A Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kara K+F stratégiájának része az erdőgazdaságok gépesítésének fejlesztése

Hidraulikus hajtások

Az erőgépeken kívül széles körben alkalmazzák a hidraulikus hajtásokat munkagépek, illetve munkavégző részek működtetésére is. A fatermesztési gépek körében számos talajelőkészítő- és ültetőgép erőátvitele hidraulikus. A fahasználatban alkalmazott gépek közül pedig talán elég csak a rakodás hidraulikus daruit, vagy a felkészítés hasító- és daraboló gépeit felhasználási példaként megemlítenünk..

Az említett gépek esetén a hidraulikus erőátvitel döntően egyenáramú hidrosztatikus, vagyis az áramló munkafolyadék nyomásán alapul. A váltakozó áramú hidraulikus energiaátvitel a hidraulikának egy viszonylag új területe. Lényege, hogy a munkafolyadék az energia-átalakítók között folyamatosan pulzál, nincs szükség nagyméretű olajtartály beépítésére a körfolyamba.

A Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kara K+F stratégiájának része az erdőgazdaságok gépesítésének fejlesztése. Ennek keretein belül az Erdészeti-műszaki és Környezettechnikai Intézet kutatásokat végez a meglévő gépparkok korszerűsítésére, illetve az igényeknek megfelelően új gépek, gépsorok fejlesztésére. A gépeknek esetenként speciális elvárásoknak kell megfelelniük, igazodva a munka jellegéhez és az adott munkakörülményekhez. Az elmúlt időszakban a váltakozó áramú hidraulikus hajtás elméleti és konstrukciós kérdéseit vizsgáltuk. Elemeztük, hogy a hajtás előnyös tulajdonságait felhasználva milyen gépeken célszerű a gyakorlati alkalmazása.

Mint már említettük, a talajelőkészítés gépei között számos helyen alkalmaznak hidraulikus erőátvitelt. Ilyen meghajtásúak például egyes tuskókiemelő gépek, amelyek első változatai az 1960-as években jelentek meg a magyar erdőgazdaságban (K-2A). A napjainkban alkalmazott markolva kiemelő tuskózógépek teljes egészében hidrosztatikus működtetésűek (1. ábra). Hazánkban az Alföldön végeznek nagyobb területeken tuskókiemelést, teljes talajelőkészítéssel végzett erdőfelújítást megelőzően. A talajban maradt tuskók kiszedése az egyik legnagyobb energiaigényű feladat. Vizsgálataink során üzemi körülmények között méréseket végeztünk különböző fafajok esetén annak megállapítására, hogy a kiemelőerő és a tuskó átmérője között milyen összefüggés írható fel. Tapasztalataink szerint a függőleges irányú kiemelőerő nagysága elsősorban a fafajtól (gyökérzet) és a talaj típusától függ. A kiskunsági talajok típusai kevéssé különböznek egymástól, ezért ezt változóként nem szerepeltettük az összefüggések meghatározásánál. A mérések elvégzéséhez olyan fafajokat választottunk, amelyek az Alföldön leggyakrabban előfordulnak (erdeifenyő, akác, nyár), mivel ezek tuskóinak eltávolítására van leginkább szükség a gyakorlatban. Méréseink során a tuskózógép hidraulikus rendszeréhez csatlakozva mértük és rögzítettük a nyomásértékeket a kiemelés folyamata alatt, majd a gép geometriai méreteit és mechanikai jellemzőit felhasználva meghatároztuk a függőleges irányú kiemelőerőt. Vizsgálataink szerint a tuskózógép egy megfogással 40 cm vágáslap átmérőig képes a tuskókat kiemelni. Efölötti átmérő esetén több megfogás, illetve az oldalgyökerek elvágása szükséges a kiemeléshez.

Az átlagos erőértékeket fafajonként a tuskó vágáslap átmérőjének függvényében az 1. táblázatban mutatjuk be.

A mérési eredményekből látható, hogy a tuskókiemelésnek több tízezer Newton erőszükséglete van. A kiemelőerőt befolyásoló tényezők vizsgálatával, valamint ennek csökkentését célzó kísérletekről számos utalást találunk a hazai és a nemzetközi szakirodalmomban. Szepesi szerint vibráció alkalmazásával a kiemeléshez szükséges erő akár 30-50%-kal is csökkenthető. Ehhez azonban pontosan ismernünk kell a vibráció optimális frekvenciáját, amplitúdóját és azt, hogy mekkora a rezgetendő tömeg. A vibráció alkalmazása a következő előnyökkel járhat:

• csökkentheti a kiemeléshez szükséges erőt, ezáltal a feladat ellátására kisebb kategóriájú alapgép is megfelelő lehet,
• az egy tuskó kiemeléséhez szükséges időt lerövidítheti, ezáltal csökkentheti a munka elvégzésének költségeit,
• a kiemelt tuskón a vibráció hatására kevesebb föld marad, így a tuskók további hasznosítása esetén a tisztítás idejét és költségeit csökkentheti.

Célul tűztük ki a rezgetés optimális paramétereinek meghatározását, ezt követően pedig egy kísérleti berendezés elkészítését, amely alkalmas lehet a tuskók rezgetéses meglazítására. A nagy rázási teljesítmény és a viszonylag széles frekvencia tartomány miatt célszerűnek látszott a tuskó lazításához alkalmazandó rezgető berendezést a váltakozó áramú hidraulikus technika elvén létrehozni. A vibrációs mozgást egy kétfázisú lineáris mozgású váltakozó áramú hidraulikus hajtással állítottuk elő, melynek fő részei:

• az osztott fázisterű változtatható folyadékáramú hidrogenerátor (VHG)és
• a váltakozó folyadékáramú, lineáris mozgású hidromotor (VHM).

A hidrogenerátor folyadékáramának amplitúdója és frekvenciája fokozatmentesen változtatható az excentertárcsa szögelfordulásától és fordulatszámától függően. A hidromotor fázisdugattyújának lökethosszát és mozgásának frekvenciáját a hidrogenerátor folyadékáramának amplitúdója és frekvenciája határozza meg.
 

A kísérleti berendezés kialakításánál a következő szempontokat tartottuk szem előtt:

• egyszerű kezelhetőség,
• fokozatmentes szabályozhatóság és
• alkalmazhatóság erdei körülmények között.

Erdész szakemberekkel konzultálva a gyakorlati alkalmazhatóság céljait figyelembe véve fontos, hogy a berendezés:

• teljesítményigénye ne haladja meg a használatos univerzális traktorok maximális teljesítményét,
• a használatos univerzális traktorokkal szállítható és mozgatható legyen, és
• meghajtása a szállító traktorról megoldható legyen.

Konstrukciós változatokon keresztül elkészítettünk egy olyan berendezést, amely traktorra szerelhető, erdészeti körülmények között is könnyen kezelhető (3. ábra). A hidrogenerátor (VHG) a meghajtást a traktor TLT tengelyéről kapja.

A kísérleti berendezés fontosabb műszaki jellemzői:

• a rezgetés legnagyobb amplitúdója:                 a = 40 mm,
• a rezgetés frekvenciája:                                        f  = 1¸17 Hz,
• felhasznált maximális teljesítmény:                   Pmax = 30 kW,
• a legnagyobb lökethossza:                                  R = 2a = 80 mm,
• a rendszer maximális nyomása:                         p = 100 bar = 107 Pa.

 

A további gyakorlati felhasználási lehetőségeit is kutattuk. Együttműködve a Corvinus Egyetem Kertészmérnöki Karának Műszaki Tanszékével kísérleteket végeztünk annak eldöntésére, hogy alkalmazható-e a berendezés gyümölcsfarázó gépek működtetésére. A gyümölcsbetakarító farázó gépek ugyancsak vibrációt hoznak létre, működésük során nagy indítónyomatékra van szükség. A kísérleti berendezés fokozatmentes frekvencia- és amplitúdó állítási lehetősége kedvező a farázó gépek működtetése szempontjából.

 

A kísérleti eredményeket és tapasztalatainkat összefoglalva megállapítható, hogy a váltakozó áramú hidraulikus hajtás előnye az egyenáramú hidraulikus hajtással szemben a nagy indítónyomaték. Alkalmazás szempontjából ez azzal az előnnyel jár, hogy közvetlen hajtás valósítható meg az ilyen paramétereket igénylő munkavégző szerveknél. A hajtómű feleslegessé teszi a nyomatékváltó beépítését.

 

A váltakozó áramú hidraulikus hajtás alkalmazása ott célszerű, ahol az egyenáramú hajtással csak különböző nehézségek árán oldható meg a hajtás. Ezek a területek általánosan a következők, ahol:

• az áttétel pontosan meghatározott,
• a hajtó és hajtott oldal szinkronizált mozgása szükséges,
• meghatározott mozgást, transzformációt kell létrehozni, illetve
• nagy indítónyomaték és fokozatmentes fordulatszám állítási lehetőség szükséges.

Mezőgazdasági- és erdészeti gépeken történő alkalmazás az alábbi területeken javasolható:

• célgépek járószerkezetének hajtása, ahol kis sebesség szükséges,
• kihordó szerkezetek hajtása, ahol kis haladási sebesség biztosítására van szükség,
• olyan munkavégző szervek hajtása, ahol magas a nyomatékigény és pontosan meghatározott áttételi viszonyt kell megvalósítani, továbbá
• rezgőmozgás létrehozása nagy erő, illetve nyomatékigény mellett.

Forrás: Agrárágazat