Hydraulsystemet i en arbetsmaskin ska kunna hantera arbetsmoment med mycket olika krav. Ena stunden behövs stor kraft för att lyfta eller gräva. Nästa moment kan kräva små, kontrollerade rörelser eller ett jämnt oljeflöde till ett hydrauliskt redskap.
Därför räcker det inte att titta på en enda siffra i maskinens specifikation. Maximalt systemtryck säger exempelvis inget om hur snabbt ett redskap kan arbeta eller hur väl flera hydrauliska funktioner kan användas samtidigt.
För att bedöma maskinens hydrauliska kapacitet behöver man istället se på samspelet mellan tryck, flöde, pump, ventiler, cylindrar, styrning och redskap.
Tryck och flöde fyller olika funktioner
Tryck och flöde nämns ofta tillsammans, men beskriver olika delar av hydraulsystemets arbete.
Hydraultrycket anges vanligtvis i bar. Trycket påverkar den kraft som exempelvis en hydraulcylinder kan utveckla. Hur stor kraft som faktiskt uppstår beror också på den yta som trycket verkar mot.
Flödet anges normalt i liter per minut och beskriver hur mycket hydraulolja som passerar genom systemet under en viss tid. Flödet påverkar bland annat hur snabbt en cylinder förflyttas och hur snabbt en hydraulmotor kan rotera.
Det innebär att högt hydraultryck inte automatiskt ger snabba rörelser. På samma sätt innebär ett stort flöde inte att systemet kan utveckla hög kraft. För redskapsval behöver därför både tryck och flöde stämma med redskapets tekniska krav.
Från pump till hydraulisk rörelse
Hydraulpumpen skapar det oljeflöde som används i systemet. Trycket byggs upp när flödet möter ett motstånd, exempelvis när en cylinder ska flytta en belastning.
I moderna arbetsmaskiner används ofta pumpar där leveransen kan anpassas efter behov. När belastningen är låg behöver systemet inte alltid leverera maximal hydraulisk kapacitet. När flera funktioner används samtidigt kan behovet öka snabbt.
Ventiler bestämmer sedan vart hydrauloljan ska ledas och hur stort flöde varje funktion får.
En proportionellt styrd ventil kan öppnas stegvis. En liten joystickrörelse kan då ge ett mindre oljeflöde och en långsam rörelse. Ett större utslag ger högre flöde och snabbare rörelse.
I elektrohydrauliska system påverkar joysticken inte ventilen direkt. Förarens kommando registreras elektroniskt och ett styrsystem reglerar därefter ventilen.
Det ger möjlighet att anpassa hydraulikens respons efter arbetsmoment och redskap.
Hydraulcylindern omsätter trycket till kraft
Hydraulcylindrar används där maskinen behöver skapa en linjär rörelse. De finns bland annat i grävbommar, stickor, skopfunktioner, frontlastare, stödben och redskap.
När hydraulolja under tryck leds in i cylindern verkar trycket mot kolven. Kraften flyttar kolven och kolvstången.
En större kolvyta kan utveckla högre kraft vid samma tryck. Samtidigt krävs mer olja för att flytta en större kolv samma sträcka. Konstruktionen behöver därför balansera kraft mot rörelsehastighet och tillgängligt flöde. Kolvstången arbetar mot cylinderns tätningar vid varje rörelse. Den exponerade ytan kan också utsättas för jord, damm, fukt och mekanisk påverkan.
Repor, korrosion eller andra ytskador kan påverka tätningarnas arbete och i förlängningen orsaka läckage. Därför används bland annat hårdförkromning av kolvstänger i hydrauliska tillämpningar där ytan utsätts för återkommande belastning.
Beroende på skadans omfattning kan en kolvstång eller komplett hydraulcylinder ibland repareras istället för att hela enheten ersätts.
Olika redskap kräver olika hydraulik
Redskap kan använda hydrauliken på helt olika sätt.
En hydraulisk grip arbetar exempelvis med cylindrar och använder vanligtvis hydraulflöde under kortare rörelser. Ett roterande redskap med hydraulmotor kan däremot behöva ett kontinuerligt flöde under en längre period.
För en hydraulmotor påverkar flödet främst rotationshastigheten. Tryckskillnaden över motorn påverkar det vridmoment som kan utvecklas.
Det gör att två redskap som båda ansluts hydrauliskt kan ha mycket olika krav på maskinen.
Redskapstillverkaren anger normalt ett tillåtet eller rekommenderat område för arbetstryck och flöde. Maskinens tillgängliga hydraulik behöver matcha dessa värden. För lågt flöde kan ge otillräcklig arbets- eller rotationshastighet. För högt flöde kan innebära att redskapet arbetar utanför det område det är konstruerat för.
Även returtryck, anslutningar och behov av kontinuerligt flöde kan behöva kontrolleras. Att ett redskap passar i maskinens fäste betyder därför inte automatiskt att det hydrauliskt passar maskinen.
Simultana funktioner ställer krav på flödesfördelningen
Vid praktiskt arbete används ofta flera hydrauliska funktioner samtidigt. Under grävning kan föraren röra bom, sticka och skopa i samma arbetssekvens. Vid lastning kan lyft och tilt kombineras.
Funktionerna delar då på maskinens tillgängliga hydraulkapacitet.
Om pumpen levererar ett visst maximalt flöde innebär det inte att varje funktion får tillgång till hela flödet samtidigt. Systemet behöver fördela kapaciteten mellan de funktioner som används. Hur denna fördelning sker påverkar hur maskinen känns att arbeta med.
I enklare system kan en rörelse tydligt sakta ned när en annan funktion aktiveras. Mer avancerad pump- och ventilstyrning kan fördela flödet efter belastning och förarens kommandon. För maskiner som används till många olika arbetsmoment är därför hanteringen av samtidiga rörelser minst lika relevant som det maximala flödesvärdet.
Reglerbarhet påverkar precisionen
Alla arbetsmoment kräver inte maximal kraft eller högsta möjliga rörelsehastighet.
Vid arbete nära kablar, ledningar eller befintliga konstruktioner kan föraren behöva göra små och kontrollerade rörelser. Detsamma gäller vid planering och finjustering av material.
Då får ventilernas reglerbarhet och styrsystemets respons stor betydelse.
Med elektrohydraulisk styrning går det att anpassa sambandet mellan joystickens rörelse och ventilens öppning. Maskinen kan exempelvis använda en lugnare respons vid precisionsarbete och en snabbare respons vid lastning.
På moderna maskiner kan även inställningar för arbetsmoment, redskap och förare sparas. När samma arbetsuppgift återkommer behöver flera parametrar då inte ställas om från början. Den elektroniska styrningen förändrar alltså inte hydraulikens grundfunktion. Den påverkar hur exakt och konsekvent systemet kan regleras.
Multifunktionella maskiner behöver hantera stora variationer
En maskin som är byggd för en enda avgränsad uppgift kan ha ett hydraulsystem som är anpassat till ett relativt smalt arbetsområde.
En grävlastare kombinerar exempelvis frontlastare och grävaggregat i samma maskin. Beroende på konstruktion kan dessutom olika hydrauliska redskap anslutas.
Vid ett arbetsmoment behövs hög kraft. Vid ett annat krävs större kontinuerligt flöde. Ett tredje ställer främst krav på exakt styrning. Hydraulsystemet behöver därför kunna arbeta inom ett brett område utan att varje funktion kräver ett separat system.
Det är också därför maximalt hydraultryck eller maximalt flöde bara ger en del av bilden. Förmågan att fördela och reglera kapaciteten påverkar hur maskinen fungerar när arbetsuppgifterna varierar.
Ledningar och kopplingar måste klara redskapets flöde
Pumpens kapacitet är inte den enda begränsningen i systemet. Hydraulolja som rör sig genom slangar, rör, ventiler och kopplingar möter motstånd. För små ledningar kan skapa stora tryckförluster när flödet ökar.
Resultatet blir energiförluster och värme.
Samma sak gäller snabbkopplingar. De behöver vara dimensionerade för både aktuellt arbetstryck och flöde. Returledningen behöver också beaktas. Ett högt motstånd på retursidan skapar returtryck, och vissa hydraulmotorer och redskap är känsliga för detta. För redskap med stort kontinuerligt flöde kan det därför krävas en särskilt dimensionerad returledning eller fri retur till tank.
Det är hela hydraulkretsen mellan maskin och redskap som behöver klara den aktuella belastningen.
Värme, hydraulolja och renhet påverkar driften
Hydraulsystem överför stora mängder energi, men all energi blir inte användbart mekaniskt arbete. Tryckfall över ventiler, ledningar och kopplingar omvandlar en del av energin till värme. Interna förluster i pumpar och andra komponenter bidrar också.
Ett redskap som använder ett stort hydraulflöde kontinuerligt kan därför belasta kylsystemet betydligt mer än ett redskap som bara använder hydrauliken under korta rörelser. Hydrauloljans egenskaper förändras dessutom med temperaturen. Vid låg temperatur blir oljan mer trögflytande. Vid hög temperatur minskar viskositeten.
Maskinen behöver därför använda en hydraulolja som passar både systemets konstruktion och de temperaturer där maskinen arbetar. Renheten i oljan spelar också roll. Pumpar, ventiler och reglerkomponenter arbetar med små toleranser och kan påverkas av partiklar. Föroreningar kan komma in i systemet vid exempelvis service och redskapsbyten. Därför används filtrering och kontroll av föroreningar i hydraulsystem för att hålla oljan inom den renhetsnivå som systemets komponenter kräver.
Rengöring av snabbkopplingar före anslutning är också en praktisk åtgärd när redskap byts ofta.
Hydrauliken sätter ramarna för redskapsvalet
En arbetsmaskins användningsområde bestäms inte bara av motoreffekt, maskinvikt eller vilka redskap som går att montera mekaniskt.
Hydraulsystemet sätter egna gränser.
Pumpen bestämmer hur mycket olja som kan levereras. Trycket påverkar vilken kraft som kan utvecklas. Ventilerna styr hur flödet fördelas och hur exakt rörelser kan regleras. Cylindrar och hydraulmotorer omsätter energin till mekaniskt arbete.
Slangar, kopplingar, kylning, filtrering och hydraulolja behöver samtidigt fungera under den belastning som arbetsmomentet skapar. Vid redskapsval behöver man därför jämföra hela den hydrauliska kravbilden, inte bara maskinens högsta tryck eller största möjliga flöde.
Det relevanta är hur mycket hydraulisk kapacitet som finns tillgänglig, hur den kan regleras och om den kan levereras på rätt sätt till det redskap som faktiskt ska utföra arbetet.
