Hydraulický naviják
Hydraulický naviják
Hydraulický naviják může být stejně dobrý, nebo i lepší než ten mechanický. Netvrdím, že mechanický naviják je horší, natož špatný, nebo že není jednodušší na výrobu a asi i levnější. Ale ne každý prostě může mechanický naviják mít, nebo z nějakého důvodu nechce. Třeba proto, že hydraulický naviják má proti mechanickému řadu výhod, mimo jiné tyto:
– není potřeba vývod pro nářadí (ne každý traktor ho má)
– nepotřebuje spojku, volné odvíjení lze někdy vyřešit i čistě hydraulicky, a nepotřebuje ani brzdu (až na výjimky).
– lze plynule regulovat rychlost navíjení v plném rozsahu, při zachování plné tažné síly v celém rozsahu rychlosti.
– strojní odvíjení nevyžaduje dodatečné převody, a lze ho regulovat v plném rozsahu otáček hydromotoru.
– při správně dimenzovaném čerpadle může stroj s dostatečně silným motorem bafat i na volnoběh.
– na rozdíl od elektrických navijáků může pracovat celý den, nepřehřeje se a nevybije baterku.
– lze ho velice snadno ovládat dálkově (stačí DO od centrálu z auta a el.mag. ventil na 12V).
– lze snadno nastavit omezení tažné síly (ochrana proti přetížení atd) pokud je třeba.
Mezi hlavní (a asi jediné) nevýhody patří:
– vyšší cena dílů, zejména pokud kupujete nové (což není samozřejmě nutné)
– u větších navijáků často potřeba změny čerpadla za větší, nebo doplnění druhého čerpadla (+ nezbytné dimenzování všech hadic, nádrže, filtru atd). Neplatí to ale zdaleka vždy. U hobby navijáků pro vlastní potřebu se většinou vystačí s původní hydraulikou
– U větších navijáků, a především těch co budou pracovat celý den, je někdy potřeba chladit olej. Řešení ale vůbec nemusí být drahé ani složité. Často stačí naohýbaná trubka před chladič.
– U strojů s „malým“ čerpadlem a/nebo slabým motorem hrají roli ztráty přenosu výkonu v hydraulice, které se pohybují v ideálním případě od cca 25%, často ale i 50%, podle typu komponent, konstrukce okruhu, stavu a opotřebení komponent.
Pro hydraulické navijáky s požadavkem na co nejlepší účinnost přenosu výkonu z motoru na naviják nejsou příliš vhodná zubová čerpadla a zejména zubové hydromotory (především pak starší typy a opotřebené kusy). Především hydromotory je vždy lepší volit jiné než zubové, pokud nemáme k dispozici dostatečný nadbytek výkonu motoru/čerpadla a dostatečně dimenzovaný okruh pro pokrytí nevyhnutelné ztráty výkonu v celém okruhu, včetně právě zubového hydromotoru na jeho konci (o to větší průtok oleje bude potřeba a o to velkoryseji se bude muset celý okruh nadimenzovat).
Je třeba rozlišovat navijáky pro vlastní potřebu, a navijáky pro každodenní práci v lese. Nemusí se nijak lišit, ale to záleží na konkrétním stroji a na požadavku na rychlost a sílu navíjení. Síla a rychlost navíjení jde u navijáku proti sobě (čím vyšší bude jedna hodnota, tím nižší musí být ta druhá, pokud ovšem nezměníme čerpadlo za větší, pokud to výkon motoru dovolí), takže pokud počítáme naviják ke konkrétnímu stroji, je to většinou otázka kompromisu (hobby naviják) nebo změny čerpadla (nebo přidání druhého) u profi navijáků. Pokud má stroj vývod pro pohon nářadí (PTO, šestidrážka), lze větší (přídavné) čerpadlo nejsnáze umístit právě na něj (může být samozřejmě i odnímatelné).
Pokud se bavíme o navijáku pro vlastní potřebu (a třeba pár známých, sousedů, příbuzných atd), zvlášť na malé stroje velikosti TK/MT, většinou nám bohatě stačí tažná síla kolem 1-1,5 „tuny“ (bavíme se o síle, takže správně by se měla používat jednotka kN, ale přepočet na zdvih břemene je prakticky přesně 10:1 (přesněji je to 9,81 kN na 1 silovou tunu, což je jednotka odpovídající síle potřebné pro zvednutí 1 tuny hmotnosti kolmo vzhůru), takže lze s přivřením očí použít i „tuny“ jako jednotky síly tahu – nazýváme to pak silovou tunou. Samozřejmě by se pak jednalo o hmotnost břemene zvedaného kolmo vzhůru, nikoliv taženého po rovině, protože tam nehraje roli zdaleka jen hmotnost taženého břemene, ale hodně ovlivní i tření, tedy tvar břemene a typ podkladu, nerovnosti, překážky, zarývání břemene (klády) do země atd. Nelze ale přesně spočítat nějaký „ideální“ případ, takže se prostě vychází ze zkušeností, a z továrních navijáků a jejich tabulkové tažné síly udávané v kN. Pro střední traktory, „poloprofi“ využití a podobně by pak měl naviják disponovat tažnou silou alespoň kolem 20-30 kN (jakoby 2-3 „tuny“), a pro těžké stroje, profi využití atd, by měly mít od cca 35kN nahoru (LKT 80 má tažnou sílu na plném bubnu kolem 50kN, na prázdném je to přes 80kN, protože má poměrně hodně lana o velkém průměru, takže rozdíl průměru bubnu s lanem a bez lana je dost velký). Rychlost navíjení je dost subjektivní. Obecně podle mě stačí pro domácí potřebu rychlost od cca 25-30 cm/s nahoru (jde o poměrně pomalé navíjení, ale často jde o jedinou možnost bez nutnosti výměny čerpadla za větší), u „poloprofi“ by to mělo být alespoň 40 cm/s a více, u profi to pak bývá od cca 50 cm/s nahoru (vše na plném bubnu lana – na prázdném je to méně). Rychlost navíjení přes 70 cm/s už je podle mě přehnaná a zbytečná a nebezpečná (rázy do lana při nárazu do překážky jsou o to větší, a naopak reakce obsluhy o to pomalejší, takže přetržení lana nebo převrácení stroje je více pravděpodobné než při pomalejším navíjení).
Pokud jde o provozní tlak navijáku, je vždy třeba držet se hodnot udaných výrobcem každého stroje a každé komponenty v okruhu, přičemž o tlaku v celém okruhu rozhoduje vždy nejslabší článek v okruhu, tedy součástka s nejmenší tlakovou únosností zařazená v tlakové části okruhu (okruhy lze i tlakově rozdělit, a mít tak v jednom okruhu více různých tlaků atd, ale to je specifické u každého okruhu a nelze to zobecnit).
Průtok čerpadla by měl být pro malé stroje a hobby navijáky alespoň cca 15-25 l/min, ale samozřejmě je potřeba vycházet z toho co na stroji je k dispozici, nebo se tam dá bez větších úprav celého okruhu dát. Je tu však vždy možnost přidat podstatně větší čerpadlo na vývodový hřídel pro nářadí, pokud je k dispozici, nebo na jiné vhodné místo. Tam je pak limitem jen výkon motoru v daných otáčkách (na volnoběh samozřejmě mnohem nižší, s otáčkami pak výkon roste). Výkonem motoru je samozřejmě omezen i mechanický naviják, jen u něj je lepší účinnost přenosu výkonu, což u malých výkonů může hrát významnější roli. Nemá tedy smysl dávat na vývodový hřídel třeba TKčka čerpadlo např. U40 z nakladače UNHZ, protože by ho motor prostě neutáhl, ale neutáhl by ani stejně dimenzovaný mechanický naviják – prostě na to nemá dost výkonu. Vždy je tedy potřeba naviják dimenzovat i s ohledem na výkon motoru, hmotnost stroje atd. K tomu můžete použít třeba náš kalkulátor – navijáku
Vždy je potřeba začít od výkonu, který máme k dispozici. Buď přímo výkonu přeneseného na olej původním čerpadlem stroje (z výroby), nebo výkonem motoru, pokud zvažujeme výměnu čerpadla za větší. Protože samozřejmě potřebujeme ze všeho nejvíc kroutící moment, může se na první pohled zdát lepší jít cestou vysokého tlaku hydrauliky. Není to ale zdaleka nutné, ani to není nejlepší řešení. Přenos výkonu je vždy dán jak průtokem tak tlakem oleje, takže stejného přenosu výkonu dostaneme při průtoku 10 l/min a tlaku 160 barů, jako při průtoku 20 l/min a tlaku 80 barů. Zubová čerpadla mají většinou minimální provozní otáčky (kvůli účinnosti) kolem 500/min, a rozumné je provozovat je až od cca 900-1000 otáček nahoru (samozřejmě v povoleném rozsahu otáček), takže pokud chceme dát čerpadlo na vývod pro nářadí, je většinou potřeba dát mezi hřídel náhonu nářadí a čerpadlo převod do rychla. Teoreticky stačí cca 2:1, ale nic nezkazíme pokud dáme převod 3:1 a o něco menší čerpadlo (nebo i stejné, pokud hřídel má třeba jen 540 ot/min). Čerpadlo pak bude mít své provozní otáčky už při nižších otáčkách motoru, což je jedině dobře, pokud to motor v daných otáčkách zvládne.
Z objemu čerpadla na jednu otáčku a z jeho reálných otáček (přepočtem z otáček motoru a převodu k čerpadlu) dostaneme výsledný průtok oleje (reálný průtok bude o něco nižší než ten vypočtený – u nového čerpadla bude ale rozdíl jen asi 3-5% max.). Vynásobením tlakem oleje v okruhu (reálným – nejlépe změřit) dostaneme výkon (samozřejmě se nenásobí jen průtok krát tlak – je na to vzoreček (přesněji tedy jakási pomůcka) „průtok / 60 krát tlak“ pozor, průtok je potřeba zadat v l/min a tlak v MPa! (1MPa = 10 barů) 
). Výsledek vyjde v kW. Výkon samotný toho ale moc neříká. Je ale potřeba pro další výpočty (dá se to ale samozřejmě spočítat i jinak).
Když známe výkon reálně přenesený na olej (se započtením ztrát, účinnosti atd), můžeme přikročit k výpočtu hydromotoru a převodů. Hydromotor můžeme buď volit podle převodu který už máme (máme vybraný, plánujeme koupit atd), nebo můžeme zadat hydromotor který už máme nebo chceme koupit, ale převod pak může vyjít dost „divoce“ (a nebo nemusí, to se vždy pozná až po výpočtu). Samozřejmě je teoreticky možný i přímý pohon bubnu úplně bez převodů, ale v praxi se nám nejspíš nepovede sehnat starší hydromotor s dostatečnou silou na stavbu silnějšího navijáku, a nový by stál majlant. Pro domácí hobby naviják by se mohlo podařit sehnat některý hydromotor z řady MT nebo MV, pro slabší navijáky by stačil asi i MR nebo lépe MS, které jsou ale cca 2-4x (MS jen asi 1,5x) slabší (snesou jen nižší provozní tlak, zejména ty větší, které nás pro navijáky zajímají více než ty malé), ale také podstatně levnější nové a snáze sehnatelné starší). Pokud nám nevadí vysoká pořizovací cena, můžeme samozřejmě koupit vhodný silný hydromotor nový, ale může se jednat o částku v řádu až desítek tisíc, takže je na zvážení, jestli nejít raději cestou nějakých převodů. U opravdu silných (v tisících N na hřídeli) hydromotorů pak bude suma ještě podstatně vyšší, a často stejně bude uvnitř takového hydromotoru převod, akorát bude už jeho součástí, místo aby se dal „z venku“ dodatečně, a o to dražší ten hydromotor bude. Bude ale většinou poměrně kompaktní, protože tyto zabudované převody bývají většinou planetové, a často i vícestupňové.
Zbytek už je jen mechanika, a ta je +/- stejná jako u mechanického navijáku, takže k té jen obecně.
Potřeba pro výpočet je toto:
– průměr a šířka bubnu pro lano (průměr válce pro lano, a šířka mezi bočnicemi bubnu)
– průměr a délka lana (pouze pro výpočet síly a rychlosti na plném bubnu. Na prázdném to jde spočítat i bez toho).
– veškeré převody mezi hydromotorem a bubnem
– objem hydromotoru na jednu otáčku a jeho max. povolený provozní tlak a otáčky (otáčky jen pro ujištění se, že nebudou překročeny při daném průtoku čerpadla. Vypočte se to „průtok krát 1000 / objem hydromotoru“ (průtok v l/min, objem HM v cm3/ot), vyjdou ot/min hydromotoru při daném průtoku, a ty se pak porovnají s povoleným maximem pro daný HM)
– průtok oleje v okruhu (skutečný – provozní, případně i maximální možný – není podmínkou), nebo objem čerpadla na jednu otáčku a provozní otáčky čerpadla v nějakých zvolených provozních otáčkách motoru (se započtením všech převodů od motoru k čerpadlu)
Dále si potřebujeme stanovit požadavek na tažnou sílu. Rychlost nám pak většinou vyjde, ale můžeme si stanovit nějaký cíl. Je ale dost pravděpodobné, že oba parametry nebude s původním čerpadlem možné splnit, a rychlost tak bude muset trochu ustoupit síle (síla je důležitější). S výměnou čerpadla za větší pak samozřejmě lze docílit obou hodnot současně.
Pokud známe jen některé hodnoty, lze z nich samozřejmě vyjít, a ty zbylé vyjdou. Někdy se stane, že převod který zamýšlíme použít ve spojení s některým konkrétním hydromotorem nebo zvoleným průměrem bubnu pro lano nepůjde použít. Je proto dobré si výpočet udělat ještě před nákupem všech komponent (nakoupit jen některé – klíčové, hůře sehnatelné a podobně, a podle výpočtu pak dokoupit zbytek).
Požadované síly navíjení se dá dopočítat prakticky vždy (i hodně vysoké). Problém může být u slabých čerpadel s rychlostí navíjení. S malým čerpadlem nelze samozřejmě očekávat zázraky, ale síla se docílit dá – na úkor rychlosti. Jak přesně vyjde poměr síly a rychlosti závisí na čerpadle a na požadované síle navíjení. Zbytek (průměr a šířka bubnu, převody, objem HM atd) výsledek nezmění, změní jen vzájemný poměr síly a rychlosti (jedno bude ustupovat druhému, podle toho co upřednostníme). U jednoho konkrétního čerpadla můžeme dosáhnout vždy jen nějakého konkrétního poměru síly a rychlosti navíjení (konkrétního max. výkonu), a ten lze pak upravovat jen vždy jedno na úkor druhého (rychlost na úkor síly nebo obráceně). Nelze ale zvyšovat oboje bez toho, abychom změnili čerpadlo (průtok nebo tlak oleje, případně oboje (přičemž zvyšovat tlak nad cca 160 barů by měla být vždy až poslední možnost), přičemž tlak už je většinou stejně na horní (rozumné) hranici tak jako tak, takže zbývá jen možnost navyšovat průtok). Pokud se tedy dostaneme ve výpočtu (kalkulátoru) do situace, že sice máme požadovanou sílu navíjení, ale rychlost je nižší než bychom si přáli, došli jsme do místa kdy už se dál nedostaneme bez změny čerpadla za větší, nebo budeme muset z jednoho či druhého parametru prostě slevit ve prospěch toho druhého. Pak je už jen potřeba aby hydromotor snesl průtok a tlak dodávaný čerpadlem a aby převody atd byly dostatečně dimenzované na síly které tam vzniknou. Laborovat se tedy dá v podstatě jen s objemem hydromotoru a převodem, případně (pokud tuto možnost máme) s průměrem bubnu (u síly s bubnem plným lana také se šířkou bubnu – širší buben znamená při stejné délce a průměru lana méně vrstev lana, a tedy menší pokles síly s navinutým lanem, ale také větší problémy s ukládáním lana – často se u širších bubnů nevyhneme nutnosti ukladače lana nebo jiného vhodného řešení, jinak se lano bude namotávat jen na střed, bude namotané cik cak a to mu akorát škodí, a průměr bubnu s navinutým lanem stejně neklesne). Také pozor na minimální povolený průměr bubnu pro daný typ lana. Na buben nedávejte zbytečně o moc víc lana než reálně využijete. Snižujete si tím tažnou sílu s navinutým lanem, protože i prázdný buben musí mít nějaké nezbytné minimum průměru pro zvolené lano. Obecně je pak lepší buben raději užší, s vysokými boky, doplněný o zaváděcí kladku nebo alespoň rolny (opět odpovídajícího průměru pro dané lano). Kladka nebo rolny zajistí, že lano půjde i při tažení bokem na buben vždy přibližně kolmo, a bude se tedy správně ukládat. Samozřejmě vyšší bočnice umožní namotat více vrtstev lana, a tedy celkově delší lano i při úzkém bubnu, ale samozřejmě na úkor síly navíjení s navinutým lanem (na plném bubnu). Je tedy vždy na zvážení jestli nutně potřebujeme třeba 100 metrů lana, a nebo nám bude stačit 50 metrů a budeme mít k dispozici o to větší sílu navíjení.
Poznámka závěrem: změnou převodu nebo hydromotoru nelze nijak navýšit výkon. Výkon přenesený čerpadlem na olej je definitivní strop a z něho se vždy musí vycházet. Pokud potřebujeme větší výkon, je nutné větší čerpadlo. Jediné čeho se dosáhne změnou převodu je změna poměru síla:rychlost navijáku. Totéž pokud změníme hydromotor (za předpokladu, že ten starý dokázal využít 100% průtoku a tlaku oleje od čerpadla). Objem čerpadla : objem hydromotoru je také vlastně převodový poměr – přesně v takovém poměru budou otáčky jednoho vůči otáčkám druhého, a jelikož tlak a průtok je (mimo nějaké malé ztráty v okruhu) stejný na začátku i na konci, jde o stejný převod jako kterýkoliv jiný, jen jeho celková účinnost je menší (má větší ztrátu výkonu v převodu, protože výkon v něm „uniká“ i ve formě prosaků, tlakových ztrát atd, což u mechanických převodů není). Převod tedy musí vycházet z požadovaných hodnot navijáku a použitého hydromotoru (a samozřejmě reálného průtoku a tlaku oleje, který do něj jde – nestačí tabulkové parametry samotného hydromotoru, pokud mu čerpadlo nedodá průtok a tlak jaký k jejich naplnění potřebuje), a změnou samotného převodu nebo hydromotoru se nedocílí nic víc než právě změna poměru síla:rychlost navijáku. Ani když změníme oboje, nestane se nic víc než zase jen a pouze změna poměru síla:rychlost. Je tedy potřeba jen dosáhnout toho, aby hydromotor dokázal využít celý (téměř – není dobré zatěžovat trvale komponenty na maximum možností) potenciál čerpadla (celý průtok a tlak jaký čerpadlo dodá), a pokud to nestačí, bez změny čerpadla se dál nehneme, pokud neslevíme z rychlosti nebo síly. Samozřejmě i po změně čerpadla musí hydromotor vyhovovat novým hodnotám průtoku i tlaku, pokud možno s rezervou. Obecně je vždy lepší aby hydromotor měl výraznou rezervu tlaku i otáček – aby v běžném provozu nebyl využíván na 100%.
Pro výpočet kompletního navijáku použijte KALKULÁTOR NAVIJÁKU
Pro výpočet dimenzování hadic pak KALKULÁTOR HADIC
Případně další stránky pojednávající o jednotlivých komponentách, základech konstrukce okruhu atd – podle potřeby.