Węże hydrauliczne są jednym z podstawowych elementów napędów hydraulicznych. W systemach hydrauliki siłowej przewody wykonane z węży hydraulicznych są odpowiedzialne za przekazywanie energii hydraulicznej w układzie między poszczególnymi komponentami systemu.
Energia hydrauliczna przekazywana jest za pośrednictwem czynnika roboczego, który stanowią ciecze mineralne, emulsje wodno-olejowe, wodne roztwory glikolu i woda oraz sprężone gazy. Za pośrednictwem odpowiednich przewodów trafia do odbiornika (siłownika lub silnika hydraulicznego), gdzie zmienia się w energię mechaniczną, potrzebną do wykonania określonej pracy, np. ruchu ramienia koparki lub obrotu szczotki w zamiatarce. Sprawne przewody umożliwiają właściwe funkcjonowanie układu hydraulicznego. Konkretne zastosowanie węży i warunki ich pracy (temperatura, ciśnienie, czynniki mechaniczne itp.) powodują, że węże są niezwykle podatne na uszkodzenia. Dlatego tak ważny jest właściwy ich dobór i sposób zabudowy.
Konstrukcja a warunki zastosowań
Każdy element przewodów niosących medium hydrauliczne musi spełniać przede wszystkim warunki określone przez normy techniczne. Przez długie lata jako najważniejsze parametry techniczne węży hydraulicznych uważane były te, które odnosiły się do ich dokładnych wymiarów i konstrukcji. W odniesieniu do standardowych węży z oplotem obowiązywały normy: EN 853 i dwie SAE J 517 – 100R1 i R2), do kompaktowych węży z oplotem: EN 857, a do węży spiralnych: EN 856 – ISO 3862 typ 4SP, 4SH, R12, R13, R15 i SAE J 517 100R12, 100R13 i 100R15. Nowoczesna specyfikacja jest oparta już nie na konstrukcji, ale na najistotniejszych warunkach zastosowań, a są to: ciśnienie robocze, temperatura robocza i przewidywana trwałość użytkowa. Z racji nieustannego rozwoju technologii i zmieniających się wymagań wobec sprzętu producenci węży hydraulicznych coraz częściej przechodzą z dotychczas ustalonych norm na nowsze specyfikacje ciśnieniowe [1].
Najważniejsze normy odnoszące się do węży hydraulicznych
Najważniejszą normą określającą specyfikację węży hydraulicznych jest ISO 18752. Norma PN-EN ISO 18752:2016-11 – „Węże i przewody z gumy. Węże i przewody do zastosowań hydraulicznych, wzmocnione drutem lub tkaniną, przy stałym ciśnieniu w ramach określonego typu. Wymagania” określa wymagania dla dziesięciu klas ciśnieniowych węży hydraulicznych (od 3,5 MPa do 56,0 MPa), czterech gatunków (A-D, w zależności od wytrzymałości na udary ciśnieniowe w określonej temperaturze) i siedmiu typów oraz odcinków węży z zakuciami, wzmacnianych oplotami z drutu lub tekstylnymi. Gatunki podzielono tam, w zależności od średnicy zewnętrznej, na typy standardowe (AS – BS – CS) i kompaktowe (AC – BC – CC – DC). Te ostatnie mają mniejsze średnice zewnętrzne i promienie gięcia niż typy standardowe. Węże wymienione w normie ISO 18752 mogą pracować z płynami hydraulicznymi HH, HL, HM, HR i HV (według normy ISO 6743-4 – „Środki smarowe, oleje przemysłowe i produkty podobne (klasa L). Klasyfikacja. Część 4: Grupa H (Układy hydrauliczne)”) w temperaturach od –40°C do +120°C.
Rodzaje i trwałość węży hydraulicznych
Pod względem budowy węże hydrauliczne charakteryzuje przede wszystkim:
→ wykonanie z: gumy, tworzyw sztucznych, w tym termoplastycznych, stali nierdzewnej;
→ rodzaj powłoki, odpowiedni do zastosowania w konkretnych warunkach;
→ rodzaj oplotu: tekstylny, stalowy pleciony i spiralny;
→ w przypadku oplotu stalowego – liczba oplotów drutu stalowego. Mają one znaczenie dla elastyczności węża i odporności na uszkodzenia, a także dopuszczalnych zakresów ciśnień, w których może pracować;
→ rodzaj zakuć, czyli końcówek umożliwiających połączenie węża z innymi urządzeniami. Najważniejsze są zakucia montowane na stałe wokół przewodu, które można usunąć jedynie poprzez odcięcie ich od węża, oraz zakucia skręcane, które można w każdej chwili zdemontować, nie uszkadzając przy tym całego przewodu [2].
Trwałość węża hydraulicznego warunkują przede wszystkim:
→ wytrzymałość zmęczeniowa przewodu elastycznego podlegającego zmiennemu ciśnieniu wewnętrznemu, zginaniu oraz zmianom temperatury wewnętrznej i zewnętrznej,
→ odporność na starzenie (naturalną utratę własności mechanicznych materiału węża),
→ odporność na uszkodzenia zewnętrzne.
Wytrzymałość zmęczeniową przewodu hydraulicznego można sprawdzić przez badanie hydraulicznym ciśnieniem pulsującym bez zginania lub przy jednoczesnym zginaniu (metody badań określają normy ISO 6803, ISO 6802 oraz ISO 8032). Wymagana wytrzymałość na ciśnienie pulsujące to liczba cykli pulsacji (impulsów) ciśnienia, którą powinien wytrzymać wąż (jest określona w normie dla danego typu węża). Pulsacje ciśnienia są bardzo szybkie (ok. 1 Hz), ciśnienie badawcze od 100% do 133% maksymalnego ciśnienia roboczego, a temperatura badania podwyższona (100°C). Rezultaty badań nie są gwarancją dokładnej żywotności przewodu w rzeczywistych warunkach pracy. Pozwalają tylko sprawdzić, czy wąż spełnia lub przewyższa wymagania normy, i ułatwiają porównanie produktów różnych producentów [3].
Dobór węży
Wybierając wąż, który ma być zastosowany w konkretnym układzie napędowym (aplikacji), powinno się uwzględnić kilka czynników szczegółowych. Najważniejsze z nich to:
→ odporność ciśnieniowa, włącznie z pożądanymi zabezpieczeniami (również zachowanie próżniowe),
→ odporność na skoki ciśnienia w układzie,
→ temperatura wewnątrz węża, a także zachowanie temperatura-ciśnienie,
→ temperatura otoczenia i panujące w nim warunki atmosferyczne,
→ rodzaj czynnika roboczego (przewodzonego medium), a także proces mycia węża,
→ przenikalność, tzn. ewentualne przechodzenie molekuł gazu przez rdzeń węża,
→ promienie gięcia,
→ wymagana elastyczność, rozmiar i ścieralność węża (możliwe zabezpieczenia),
→ miejsce montażu węża: np. kolejność czynności, załamania, biczowanie, oznaczenia, kąt skręcenia armatur łukowych, długości ramion,
→ bezpieczne uszczelnienia (głowica uszczelniająca).
Jeśli chodzi o ciśnienie robocze, należy zwrócić uwagę na to, aby nie mylić go z ciśnieniem rozrywającym. Wartość ciśnienia roboczego musi być równa maksymalnemu ciśnieniu panującemu w układzie lub od niego większa. Przy średnich ciśnieniach (80–300 barów) wystarczy wąż z jednym lub dwoma oplotami stalowymi plecionymi. Zaletą takiej konstrukcji jest wysoka elastyczność węża. Natomiast przy wysokich ciśnieniach pracy układu odpowiedni będzie wąż z oplotem stalowym spiralnym – a więc czterooplotowy, skórowany przy zakuciu. Tego typu węże z kolei są wytrzymałe, ale mało elastyczne. To ważne, bo niedopuszczalne jest stosowanie przewodów hydraulicznych z promieniem gięcia mniejszym niż zalecany [4]. Montaż węża zgodnie z określonym promieniem gięcia znacznie wydłuży żywotność przewodu. Jeżeli ciśnienie robocze w układzie jest bardzo wysokie, a miejsce montażu węża wymaga znacznego jego wygięcia, należy zastosować specjalne węże elastyczne (np. węże czterooplotowe Elastik producenta Vitillo).
Również od ciśnienia roboczego zależy przenikalność, powodująca straty przewodzonej cieczy lub niepożądaną koncentrację gazów, paliw gazowych czy materiałów pędnych. Gazy te są potencjalnie palne, wybuchowe lub trujące. Odprowadzanie ewentualnie nagromadzonych gazów pod zewnętrzną powłoką węża wymaga jego nakłuwania. Nakłuwanie stosowane jest np. przy rozprowadzaniu sprężonego powietrza powyżej 16 barów lub w wężach przewodzących gorącą wodę.
Prawidłowe zwymiarowanie węża pozwala do minimum zmniejszyć straty ciśnienia i uniknąć ryzyka uszkodzeń, gdy wytwarza się ciepło lub przepływ jest nadmiernie turbulentny.
Kolejny parametr doboru to rodzaj cieczy przewodzącej. Od rodzaju tej cieczy zależy budowa wewnętrzna węża, który musi być wytrzymały np. na działanie substancji żrących. Również średnica wewnętrzna węża musi być dopasowana do rodzaju cieczy przewodzącej. Uszkodzenie budowy wewnętrznej węża powodują nie tylko substancje żrące, lecz także woda, i dlatego budowa konkretnego węża musi mu zapewniać odporność na działanie medium, które on przewodzi [5].
Ponieważ przewody hydrauliczne są często poddawane otarciom, ruchy poszczególnych elementów maszyn mogą powodować znaczne starcie warstwy zewnętrznej. Aby więc zwiększyć żywotność układu, należy użyć węży trudnościeralnych, których odporność na ścieranie może być nawet 2000 razy większa niż standardowych, oraz odpowiednie osłony.
Zakresy temperatur cieczy przewodzącej oraz otoczenia (stałe i chwilowe) nie mogą przekraczać zalecanych dla węża zakresów temperatur pracy. Ich przekroczenie może spowodować niesprawność układu, a nawet uszkodzenie węża. Zbyt wysoka temperatura powoduje twardnienie gumy (utratę elastyczności) oraz rozszczelnienie przewodu (tzw. pocenie się) na końcach, gdzie znajdują się okucia. Większość standardowych węży hydraulicznych można stosować w zakresie temperatur od –40ºC do 100ºC. Jeśli temperatura medium osiąga 120ºC, a okresowo lub skokowo ją przekracza, należy stosować węże przeznaczone do wyższych temperatur.
Węże o parametrach specjalnych
Węże przeznaczone do pracy w nietypowych warunkach powinny się charakteryzować większą elastycznością, ich minimalny promień gięcia musi być mniejszy od standardowego, a parametry ciśnieniowe wyższe.
Jeśli maksymalne ciśnienie robocze dla danego węża jest wyższe od wymagań podanych w normach, ma on więcej zastosowań i może pracować w wyższych temperaturach, przy zachowanym współczynniku bezpieczeństwa. Nie ma wtedy konieczności zmiany średnicy czy typu węża. Taki element ma mocniejszą konstrukcję niż standardowy. Jest pokryty grubą powłoką zewnętrzną, ma rdzeń z gumy syntetycznej, a przewód pokryty oplotem stalowym (wysoce odporny na rozciąganie). Zakres temperatur dla węży z oplotami spiralnymi o stałym ciśnieniu, niezależnie od średnicy (R12, R13, R15), wynosi od –40°C do +121°C (chwilowo do 125°C). Węże hydrauliczne, które nie są narażone na wysokie ciśnienie płynu (niskociśnieniowe), również mają rdzeń z gumy syntetycznej, ale wzmocnione są oplotem tkaninowym. By uniknąć uszkodzeń, należy właściwie dobierać ciecz przewodzącą, np. olej mineralny, rzepakowy, olej na bazie poliglikolu, emulsję wodno-olejową i wodę.
Jeżeli przewód ma być docelowo narażony na oddziaływanie skrajnych temperatur (węże wysokotemperaturowe), jest dodatkowo wzmocniony podwójnym oplotem z drutu stalowego. Pokrycie jest odporne na gorąco, ścieranie i działanie ozonu. Zalecane dla niego są płyny: oleje mineralne, glikol, poliglikol i emulsja wodno-olejowa.
Natomiast w przypadku przewodów ognioodpornych warstwę wewnętrzną stanowi guma syntetyczna olejoodporna. Jej powierzchnia to wysokiej wytrzymałości oplot stalowy, pokryty gumą syntetyczną odporną na otarcia. Płyny odpowiednie dla przewodów ognioodpornych to: olej roślinny, mineralny i syntetyczny na bazie estrów, glikole i poliglikole, emulsje wodno-olejowe, woda oraz bazujące na wodzie środki gaśnicze. Przewodów ognioodpornych używa się w górnictwie, pojazdach, silnikach oraz systemach zagrożonych ogniem [3].
Węże hydrauliczne gumowe mają ograniczoną odporność na ścieranie warstwy zewnętrznej (określa ją norma EN ISO 6945), ale można ją podwyższyć, stosując dodatkową powłokę (np. z polietylenu usieciowanego). Nie trzeba już wtedy stosować dodatkowych osłon ochronnych, np. spirali.
W sterownikach, maszynach rolniczych oraz wózkach widłowych montowane są przewody hydrauliczne termoplastyczne. Rura jest zrobiona z elastomeru poliestrowego lub poliamidu, a rdzeń wzmocniony dwoma oplotami z aramidu. Jeżeli natomiast rura jest wykonana z poliestru, zaleca się używanie oleju hydraulicznego, powietrza, gazów, paliwa, płynów na bazie wody oraz chemikaliów. W przypadku rdzenia poliamidowego stosuje się rozpuszczalniki, farby, izocyjanian, polio, powietrze, płyny na bazie wody, gazy oraz olej hydrauliczny.
Poprawny montaż węży hydraulicznych
Prawidłowe działanie i trwałość węży hydraulicznych zależy tak samo od poprawnego ich montażu. Szczegółowe zalecenia dotyczące montażu podaje firma Hansa-Flex [6].
Podczas montażu wąż nie może być skręcony. Należy zachować przepisowy promień zgięcia (określony dla każdego węża w zależności od średnicy znamionowej). Jeżeli dolna granica promienia zgięcia zostanie przekroczona, na zewnętrznym zgięciu powstają luki w oplocie, spowodowane obecnością większej powierzchni do zakrycia. Może dojść do niebezpiecznych wytrysków oleju, który szybko wnika do tkanek ludzkich (co jest silnie toksyczne). Zgięcie węża powinno następować, o ile dopuszczają to warunki montażu, po prostym odcinku odpowiadającym długości 1,5-krotnej średnicy zewnętrznej. W przeciwnym razie należy zastosować zabezpieczenia przed zgięciem. W niektórych przypadkach uniknięcie przekroczenia dolnej granicy promienia zgięcia węża jest możliwe przez dobór odpowiednich armatur. Jeżeli wąż układany jest na ostrych krawędziach albo węże są układane w niewielkiej od siebie odległości i ocierają się o siebie, powłoka węża może ulec przetarciu na skutek ruchów własnych węża.
Należy też unikać naprężeń rozciągających węże, bo zagrażają bezpiecznym połączeniom z armaturą. Ze względu na to, że węże nieznacznie skracają się pod wpływem ciśnienia i ze względu na ich ruchy należy je układać z zachowaniem pewnego luzu. W niektórych zastosowaniach, np. w przypadku sprężynowych krążków napinających, naprężeń rozciągających nie da się uniknąć. Trzeba dopasować dopuszczalne obciążenia robocze do zaleceń producenta.
Uchwytów nie należy zakładać tam, gdzie ograniczałyby naturalne ruchy i zmiany długości węża. Należy je umieszczać, o ile to możliwe, tylko na prostych odcinkach, uwzględniając zmiany średnicy węża. W trakcie montażu może też wystąpić niebezpieczne zjawisko biczowania węża. Uniknąć go można przez założenie osłon, uchwytów i połączeń łańcuchowych między wężem a miejscem przyłączenia. W zapobieganiu temu zjawisku pomagają kurczliwe konstrukcje plecione, zapewniające bezpieczne połączenie węży z elementami maszyny.
Przykłady węży z oferty rynkowej
Zakres zastosowań węży hydraulicznych jest ogromny, tak samo jak asortyment dostępnych na rynku węży. Różnorodność dostępnych na rynku form przyłączy utrudnia nawet doświadczonym użytkownikom wybór typu węża i przyłącza. Z tego powodu producenci stosują własne kategorie, do których kwalifikują modele węży odpowiednie do pracy w określonych warunkach.
Na przykład firma Parker podzieliła swój asortyment węży (GlobalCore) na trzy proste kategorie: Good – Dobry, Better – Lepszy i Best – Najlepszy. I tak: węże odmiany Good mają standardową powłokę wytrzymującą temperatury do 100°C, wykonaną zasadniczo z bardzo trwałego kauczuku syntetycznego, odpornego na niezbyt intensywne ścieranie oraz inne szkodliwe czynniki środowiskowe, np. promieniowanie ultrafioletowe bądź ozon. Odmiana Better ma wytrzymałą powłokę typu TC (Tough Cover), odporną na temperatury do 125°C. Powłoka TC jest 80-krotnie bardziej odporna na ścieranie niż powłoka standardowa, dzięki czemu węże mają zwiększoną odpornością na ścieranie, niezbędną w wymagających zastosowaniach. Natomiast do najtrudniejszych i najbardziej wymagających zastosowań przeznaczone są węże odmiany Best, o najbardziej odpornej powłoce typu ST (Super Tough). ST jest mniej więcej 450 razy bardziej odporna na ścieranie od standardowej. Tak wysoka odporność, jak podaje producent, gwarantuje niezawodność i pozwala zmniejszyć częstotliwość planowej konserwacji układów [1].
Wiele części, lecz jeden producent
Elementy i podzespoły współpracujące, takie jak węże, złącza czy końcówki do zakuwania, najlepiej kupować u jednego producenta. Korzystanie z części pochodzących od różnych producentów to ryzyko: mogą one nie współpracować ze sobą. Wiarygodny sprzedawca, dystrybutor powinien podać bez wahania także nazwę producenta części, które oferuje jego sklep.
Aleksandra Solarewicz – publicystka, od 1997 r. współpracuje z prasą branżową.
Literatura
- L. Pozzi, A. Chaurand, „Zmniejszenie złożoności układów hydraulicznych dzięki inteligentnemu doborowi węży”, „Napędy i Sterowanie”, http://nis.com.pl/presentation,zmniejszenie-zlozonosci-ukladow-hydraulicznych-dzieki-inteligentnemu-doborowi-wezy,0c2CyvQ92YI0W8ZD21S3Z2I6QBx4jHXK6TU0j3mf50JEwCwZAx.html.
- „Rodzaje węży hydraulicznych”, „Świat Usług”, 15.09.2016 r., http://www.swiat-uslug.pl/handel-i-przemysl/rodzaje-wezy-hydrauliczny.
- „Węże hydrauliczne gumowe”, strona internetowa firmy Tubes International, https://www.tubes-international.pl/produkty/hydraulika-silowa/weze-hydrauliczne-gumowe.
- „Węże hydrauliczne”, strona internetowa Zakładu Usługowo-Handlowego „REM KEPNO”, http://www.remkepno.pl/hydrauliczne.html.
- „Kryteria doboru węży hydraulicznych”, komentarz Rafała Hetmanioka, Sales Managera w firmie VST Polska, „Magazyn Przemysłowy”, https://www.magazynprzemyslowy.pl/komentarze/Kryteria-doboru-wezy-hydraulicznych,10037,1.
- „Informacje techniczne. Węże HANSA-FLEX”, http://hansa-flex.com.pl/i/dokumenty/informacje_techniczne/Informacje-techniczne-Hansa-Flex.pdf.
