Hydraulické štípačky a lisy
Pomohly vám naše stránky, nebo se vám prostě jen líbí že tu najdete informace, návody, kalkulátory a katalogy ke stažení ve formě srozumitelné i pro začátečníky?
Hydraulické štípačky dřeva a hydraulické lisy
Hydraulické štípačky a lisy jsou si konstrukčně velmi podobné. Je tu však jeden zásadní rozdíl. Štípačka si vystačí s cca polovičním výkonem motoru oproti lisu. Je to dáno tím, že štípačka pracuje s plným provozním tlakem jen zlomek provozního času, a elektromotor má dvě vlastnosti, které čerpadlu umožní krátkodobě dodat mnohem vyšší tlak než by se stejným motorem dokázalo dodávat dlouhodobě. Elektromotor má totiž poměrně velkou setrvačnost, a také ho lze krátkodobě výrazně přetížit (na dobu 2-3 vteřin, s delší pauzou na vychladnutí), aniž by mu to ublížilo. Není to samozřejmě optimální řešení, ale v praxi se běžně využívá.
Při volbě komponent pro štípačku (lis) je potřeba si předem určit jakou požadujeme sílu štípání (lisování), a kolik kW může mít elektromotor (jaké máme k dispozici jištění atd). Motor přetížit lze, jistič a rozvody v domě ne. Samozřejmě je potřeba použít tzv. „motorový jistič“ (charakteristiky alespoň C, raději D), ale jeho proudová hodnota musí odpovídat použitému motoru, rozvodu a hlavnímu jističi. Pravidlem je aby žádný jednotlivý jistič neměl stejnou nebo vyšší proudovou hodnotu jako hlavní jistič v domě – musí tedy být alespoň o třídu nižší, což většinou znamená poměrně výrazné omezení při volbě elektromotoru, a právě proto se často využívá zmíněné možnosti poddimenzování elektromotoru u štípačky (u lisu to nelze). Důvodem pro úmyslné poddimenzování je fakt, že nepotřebujeme aby byla štípačka jen silná, ale i to, aby se pohybovala přiměřeně rychle, což znamená, že bude potřeba poměrně velké čerpadlo (s vysokým průtokem oleje), ale současně i vysoký provozní tlak.
Poddimenzování motoru není nezbytné, ale vyřeší nedostatek výkonu motoru bez dalších výdajů navíc. Jsou samozřejmě metody, které jsou vhodnější. I o nich si tu povíme. Je ale dobré zmínit všechny možnosti, a ze zkušenosti vím, že naprostá většina stavitelů štípaček nakonec stejně sáhne po nejlevnějším řešení. Pokud bychom chtěli postupovat správně, máme několik možností. Zaprvé je tu možnost tak zvané regenerace. To je speciální zapojení pístu, při kterém se pro urychlení výsuvu nezatíženého pístu využije objem oleje vracející se z prostoru kolem pístní tyče. Toto řešení má svá omezení (příliš malý rozdíl průměru pístní tyče a vrtání válce znamená velmi malý rozdíl v rychlosti pohybu pístu s regenerací a bez ní, příliš velký rozdíl zase nemusí fungovat vůbec, protože rozdíl tlaků bude příliš malý), ale je to poměrně jednoduché a levné řešení. Prodávají se rozvaděče které mají tuto funkci přímo zabudovanou (poptejte se před nákupem rozvaděče), ale lze toho docílit i jinak. Pokud se povede zvolit píst s dobrým poměrem vrtání a průměru pístní tyče, lze s aktivní regenerací i štípat méně odolné kusy dřeva. Obvykle je síla štípání s aktivní regenerací asi třetinová, maximálně cca poloviční než bez ní. Podobně lze použít dvojité nebo trojité čerpadlo. Čerpadlo se zvolí tak, aby jedno bylo výrazně menší než druhé. Na tom menším se nastaví plný provozní tlak, na větším jen takový, jaký stačí pro pohyb samotného pístu bez zátěže (s nějakou přiměřenou rezervou. U výkonnějších motorů lze nastavit i tento tlak výš, a štípat méně odolné kusy i rychloposuvem). Pro rychloposuv se pak využijí obě čerpadla společně, nebo jen to větší (podle potřeby a zapojení), pro silové štípání pak jen to menší (lze to i odstupňovat na více stupňů – tlaků, ale většinou je to zbytečné). Oba způsoby lze i automatizovat (regenerace pomocí speciálního rozvaděče někdy je automatizovaná přímo z výroby), nebo je přepínat ručně (některé levnější rozvaděče s regenerací mají čtvrtou polohu páky, ve které je regenerace aktivována, ale uživatelé si občas stěžují, že se tato poloha hůř hledá, a ovládání není tak pohodlné jak si představují. Není to ale pravidlem, ani nejde o objektivní hodnocení – každému vyhovuje něco jiného). Při použití dvojitého čerpadla lze nechat trvale v chodu obě čerpadla, za podmínky, že otevírací tlak ventilu na větším čerpadle bude velmi nízký, a světlost a provedení ventilu a vedení přepadu dostatečné na to, aby nezpůsoboval nadměrný ohřev oleje nebo dokonce jeho pěnění, nebo s tím, že zajistíme volný odtok oleje z většího čerpadla v době vysoké tlakové zátěže. Samozřejmě o tlak který je potřeba na otevření ventilu většího čerpadla se sníží celkový využitý tlak pro štípání. Proto by tento tlak měl být co nejmenší. Rozvaděč i vedení se samozřejmě musí dimenzovat na součet průtoků obou čerpadel, nebo součet průtoku čerpadla a průtoku vracejícího se z pístu (u regenerace, kde ale tento zvýšený průtok jde jen mezi pístem a rozvaděčem, a ve zbytku okruhu je běžný provozní průtok čerpadla). Stejně tak objem nádrže a průtočnost filtru (hlavně u dvojitého čerpadla) je potřeba dimenzovat podle součtu průtoků.
Zejména u štípaček s manuální obsluhou, ale i u poloautomatů/automatů pracujících s převážně jedním druhem dřeva (nebo s jedním a pak zase s druhým – ne tedy se střídáním druhů dřeva kus od kusu, to lze rozumně použít jen u ručního ovládání) lze s výhodou využít i možnosti regulace průtoku, kterou lze podle potřeby doplnit i o regenerační funkci, nebo funkci sčítání primárního a sekundárního průtoku pro dočasné zrychlení chodu při malé zátěži. Podle odolnosti dřeva se regulátorem „vychytá“ ideální nastavení průtoku tak, aby se štípačka spolehlivě nezastavovala ani u větších nebo odolnějších kusů daného druhu dřeva, který právě štípeme. U méně odolného dřeva bude totiž tlak oleje potřebný pro jeho rozštípnutí výrazně menší, než u dřeva odolnějšího, a bude tedy možné pro něj nastavit výrazně větší průtok oleje při stejném celkovém výkonu motoru. Štípačka s regulátorem průtoku a vhodným dimenzováním komponent (je potřeba vše poměrně přesně vybrat, aby to fungovalo – bez výpočtů se to neobejde) tedy může být dimenzovaná i na velmi vysokou sílu štípání i s poměrně malým (slabým) motorem. Pro většinu méně odolného dřeva se pak nastaví rychlejší chod (průtok oleje), protože stačí menší tlak, a naopak v případě potřeby se průtok sníží, aby i relativně malý (slabý) motor zvládl čerpadlo pohánět i při plném provozním tlaku. Protože jde o regulaci průtoku (nikoliv o škrcení!), kde je jen malá tlaková ztráta, lze i s relativně slabým motorem dosáhnout zajímavého rozpětí síly a rychlosti štípání. V případě nutnosti využití plného (vysokého) tlaku, bude sice štípání pomalé (stejně jako by bylo s daným výkonem motoru bez průtokové regulace – pro maximální tlak prostě nelze lepších hodnot s daným výkonem motoru dosáhnout), ale pro menší tlaky (méně odolné dřevo) bude možné práci výrazně zrychlit, s jistotou, že v případě potřeby můžeme nastavení kdykoliv změnit, a docílit tak potřebné síly pro daný kus. U tohoto řešení se tedy využije výrazně větší čerpadlo než by bylo možné bez regulace, a tedy celkově vyšší rychlost pohybu nezatíženého nebo jen částečně zatíženého pístu. Toto řešení také nijak neomezuje možnost využití funkce regenerace (využije se při ní ale jen průtok aktuálně nastavený regulátorem, a tedy i zrychlení bude vždy o stejné procento z aktuální rychlosti, nikoliv o nebo na stejnou konkrétní rychlost), nebo možnost primární a sekundární průtok za regulátorem sčítat pro dočasné zrychlení chodu nezatíženého pístu (rychloposuv pro dojetí ke dřevu a pro návrat pístu). U sčítání primárního a sekundárního průtoku za děličem bude naopak zrychlení vždy na stejnou výslednou rychlost danou celkovým průtokem oleje v okruhu. Teoreticky by možná šlo zkombinovat obě řešení zrychlení chodu, ale vzhledem k tlakovým ztrátám by to v praxi pravděpodobně nefungovalo, nebo jen u některých konkrétních řešení, a navíc by celková výsledná rychlost byla až nebezpečně vysoká, a tedy zbytečná. Řešení se sčítáním průtoků navíc zrychlí i zásuv pístu (pokud to poměry tlaků dovolí), což funkce regenerace nemůže. Jde tedy sice o řešení trochu dražší, ale s výraznějším výsledkem a větší variabilitou rychlosti štípání podle toho jaké dřevo právě štípeme. Celkové zkrácení cyklu u něj bude vždy vyšší než u funkce regenerace, protože zrychluje i zásuv pístu a může využít i celkově větší objem čerpadla (a tedy průtok oleje). Podmínkou správné funkce je jakási jednoduchá „kalibrace“ stroje pro daný druh dřeva – prosté nastavení kolečka či páčky regulátoru podle aktuálně štípaného materiálu – otázka vteřiny nebo dvou, většinou jen při začátku práce, s tím, že nastavení lze kdykoliv dočasně či trvale měnit pouhým pohybem ruky.
Volba komponent, jak už jsme si řekli, tedy začíná u stanovení požadované síly štípání. Od toho se odvíjí volba pístu. Při běžném provozním tlaku okolo 150 barů lze docílit přibližně těchto výsledků (uvedena je hodnota vrtání válce, tedy průměru uvnitř válce. Pokud tuto hodnotu neznáte, můžete se orientačně řídit i vnějším průměrem válce. Prostě přičtěte k uvedené hodnotě přibližně 8-30 mm podle celkového průměru válce – u většího průměru válce a vyššího konstrukčního tlaku válce přičtěte více než u menšího nebo pro nižší tlak).
60mm – cca 4 tuny
70mm – cca 5,5 tuny
80mm – cca 7 tun
90mm – cca 9 tun
100mm – cca 11 tun
110mm – cca 14 tun
atd…
S vyšším tlakem lze samozřejmě sílu štípání zvýšit, ale výrazně vyšší tlaky nejsou příliš vhodné z důvodu ohřevu oleje, zatížení komponent, a v neposlední řadě i nutnosti použití komponent pro vyšší tlaky, které jsou většinou dražší. Nejde při tom jen o čerpadlo, rozvaděč nebo hadice, ale i o samotné písty, které (hlavně u větších průměrů) bývají v základním provedení většinou dimenzované na provozní tlak do 160 barů (menší průměry někdy až na 250 barů, ale ne vždy). Samozřejmě lze štípačku postavit i s vyšším provozním tlakem, je ale dobré zvážit pro a proti, a možné alternativy s nižším provozním tlakem. Také pokud plánujete štípačku někdy připojovat např. k traktoru (třeba v lese, nebo tam kde není el. přípojka), je dobré počítat s tím, že traktory (zejména ty starší) mají provozní tlak hydrauliky spíš nižší – obvykle kolem 120-140 barů, a štípačka s menším průměrem válce by pak nemusela pracovat správně – neměla by dost síly.
Pokud tedy vybereme vhodný píst, který docílí při zvoleném provozním tlaku požadované síly, pokračujeme tím, že si stanovíme provozní rychlost (rychlost výsuvu pístu). Rozumná hodnota leží někde mezi cca 5-15 cm/s. Méně je už dost pomalé, více už až nebezpečně rychlé. Pokud se ale smíříme s pomalejší prací, nebo naopak vyžadujeme vyšší rychlost (automaty a poloautomaty, štípačky pro profesionální využití a podobně), můžeme si samozřejmě štípačku dopočítat podle potřeby. Doporučuji ale předem shlédnout nějaká videa z provozu štípaček, stopnout si jak rychle se u nich píst vysouvá, a podle toho se inspirovat. O rychlosti výsuvu pístu rozhoduje jeho vrtání (vnitřní průměr) a průtok oleje v okruhu. O rychlosti zásuvu pak ještě průměr pístní tyče (zásuv bude o to rychlejší, o co větší bude průměr pístní tyče, a vždy bude rychlejší než výsuv. Na rychlost výsuvu nemá pístní tyč žádný vliv). Pokud budeme chtít využít možnost regenerace, musíme píst volit tak, aby pístní tyč měla vůči vrtání válce vhodný průměr – ani ne moc malý, ani ne moc velký. K určení zda je zvolený píst vhodný k této funkci využijte srovnání rychlosti výsuvu s regenerací a bez ní v našem KALKULÁTORU ŠTÍPAČEK
Protože vrtání válce musíme volit podle požadované síly štípání (a provozního tlaku v okruhu), jediné co lze alespoň trochu ovlivnit bude tedy průtok oleje v okruhu, a tím rychlost pohybu pístu (štípání). Do kalkulátoru štípaček tedy zadejte zvolený průměr vrtání válce (vnitřní průměr), a pak zadávejte podle uvážení průtok oleje nebo otáčky motoru a objem čerpadla (je jedno jestli zadáte rovnou průtok nebo zadáte otáčky motoru a objem čerpadla. Pro stejný průtok vyjde vždy stejný výsledek. Možnost volby je tam proto, aby bylo možné výsledku dosáhnout oběma způsoby – jak pro konkrétní elektromotor, tak i pro např. rychlospojky na traktoru, kde většinou známe jen přibližný průtok a tlak oleje), a sledujte ve výsledcích jakou rychlostí se bude píst při zadaných hodnotách pohybovat a jakou sílu bude při daném tlaku oleje mít. Pro jednoduchost je součástí výsledků v kalkulátoru i regenerace, kterou můžete, ale nemusíte využít. Pozor tedy aby jste omylem nesledovali rychlost s regenerací, pokud ji nehodláte opravdu použít. Ve výsledcích jsou také uvedeny dvě hodnoty výkonu motoru. Ta první („potřebný výkon motoru“) je nejmenší možná hodnota výkonu, který by měl teoreticky stačit pro štípačku (nikoliv lis!) zadaných parametrů. Štípačka s takto dimenzovaným motorem se ale může sem tam zastavit. Ta druhá („Doporučený výkon motoru“) je pak hodnota výkonu motoru dostačující k provozu zadaného čerpadla bez omezení – s plným provozním tlakem po celou dobu provozu. Menší výkon než je uveden v první kolonce nelze většinou použít. Vhodné je použít výkon alespoň o trochu vyšší než je hodnota v první kolonce. Hodnota ve druhé kolonce je plně dostačující i pro lis, nebo jakýkoliv jiný okruh se zadanými parametry provozního průtoku a tlaku oleje. POZOR – hodnota výkonu je počítána pro jedno běžné čerpadlo a zadané hodnoty průtoku a tlaku. Pokud počítáte štípačku s dvojitým čerpadlem, je potřeba hodnoty obou čerpadel spočítat odděleně a výsledek si sečíst dodatečně ručně, protože provozní tlak každého čerpadla je jiný, a nelze je tedy počítat obě najednou. U funkce regenerace není potřeba nic dalšího počítat ani zadávat. Hodnoty ve výsledcích odpovídají hodnotám jaké bude stroj ve výsledku mít. Pouze není zohledněna možnost, že by tlak oleje jdoucího do válce nestačil k přetlačení tření a tlaku generovaného nad pístem, což by mohlo nastat pokud by průměr pístní tyče byl příliš malý. U běžných typů pístů se není potřeba bát, a čím větší je průměr pístní tyče, tím snáze bude regenerace fungovat, ale současně o to menší bude rozdíl v rychlosti výsuvu s regenerací a bez ní. Doporučený průměr pístní tyče pro funkci regenerace je někde cca mezi 1/3 až 1/2 vrtání válce. Méně než 25% vrtání je už málo a nemusí fungovat správně, nebo vůbec, více než cca 75% vrtání už není skoro znát, a nemá pak už smysl regeneraci řešit. Také rychlost zásuvu pístu by pak byla extrémně vysoká, pokud by ale nedošlo k překročení rozdílu tlaku – pak by naopak nefungovala vůbec a motor by se mohl zastavit.
Až tedy dosáhnete v kalkulátoru přijatelného kompromisu mezi rychlostí výsuvu zvoleného pístu a potřebným výkonem motoru, zaznamenejte si hodnoty, zejména průtok oleje (objem a otáčky čerpadla), které jste zadali, vypočtený nezbytný výkon motoru a rozměry pístu, aby jste podle toho mohli určit zbytek komponent. Objem nádrže je uveden přímo v kalkulátoru, filtr zvolte také minimálně na daný průtok oleje, raději ale na 2-3x vyšší (vložka mnohem déle vydrží a bude mít i menší odpor), v KALKULÁTORU HYDRAULICKÝCH HADIC si pak vypočítejte vhodné hadice pro daný průtok, a nezapomeňte ani na volbu vhodného rozvaděče (běžné typy jsou většinou odstupňované po cca 20-30 l/min, přičemž základní varianty bývají do max. 40 l/min (ale jsou i menší – třeba jen pro 15-25 l/min), což je navíc spíš krátkodobé maximum, než trvalá provozní hodnota). Vhodné rozměry šroubení pro zvolený rozvaděč a hadice vám poradí každý prodejce hadic či komponent, a vždy sáhněte raději po co největším rozměru (světlosti) s vhodným závitem, při dodržení tlakové únosnosti pro daný okruh. Obecně se vyvarujte redukování na menší průměry, skládání více šroubení za sebe, zbytečně častým spojům, změnám světlosti, přechodům, hranám a ostrým ohybům hadic a trubek. Sání čerpadla vždy dimenzujte velkoryse, a zajistěte jeho naprosto dokonalou těsnost. I sebemenší netěsnost může způsobit přisávání vzduchu, což může znamenat vážné problémy, částečnou nebo úplnou ztrátu funkce čerpadla, nebo i jeho nevratné poškození kavitací. Zajistěte také aby vracečka ústila do nádrže pod hladinou oleje, a to i v okamžiku plného vysunutí pístu, kdy hladina v nádrži výrazně poklesne. Více informací ke konstrukci a dimenzování nádrže najdete a stránce o KONSTRUKCI HYDRAULICKÉ NÁDRŽE