2023-09-29 08:24:05 
Działanie i elementy systemu hydrauliki siłowej
Funkcjonowanie instalacji hydrauliki siłowej opiera się na prawie Pascala, które w ogólnym zarysie opisuje zachowanie się cieczy podanej naciskowi zewnętrznemu w zamkniętym obiegu.
Z definicji tego prawa wynika, że wytworzone ciśnienie rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach, co w praktyce umożliwia utworzenie przekładni hydraulicznej i pozwala na wywołanie znacznych sił przy użyciu niewielkiego nacisku.
Na tej zasadzie działa m. in. hydrauliczny podnośnik, w którym ciśnienie wywołane pompką o niewielkiej średnicy tłoka działa na znacznie większy tłok siłownika, a wytworzone siły ulegną zwielokrotnieniu proporcjonalnym do różnicy powierzchni przekrojów obu tłoków. Dzięki temu wywierając nacisk kilkudziesięciu kilogramów na dźwignię pompy w możemy podnieść ciężar o masie nawet kilku ton.
Użytkowe układy hydrauliki siłowe w podstawowym zestawieniu składają się z pompy, rozdzielacza, przewodów ciśnieniowych, siłownika lub silnika hydraulicznego oraz zbiornika z olejem.
Oczywiście zestawy takie wyposażane są również w szereg elementów dodatkowych zapewniających wygodne i bezpieczne ich funkcjonowanie np. w ograniczniki ciśnienia, filtry czy układy sterujące.
Najprostszy rodzaj pompy to pompa tłokowa z napędem ręcznym bądź nożnym, najczęściej zintegrowana z siłownikiem i wykorzystywana np. w przenośnych podnośnikach samochodowych tzw. żabach, czy prasach warsztatowych, które wywierają nacisk nawet kilkunastu ton.
Jednak znacznie szersze zastosowanie mają pompy z napędem elektrycznym bądź spalinowym wykorzystywane m.in. w pojazdach i maszynach budowlanych, które wytwarzają bardzo wysokie ciśnienia robocze rzędu kilkuset barów, przy jednoczesnym zapewnieniu znacznego strumienia przepływy oleju, co wpływa na szybkość pracy siłowników, a zwłaszcza silników hydraulicznych.
Ze względu na prostą budowę i stosunkowo niską cenę najczęściej są to pompy zębate, w których ciśnienie powstaje w wyniku wyciskania oleju hydraulicznego z przestrzeni pomiędzy zazębiającymi się kołami.
Uzębienie może być zewnętrzne, a koła umieszczone w ciasnej owalnej obudowie lub wewnętrzne w tzw. pompach orbitalnych, gdzie mniejsze koło zębate umieszczone mimośrodowo napędza pierścień zębaty wyciskając przy tym olej ze zmniejszającej się przestrzeni międzyzębnej.
Najczęściej pompy zębate wytwarzają ciśnienie rzędu 300–350 barów, a ich wydajność uzależniona od prędkości obrotowej napędu i wynosi przeciętnie kilkadziesiąt litrów na minutę.
Wyższe parametry pracy przy ciśnieniu do ponad 500 barów uzyskują pompy wielotłoczkowe z pochyłą tarczą lub skośnym wałem. Ich działanie umożliwia obrót wałka napędowego powodujący przemieszczanie się tłoczków umieszczonych w małych cylinderkach dzięki skośnemu ustawieniu tarczy połączonej przegubowo z tłoczkami lub nachyleniu wału.
Przy dużych mocach wykorzystywane są również pompy tłokowe radialne działające na podobnej zasadzie jak „odwrócone” funkcjonalnie samolotowe silniki gwiaździste.
Siłowniki i silniki hydrauliczne
Urządzeniami roboczymi w systemie hydrauliki siłowej są siłowniki lub silniki zamieniający energię ciśnienia wytworzoną przez pompę w pracę mechaniczną wywołującą przemieszczanie np. ciężarów albo napęd maszyny.
Siłowniki hydrauliczne o typowej konstrukcji składają się z cylindra i umieszczonego w nim tłoka na wysuwalnym tłoczysku i zależnie od ich przeznaczenia instalowane są jako urządzenia jedno – lub dwustronnego działanie.
Siłowniki jednostronne znajdują zastosowanie np. w podnośnikach stacjonarnych, gdzie powrót do pozycji wyjściowej następuje poprzez wsteczne przetłoczenie oleju pod wpływem ciężaru własnego urządzenia.
Szersze zastosowanie mają siłowniki dwustronnego działania, w których ciśnienie z pompy kierowane jest pod tłok wysuwający tłoczysko lub nad tłok zmniejszający jego wysięg.
Możliwość wytworzenia znacznego momentu obrotowego przy niewielkich wymiarach i masie umożliwiają silniki hydrauliczne funkcjonujące - w uproszczeniu - podobnie jak pompy o odwróconym obiegu.
Popularne pompy zębate funkcjonujące jako silniki przystosowane są do pracy jedno- lub dwukierunkowej o czym decydują szczegóły ich budowy, a zwłaszcza system uszczelnienia. Również silniki tłokowe mogą pracować dwukierunkowo, co jest niezbędne np, przy napędach pojazdów.
Wszystkie rodzaje napędu hydraulicznego charakteryzują się możliwością uzyskania płynnej zmiany obrotów w szerokim zakresie, a przy doborze silnika hydraulicznego należy kierować się m. in. parametrami współpracującej z nim pompy, możliwościami montażowych w konkretnym urządzeniu czy wymaganą stabilnością i zmiennością parametrów pracy po obciążeniem.
Przykładowo w typowych układach zasilania o ciśnieniu nominalnym rzędu 350 barów silnik hydrauliczny tłokowy wytwarza moment obrotowy rzędu 120 Nm przy 4200 obr/min, a jego masa wynosi tylko ok. 12 kg, co znacznie przewyższa wszelki inne źródła napędu o takich parametrach.
Niezbędne wyposażenie
Niezbędnym elementem instalacji hydrauliki siłowej jest zbiornik magazynujący olej, który może też pełnić funkcję chłodzenia i filtrowania cieczy roboczej. Jego wielkość uzależniona jest od pojemności obiegu z uwzględnieniem zmian wynikających ze wzrostu objętości oleju w siłownikach w stanie maksymalnego wysunięcia.
W przypadku utworzenia np. mobilnego agregatu hydraulicznego - nazywanego też zasilaczem - przy większości zastosowań wystarczy zbiornik o pojemności ok. 10 litrów.
Jednak układ hydrauliki siłowej najczęściej zostaje wbudowany w konkretną maszynę np. koparkę czy ciągnik rolniczy, a dołączenie do nich dodatkowego osprzętu wymaga wykonania połączeń elastycznym wężami wysokociśnieniowymi zakończonymi z reguły szybkozłączkami, które po odłączeniu jednocześnie obustronnie zamykają wypływ oleju.
Przy ich doborze trzeba zwrócić uwagę na ich dopasowanie do wyprowadzeń hydraulicznych łączonych urządzeń, bo w użyciu są różne systemy w zależności od czasu i miejsca ich wytworzenia.
Do uruchomienia i sterowania praca urządzeń z napędem hydraulicznym potrzebne są odpowiednio dobrane rozdzielacze i zawory.
W najprostszej wersji przy korzystaniu z siłownika jednostronnego działania wystarczy prosty dźwigniowy regulator przepływu, ale przy sterowaniu siłownikiem dwustronnego działania czy silnika pracującego ze zmieniającym się kierunkiem obrotów wykorzystywane jest rozdzielacz trójdrożny przełączający kierunki zasilania i powrotu, a w pozycji neutralnej umożliwiający jałowy przepływ oleju między pompą, a rozdzielaczem.
Autor: Redakcja BudownicwaB2B
Opracowanie: Sebastian Malinowski
Fot. otwierająca: Pixels
Komentarze