Jak działają siłowniki hydrauliczne?
PrzemysłSiłowniki hydrauliczne to elementy wykonawcze systemów hydraulicznych, w których energia hydrostatyczna medium roboczego (płynu hydraulicznego pod ciśnieniem) zamieniona zostaje w energię mechaniczną. Siłownik zwany czasem cylindrem hydraulicznym jest rodzajem silnika wyporowego, którego poszczególne części - tłoczysko, nurnik, wał - wykonują ograniczony ruch posuwisto-zwrotny. Cylindry hydrauliczne dzielą się na liniowe, przekazujące ruch prostoliniowy i momentowe, przekazujące ruch obrotowy.
Wszystkie typy siłowników hydraulicznych działają na zasadzie wykorzystania prawa Pascala, które pozwala na obliczenie siły możliwej do uzyskania z odpowiedniej wielkości siłownika i użytej cieczy pod ciśnieniem. Siła (wyrażona w [N]) uzyskiwana to iloczyn pola powierzchni wyrażony w [m2] i ciśnienia cieczy wyrażonej w pascalach [Pa]. W praktyce w tej zależności wstawia się pole powierzchni tłoka w [cm2] a ciśnienie w barach [bar], wówczas wartość siły w przybliżeniu odpowiada kilogramom siły [kG].
Siłowniki hydrauliczne to urządzenia wykorzystywane w układach hydraulicznych ciężkich pojazdów budowlanych. Są one również montowane w mniejszych maszynach rolniczych czy prasach hydraulicznych. Głównie odpowiadają za zamianę energii pod wpływem ciśnienia wytworzonego za pomocą cieczy i wprowadzenie poszczególnych części urządzenia w ruch. Czym dokładniej są siłowniki hydrauliczne i jak rzeczywiście działają? Wyjaśniamy poniżej.
Jak zbudowany jest siłownik hydrauliczny?
Siłownik liniowy jest rodzajem silnika wypornościowego, w którym określona część (tłoczysko, nurnik, membrana) wykonuje ruch posuwisto-zwrotny wobec obudowy. Siłownik przekazujący ruch obrotowy jest również rodzajem silnika wyporowego, w którym tłok wykonuje ruch wahadłowy względem kadłuba o kąt mniejszy niż 360 stopni.
Siłowniki liniowe dzielą się na dwustronnego działania i jednostronnego działania. W siłowniku dwustronnego działania ruch w obydwu kierunkach otrzymuje się z przetworzenia energii hydrostatycznej cieczy hydraulicznej napierającej na tłok (lub membranę). W siłowniku jednostronnego działania ruch powrotny tłoka uzyskujemy poprzez zastosowanie ściskanej sprężyny powrotnej, siły ciężkości lub oddziaływania układu zewnętrznego.
O prawidłowym działaniu siłownika decyduje jego szczelność. W siłownikach dwustronnego działania uszczelnione w stosunku do siebie muszą być obydwie komory rozdzielone tłokiem, a także dławica, poprzez którą wysuwające się tłoczysko przekazuje energię mechaniczną do układu zewnętrznego. O szczelności siłowników decydują właściwie zaprojektowane węzły z pierścieniami uszczelniającymi.
Siłowniki hydrauliczne różnią się między sobą konstrukcją, jednak zasada ich działania jest podobna. Trzonem każdego z nich jest tłok, nurnik lub membrana – to na tych elementach obiera się praca urządzenia. Największą popularnością cieszą się wersje tłokowe i to ich działanie przedstawimy. Każdy tłok hydrauliczny jest otoczony uszczelką. Pełni ona funkcję ochronną przed wydostawaniem się cieczy, odpowiadającej za wytwarzanie energii. Do tłoka jest przytwierdzone także tłoczysko – podłużny element, którego zadaniem jest przenoszenie energii z siłownika hydraulicznego na inne urządzenie.
Ważnymi elementami są także dławica, stopa i elementy prowadzące oraz rozdzielacze hydrauliczne, wykorzystywane w procesie sterowania. Wszystkie wspomniane są zamknięte w cylindrycznej obudowie, która jest wykonana z najwyższej jakości, solidnych materiałów. Dobierając odpowiedni siłownik hydrauliczny, warto pamiętać, że wielkość siły, jaką wytworzy, zgodnie z prawem Pascala, jest równa iloczynowi ciśnienia cieczy i powierzchni tłoka.
Sam proces działania urządzenia nie jest skomplikowany. Ciecz robocza po przedostaniu się do wnętrza cylindra za pomocą wysokiego ciśnienia, napiera na tłok i wprawia go w ruch posuwisto zwrotny. Ten z kolei wraca do pierwotnej pozycji za pomocą sprężyny, która w czasie suwu roboczego ulega ściśnięciu. Może to również nastąpić pod wpływem ciężaru tłoczyska, samego urządzenia roboczego czy obciążenia, na które wpływ mają warunki zewnętrzne.
Siłowniki hydrauliczne – najważniejsze informacje
- Siłowniki hydrauliczne stosowane są w obszarach, w których napędy elektryczne lub pneumatyczne nie dadzą sobie rady
- wyjaśnia ekspert z Zakładu Mechanicznego Hydromet Sp. j..
Takimi obszarami są zastosowania przy bardzo dużych obciążeniach z występującymi przeciążeniami jak:
- maszyny budowlane;
- maszyny stosowane w górnictwie rud metali, węglowym, soli mineralnych;
- budowa statków;
- hutnictwo;
- technika wojskowa.
Każdorazowo rodzaj siłownika jest indywidualnie dopasowywany przez konstruktora do rodzaju obsługiwanej konstrukcji, obciążeń, wymagań dynamicznych, rodzaju koniecznego do zastosowania medium hydraulicznego i innych specyficznych uwarunkowań urządzenia.
Siłowniki hydrauliczne są także nazywane cylindrami hydraulicznymi. Wyjaśniając najprościej – są to elementy odpowiadające za wytworzenie mocy niezbędnej do prawidłowego działania elementów konstrukcji, pracującej na dużych obciążeniach.
- Rozwiązanie to stosuje się w obszarach, w których zwykłe napędy elektryczne czy pneumatyczne nie dadzą sobie rady
– wyjaśnia ekspert z Zakładu Mechanicznego Hydromet Sp. j.
Jednym z obszarów, w których są wykorzystywane, są maszyny budowlane. Po odpowiednim zainstalowaniu siłowników, umożliwiają one precyzyjne sterowanie ramieniem koparki w każdą stronę. Co więcej, to dzięki nim prawidłowo działają mechanizmy drzwi, okien czy bram zdalnie sterowanych. Każdorazowo rodzaj siłownika jest indywidualnie dopasowywany do konstrukcji, w której zostanie zainstalowany.
