Cylinder hydrauliczny – budowa i zasady działania

W jaki sposób małe urządzenia przemysłowe przenoszą duże obciążenia? Odpowiedź na to pytanie daje hydraulika. Gdyby nie Jednym Cylindry hydrauliczne to zadziwiająco wielofunkcyjne rozwiązania. Znajdziemy je zarówno w budownictwie, jak również przemyśle, motoryzacji oraz budownictwie, a to jeszcze nie cała lista zastosowań tych elementów. Co sprawia, że te cylindry są tak powszechnie używane?

Jak wygląda konstrukcja siłownika hydraulicznego?

Skąd właściwie wzięła się nazwa “cylinder”, skoro tak naprawdę jest to siłownik? Wynika to z kształtu korpusu, wewnątrz którego znajduje się tłok, czyli element wykonawczy całego urządzenia.

Dlaczego projektanci stosują taki korpus? Jego obecność jest w pewnym sensie niezbędna do tego, by sam siłownik działał prawidłowo. W większości wypadków obudowa takiego podnośnika oparta jest o stal chromowo-molibdenową (najmocniejszy materiał na rynku), co nie tylko chroni element wykonawczy, ale przede wszystkim pozwala na utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w układzie.

Najprościej rzecz ujmując, rolą siłownika jest zamiana energii powstającej z cieczy roboczej na energię mechaniczną. W rezultacie, tłok wykonuje ruch posuwisty. Same ciecze to najczęściej oleje o określonej gęstości, które, odpowiednio skompresowane, tworzą ciśnienie, następnie zamieniane na energię. Co istotne, elementem roboczym wcale nie musi być tłok. Może to być równie dobrze nurnik, ale także membrana, która odkształca się pod wpływem cieczy roboczej.

Mamy już cylinder oraz mamy element roboczy – czy siłownik zawiera jeszcze jakieś elementy? Tak – warto wspomnieć, że w siłownikach hydraulicznych znajdują się również:

  • Tłoczyska
  • Sprężyny
  • Komora robocza

Do czego służą poszczególne części? Warto wiedzieć, że przestrzeń robocza (komora) wypełniona jest cieczą hydrauliczną. Ów czynnik przesuwany jest do wnętrza cylindra za pomocą, gdzie kumuluje się i tworzy ciśnienie. W rezultacie, na tłok oddziałuje ciśnienie, które z kolei wywołuje ruch liniowy tłoczyska. Ten ostatni element ma za zadanie swoiste “ściśnięcie” powierzchni sprężyny.

Rodzaje siłowników hydraulicznych i sposób działania

Na podstawie zasady działania, cylindry hydrauliczne dzielimy na dwie grupy:

  • Działania jednostronnego
  • Działania dwustronnego

Jak sama nazwa wskazuje, w przypadku cylindrów hydraulicznych jednostronnego działania ruch elementu roboczego odbywa się wyłącznie w jednym kierunku. Ruch realizowany jest za pomocą sprężyny, która nie tylko pozwala tłokowi poruszać się, ale również umożliwia jego powrót po wykonanej pracy. W rezultacie takiego działania z komory usuwana jest ciecz.

Produkty z tej grupy można dodatkowo podzielić na kolejne podkategorie:

  • Cylindry typu HAS/HHA
  • Cylindry typu HSS
  • Cylindry typu HHS

Co właściwie oznaczają te nazwy? Siłowniki typu HAS to urządzenia o nośności od 32 do 110 ton. Ich maksymalne ciśnienie robocze wynosi 700 bar. Ze względu na swoje parametry, takie siłowniki są bardzo popularne przede wszystkim w branży przemysłowej – w szczególności w stoczniach i elektrowniach.

Z kolei cylindry typu HSS to wyjątkowo uniwersalne propozycje, które są bardzo popularne zarówno w produkcji, jak i w budownictwie, ale także energetyce, hutnictwie czy górnictwie. O wszechstronności tych elementów świadczy przede wszystkim szeroki zakres ich nośności – od 4,5 do 109 ton.

Cylindry typu HHS to siłowniki jednostronnego działania, które szczególnie dobrze sprawdzą się we wszelkiego rodzaju zastosowaniach związanych z podnoszeniem, naciąganiem czy też konserwacją. W siłownikach tego rodzaju tłoki posiadają specjalne wydrążenia, które pozwalają na poprowadzenie kabli lub prętów.

Czym są siłowniki hydrauliczne dwustronnego działania? W ramach tej technologii, ruch elementu odbywa się w dwóch przeciwstawnych kierunkach. Na wystąpienie tego ruchu wpływ ma ciśnienie cieczy wewnątrz komory roboczej, a nie jak w przypadku siłowników jednostronnego działania, obciążenie zewnętrzne.

Gdzie używa się siłowników dwustronnego działania? Te części są stosowane szczególnie tam, gdzie potrzebny jest maksymalnie szybki ruch tłoka w kierunku powrotnym. Dodatkowo, różnica w stosunku do cylindrów jednostronnego działania polega na tym, że w tych siłownikach ruch powrotny tłoka realizowany jest za pomocą hydrauliki, przez otwór zasilający olejem. Możliwości udźwigu takich elementów są naprawdę spore – od niewielkiej, zdawałoby się, wartości wynoszącej zaledwie 5 ton do nawet 1100 ton ładowności.

W jaki sytuacjach stosuje się siłowniki hydrauliczne dwustronnego działania? To przede wszystkim przemysł maszynowy, stalowy, ale także budownictwo – na przykład budowa mostów czy fundamentów dużych konstrukcji.

Wyżej wymienione rodzaje siłowników to oczywiście nie wszystkie przykłady urządzeń tego rodzaju. Oprócz nich, na rynku dostępne są także siłowniki teleskopowe (znane choćby jako elementy podtrzymujące klapy bagażników w samochodach osobowych), ale także siłowniki nurnikowe czy hydrauliczne typu obrotowego (pełny lub ograniczony obrót). Więcej o cylindrach (siłownikach) hydraulicznych: http://www.carlstahl.pl/cylindry-hydrauliczne-silowniki,262,k.html

Jakie parametry mają znaczenie?

Na jakie cechy siłownika należy zwrócić uwagę? Przede wszystkim ciśnienie nominalne. Ta cecha określa, jak wielkie wartości ciśnienia jest w stanie znieść siłownik w trakcie pracy. Dodatkowo, istotna jest również średnica powierzchni tłoka.

Znając te parametry jesteśmy w stanie obliczyć jak wielką energię wytwarzają takie siłowniki. Wynik takiego obliczenia łatwo uzyskać opierając się o prawo Pascala. Wystarczy wykonać działanie mnożenia powierzchni tłoka oraz ciśnienia cieczy, która krąży w układzie. Innym, równie ważnym czynnikiem jest parametr skoku siłownika oraz prędkość wysuwu tłoka.

Cylindry hydrauliczne – gdzie je spotkamy?

Jak już wielokrotnie wspominaliśmy w poprzednich akapitach, cylindry hydrauliczne mają zaskakująco wiele zastosowań. Jest to możliwe dzięki ogromnej mocy jaką te urządzenia są w stanie wyprodukować. Dzięki temu, cylindry hydrauliczne mogą nieprzerwanie pracować nawet w bardzo trudnych warunkach.

Oprócz wskazanych w powyższych akapitach zastosowań, cylindry dwustronnego działania są bardzo powszechnie stosowane jako części urządzeń służących do unoszenia i opuszczania elementów. Równie często spotkać je można w układach napędowych pras hydraulicznych.

A siłowniki jednostronnego działania? Te z kolei są często stosowane jako elementy pomocnicze, pozwalające na szybkie uruchamianie/wyłączanie różnych procesów na taśmach produkcyjnych.