniske forbindelser. Side 8 af 19
Slutdrev. Fælles for mange typer af transmissioner er, at de deler kraften ud til de trækkende aksler, hvor hastigheden bliver reduceret til den udveksling, som må passe til hjul eller bånd- størrelse. Reduktionsgearet, som typisk sidder som sidste led inden hjulet/tandhjulet monteres, er med for at sikre at trækaksler og øvrige komponenter kan overføre det moment som er nødvendigt. En aksel som løber hurtigt rundt kan overføre større moment end en som løber langsomt rundt, når der skal opnås samme fremdrifthastighed. Derfor reduktion som noget af det sidste i drivlinjen. Side 9 af 19
Bremser. Bremsere på entreprenørmaskiner er altid delt op i mindst 2 systemer og driftbremsen er typisk også opdelt i 2 kredse. Det er altid driftbremse og parkeringsbremse, som er delt op, for at sikre en nødbremse, hvis det ene system skulle svigte. Typisk er parkeringsbremsen konstrueret, så der ikke skal noget tryk eller el til for at aktivere den. Dette sikrer, at den ikke vil løsne sig og maskinen måske løbe ned af bakken, hvis der skulle være en lækage i systemet, eller den er parkeret i en længerevarende periode. Der bliver benyttet både luft og hydraulik til at forstærke bremseevnen på entreprenørmaskiner. Dette giver til tider udfordringer med at sikre, at der altid er tryk til rådighed, så derfor er der tit akkumuleret tryk til bremserne, så der også kan bremses når motoren ikke er startet. Bremsesystemet skal altid kunne lave en god og præcis opbremsning af maskinen og derfor er det nødvendigt med en god bremsepedal som kan regulere det nødvendige tryk der skal til for at sikre en god og stabil opbremsning. Samtidig er det yderst vigtigt, at bremsepedalen kan aflaste bremsesystemet, når hjulene skal rotere frit. Bremsekalibre, om det er tromlebremser eller skivebremser, så er de tit placeret ude i eller ved slutdrevene på akslerne, således de også virker, hvis der skulle ske brud på en trækaksel. De fleste bremser i dag, er, af typen våde bremser, som hele tiden bliver kølet og renset af den olie, som er i akslerne/slutdrevene. Side 10 af 19
Opbygning / styring. 2 hjuls styring. 4 hjuls styring krabbestyring. Rammestyring (knækstyret). Rammestyring er meget brugt inden for entreprenørmaskiner og er et stærkt og smidigt styresystem som kan styre præcist under stor belastning. En af de store fordele ved rammestyring er, at frontredskabet sidder monteret, så der altid er fuld effekt i den retning som skovlen/redskabet skal arbejde i, i forhold til hjulene på den forreste aksel. Dette medfører dog en ulempe, da maskinen kan blive ustabil ved skarpe sving med stor last da tyngdepunktet flyttes i forhold til last. Det er især mindre maskiner som minilæssere og lignende, som derfor jævnligt udstyres med tvillingmontering eller brede hjul på særligt forakslen. Side 11 af 19
Hydrauliksystemer. Der findes mange forskellige opbygninger af hydraulikanlæg på entreprenørmaskiner. Alt efter hvilken opgave de skal udføre, og hvor store krav der stilles til maskinerne, er næsten alle bygget op til netop de krav den aktuelle maskine skal opnå. Forskellige opbygninger som benyttes på entreprenørmaskiner kan nævnes: Hydrauliskanlæg med fast fortrængt pumpe. (Åben center). Hydrauliskanlæg med variabel pumpe LS styret. (Lukket center). Hydrauliskanlæg med fast fortrængt pumpe og ventil med LS regulering. Hydrauliskanlæg med variabel pumpe Effekt styret. Hydrauliskanlæg med variabel pumpe LS og Effekt styret. Anlæg med både variabel og fast fortrængt pumper. (Måske flere af hver slags). Anlæg, hvor der prioriteres, hvor der først skal være tryk til rådighed. Hydrauliksystemer, hvor der opbygges returtryk på enkelte funktioner Hydrauliksystemer, hvor pumpe skal kunne levere flere forskellige tryk på samme tid. Hydrauliksystemer, hvor flowet (hastigheden) på de enkelte funktioner kan reguleres uanset belastning på andre aktiverede funktioner. OSV OSV. For at kunne fejlfinde og justere på disse anlæg, er det nødvendigt at have diagrammer og data til rådighed. Det bliver nødvendigt at bruge diagram og øvrigt materiale til at afkode, hvordan det enkelte anlæg er opbygget, på netop denne maskine. Læsning af diagrammer kan være en kompliceret opgave og kræver, at man har kendskab til de mest almindelig anvendte symboler for at kunne danne sig en oversigt over, hvordan systemerne fungere. Side 12 af 19
Begreber om hydraulik. Åben center. Når den mængde pumpen leverer løber tilbage til tank uden at møde større modstand, når der ikke er nogen forbrugere. Et simpelt anlæg, hvor der altid er flow og der opbygges tryk efter behov. Lukket center. System som kun leverer den mængde og det tryk som er nødvendig for at udføre den eller de aktiverede funktioner. Der er behov for at sende et signal til ventil eller pumpe om, hvor stort et tryk og mængde der ønskes for at udføre en funktion. Det vil altid være den forbruger, som kræver højest tryk, der får lov at bestemme indtil der er opnået max systemtryk. Lukket centersystemer kan forsynes af pumper med både fast og variabel mængde, dog kræver det en omstilling eller ombygning af ventilen, hvis der skal ændres pumpetype. Fast fortrængt pumpe. En pumpetype, som giver en fast mængde olie pr. rotation. Typisk af typen tandhjulspumpe. Mængden kan dog reguleres i forhold til hvor mange omdrejninger, pumpen bliver trukket med. Variabel pumpe. En pumpetype, som kan give en variabel oliemængde uden der ændres på omdrejningstallet. Pumpen er typisk af typen stempelpumpe og den bliver styret af signal fra forbrugeren. Pumpen kan ændre fortrængning ved, at der ændres på den slaglængde som stemplerne vandrer. LS-anlæg. LS er forkortelse af load sensing og dette henviser til, at pumpe eller ventil styres ud fra hvor stor last der skal flyttes. Et LS-system arbejder altid med et mindre tryk, som står parat ud til forbrugeren og kaldes for lavtryk standby. Trykket varierer fra maskine til maskine, men typisk imellem 12-40 bar. Det er forskelligt, hvor det skal justeres, alt efter om det er lukket eller åben center, som det er indbygget i. Effektstyret pumper. Effektstyring af pumper er på gravemaskiner og lignende, hvor det kan være hensigtsmæssig at have flere gravestyrker og hastighed til rådighed alt efter hvilken opgave, som skal udføres. Styring af pumpen kan være elektrisk eller hydraulisk eller en kombination af disse. Side 13 af 19
Hydraulikanlægget på en maskine skal kunne forsyne alle funktioner og helst på en gang. Det stiller store krav til pumper og motorer. For at sikre at styretøj og bremser, som må anses for sikkerhedsmæssig at skulle kunne fungere korrekt, vil der være monteret ventiler, som sikrer, at de får første prioritet. Når første prioriteten er opnået eller ikke bliver brugt, ledes den resterende olie videre til øvrige forbrugere. Akkumulatorer. For at kunne opsamle og gemme kraft er der brugt akkumulatorer i forskellige sammenhæng. Det kan være for at sikre et stabilt tryk, når der skal skiftes gear eller at sikre der også er tryk til rådighed til bremserne, hvis motoren går i stå. Akkumulatoren er opbygget med 2 kamre, som er adskilt af en gummibælg, og på den ene side for ladet med et passende gastryk og på den anden side af bælgen tilsluttet hydrauliksystemet. Akkumulatorer bliver også brugt til affjedring af både førerhus, aksler og læssearme. Der skal altid udvises stor forsigtighed når der arbejdes med anlæg, hvor der er indbygget akkumulatorer, da der kan være tryk på funktioner, når maskinen er stoppet. Trykbegrænsning. Der skal i et hvert hydrauliksystem indbygges trykbegrænsning for at sikre alle komponenter og konstruktioner mod overlast. Trykbegrænsningen fungerer således, at den opretholder trykket til forbrugerne indtil der er opnået det indstillede tryk og vil her åbne for yderligere tryk, så det kan returnere til tank. Trykbegrænsningenssymbolet kendetegnes ved, at den føler på trykket før ventilen. Side 14 af 19
Trykreduktion. Er der i hydraulikanlæg en eller flere funktioner, som skal arbejde med et mindre tryk end de øvrige, kan der monteres en trykreduktionsventil. Ventilen sikrer, at der ikke åbnes for yderligere tryk end det ventilen er indstillet til. Ventilen er sat i serie med aktuelle forbrugere og det er trykket efter ventilen, som er reguleret. Trykreduktionsventilenssymbolet kendetegnes ved, at den føler på trykket efter ventilen. Fælles for tryk reduktion og trykbegrænsning er, at de bør være indstillet korrekt, så maskinen og dens dimensionering kan holde til belastningerne. Et eksempel på, hvad det vil betyde med kraften på et stempel, når trykket hæves med 25 bar. Stemplet har en indvendig diameter på 10cm = 78,5cm2 Trykket som normalt tilføres = 200 bar. Formel: kraft = areal x tryk Kraft = 200 bar x 78,5 cm2 15,700 kg Når trykket hæves med 25 bar Kraft = 225 bar x 78,5 cm2 17,662 kg Forskellen når trykket hæves med 25 bar er næsten 2 tons. Side 15 af 19
Filtrering. Filtre. For at sikre den renhed som et hydraulikanlæg kræver for at virke optimalt, er det nødvendigt at filtrere olien for urenheder. Der er mange forskellige typer af filtre og det er her nødvendigt at sikre sig, at man monterer et filter, som mindst lever op til producentens krav. Filtre er meget forskellige i hvor store partikler de kan rense, og om de er placeret før eller efter pumpe. Der er tit nævnt hvor mange Mesh eller Micron filtrene er på, hvilket henviser til, hvor stor maskestørrelse der er i filtret i 1/1000 mm for Micron og i tommer for Mesh. Oplysninger om filter tæthed kan søges på: http://www.universalfilters.com/mmcc.html Side 16 af 19
Aktivering af hydraulikfunktioner. Der er flere forskellige måder at aktivere de hydrauliske funktioner på. Elektrisk. Mekanisk (kabel stænger). Hydraulisk (servohydraulisk). El/hydraulisk. Elektrisk. Aktivering med el er nem, og lige til, når det drejer sig om aktivering, hvor det er en ventil som enten skal åbne eller lukke for en funktion. En stor fordel er, at ventilen, som skal aktiveres hensigtsmæssigt, når det blot er en ledning, som skal styre funktionen. El-regulering alene er dog ikke velegnet til at styre funktioner, hvor der skal varieres hastighed og belastning, som ændrer sig. Mekanisk. Aktivering med stangforbindelser eller kabeltræk findes også på mange maskiner og giver en god og præcis regulering, da man fysisk kan styre ventilens åbningskarakteristik. Ulemper ved denne styring er, at det fysisk skal være muligt at placere forbindelserne, og de kan virke tunge at bruge og kan også transportere en del støj til førerhuset. Side 17 af 19
Hydraulisk. Servohydraulik er meget brugt på især gravemaskiner og denne form for aktivering kan også give en god og præcis styring. Der kræves nogle slangeforbindelser mellem betjening og ventiler som skal aktiveres, og der skal yderligere være servoolietryk til rådighed. Trykket, som bliver brugt til denne styring, kan være forsynet fra separat pumpe eller reguleret fra en eksisterende pumpe og der arbejdes typisk med tryk mellem 15 50 bar. Styringen kræver en del plads og er rimelig kostbar, da der skal forsynes med olietryk, men den giver til gengæld en god og behagelig aktivering. Side 18 af 19
El-hydraulisk. Mange anlæg er i dag styret ved hjælp af små joystik, som mange gange er integreret i armlæn eller anden god placering i forhold til betjening. De el-signaler som kommer fra joystikket, bliver så behandlet i en computer for herefter at blive sendt ud til ventilen, som skal reguleres. Selve reguleringen foregår så ved hjælp af ventilens interne servotryk som bliver reguleret i forhold til signal fra computer samt registrering af aktuel placering af ventilgliderens position. En af de mest benyttede ventiler er PVG ventilen. PVG står for proportional variabel geometri. Denne type styring giver mange fordele, da det er el som skal aktivere og derfor blot en ledning. Der er også fordele, når der er indblandet en computer til at styre input-signaler for at skabe nogle output, da der her er muligheder for at ændre de parametre, som giver en given funktion. Der kan ændres på hastighed og ændres funktioner i forhold til betjening uden at skulle flytte eller ændre på opbygning af slanger og kabler. Ulempe ved denne type er, at der er mange fejlmuligheder. Der skal være kommunikation mellem computer og joystik og det kan foregå via CAN-bus. Der skal være kommunikation mellem computer og el-modul på ventilen, og der skal være servotryk til rådighed samt alle enheder skal have en forsyning af el. Side 19 af 19