2.2.4. Siłowniki hydrauliczne.

              Siłownik nazywany w literaturze również cylindrem hydraulicznym, jest także silnikiem wyporowym. Jego szczególną cechą jest to, że energia ciśnienia, zakumulowana w doprowadzonym do siłownika ciekłym czynniku roboczym, jest zamieniana na energię mechaniczną ruchu postępowo-zwrotnego tłoka na drodze zwanej skokiem. Przekazanie energii napędzanemu urządzeniu może odbywać się za pomocą nurnika, tłoczyska lub innego elementu maszynowego. Na rysunku 35 pokazano klasyfikację siłowników hydraulicznych.

Rys.35 Siłowniki.

a), b) nurnikowe,  c), d) jednostronnego działania,  e)  teleskopowy,  f) dwustronnego działania z tłoczyskiem jednostronnym,    g),  h) z tłoczyskiem dwustronnym,   i) z tłokami przeciwbieżnymi ,  j) dwukomorowy,  k) trójpołożeniowy,  l)  zębatkowy,  m.) śrubowy, 

n) z tłokiem wahadłowym.

Ogólnie siłowniki stosowane w hydraulicznych układach podzielić można na si­łowniki jednostronnego działania oraz siłowniki dwustronnego działania. W siłowni­ku jednostronnego działania (rys. 35c,d) wymuszany ruch tłoczyska jest następstwem

oddziaływania różnicy ciśnień, wywołanej stosownym doprowadzeniem cieczy robo­czej pod odpowiednim ciśnieniem, a powrotny ruch tłoczysko wykonuje dzięki na­ciskowi zewnętrznemu – np. odpowiednio napiętej sprężyny (z jednoczesnym umoż­liwieniem odpływania uprzednio doprowadzonej cieczy). W siłowniku dwustronnego

działania (rys.35.) ruchy tłoczyska w obu kierunkach są wymuszane dzięki wytwa­rzaniu odpowiednich różnic ciśnienia, a więc wyłącznie przez stosowne doprowa­dzenie do siłownika cieczy roboczej pod ciśnieniem, przy czym umożliwia się jedno­cześnie swobodne odpływanie cieczy znajdującej się po przeciwnej stronie tłoka.

Elementy robocze siłowników hydraulicznych mogą być wykonane jako nurnik)

lub tłoki, w związku z czym ogólnie rozróżnia się siłowniki nurnikowe (rys. 36)

i siłowniki tłokowe (rys. 37).

Rys.36. Nurnikowy siłownik hydrauliczny.

1 – głowica,  2 – nurnik,  3 – cylinder,  4 – tuleja prowadząca,  5 – dławica.

Rys.37. Tłokowy siłownik hydrauliczny.

1,4 – głowica,  2 – tuleja,  3 – tłok,  5 – tłoczysko,  6 – zaczep nastawny,  7 – ucho.

Siłownik nurnikowy charakteryzuje się tym, że szczel­ność pomiędzy cylindrem i nurnikiem utrzymuje jedynie dławica, a pomiędzy we­wnętrzną ścianką cylindra i zewnętrzną ścianką nurnika istnieje duży luz. Prosty si­łownik nurnikowy cechuje oczywiście działanie jednostronne. Aby uzyskać działanie j obustronne, trzeba zastosować albo dwa siłowniki

w układzie przeciwsobnym, albo specjalny siłownik o dwóch cylindrach i wspólnym nurniku.

Tłokowy siłownik przedstawiony na rysunku 37, składa się z cylindra w postaci tulei, głowic, tłoka i tłoczyska. Zwykle tłoczysko jest zakończone nastawnym za­czepem, który wraz z uchami głowicy służy do łączenia siłownika z częścią uruchamianą i konstrukcją urządzenia. Tłok i wyjście tłoczyska z głowicy są uszczelnione gumowymi pierścieniami typu „O". Jeżeli podczas pracy siłownik porusza się wzglę­dem swego zamocowania, ucho głowicy lub końcówkę tłoczyska zaopatruje się w wahliwe przeguby kulowe.

Aby uzyskać dostatecznie duży skok przemieszczanego elementu roboczego, sto­suje się nieraz kilka typowych siłowników współpracujących szeregowo lub siłownik teleskopowy. Na rysunku 38 przedstawiono schemat działania siłownika telesko­powego. Jedno z rozwiązań konstrukcyjnych siłownika teleskopowego do urządze­nia badanego pokazano na rysunku 39.

Rys. 38. Schemat działania siłownika teleskopowego.

Rys.39.  Konstrukcja siłownika teleskopowego.

Duży osiowy nacisk siłownika bez zbytniego zwiększania średnicy cylindra uzyskać można stosując podwójny tłok szeregowy (rys.40) – dzięki sumowaniu się naporu

cieczy działającego na każdy z tłoków osadzonych na wspólnym tłoczysku. Roz­wiązanie takie nadaje się szczególnie dobrze do uruchamiania uchwytów lub za­cisków obrabiarek, kiedy wymaga się możliwie małej średnicy cylindra siłownika.

Rys.40.  Siłownik z podwójnym tłokiem szeregowym.

Dość często siłownik hydrauliczny zaopatruje się w elementy spowalniające ruch tłoka

w pobliżu jego skrajnych położeń, czyli w tzw. tłumiki krańcowe ruchu tłoka. Zadanie takiego tłumika polega na amortyzowaniu obciążeń dynamicznych, które występują

w przypadkach, kiedy siłownik w końcowej fazie suwu roboczego zatrzy­muje element

o dużej bezwładności, uprzednio wprawiony w ruch ze znacznym przyspieszeniem.

Rys. 41. Siłownik z tłumikiem krańcowym ruchu tłoka.

1, 3 – zawór obejściowy,  2 – tłok,  4, 6 – kanał,  5 – tłoczysko.

Zwykle w siłowniku takim (rys.41) tłoczysko jest zakończone po obu stronach tłoka czopami cylindrycznymi lub lekko stożkowymi. W pokrywach wykonane są otwory,

w które mogą wsuwać się z niewielkim luzem czopy tłoczyska. Bezpośred­nio przed oparciem się tłoka o pokrywę, czop wsuwając się w otwór zdławią od­pływanie cieczy z cylindra do przewodu odpływowego, ponieważ może ona wy­dostać się jedynie przez kanaliki czopa lub malejący luz pomiędzy czopem stożko­wym i ścianką otworu. Łatwość powrotnego ruchu tłoka zapewniają kulkowe za­wory obejściowe umożliwiające obfite dopływanie cieczy do cylindra siłownika pomimo przysłonięcia przelotu otworu przez czop.

Unieruchamianie w określonym położeniu poruszanego przez siłownik elementu urzą­dzenia roboczego umożliwiają zamki umieszczone na zewnątrz lub wewnątrz si­łownika. Mechaniczne zamki wewnętrzne służą zwykle do utrzymywania w bez­ruchu tłoka względem cylindra tylko w skrajnych położeniach (jednym lub wybra­nym z obu), bez możliwości unieruchamiania tłoka w położeniach pośrednich. Zamki wewnętrzne są często wyposażone

w elementy sygnalizacyjne, wskazujące, czy tłok jest unieruchomiony, czy też nie.

Tłoczyska dotychczas omówionych siłowników mogą wykonywać jedynie prostoli­niowe ruchy posuwisto-zwrotne. W razie potrzeby posuwisto-zwrotne ruchy tło­czyska są zmieniane na ruchy obrotowe elementu sterowniczego za pośrednictwem dodatkowego mechanizmu (np. korbowego) lub przekładni zębatej.

Rys.42.  Łopatkowy siłownik skrętny.

1 – korpus,  2 – wał,  3 – łopatka.

Często w celu uproszczenia kinematyki napędów stosowane są w hydraulice prze­mysłowej urządzenia siłowe do bezpośredniego przekręcania elementów roboczych – czyli siłowniki o ruchu obrotowym (urządzenia o ograniczonych kątach obrotu). W praktyce siłowniki o ruchu obrotowym (rys. 42, 43 oraz 44) stosowane są rzadko,

ze względu na trudności uszczel­nienia oraz stosunkowo duże rozmiary i ciężary.

Zwykle, np. w siłowniku pokazanym na rysunku 42, ciecz robocza pod ciśnieniem jest doprowadzana przez jeden z króćców i wywierając napór na uszczelnioną ło­patkę sztywno związaną z wałem powoduje jego przekręcanie, najczęściej ze wzglę­dów konstrukcyjnych

w zakresie kątów mniejszych niż 270°. Jednocześnie ciecz znajdująca się po drugiej stronie łopatki swobodnie wypływa wtedy przez przelew do zbiornika.

Wał wyjściowy siłownika według rysunku 43 jest przekręcany dzięki mechanicz­nemu związaniu z nim tłoka za pośrednictwem odpowiedniego występu. Podczas przesuwania się tłoka jego występ przemieszczając się w śrubowym rowku wału zmusza go do przekręcania się w odpowiednim kierunku. Prowadzenie tłoka unie­możliwia mu przekręcanie się, lecz nie utrudnia ruchów posuwisto-zwrotnych.

Rys. 43. Schemat skrętnego siłownika o pojedynczym tłoku.

1 – cylinder,  2 – tłok,  3 – wał,  4 – prowadnik.

Siłownik według rysunku 6.2.4.11 przekręca wał za pośrednictwem koła zębatego stale zazębionego z zębatkami tłoków siłownika.

Rys. 44. Schemat skrętnego siłownika o dwóch tłokach.

1 – uszczelka,  2, 4 – tłok,  3 – koło zębate.