Het hydraulisch systeem

Hydrauliek algemeen

Hydrauliek wordt al vanaf 1935 toegepast op landbouwtrekkers en machines. Rond die tijd werd de eerste trekker met driepuntshefinrichting uitgerust.
Tegenwoordig is hydrauliek een vorm van krachtoverbrenging die op vele manieren toegepast wordt. In plaats van een mechanische overbrenging door middel van stangen of kettingen wordt de kracht van de motor overgebracht met behulp van hydraulische leidingen.

Opbouw hydraulisch systeem

Een eenvoudig hydraulisch systeem is opgebouwd uit de volgende onderdelen:
· een hydrauliekpomp;
· een stuurschuif;
· gebruikers zoals cilinders (motor);
· een veiligheidsklep;
· een filter.

In de afbeelding staat een voorbeeld van zo’n systeem. De onderdelen zijn aangegeven met symbolen.


hydraulisch systeem

Werking hydraulisch systeem

De pomp zuigt olie uit een tank of reservoir op en pompt de olie onder hoge druk weg. De druk kan tot 200 bar bedragen. De pomp wordt vaak aangedreven door een verbrandingsmotor.

De olie gaat via een leiding naar de stuurschuif. Met de stuurschuif kun je regelen waar de olie heen gaat. Je kunt bijvoorbeeld een cilinder uit of in laten schuiven. Je kunt ook niets doen en de olie via de stuurschuif weer naar de tank afvoeren.

Van de stuurschuif lopen dus leidingen naar de gebruiker en de tank. De gebruiker is een cilinder of een hydromotor. De ontvanger van de olie zet de in de pomp opgewekte hydraulische energie om in een beweging. Dit noem je mechanische energie.

Een aangebrachte veiligheidsklep zorgt ervoor dat de olie via een korte weg direct terugstroomt naar het reservoir als de druk in het systeem te hoog wordt. Dit noem je ook wel ‘afblazen’. Als de cilinder aan het eind van zijn slag is, kan er geen olie meer bij. Blijf je toch de stuurschuif bedienen, dan zal de druk boven de maximaal toelaatbare druk komen. Op zo’n moment wordt de olie afgeblazen.

In het hydraulische systeem zit ook een filter. Dit filter haalt verontreinigingen zoals zand (stof) en metaaldeeltjes uit de hydraulische olie. De verontreinigingen kunnen namelijk grote schade aanrichten in onderdelen van het hydraulische systeem

Intern hydraulisch systeem van de trekker

Hydrauliek vind je in de trekker bij het schakelen met powershift, hydraulische besturing, aftakasbediening, diffentieelslotinschakeling, vierwielaandrijving en hefinrichting.

Zoals in het schema van een eenvoudig hydraulisch systeem is aangegeven (afbeelding 1) vind je in de trekker altijd de volgende belangrijke onderdelen:
· een hydrauliekpomp;
· een filter;
· stuurschuiven;
· een veiligheidsklep.

Deze onderdelen worden uitgebreid behandeld in de volgende paragrafen.

Hydrauliekpomp

De pomp is het hart van het hydraulische systeem. Hij zuigt olie uit het oliereservoir en perst deze naar het oliereservoir terug of naar een gebruiker.

Tandwielpomp

De meest simpele pomp is de tandwielpomp. De tandwielpomp wordt rechtstreeks door de motor aangedreven. Hij levert vrijwel onafhankelijk van de tegendruk een bepaald aantal liters per minuut (volumestroom). Dit noem je ook wel een constant-volume-systeem. De druk is afhankelijk van de druk die de gebruiker (de hydromotor of cilinder) vraagt. Hoe hoger de last, hoe hoger de druk.


Tandwielpomp met uitwendige betanding.

Nadeel van het constant-volume-systeem is dat er veel warmteontwikkeling plaatsvindt als je een gebruiker inschakelt die een kleine oliestroom nodig heeft. Die warmteontwikkeling ontstaat doordat een gedeelte van de oliestroom via het overdrukventiel terugstroomt naar het reservoir (afblazen).

Plunjerpomp

Om het probleem van warmteontwikkeling te voorkomen, gebruiken enkele merken geen tandwielpomp, maar een plunjerpomp. Bij een plunjerpomp is het slagvolume te regelen. Met een regelbaar slagvolume wordt de pompcapaciteit automatisch aan de behoefte van de gebruikers aangepast. Hierbij blijft de druk constant (constante-druk-systeem).


Plunjerpomp met contante-druk-regeling.

L.S.-pomp

Een derde type hydrauliekpomp is de L.S.-pomp. L.S. staat voor Load Sensing. De L.S.-pomp is een type pomp waarbij zowel de volumestroom als de pompdruk aangepast wordt aan de behoefte van de gebruiker. Hierdoor krijg je minder energieverlies (opwarming van olie) en zijn de gebruikers nauwkeuriger te bedienen. Dit geldt met name voor hydraulische systemen met meerdere gebruikers.

Je moet weten welk type pomp er op een trekker zit als je machines gebruikt met een ‘eigen’ bediening van hydraulische functies. Als je bijvoorbeeld een lasergestuurde kilver gebruikt, moeten de stuurschuiven aangepast zijn aan het type pomp. Zit er bijvoorbeeld een L.S.-pomp op, dan moet je zogenaamde closed-center-stuurschuiven gebruiken (zie ook paragraaf 2.3 ‘Stuurschuiven’).


Filterinstallatie

Een hydraulisch systeem is zeer gevoelig voor vuil. Dit is vanwege de zeer nauwe passingen in bijvoorbeeld de pomp en de stuurschuif. Vervuiling kan van buitenaf of in het systeem zelf ontstaan. Van buitenaf ontstaat de vervuiling bijvoorbeeld door:
· het aankoppelen van werktuigen met hydraulische functies waarbij de snelkoppelingen niet goed zijn schoongemaakt;
· reparaties in het veld (stof en zand);
· bijvullen met hydrauliekolie uit vervuilde oliecans of vuile trechters.

In het systeem zelf ontstaat vervuiling door normale slijtage. Daardoor komen fijne metaaldeeltjes in de olie.

Filters zorgen voor een zo goed mogelijke zuivering van de olie. Meestal zitten op twee plaatsen in het systeem filters, namelijk:
· in de zuigleiding van de pomp (zuigfilter);
· in de retourleiding (retourfilter).

Het zuigfilter is gemaakt van metaalgaas en heeft gaatjes met een diameter. van 100 - 120 micron (1 micron = 1/1000 mm.). Het retourfilter is veel fijner en is vaak als papierfilter uitgevoerd. Het filtert deeltjes van 10 - 30 micron.


Hydrauliekfilter

Stuurschuiven

Een stuurschuif is een klep die de stromingsrichting van de olie bepaalt. Bij pneumatische (luchtdruk) installaties worden deze kleppen ventielen genoemd. Deze schuif bedien je handmatig met een hendel of elektrisch met een elektrische schakelaar. Als je de hendel niet bedient, komt deze terug in de ‘neutraalstand’. Dat betekent dat een gebruiker geen olie krijgt en dus niet werkt.


Een handbediende stuurschuif met arrêtering


Een elektrisch bediende stuurschuif.

Bij eenvoudige stuurschuiven heb je nauwelijks invloed op de stroomsnelheid van de olie. Snelheidsdosering is heel lastig en veroorzaakt veel warmteproductie, omdat je de doorstroom sterk vernauwt. Voor nauwkeurige dosering kun je het beste proportionele stuurschuiven gebruiken in combinatie met een constant-volume- of L.S.-pomp. Proportionele stuurschuiven kunnen de volumestroom regelen van nul l/min. tot de maximale opbrengst.

In de afbeelding zie je dat de stromingsrichting van de olie wordt bepaald door de stand van de stuurschuif. Hier moet je onderscheid maken in:
· enkelwerkende systemen;
· dubbelwerkende systemen.

Een voorbeeld van een enkelwerkend systeem is de laadbak van een kiepwagen. Bij enkelwerkende systemen wordt een cilinder door de hydraulische druk uitgeschoven. Door het gewicht van de bak wordt de olie in de stand ‘zakken’ weer teruggeduwd naar het oliereservoir. Enkelwerkende gebruikers hebben één slangaansluiting.

Dubbelwerkende systemen kunnen in twee richtingen een kracht uitoefenen. Deze stuurschuiven hebben dan ook twee slangaansluitingen. Voorbeelden van dubbelwerkende systemen zijn hydromotoren en een hydraulische topstang.

In onderstaande afbeelding is het schema weergegeven van een dubbelwerkende stuurschuif met bijbehorende bedieningsstanden.


dubbelwerkende stuurschuif met bijbehorende bedieningsstanden

Dubbelwerkende stuurschuif. De drie bedieningsstanden zijn ook met symbolen aangegeven.
A en B = aansluitpoort, T = retourleiding, P = pomp.

De meeste stuurschuiven op trekkers hebben drie standen. Er is een neutraalstand waarin een gebruiker niet beweegt. Naast de neutraalstand is er een stand waarin bijvoorbeeld een cilinder ‘uit’ beweegt en een stand waarin de cilinder ‘in’ beweegt. Sommige trekkers hebben nog een vierde stand op de stuurschuiven. Dit is de zogenaamde ‘zweefstand’ die in die positie vastgezet kan worden. Dit noem je ook wel arrêtatie. In de zweefstand is het betreffende hydraulische systeem drukloos. In deze stand kan bijvoorbeeld de hydraulische cilinder van de opraper van een opraapwagen vrij in en uit schuiven. Op die manier kan de opraper zich aan oneffenheden in het terrein aanpassen.

Een kenmerkend verschil in het gebruik van stuurschuiven tussen constant-volume-pompen en constante-druk- en L.S.-pompen is de oliestroom in ‘neutraalstand’. Bij een constant-volume-pomp gaat de olie via de stuurschuif terug naar het oliereservoir (open-center). Bij constante-druk- en L.S.-pompen wordt in de neutraalstand de oliestroom gestopt (closed-center). Daardoor loopt de opbrengst van de pomp terug naar nul l/min.

Veiligheidsklep

Een hydraulisch systeem wordt door de fabrikant ontworpen voor een bepaalde maximale druk. Bij landbouwtractoren ligt de ingestelde maximale druk tussen 180 en 200 bar (afhankelijk van merk en type). Bij overschrijding van deze maximale waarde kan er grote schade optreden aan de trekkerhydrauliek en aan de hydraulische onderdelen van een aangekoppelde machine.

Overschrijding van de maximale waarde kan optreden als je de telescoopcilinder van een kiepwagen bedient. In de uiterste stand kan er geen olie meer in de cilinder gepompt worden. Houd je de stuurschuif in de stand ‘heffen’, dan kan de olie niet weg en loopt de druk snel op. Op dat moment treedt de veiligheidsklep in werking. De klep stuurt de oliestroom terug naar het reservoir. Tijdens dit zogenaamde ‘afblazen’ ontstaat veel warmte. De olie wordt immers onder hoge druk door een zeer nauwe opening (veiligheidsklep) geperst. Daarna stroomt de olie drukloos terug naar het oliereservoir. Alle energie die daarbij vrijkomt, wordt omgezet in warmte.


Werking van de veiligheidsklep