Siłownik hydrauliczny: budowa, działanie i typowe usterki

Siłownik hydrauliczny to napęd liniowy, w którym ciśnienie oleju przesuwa tłok w cylindrze, a przez tłoczysko przenosi siłę na maszynę. Ponieważ ciecz jest praktycznie nieściśliwa, siłownik osiąga bardzo duże siły przy niewielkich wymiarach i trzyma obciążenie sztywno. Dlatego stosuje się go w prasach, koparkach, podnośnikach i maszynach do obróbki plastycznej. Poniżej omawiamy budowę, wzór na siłę i najczęstsze usterki wraz z kolejnością diagnozy.

Budowa siłownika

• Cylinder (tuleja) to rura o gładko obrobionej powierzchni wewnętrznej, w której porusza się tłok.
• Tłok dzieli cylinder na dwie komory i jest uszczelniony względem ścianki.
• Tłoczysko to wałek przenoszący siłę na zewnątrz, zwykle chromowany i szlifowany.
• Głowica i dno zamykają cylinder, mają przyłącza oleju i mocowanie.
• Uszczelnienia obejmują uszczelnienie tłoka, tłoczyska, prowadzenie i zgarniacz, który nie wpuszcza brudu do środka.
• Dławik, amortyzacja i odpowietrznik występują w wersjach z hamowaniem w skrajnych położeniach.

Jak działa i jak liczyć siłę

Pompa tłoczy olej do jednej z komór, a w drugiej olej wraca do zbiornika. Różnica ciśnień działa na powierzchnię tłoka i wytwarza siłę. W siłowniku dwustronnego działania olej można podawać po obu stronach tłoka, więc ruch wysuwu i wsuwu jest wymuszony. W siłowniku jednostronnego działania powrót odbywa się pod wpływem sprężyny albo obciążenia.

Siłę wysuwu oblicza się ze wzoru F = p · A, gdzie p to ciśnienie, a A to powierzchnia tłoka. Przykład: przy ciśnieniu 160 bar (16 MPa) i tłoku o średnicy 80 mm powierzchnia wynosi około 50,3 cm kw., więc siła to około 80 kN. Podczas wsuwania działa pierścieniowa powierzchnia po stronie tłoczyska, czyli mniejsza, dlatego siła wsuwu jest niższa, a prędkość większa przy tym samym przepływie.

Prędkość ruchu zależy od natężenia przepływu oleju i powierzchni tłoka. Siła zależy od ciśnienia. Dlatego do zwiększenia siły potrzeba wyższego ciśnienia lub większej średnicy, a do zwiększenia prędkości mocniejszej pompy. Układ napędowy z innym medium opisuje tekst o siłowniku pneumatycznym.

Typowe usterki i ich objawy

Większość przyczyn można rozpoznać bez demontażu. Wycieki zewnętrzne widać od razu, a wewnętrzne wykazuje próba, w której siłownik obciąża się w skrajnym położeniu i obserwuje, czy ciśnienie się utrzymuje. Wiele awarii zaczyna się od zanieczyszczonego oleju, dlatego regularna wymiana filtrów i kontrola oleju to najtańsza profilaktyka. Szersze podejście do planowania przeglądów opisuje artykuł o TPM, czyli Total Productive Maintenance.

Jak rozebrać siłownik hydrauliczny

Demontaż wymaga przygotowania, bo układ jest pod ciśnieniem i zawiera olej. Zawsze zacznij od zdjęcia obciążenia i spuszczenia ciśnienia w układzie, a siłownik odłącz od przewodów i zaślep przyłącza, żeby do środka nie weszły zanieczyszczenia.

1. Wyczyść siłownik z zewnątrz i opróżnij go z oleju do pojemnika.
2. Zamocuj go w uchwycie, tak aby nie uszkodzić powierzchni tłoczyska.
3. Odkręć głowicę. W zależności od konstrukcji jest zamknięta pierścieniem zabezpieczającym, gwintem albo śrubami ściągającymi.
4. Wysuń tłoczysko z tłokiem, układając elementy na czystej podkładce w kolejności demontażu.
5. Obejrzyj tuleję, tłoczysko i uszczelnienia, a zużyte części zastąp kompletem nowych.
6. Złóż siłownik w odwrotnej kolejności, smarując uszczelnienia olejem układu i uważając, by nie przeciąć ich na gwintach i krawędziach.

Siłownik hydrauliczny czy elektryczny

Hydraulika daje największą siłę w małej objętości, lecz wymaga agregatu, przewodów i dbania o olej. W aplikacjach o mniejszych siłach część zakładów wybiera napędy elektryczne, które nie mają oleju, łatwo się je steruje i nie wyciekają. Przykładem są elektryczne siłowniki teleskopowe, przydatne tam, gdzie zabudowa jest ciasna, a skok długi, o czym więcej pisze tekst o siłownikach teleskopowych. Zasady wyboru siły, skoku i cyklu pracy opisuje artykuł jak dobrać elektryczny siłownik liniowy.

Najczęstsze pytania