Co to jest siłownik hydrauliczny?

Siłowniki hydrauliczne nazywane są inaczej cylindrami hydraulicznymi lub silnikami hydrostatycznymi. Używane są w różnych układach hydraulicznych ciężkich pojazdów budowlanych oraz mniejszych gabarytowo maszyn (prasy hydrauliczne, maszyny rolnicze, walcarki hutnicze). Ich zadanie polega na zamianie energii pod wpływem ciśnienia, wytworzonego przez ciecz (najczęściej zagęszczony olej), za pomocą której wprawiają poszczególne elementy w ruch.

Innymi słowy, są to elementy wykonawcze, służące do generowania mocy niezbędnej do zdziałana konstrukcji, pracujących na dużych obciążeniach (tam, gdzie nie radzą sobie napędy elektryczne i pneumatyczne). Dzięki nim np. ramię koparki może poruszać precyzyjnie ramieniem pojazdu – w jedną i w drugą stronę. Przy pomocy prostych siłowników hydraulicznych pracują też mechanizmy drzwi, bram i okien sterowanych zdalnie. Zależnie od typu danej konstrukcji urządzenia, montowany jest w niej odpowiedni rodzaj siłownika.

Budowa siłownika hydraulicznego

Tak, jako zostało wyżej wspomniane, są to urządzenia różniące się od siebie konstrukcją, ale generalnie działają na podobnej zasadzie. Tłok, nurnik lub membrana – stanowią trzon każdego siłownika hydraulicznego, na którym opiera się jego praca. Najczęściej jednak jest to tłok, dlatego z dwoma pozostałymi elementami konstrukcyjnymi tego urządzenia możesz się spotkać lub nie. Tłok hydrauliczny otoczony jest uszczelką, chroniącą przed wydostaniem się cieczy, służącej do generowania energii. Oczywiście nie można zapomnieć o tłoczysku, podłużnym elemencie przytwierdzonym do tłoka.

Dzięki niemu energia mechaniczna zostaje przeniesiona z tłoka na ruchomy element pojazdu lub innej maszyny. Na siłownik hydrauliczny składają się także takie części jak: dławica i stopa (pokrywa czołowa i tylna) oraz elementy prowadzące. Trzeba też zaznaczyć, że sterowniki sterowane są za pomocą rozdzielaczy hydraulicznych. Całość zamknięta jest w cylindrycznej obudowie, wykonanej z dobrej jakości materiałów. Warto wiedzieć, że iloczyn ciśnienia cieczy i powierzchni tłoka to wielkość siły wytwarzanej przez siłownik (prawo Pascala).

Zasada działania siłownika hydraulicznego

Działanie siłownika jest tak proste, jak jego budowa. Różnice w funkcjonowaniu poszczególnych typów siłowników są, ale minimalne. Siłownik jednostronnego działania pracuje w taki oto sposób: ciecz robocza dostaje się pod ciśnieniem do wnętrza cylindra i napiera na tłok, wprawiające go w ten sposób w ruch posuwisto zwrotny. Tłok wraca do pozycji wyjściowej za pomocą sprężyny ściskanej w czasie suwu roboczego, ale też może się to stać pod wpływem ciężaru tłoczyska, urządzenia roboczego oraz obciążenia pochodzącego z zewnątrz.

Działanie siłownika hydraulicznego dwustronnego wygląda nieco inaczej. Są w nim dwie komory, doprowadzające czynnik roboczy, dlatego może być wykonywany ruch także w drugą stronę. W takim siłowniku nie ma sprężyny. Ciecz robocza działa tutaj na obie strony tłoka, a nie na jedną, jak w ww. urządzeniu. Taki siłownik hydrauliczny dwustronnego działania sprawdza się np. w koparkach i żurawiach samochodowych. Operator maszyny dzięki tym urządzeniom może sprawnie manewrować ramieniem pojazdów, zmieniając płynnie kierunek ruchu.

Typy siłowników hydraulicznych

Różne urządzenia budowlane czy przemysłowe potrzebują odpowiedniego typu siłownika hydraulicznego, zależnie od budowy i charakteru wykonywanej pracy. Wyżej zostały pokrótce przedstawione dwa podstawowe rodzaje siłowników hydraulicznych.

Kolejne z nich to:

  • siłownik z obustronnymi tłokami, znajdującymi się na obu końcach cylindra;
  • siłownik wahadłowy lub łopatkowy, mające konstrukcję łopatkową, zębatkową lub śrubową (różnią się od siebie uzyskiwanym kątem obrotu podczas pracy, a ze względu na swoją specjalną konstrukcję wykorzystywane są do zadań specjalnych:
    • siłowniki hydrauliczne zębatkowe stanowią element konstrukcyjny maszyn trakcyjnych, a ogólnie siłowniki obrotowe stosuje się w urządzeniach podwodnych oraz w podziemnych wyrobiskach zakładów górniczych),
    • siłowniki teleskopowe – charakteryzują się zwiększonym zasięgiem suwu roboczego (składają się z dodatkowego teleskopu, nałożonego na tłoczysko – dzięki takiej konstrukcji możliwy jest wysuw tłoczyska na znacznie większe odległości, nawet do 15 m).

Dobór siłownika hydraulicznego

Wybór odpowiedniego siłownika zależy od tego, jaki ruch dana maszyna ma wykonywać – prostoliniowy, czy też obrotowy. Następnie należy zastanowić się, w jakiś sposób siłownik ma być sterowany – w jedną, dwie strony, a może obustronnie?

Siłownik hydrauliczny sterowany jednostronnie będzie jedynie przenosił obiekt z punktu A do punktu B i wracał do pozycji wyjściowej. Obiekt B będzie dalej transportowany, ale już za pomocą innego napędu. Siłowniki jednostronne używane są np. do wykonywania czynności naklejania, włączania i wyłączania danych etapów podczas produkcji. Z kolei, gdy zależy ci na przetransportowaniu obiektu z punktu A do punktu B i chwilowym przytrzymaniu go, konieczny jest wybór napędu z ruchem sterowanym w dwie strony.

Tego typu siłownik zapewnia odpowiednią siłę pchającą i powrotną oraz prędkość suwu w jedną i drugą stronę. Używamy go zazwyczaj do transportowania głowicy, służącej np. do wiercenia otworów, ale też jako napęd w prasie hydraulicznej, czy do podnoszenia i opuszczania różnych przedmiotów. Jeszcze inaczej wygląda sytuacja, gdy chcemy transportować dwa obiekty na tę samą odległość, w tych samych kierunkach, ale po dwóch stronach.

Wtedy należy wybrać siłownik hydrauliczny dwustronnego działania z obustronnym tłoczyskiem. Często też używa się omawiane wyżej siłowniki teleskopowe – zwłaszcza, kiedy zakres działania zwykłych siłowników nie wystarcza do wykonania odpowiedniej długości suwu. Dzięki urządzeniom teleskopowym obiekt może być przenoszony znacznie dalej. Z kolei, gdy potrzebujemy siłownika, którego mechanizm umożliwia mu obracanie się wokół własnej osi – z pełnym lub niepełnym zakresem obrotu – używamy siłownika obrotowego. Jeśli ma to być ograniczony zakres obrotu, wtedy należy wybrać siłownik wahadłowy.

Dobór parametrów siłowników

Na tym etapie trzeba niestety pobawić się w matematykę, aby dowiedzieć się więcej o pracy siłownika i jego kompatybilności z daną maszyną. Dzięki różnym obliczeniom można dowiedzieć się np. czy siłownik będzie odpowiedni do konkretnego obciążenia, oraz czy będzie funkcjonował pod względem kinetyczno-dynamicznym. W celu obliczenia siły danego urządzenia należy obliczyć ciśnienie, które jest stosunkiem nacisku siły do pola powierzchni, na którą działa.

Siłownik dostosowany jest do odpowiedniego ciśnienia w trakcie swojej pracy – zarówno te informację, jak i o średnicy tłoka, znajdują się zazwyczaj w specyfikacji parametrów urządzenia. Taka wiedza pozwala z kolei obliczyć z jaką siłą siłownik będzie działał na dany obiekt. Kupują siłownik, musisz więc znać jego wymiary, aby obliczyć siłę, jaką generuje – lub odwrotnie, znać siłę, która ma działać na obiekt i obliczyć proporcjonalnie do niej wymiary urządzenia. Inne ważne parametry przy wyborze siłownika to skok tłoka (można wybrać wśród standardowych rozwiązań lub zdecydować się na zamówienie u producenta niestandardowego siłownika). Natomiast ostatni parametr to prędkość wysuwu tłoka. Obliczymy ją, dzieląc wydajność pompy przez pole powierzchni, na którą oddziałuje.

Zalety siłowników hydraulicznych

Siłowniki hydraulicznych to precyzyjne urządzenia wykonawcze, mające znaczną przewagę nad innymi siłownikami ze względu na prostą konstrukcję. Bardzo łatwo też się nimi steruje – przyspiesza, zatrzymuje, zwalnia itp. Eksploatacja tego rodzaju siłownika jest także bezpieczna, ponieważ nie ma tu elektryki, dlatego podczas pracy nie powstaną chociażby iskry. W przypadku uszkodzenia można dokonań regeneracji siłownika hydraulicznego w firmach specjalistycznych dokonujących takich napraw.