Siłowniki hydrauliczne — jak działają?

Siłowniki hydrauliczne to elementy układów hydraulicznych, których zadaniem jest przekształcanie energii ciśnienia cieczy w ruch mechaniczny. Są powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu — od motoryzacji po przemysł wydobywczy.

W artykule przyjrzymy się ich budowie, zasadzie działania oraz najważniejszym parametrom technicznym. Szeroki wybór siłowników jednostronnego i dwustronnego działania znajdziesz w Eurotech.

Spis treści:

• Co to są siłowniki hydrauliczne i jak działają?
• Jakie elementy składają się na budowę siłownika hydraulicznego?
• Zasada działania siłownika hydraulicznego
• Jakie parametry techniczne mają siłowniki hydrauliczne?
• Rodzaje siłowników hydraulicznych
• Różnice między siłownikami jednostronnego a dwustronnego działania
• Kluczowe kwestie podczas wyboru siłownika hydraulicznego
• Główne zastosowania siłowników hydraulicznych

Co to są siłowniki hydrauliczne i jak działają?

Siłowniki hydrauliczne to cylindryczne komponenty systemów hydraulicznych, które zamieniają energię ciśnienia cieczy na siłę mechaniczną. Są one stosowane w maszynach i urządzeniach wymagających dużej siły oraz precyzji ruchu.

Główną zaletą siłowników hydraulicznych jest ich duża moc przy stosunkowo niewielkich rozmiarach, a także możliwość płynnej regulacji prędkości i siły działania. Dlatego znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu.

Jakie elementy składają się na budowę siłownika hydraulicznego?

Siłownik hydrauliczny składa się z kilku głównych części, wśród których można wyróżnić:

• cylinder hydrauliczny – to główny korpus siłownika, w którym przemieszcza się tłok wraz z tłoczyskiem. Jest to szczelnie zamknięta przestrzeń wypełniona olejem hydraulicznym, umożliwiająca ruch tłoka pod wpływem ciśnienia cieczy roboczej,
• tłok – element wewnętrzny, który dzieli cylinder na dwie komory i przekształca energię cieczy roboczej na siłę mechaniczną. Tłok przesuwa się wzdłuż cylindra w wyniku różnicy ciśnień po obu jego stronach. Posiada uszczelnienia, które minimalizują przecieki i zapewniają efektywne działanie,
• tłoczysko – to wał połączony z tłokiem, który przenosi siłę z tłoka na element wykonawczy maszyny lub mechanizmu. Tłoczysko jest precyzyjnie obrobione i często pokryte warstwą ochronną (np. chromowaną), aby zmniejszyć tarcie oraz zwiększyć odporność na zużycie i korozję,
• uszczelnienia – ich zadaniem jest zapobieganie wyciekom oleju hydraulicznego i utrzymanie odpowiedniego ciśnienia wewnątrz siłownika. Uszczelnienia montuje się zarówno wokół tłoka, jak i w miejscach, gdzie tłoczysko wychodzi z cylindra,
• zawory zabezpieczające – są to elementy odpowiedzialne za kontrolę ciśnienia wewnątrz siłownika, chroniące go przed uszkodzeniem na skutek nadmiernego wzrostu ciśnienia w układzie,
• mocowania – to elementy konstrukcyjne umożliwiające prawidłowe zamocowanie siłownika w układzie hydraulicznym. W zależności od zastosowania mogą to być przeguby kulowe, sworznie, kołnierze czy uchwyty śrubowe.

Zasada działania siłownika hydraulicznego

Siłowniki hydrauliczne działają na podstawie prawa Pascala, które mówi, że ciśnienie wywierane na ciecz w zamkniętym układzie rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach. W praktyce oznacza to, że niewielka siła przyłożona do cieczy roboczej może zostać zamieniona na dużą siłę mechaniczną, co pozwala na wykonywanie ciężkiej pracy przy stosunkowo niewielkim nakładzie energii.

Działanie siłownika rozpoczyna się od wtłoczenia oleju hydraulicznego do cylindra pod wysokim ciśnieniem za pomocą pompy hydraulicznej. Gdy olej dostaje się do jednej z komór cylindra, wywiera ciśnienie na tłok, który zaczyna się przemieszczać. Ponieważ ciecz hydrauliczna nie jest ściśliwa, cała energia przekazywana przez pompę zostaje zamieniona na siłę mechaniczną, która wprawia w ruch tłoczysko połączone z tłokiem.

Następnie tłoczysko przenosi siłę na elementy robocze maszyny lub mechanizmu, umożliwiając podnoszenie, przesuwanie lub dociskanie przedmiotów. Równocześnie olej znajdujący się w przeciwnej komorze cylindra musi zostać odprowadzony z powrotem do zbiornika poprzez system przewodów i zaworów hydraulicznych.

Jakie parametry techniczne mają siłowniki hydrauliczne?

Siłowniki klasyfikowane są według następujących parametrów:

• skok tłoczyska – określa maksymalną odległość, na jaką może przemieścić się tłoczysko w trakcie pracy siłownika,
• udźwig – oznacza maksymalną siłę, jaką siłownik może wygenerować,
• średnica zewnętrzna – to wymiar zewnętrzny cylindra, który wpływa na gabaryty siłownika oraz jego możliwości montażowe,
• wysokość minimalna – oznacza najmniejszą długość siłownika w pozycji schowanej,
• maksymalna objętość oleju – określa ilość oleju hydraulicznego potrzebną do całkowitego wypełnienia cylindra,
• powierzchnia robocza tłoka – określa pole przekroju tłoka,
• siła naporu – to siła generowana przez siłownik w kierunku wysuwu tłoczyska, zależna od ciśnienia i powierzchni tłoka,
• masa własna – określa ciężar siłownika, który wpływa na całkowitą masę układu hydraulicznego.

Zobacz również: Siłowniki hydrauliczne – parametry istotne przy wyborze

Rodzaje siłowników hydraulicznych

Siłowniki hydrauliczne można podzielić na dwie główne kategorie:

• jednostronnego działania,
• dwustronnego działania.

Siłowniki jednostronnego działania, np. Yale YLS,  operują w jednym kierunku pod wpływem ciśnienia hydraulicznego. Powrót tłoczyska do pozycji wyjściowej następuje dzięki zastosowaniu sprężyny lub pod wpływem własnego ciężaru. Charakteryzują się one prostszą budową i obecnością jednego przyłącza do zasilania olejem. Stosowane są przede wszystkim tam, gdzie wymagane jest wykonywanie ruchu w jednym kierunku, a powrót może być realizowany w sposób pasywny.

Siłowniki dwustronnego działania, np. Yale YH 5-30 ton, wykonują pracę w obu kierunkach, a więc zarówno wysuwanie, jak i chowanie tłoka odbywa się pod wpływem ciśnienia hydraulicznego. Posiadają dwa przyłącza do zasilania olejem, co pozwala na precyzyjne sterowanie ruchem tłoczyska w obu kierunkach. Ich zastosowanie jest szersze niż siłowników jednostronnych, ponieważ umożliwiają dokładne pozycjonowanie i pracę w dwóch kierunkach.

Różnice między siłownikami jednostronnego a dwustronnego działania

Główna różnica między tymi dwoma typami siłowników polega na kierunkach działania oraz sposobie powrotu tłoczyska. Siłowniki jednostronnego działania wykonują pracę tylko w jednym kierunku, a ich powrót do pozycji wyjściowej odbywa się samoczynnie dzięki zastosowaniu sprężyny powrotnej lub pod wpływem sił zewnętrznych, takich jak grawitacja lub ciężar przemieszczanego elementu. Z tego względu są często stosowane w prostych układach hydraulicznych, gdzie wymagane jest jedynie jednostronne generowanie siły, na przykład w podnośnikach hydraulicznych czy prasach.

Natomiast siłowniki dwustronnego działania pracują w obu kierunkach, co oznacza, że olej hydrauliczny naprzemiennie wypełnia jedną z dwóch komór cylindra, umożliwiając kontrolowany ruch tłoka w obu kierunkach. Dzięki temu oferują większą precyzję sterowania i umożliwiają wykonywanie bardziej skomplikowanych ruchów.

Ze względu na swoją konstrukcję i zasadę działania siłowniki jednostronnego działania są zazwyczaj prostsze, tańsze i bardziej kompaktowe, ale oferują ograniczoną funkcjonalność. Z kolei siłowniki dwustronnego działania zapewniają większą wszechstronność, dlatego stosowane są w układach hydraulicznych wymagających pełnej kontroli nad ruchem roboczym.

Zobacz też: Siłowniki hydrauliczne jednostronnego działania vs. siłowniki hydrauliczne dwustronnego działania – różnice w zastosowaniach

Kluczowe kwestie podczas wyboru siłownika hydraulicznego

Przed podjęciem decyzji warto zwrócić uwagę na kilka istotnych parametrów, które wpływają na jego działanie i dopasowanie do konkretnej aplikacji. Jednym z najważniejszych aspektów jest udźwig, czyli maksymalne obciążenie, jakie siłownik może unieść lub przesunąć. Oferowane przez Eurotech urządzenia mają udźwig od 5 (Yale YS) do 220 ton (YEGB-220/300).

Kolejnym parametrem jest skok tłoka, określający odległość, jaką tłok może pokonać od pozycji minimalnej do maksymalnej. Ważnym czynnikiem jest również wysokość minimalna, czyli długość siłownika w pozycji zamkniętej. Ma to szczególne znaczenie w przypadku ograniczonej przestrzeni montażowej.

Podczas wyboru należy także uwzględnić maksymalną objętość oleju, czyli ilość cieczy hydraulicznej niezbędną do prawidłowej pracy siłownika. Istotnym parametrem technicznym jest średnica zewnętrzna, zwłaszcza w sytuacjach, gdy dostępna przestrzeń instalacyjna jest ograniczona. Nie można pominąć także siły naporu i powrotu, które określają moc generowaną przez siłownik w obu kierunkach ruchu tłoka. Należy również zwrócić uwagę na masę własną urządzenia, ponieważ może ona wpływać na całkowitą masę układu oraz sposób jego montażu.

Dobór odpowiedniego siłownika powinien uwzględniać specyficzne wymagania danej aplikacji, warunki pracy oraz parametry techniczne całego systemu hydraulicznego. Jeśli masz wątpliwości co do wyboru najlepszego rozwiązania, warto skorzystać z pomocy ekspertów, którzy pomogą dobrać siłownik dostosowany do indywidualnych potrzeb.

Główne zastosowania siłowników hydraulicznych

Siłowniki hydrauliczne znajdują zastosowanie w wielu sektorach przemysłu. Najważniejsze z nich to:

• automatyka przemysłowa: sterowanie ruchem elementów w systemach transportowych, sortujących czy montażowych,
• prasy hydrauliczne: wykorzystanie siłowników do generowania dużych sił nacisku w procesach produkcyjnych,
• wtryskarki: precyzyjne sterowanie ruchem form w procesie wtryskiwania tworzyw sztucznych,
• giętarki i obrabiarki CNC: kontrola ruchu narzędzi i kształtowanie materiałów.

Firma Eurotech oferuje szeroki asortyment siłowników hydraulicznych marki Yale, zarówno jednostronnego, jak i dwustronnego działania. Produkty te charakteryzują się wysoką jakością wykonania, niezawodnością oraz trwałością, co czyni je idealnym wyborem dla wymagających aplikacji przemysłowych. Dzięki różnorodności dostępnych modeli każdy klient znajdzie rozwiązanie dopasowane do swoich potrzeb.