Jaka jest budowa siłownika hydraulicznego?

Siłowniki hydrauliczne to urządzenia stosunkowo proste w budowie. Ich cechą charakterystyczną jest to, że wykorzystują do pracy ciecz – stąd ich nazwa. Zastosowanie takich elementów jest niezwykle szerokie, stanowią między innymi części układów wielu maszyn i pojazdów. Jak zbudowany jest siłownik hydrauliczny i gdzie najczęściej się go wykorzystuje?

Siłownik hydrauliczny – do czego służy?

iłowniki to niezbyt skomplikowane urządzenia, które zamieniają dostarczoną im energię roboczą na energię mechaniczną, wykonując określoną pracę. Wynika to wprost z praw fizyki, zgodnie z którymi iloczyn ciśnienia cieczy i powierzchni tłoka określa wielkość siły wytwarzanej przez siłownik (prawo Pascala).

Elementy te dzielą się na:
●    elektryczne,
●    pneumatyczne,
●    hydrauliczne.

Ostatni z wymienionych typów należy do najbardziej popularnych.

Wszystkie powyższe rodzaje siłowników można podzielić na dodatkowe kategorie. Uwzględniają one między innymi rodzaj wykonywanego ruchu, formę tłoka czy specyficzną budowę siłownika.

Omawiane urządzenia są także nazywane cylindrami hydraulicznymi lub silnikami hydrostatycznymi. Ich zadaniem jest generowanie mocy niezbędnej do działania konstrukcji pracujących pod dużymi obciążeniami (czyli tam, gdzie napędy elektryczne i pneumatyczne nie mogą sobie poradzić). Zastosowanie siłowników jest niezwykle szerokie. Można spotkać je zarówno w mechanizmach unoszących bramy i okna, jak i w ciężkim sprzęcie – koparkach, prasach, walcarkach czy maszynach rolniczych. Warto przyjrzeć się temu, jak zbudowane są te elementy i z czego wynika ich ogromna popularność.
 

Budowa siłownika hydraulicznego

Budowa siłownika nie jest skomplikowana. Choć elementy te mogą przyjmować różne formy, dopasowane do zastosowania, każdy z nich wykorzystuje te same prawa fizyczne.

Trzon każdego siłownika stanowi tłok, nurnik lub membrana, czyli element niezbędny do generowania ciśnienia roboczego. Choć budowa poszczególnych urządzeń może się różnić, zasada działania jest taka sama. Ciśnienie wytworzone przez ciecz (najczęściej jest to olej, ale nie zawsze) wprawia określone elementy w ruch. Każdy tłok jest otoczony uszczelką, która nie dopuszcza do wydostania się cieczy na zewnątrz.

Ważnym elementem budowy siłownika jest także tłoczysko, czyli podłużna część przytwierdzona na stałe do tłoka. To dzięki niej energia mechaniczna może być przeniesiona na ruchomy element maszyny, na przykład ramię koparki, które porusza się w górę i w dół.

Siłownik to także dławica i stopa, czyli pokrywy czołowa i tylna, elementy prowadzące oraz rozdzielacze hydrauliczne. Wszystkie te części znajdują się w obudowie wykonanej z materiału dobranego do określonego zastosowania – na przykład odpornego na działanie wysokiej temperatury czy uszkodzenia mechaniczne. 
 

Jak działają siłowniki hydrauliczne?

Najłatwiej zobrazować zasadę działania siłownika hydraulicznego (siłownika hydraulicznego bold), wyobrażając sobie strzykawkę napełnioną płynem. Choć na pozór elementy stosowane w maszynach czy pojazdach są znacznie bardziej skomplikowane, wykorzystują dokładnie to samo zjawisko fizyczne.

Siłowniki jednostronne 

Siłownik jednostronny cechuje się najprostszym działaniem. Olej wtłaczany jest pod ciśnieniem do komory cylindra, ciśnienie naciska na tłok, wprawiając go w ruch posuwisto-zwrotny. Wymuszone zostaje wysunięcie się tłoczyska, które porusza elementem roboczym. Tłok wraca do pozycji wyjściowej za pomocą sprężyny ściskanej w czasie suwu roboczego lub pod wpływem ciężaru tłoczyska, urządzenia roboczego oraz obciążenia pochodzącego z zewnątrz. W momencie, w którym zatrzymane zostaje ciśnienie oleju, tłoczysko zatrzymuje się. Opada, gdy olej wróci do zbiornika. Wysuwanie i opadanie tłoczyska wiążą się z zastosowaniem sterowania. Zadaniem siłownika jednostronnego jest więc zastosowanie siły działającej tylko w jedną stronę – może on np. unieść albo przesunąć dany obiekt lub podeprzeć go w określonej pozycji tak długo, jak to będzie to potrzebne.

Siłowniki dwustronne 

Siłownik dwustronny ma za zadanie wykonać ruch w obie strony, dlatego są w nim dwie komory doprowadzające olej do tłoka. Dzięki temu jest możliwe wtłaczanie oleju (lub innej cieczy) na przemian z jednej lub z drugiej strony. Najbardziej powszechne zastosowanie takiego elementu to podnoszenie i opuszczanie obiektów np. przez żuraw hydrauliczny.  

Inne rodzaje siłowników 

Warto wspomnieć także o siłownikach teleskopowych. Aby zwiększyć zasięg ich pracy, czyli skok roboczy, stosuje się kolejne, wysuwające się z siebie cylindry. Dzięki temu odległość, na jaką może wysunąć się tłoczysko, znacząco się zwiększa. Niezależnie jednak od rodzaju elementu, zasada działania pozostaje ta sama – za pomocą pompy medium robocze jest wtłaczane do komory, powodując przesuwanie się tłoka. W siłownikach jednostronnego działania tłok przesuwa się w kierunku stopy, wykonując pracę, jednocześnie ściskając sprężynę zwrotną. Następnie sprężyna ulega rozprężeniu, co powoduje cofnięcie się tłoka oraz wypchnięcie oleju z komory. W siłowniku dwustronnego działania następuje podobny proces. Olej wtłaczany jest na przemian do jednej i drugiej komory. W efekcie nacisk na tłok odbywa się z tą samą siłą w obu kierunkach. Pozwala to na bardziej precyzyjne kontrolowanie ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka i jednocześnie – pracy urządzenia.
 

Zalety stosowania siłowników hydraulicznych

Główną zaletą siłowników hydraulicznych jest to, że mogą one wytwarzać bardzo duże siły, rzędu kilku tysięcy kN. Taki wynik jest nie do osiągnięcia przy użyciu elementów pneumatycznych. Dzięki temu cylindry wykorzystujące ciecz roboczą są wykorzystywane w budowie ciężkiego sprzętu: budowlanego, rolniczego, pras hydraulicznych i wielu innych maszyn.

Kolejnym pozytywnym aspektem jest wspomniana prosta konstrukcja i zasada działania. Dzięki temu siłowniki są mało podatne na usterki i mogą przez wiele lat wykonywać swoją pracę bez konieczności konserwacji i serwisowania. Oczywiście aby tak się stało, niezbędne jest zastosowanie medium roboczego o odpowiednich parametrach. Warto zwracać uwagę między innymi na:

●    małą ściśliwość,
●    dostosowanie do określonego zakresu temperatur,
●    wysoką temperaturę zapłonu,
●    dobre właściwości smarne,
●    przeciwkorozyjność.

Jeśli te warunki zostaną spełnione, siłownik hydrauliczny będzie cechował się bardzo wysoką trwałością.

Cylindry mogą pracować bez przerwy, co jest bardzo ważną zaletą z punktu widzenia procesów produkcyjnych. Nie wymagają przerywania pracy niezależnie od warunków zewnętrznych.
Kolejną zaletą jest to, że eksploatacja siłowników jest bezpieczna. Nie wykorzystuje się prądu elektrycznego, dlatego nie ma ryzyka powstawanie iskier.
Ważnym aspektem jest także uniwersalność zastosowań. Wynika ona pośrednio z prostej konstrukcji omawianych elementów, która pozwala na dopasowanie ich do wielu różnorodnych zastosowań. Siłowniki sprawdzają się zarówno w żurawiach budowlanych i pojazdach, jak i układach sterowania bramami wjazdowymi czy oknami. Wszystko zależy od ich wielkości i zakresu sił, jakie mogą wytworzyć.

Rodzaje siłowników hydraulicznych

Ważnym kryterium podziału tych elementów jest budowa siłowników oraz sposób ich działania, Wyróżnia się zatem następujące typy elementów:

●    jednostronne,
●    dwustronne,
●    teleskopowe,
●    tandemowe,
●    wahliwe,
●    podwójne,
●    obrotowe.

Siłowniki dobiera się w zależności od tego, jakie zadania mają wykonywać, natomiast do ich sterowania wykorzystuje się rozdzielacze danego typu.

Gdzie wykorzystuje się siłowniki hydrauliczne?

Zakres zastosowań tych elementów jest bardzo szeroki. Bardzo często wykorzystuje się je w przemyśle, czyli tam, gdzie potrzebne są duże siły. Przykładem może być prasa hydrauliczna, w której cylindry pełnią funkcję napędu. Można spotkać je także w budownictwie, warsztatach samochodowych (jako części podnośników), w pojazdach, maszynach, fabrykach, chłodniach i walcarkach hutniczych.

Siłowniki są wykorzystywane także do transportowania obiektów i przenoszenia głowic roboczych, na przykład tych służących do wiercenia otworów. Przykładem zastosowania cylindrów, z którym każdy z pewnością spotyka się na co dzień, są hydrauliczne zamki do drzwi.

Jak widać, są to elementy uniwersalne, które można wykorzystać do bardzo szerokiego zakresu prac. Ich zalety, takie jak prosta budowa, bezawaryjność, trwałość i możliwość generowania bardzo dużych sił, sprawiają, że siłowniki są bardzo często stosowane w wielu branżach przemysłowych i nie tylko.