Pierwsze i podstawowe pytanie w ocenie stanu technicznego elementów hydrauliki siłowej brzmi:
„ Co decyduje o sprawności typowych elementów hydrauliki siłowej?”
Można wyróżnić dwa podstawowe zagadnienia określające sprawność elementów hydraulicznych.
- Szczelność :
- przecieki zewnętrzne
- przecieki wewnętrzne
2. Sprawność techniczna:
- realizacja zakładanej funkcji
- utrzymanie parametrów przepływu
- utrzymanie ciśnienia roboczego
Możemy mieć do czynienia z trzema stanami elementów hydraulicznych.
Po pierwsze możemy mieć element, który wykazuje nieszczelności zewnętrzne, a utrzymuje sprawność techniczną.
Po drugie możemy mieć element, który nie posiada wycieków zewnętrznych natomiast ma wadliwe działanie.
Po trzecie możemy mieć do czynienia z elementem, w którym występują przecieki zewnętrzne i posiada niesprawności techniczne.
Odpowiadając na zadane wcześniej pytanie co decyduje o sprawności elementów hydrauliki siłowej i biorąc pod uwagę wcześniej przytoczone argumenty można powiedzieć że:
„O sprawności elementów hydrauliki siłowej decyduje ich szczelność i prawidłowe realizowanie zadanej funkcji w układzie hydrauliki siłowej.”
Ustalenie kryteriów oceny sprawności technicznej elementów hydrauliki siłowej jest podstawą do przeprowadzenia kontroli stanu technicznego maszyn i urządzeń z napędami hydraulicznymi. Jeżeli już wiemy co decyduje o sprawności elementów hydraulicznych możemy przejść do metodologii oceny stanu maszyny. Z doświadczenia wiem, że najlepiej zacząć od przeprowadzenia wywiadu z operatorem maszyny. W trakcie takiej rozmowy powinniśmy przede wszystkim dowiedzieć się czy obsługa zauważyła jakieś zmiany w funkcjonowaniu maszyny w okresie po poprzednim przeglądzie lub naprawie. Powinno nas przede wszystkim interesować czy maszyna prawidłowo reaguje na regulacje parametrów technicznych. Jeżeli maszyna jest urządzeniem, od którego proces produkcyjny nie wymaga częstej zmiany parametrów technologicznych powinniśmy zwrócić uwagę na to czy maszyna utrzymuje nastawy technologiczne w całym procesie produkcji. Najczęściej w takim wywiadzie ujawniają się informacje pozwalające na wytypowanie elementów, na które należy zwrócić szczególna uwagę.
Po przeprowadzeniu wywiadu przystępujemy do oględzin poszczególnych podzespołów maszyny.
W trakcie kontroli zwracamy uwagę na przecieki :
a. z elementów napędowych maszyny, w tym przypadku na siłowniki i silniki hydrauliczne
b. z elementów złącznych, przewodów hydraulicznych i zakuć węży hydraulicznych
d. ze złączy obrotowych
e. z zaworów i rozdzielaczy sterujących
Ad. a. Przystępując do oceny stanu technicznego siłowników powinniśmy zwrócić uwagę na przecieki z dławnicy siłownika. Jest to newralgiczny punkt ponieważ w tym miejscu osadzone są uszczelnienia odpowiadające za wycieki zewnętrzne. Dławnica jest uszczelniana względem cylindra, a tłoczysko względem dławnicy. Przecieki mogą być również wewnątrz siłownika, to znaczy przez tłok. Przecieki takie nie są widoczne, za to mają największy wpływ na parametry technologiczne maszyny. Czy siłownik ma przecieki wewnętrzne dowiemy się na podstawie wywiadu. Jeżeli obsługa w trakcie wywiadu powie. że spada siła z jaką pracuje siłownik lub siłownik samoistnie wykonuje ruch pod wpływem sił zewnętrznych, a my nie zaobserwujemy żadnych wycieków zewnętrznych, może istnieć przeciek wewnątrz siłownika. Trzeba pamiętać, że nie jest to wynik jednoznaczny bo takie niedomagania mogą mieć inne źródło. Oceniając przecieki z silników i pomp hydraulicznych musimy zwrócić uwagę na przecieki w miejscu zesprzęglenia silnika z napędzanym elementem, w przypadlu pompy z silnikiem napędzającym. Przecieki w tych elementach pojawiają się w miejscu uszczelnienia wałka względem korpusu i są często objawem uszkodzeń wewnętrznych tych elementów. Czasami pojawiają się wycieki z połączenia „połówek” korpusu silnika, są najczęściej związane ze stwardnieniem O-ringów uszczelniających połączenie korpusów.
Ad. b. Ustalenie miejsca przecieku na przyłączach jest trudniejsze, ponieważ wyciek może pojawiać się miedzy korpusem a przyłączką. Olej może wyciekać również z pod nakrętki przyłącza. Jeżeli mamy do czynienia z wężem hydraulicznym to wyciek może pochodzić z pod zakucia węża. Wszystkie te wycieki będą widoczne w tym samym miejscu więc trzeba dokładnie zaobserwować gdzie następuje wyciek.
Ad. c. Złącza obrotowe to elementy złączne pozwalające na wielokrotny obrót podzespołów maszyny lub łączące ruchome elementy maszyny o dużym natężeniu pracy i ze względu na to narażone na zużywanie się współpracujących powierzchni. Oceniając stan techniczny złącza bierzemy pod uwagę na równi przecieki zewnętrzne i wewnętrzne. Wycieki zewnętrzne najczęściej są bardzo dobrze widoczne, a w związku z tym łatwe do wychwycenia. Przecieki wewnętrzne są oczywiście nie widoczne, a o ich istnieniu możemy się dowiedzieć w sposób pośredni w trakcie wywiadu z operatorem. Jeżeli zaburzone są funkcje maszyny realizowane przez elementy zasilane przez złącze obrotowe, to możemy brać pod uwagę, że przyczyną wadliwego działania jest właśnie przeciek wewnętrzny. Trzeba pamiętać, że niedomagania mogą wynikać także z innych przyczyn i należy przeanalizować wszystkie przesłanki aby jak najbardziej trafnie wytypować uszkodzony element.
Ad. d. Oceniając przecieki z bloków sterowania i zaworów należy zwrócić uwagę na miejsca styku między poszczególnymi elementami. Miejsca te są uszczelniane względem siebie O-ringami, a mocowane do siebie przy pomocy śrub. Może to powodować z biegiem czasu rozluźnienie połączenia, zwłaszcza jeżeli w układzie następują gwałtowne spadki i skoki ciśnienia. Choć tego nie widać gołym okiem, te elementy pod wpływem ciśnienia się naprężają co powoduje ich niewielkie ruchy mogące powodować przeciek. Drugą przyczyną mogą być stare uszczelki. O-ringi pod wpływem temperatury i kontaktu z olejem twardnieją i przestają zachowywać jak uszczelnienie ciśnieniowe, które pod wpływem ciśnienia doszczelniają się względem uszczelnianych elementów.
Przedstawiona powyżej metoda kontroli stanu technicznego maszyn z napędami hydraulicznymi jest najprostszą z możliwych, oraz najmniej inwazyjnym sposobem diagnostyki hydrauliki siłowej. Jest to podstawowy sposób typowania elementów do bardziej dokładnej kontroli stanu technicznego. Powinna być traktowana jako wstępna do przeprowadzenia głębszego przeglądu mającego na celu wytypowania elementów, które muszą być naprawione w ramach awarii, czyli w trybie pilnym, a które naprawy mogą zostać wykonane w ramach planowanego postoju. W tym miejscu należy chwilę poświęcić gospodarce remontowej, a co za tym idzie i planowaniu przeglądów i ich gradacji. Większość podręczników mówi wyraźnie, że lepiej jest zapobiegać awariom niż je usuwać. Trzeba jasno powiedzieć, że nie ma sposobu uniknięcia wszystkich awarii. Nawet gdybyśmy stworzyli najbardziej zaawansowany system przeglądów i kontroli to i tak coś po prostu przeoczymy. Przykładem na to są dwie katastrofy amerykańskich promów kosmicznych, które nastąpiły mimo bardzo gęstego sita kontroli i przeglądów. Wracając jednak na ziemię próbować należy bo wskazuje na to rachunek ekonomiczny. Wynika z niego że, zapobieganie awariom jest mimo wszystko tańsze niż ich usuwanie. Wynika to z wielu aspektów związanych z obydwoma stanami maszyny, czyli postojem awaryjnym albo postojem związanym z zaplanowanym przeglądem lub remontem.
Jeżeli mamy do czynienia z awarią jest to najczęściej sytuacja niespodziewana. Powoduje ona:
- przerwę produkcyjną
- obsługa maszyny w tym czasie nie pracuje
- jeżeli maszyna pracuje w ciągu technologicznym to następuje zatrzymanie całej produkcji
- awaria może wiązać się z uszkodzeniem współpracujących podzespołów co zwiększa
zakres naprawy
Jeżeli prowadzimy regularne przeglądy maszyn i typujemy maszyny do pogłębionej diagnostyki w celu zapobieżenia awariom unikamy:
- nieplanowanych przestojów maszyny
- zachowujemy rytmiczność produkcji
- minimalizujemy koszty stałe generowane niezależnie czy produkujemy czy nie
- ograniczamy koszty napraw zapobiegając uszkodzeniu innych części maszyny.
Jak widać można w prosty sposób udowodnić, że lepiej „zaplanować awarię”, niż zostać nią zaskoczonym. Z powyższego wynika, że dobrze jest stworzyć w zakładzie harmonogram przeglądów i napraw maszyn. Harmonogram taki można stworzyć na podstawie dokumentacji technicznej maszyn, w której producent określa kiedy i na co należy zwrócić uwagę, lub na podstawie doświadczenia w eksploatacji maszyn. Z doświadczenia wiem, że najlepiej sprawdza się w praktyce połączenie zaleceń producenta z doświadczeniem serwisowym. Podstawowym wykładnikiem częstotliwości przeglądów powinna być dokumentacja maszyn, ale powinna być korygowana doświadczeniem wynikającym z eksploatacji maszyn, ponieważ każdy proces produkcji ma własny niepowtarzalny charakter, powodujący typowe dla niego awarie.
Harmonogram przeglądów powinien być podzielony na poszczególne typy według zakresu planowanych prac i czasu postoju maszyny. Przegląd podstawowy opisany na początku tekstu powinien być przeprowadzany stosukowo często w zależności od natężenia pracy maszyny i znaczenia maszyny dla procesu technologicznego. Jeżeli maszyna jest jedynym tego typu urządzeniem, a jej awaria może powodować przestój całej linii natężenie przeglądów powinno być największe. Z harmonogramu przeglądów podstawowych powinien wynikać harmonogram przeglądów diagnostycznych. Z harmonogramu przeglądów diagnostycznych powinien wynikać harmonogram napraw i remontów bieżących. Z całego zestawu przeglądów i remontów ostatnim elementem gospodarki remontowej powinien być harmonogram remontów kapitalnych. W przypadku gdy mamy do czynienia z procesem produkcji, który generuje wystarczające dochody pozwalające na wymianę maszyn na podstawie wszystkich wymienionych harmonogramów możemy typować maszyny do wymiany.
Przykładowy harmonogram remontów i przeglądów (www.szar.pl)
Przegląd diagnostyczny jest głównym narzędziem w zapobieganiu awariom, a co za tym idzie głównym narzędziem w ocenie stanu technicznego maszyny. Przegląd diagnostyczny prowadzimy przy użyciu narzędzi diagnostycznych. Podstawowym narzędziem do diagnostyki układów hydraulicznych jest hydrotester.
Hydrotester jest to urządzenie składające się z trzech przyrządów pomiarowych: manometru, termometru i przepływomierza. Pozwala na kontrolę trzech podstawowych wartości określających działanie układu hydrauliki. (Metodę prowadzenia diagnostyki przy pomocy hydrotestera opisywałem we wcześniejszych numerach tego periodyku więc w tym miejscu nie będę rozwijał tego zagadnienia.)
Przykład hydrotestera. Zdjęcie ze strony www.hydrotech.sklepna5.pl
Przy pomocy hydrotestera możemy zdiagnozować praktycznie, każdy fragment układu hydraulicznego maszyny. Dokonując regularnych pomiarów możemy zaobserwować zmiany w sprawności poszczególnych elementów układu i na ich podstawie typować części układu hydraulicznego do naprawy lub wymiany. Jest to bardzo prosty przyrząd, który daje odpowiedź na większość pytań dotyczących stanu układu hydraulicznego, a co z tego wynika o sprawności technicznej poszczególnych jego elementów.
Elementy hydrauliki siłowej typu pompa czy silnik hydrauliczny możemy diagnozować metodą wibroakustyczną. Metoda ta w układzie hydraulicznym zdaje egzamin w diagnostyce elementów wirujących, czyli na przykład wirujących wałków w pompach hydraulicznych i silnikach hydraulicznych, a dokładnie pozwala na diagnozowanie ich łożyskowania. Starsze urządzenia pozwalały po prostu usłyszeć pracujące łożysko wewnątrz korpusu pompy lub silnika. Nowsze przyrządy pozwalają zapisywać drgania wytwarzane przez łożysko i na podstawie ich charakterystyki określić czy konieczna jest naprawa pompy lub w jakiej perspektywie czasowej będzie musiała być wykonana.
Analizator drgań maszyn SVAN 974 https://vibtech.pl
Regularna diagnostyka przy użyciu obydwu metod i porównywanie poszczególnych pomiarów pozwala na dosyć precyzyjne ustalenie stopnia zużywania się poszczególnych podzespołów maszyny. Mając takie informacje możemy stworzyć harmonogram napraw i remontów maszyn.
Podsumowując: regularna kontrola stanu technicznego maszyny prowadzona w sposób planowany i permanentny pozwoli uniknąć wielu awarii. W praktyce jest to jedyny sposób na zapobieganie nieplanowym postojom a co za tym idzie zapobiegnie niepożądanym kosztom związanym z eksploatacją maszyn.