Symbole pomp hydraulicznych i przewodnik po pompach hydraulicznych napędzanych przez PTO

Symbole pompy hydraulicznej to znormalizowane reprezentacje graficzne stosowane na schematach obwodów hydraulicznych (schematach) w celu identyfikacji typu, kierunku przepływu i metody sterowania pompy bez pisemnego opisu. Prawidłowe ich przeczytanie jest niezbędne dla każdego, kto projektuje, rozwiązuje problemy lub konserwuje układ hydrauliczny. Spośród wielu typów pomp przedstawionych na tych schematach, pompa hydrauliczna napędzana przystawką odbioru mocy (PTO) jest jedną z najważniejszych w praktyce — jest szeroko stosowana w rolnictwie, transporcie ciężarowym, budownictwie i służbach ratowniczych, gdzie silnik pojazdu bezpośrednio napędza funkcje hydrauliczne.

W tym artykule wyjaśniono, jak dokładnie interpretować symbole pomp hydraulicznych, omówiono kluczowe odmiany symboli, które można napotkać, a następnie omówiono szczegółowo pompy hydrauliczne napędzane przez PTO – jak one działają, jakie specyfikacje mają znaczenie i jak wybrać właściwy do danego zastosowania.

Jak czytać podstawowy symbol pompy hydraulicznej

Norma ISO 1219 reguluje symbole schematów hydraulicznych i pneumatycznych na całym świecie. Zgodnie z tą normą wszystkie symbole pomp hydraulicznych mają wspólną podstawę: okrąg przedstawiający korpus pompy z czarnym trójkątem skierowanym na zewnątrz koła, wskazującym kierunek przepływu. Trójkąt skierowany od okręgu pokazuje, że płyn jest wypychany na zewnątrz — to odróżnia pompę (wpływ energii, wydatek płynu) od silnika hydraulicznego (wpływ płynu, wyjście mechaniczne), gdzie trójkąt jest skierowany do wewnątrz, w stronę koła.

Dodatkowe elementy dodane do tego symbolu podstawowego przekazują specyficzne właściwości pompy:

• Pojedyncza strzałka przechodząca przez okrąg (przekątna): Wskazuje pompę o stałej wydajności — pompa dostarcza tę samą objętość płynu na obrót, niezależnie od ciśnienia w układzie lub regulacji zewnętrznej.
• Podwójna strzałka przechodząca przez okrąg (dwie przekątne, jedna z grotem strzałki na każdym końcu): Wskazuje pompę o zmiennej wydajności — przepływ wyjściowy można regulować podczas pracy pompy, zazwyczaj poprzez zmianę kąta tarczy sterującej w pompie tłokowej.
• Dwa trójkąty przepływu po przeciwnych stronach koła: Wskazuje pompę dwukierunkową zdolną do pompowania w obu kierunkach — pompa może przepływać w odwrotnym kierunku, co jest powszechne w obwodach przekładni hydrostatycznej.
• Zakrzywiona strzałka wokół linii wału: Wskazuje kierunek obrotu wału — zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara — co ma kluczowe znaczenie przy określaniu konieczności wymiany pompy lub podłączania napędu WOM.
• Do okręgu dodano symbol sprężyny lub linię ciśnienia pilota: Wskazuje pompę o zmiennym wydatku z kompensacją ciśnienia, której wydatek automatycznie zmniejsza się, gdy ciśnienie w układzie osiąga wartość zadaną kompensatora.
• Linia przerywana od elementu sterującego do pompy: Wskazuje sterowane pilotem lub zdalnie sterowane zmienne przemieszczenie — przemieszczenie jest sterowane oddzielnym sygnałem hydraulicznym lub elektrycznym.

Wał napędzający pompę przedstawiono jako linię wchodzącą w okrąg od strony przeciwnej do trójkąta przepływowego. Kiedy dwie pompy mają wspólny wał – konfiguracja pomp tandemowych powszechna w obwodach ciągników rolniczych i ładowarek – rysowane są dwa okręgi połączone tą samą linią wału, każdy z własnym trójkątem przepływu i otworem wylotowym.

Różnice w symbolach pompy hydraulicznej w zależności od typu pompy

Chociaż symbol podstawowy jest taki sam dla wszystkich pomp hydraulicznych, kombinacja modyfikatorów informuje o zastosowanej technologii konkretnej pompy. Poniższa tabela podsumowuje najpopularniejsze typy pomp i odpowiadające im charakterystyki symboli:

Czytając schemat hydrauliczny, symbol pompy jest prawie zawsze połączony z symbolem głównego napędu (silnik elektryczny lub silnik spalinowy) z jednej strony i z przewodem ciśnieniowym układu z drugiej. Linia powrotna zbiornika (zbiornika) jest podłączana w innym miejscu obwodu. Prześledzenie tych połączeń od symbolu pompy na zewnątrz jest punktem wyjścia do zrozumienia dowolnego schematu obwodu hydraulicznego.

Jak działają pompy hydrauliczne napędzane przez PTO

Pompa hydrauliczna napędzana przystawką odbioru mocy (WOM) pobiera energię mechaniczną bezpośrednio ze skrzyni biegów lub silnika pojazdu lub ciągnika, przekształcając ją w przepływ i ciśnienie hydrauliczne w celu napędzania zewnętrznych funkcji roboczych. Wał przegubowo-teleskopowy – znormalizowany w 540 obr./min lub 1000 obr./min do ciągników rolniczych zgodnych z normami ISO 500 i ASAE S203 – łączenie bezpośrednio z wałem wejściowym pompy poprzez złącze wielowypustowe lub adapter skrzyni biegów.

W przeciwieństwie do napędzanych elektrycznie jednostek hydraulicznych lub pomp montowanych na silniku z bezpośrednim napędem pasowym lub zębatym, pompa PTO ma kluczową charakterystykę roboczą: wytwarza przepływ hydrauliczny tylko wtedy, gdy WOM jest włączony, a silnik pracuje powyżej biegu jałowego. Wydajność przepływu skaluje się bezpośrednio wraz z prędkością wału odbioru mocy — jeśli przepustnica silnika spada, zmniejsza się również wydajność pompy, a tym samym prędkość wszelkich siłowników napędzanych hydraulicznie.

Symbol pompy hydraulicznej używany na schemacie układu napędzanego przez przystawkę odbioru mocy przedstawia standardowy okrąg pompy z linią wału, ale silnik główny podłączony do tego wału jest zwykle przedstawiany jako symbol silnika lub oznaczony jako „PTO”, a nie standardowy okrąg silnika elektrycznego. Na niektórych schematach symbol skrzyni biegów pojawia się pomiędzy wałem odbioru mocy a pompą, wskazując przełożenie zwiększające lub zmniejszające prędkość.

Typy pomp PTO i ich zastosowania

Każda z trzech głównych technologii pomp stosowanych w zastosowaniach z przystawką odbioru mocy oferuje różne kompromisy w zakresie wydajności ciśnieniowej, spójności przepływu, wydajności i kosztów:

Pompy zębate (najczęściej stosowane w przypadku stosowania z przystawką odbioru mocy)

Zewnętrzne pompy zębate dominują w zastosowaniach hydraulicznych przystawek odbioru mocy ze względu na ich prostotę, solidność i tolerancję na zanieczyszczone płyny – ważne w środowiskach rolniczych i budowlanych. Typowa pompa zębata WOM pracuje przy 150–250 barów (2175–3625 PSI) ciśnienie ciągłe z natężeniem przepływu od 11 do 114 litrów na minutę przy prędkościach WOM 540 lub 1000 obr./min. Mają stałą wydajność — przepływ jest wprost proporcjonalny do prędkości wału i nie można go regulować niezależnie.

Pompy tłokowe (wysokie ciśnienie, zmienny przepływ)

Osiowe pompy tłokowe zapewniają wyższe ciśnienie ciągłe — do 350–420 barów (5000–6000 PSI) — oraz, w konfiguracjach o zmiennej pojemności skokowej, umożliwiają regulację przepływu niezależnie od prędkości obrotowej silnika. Dzięki temu nadają się do wymagających zastosowań z przystawką odbioru mocy, takich jak żurawie montowane na samochodach ciężarowych (wysięgniki przegubowe), systemy hakowe i wysokociśnieniowe narzędzia hydrauliczne. Kompromisem są wyższe koszty i większa wrażliwość na zanieczyszczenia płynów — zazwyczaj wymagana jest klasa czystości ISO 4406 16/14/11 lub lepsza.

Pompy łopatkowe (płynny przepływ, średnie ciśnienie)

Pompy łopatkowe zapewniają bardzo płynny przepływ o niskiej pulsacji, dzięki czemu nadają się do zastosowań napędzanych przez WOM, gdzie jakość przepływu ma znaczenie — w niektórych systemach przenośników, zastosowaniach opryskowych i hydraulicznych wspomaganiach układu kierowniczego. Wydajność ciśnieniowa jest umiarkowana przy 140–175 barów (2000–2500 PSI) i są bardziej wrażliwe na zużycie zanieczyszczonym płynem niż pompy zębate. Mniej powszechne w rolniczych zastosowaniach WOM, ale spotykane w niektórych zastosowaniach w pojazdach przemysłowych.

Kluczowe dane techniczne dotyczące wyboru pompy hydraulicznej napędzanej przez PTO

Dopasowanie pompy hydraulicznej WOM do jej zastosowania wymaga oceny kilku współzależnych specyfikacji. Pomyłka skutkuje albo zaniżoną wydajnością, albo przedwczesną awarią pompy:

Na szczególne podkreślenie zasługuje określenie kierunku obrotu. Uruchomienie pompy zębatej w złym kierunku obrotu natychmiast wymusza przepływ płynu na uszczelkach wewnętrznych w niewłaściwym kierunku, powodując katastrofalną awarię uszczelnienia i zniszczenie pompy w ciągu kilku minut — nie godziny. Zawsze sprawdź kierunek obrotów na tabliczce znamionowej pompy i porównaj z rzeczywistymi obrotami wału odbioru mocy przed uruchomieniem.

Konfiguracje montażu pompy PTO i układy napędu

Pompy hydrauliczne PTO łączą się ze źródłem zasilania za pomocą kilku różnych układów fizycznych, w zależności od typu pojazdu, dostępnych punktów mocowania i wymaganej lokalizacji pompy:

• Bezpośrednie mocowanie tylnego WOM ciągnika: Pompa przykręcana jest bezpośrednio do wspornika na tylnym wałku odbioru mocy ciągnika za pomocą wału przegubowego uniwersalnego. Powszechnie stosowany do zasilania zewnętrznych narzędzi hydraulicznych — łuparek do drewna, kafarów, siewników hydraulicznych. Pompa i jej zbiornik są zwykle montowane na ramie narzędzia, a nie na ciągniku.
• Przystawka odbioru mocy zamontowana na skrzyni biegów (ciężarówka): W samochodach ciężarowych do portu PTO w skrzyni biegów (rozmiary od A do F w standardzie SAE) można podłączyć dopasowany moduł PTO, który napędza pompę poprzez bezpośrednie zazębienie przekładni. Pompa jest zamontowana kołnierzowo do przekładni WOM. Jest to standardowe rozwiązanie dla wywrotek, śmieciarek, hakowców i dźwigów.
• WOM skrzyni rozdzielczej: Samochody ciężarowe z napędem na cztery koła ze skrzyniami rozdzielczymi czasami zapewniają wyjście przystawki odbioru mocy ze skrzynki rozdzielczej, umożliwiając działanie pompy, gdy pojazd jest nieruchomy z odłączonym układem napędowym. Stosowany w urządzeniach strażackich i pojazdach ratowniczych.
• Przystawka odbioru mocy koła zamachowego silnika: Pompy zamontowane bezpośrednio na obudowie dzwonu silnika i napędzane z koła zamachowego poprzez pakiet sprzęgła. Zapewnia ciągłą pracę pompy niezależnie od skrzyni biegów — stosowany w betonomieszarkach, odśnieżarkach i cysternach próżniowych, gdzie wymagana jest ciągła moc hydrauliczna niezależnie od prędkości pojazdu.

Obliczanie wymaganej wydajności i mocy pompy PTO

Prawidłowe dobranie pompy PTO rozpoczyna się od określenia wymaganego przepływu i ciśnienia hydraulicznego, a następnie powraca do wymagań dotyczących wyporności i mocy wejściowej. Obliczenia są proste:

Wymagana wydajność pompy (cc/obr):

Pojemność skokowa = (Wymagany przepływ w l/min × 1000) ÷ prędkość WOM w obr./min

Przykład: Łuparka do drewna wymaga 30 l/min przy prędkości obrotowej WOM wynoszącej 1000 obr./min. Przemieszczenie = (30 × 1000) ÷ 1000 = 30 cm3/obr . Wybierz pompę o wydajności 30–35 cm3/obr., aby uwzględnić objętościowe straty wydajności (zwykle 5–15% w pompach zębatych).

Wymagana moc wejściowa (kW):

Moc (kW) = (Przepływ w L/min × Ciśnienie w barach) ÷ 600 ÷ sprawność całkowita

Przykład: 30 l/min przy 200 barach, ogólna wydajność 0,85. Moc = (30 × 200) ÷ 600 ÷ 0,85 = 11,8 kW (około 15,8 KM) . Znamionowa moc WOM ciągnika musi przekraczać tę wartość — odpowiedni jest WOM ciągnika o mocy 30 KM; traktor o mocy 20 KM nie.

Zawsze dodawaj a Margines bezpieczeństwa 20–25%. powyżej obliczonej mocy przy określaniu wielkości ciągnika, ponieważ wydajność pompy zmniejsza się wraz ze zużyciem, a stany nieustalone ciśnienia w układzie mogą przekroczyć wartości w stanie ustalonym w przypadku utknięcia siłownika.

Typowe problemy z pompą WOM i sposoby ich diagnozowania

Większość awarii pomp hydraulicznych PTO ma rozpoznawalne wzorce, które można zdiagnozować przed wystąpieniem całkowitej awarii:

• Kawitacja (jęczenie lub krzyki przy uruchomieniu): Spowodowane niewystarczającym dopływem oleju do wlotu pompy — zwykle z powodu zatkanego filtra siatkowego na ssaniu, zapadniętego węża ssącego lub zbyt niskiego poziomu płynu w zbiorniku. Kawitacja powoduje erozję elementów wewnętrznych pompy w ciągu kilku godzin ciągłej pracy. Sprawdź podciśnienie w linii ssawnej za pomocą wakuometru — więcej niż 0,3 bara (9 inHg) na wlocie pompy wskazuje na ograniczenie ssania.
• Niski przepływ i powolny ruch siłownika: W przypadku pompy zębatej oznacza to wewnętrzne zużycie — luz między przekładnią a obudową wzrósł powyżej specyfikacji, umożliwiając wewnętrzne obejście. Porównaj rzeczywisty przepływ (mierzony przepływomierzem) z przepływem znamionowym przy prędkości roboczej. Redukcja przepływu znamionowego w pompie zębatej o ponad 15% wskazuje na konieczność wymiany.
• Przegrzanie płynu hydraulicznego: Przyczyny obejmują pracę pompy przy ciśnieniu stale przekraczającym jej wartość znamionową, zbyt wysokie ustawienie zaworu nadmiarowego systemu lub niewystarczającą objętość zbiornika. Temperatura płynu hydraulicznego powyżej 80°C (176°F) przyspiesza utlenianie oleju i degradację uszczelek — prawidłowo dobrany system powinien utrzymywać temperaturę płynu poniżej 60–65°C przy pracy ciągłej.
• Wyciek uszczelnienia wału: Zewnętrzny wyciek oleju na wale pompy wskazuje na uszkodzenie uszczelnienia wału — zwykle spowodowane nadmiernym ciśnieniem spustowym obudowy (przeciwciśnienie na otworze spustowym obudowy pompy), ścieraniem zanieczyszczonego płynu lub niewspółosiowością wału. W pompach zębatych ciśnienie spustowe obudowy nie powinno przekraczać 3–5 barów (44–73 PSI) w sposób ciągły.
• Przepływ nieregularny lub pulsujący: W pompach zębatych oznacza to zasysanie powietrza przez nieszczelną złączkę ssącą lub niski poziom płynu, co powoduje, że pompa okresowo zasysa powietrze. Sprawdź wszystkie złącza przewodu ssawnego i odpowietrznik zbiornika pod kątem zatkania.