Silnik hydrauliczny tłoczkowy osiowy o stałej chłonności

Dobór chłonności (objętości chłonnej) silnika hydraulicznego do wymaganych obrotów opiera się na matematycznej zależności między natężeniem przepływu oleju a objętością cieczy potrzebną do wykonania jednego pełnego obrotu wału. Chłonność jest wartością stałą dla danego modelu i podawaną w cm3/obr. Im mniejsza jest jej wartość, tym łatwiej uzyskać wyższe prędkości obrotowe przy tym samym wydatku pompy. Z kolei przy niższych obrotach i większym zapotrzebowaniu na siłę lepiej sprawdza się wyższa chłonność, ponieważ wpływa ona bezpośrednio na generowany moment obrotowy oraz moc wyjściową silnika. Szeroki zakres parametrów (np. od 4,9 do 250 cm3/obr) ułatwia precyzyjne dopasowanie napędu do konkretnej aplikacji, zwłaszcza tam, gdzie kluczowa jest dokładna kontrola prędkości obrotowej i praca w wymaganym zakresie obrotów.

Dobór wału oraz kołnierza mocującego silnika osiowego powinien bezpośrednio wynikać ze skrajnego obciążenia, prędkości pracy, rodzaju przekazywanego momentu oraz dostępnej przestrzeni zabudowy w maszynie. Należy precyzyjnie dopasować typ wału, jego średnicę, profil wielowypustu (wpustu) lub wykonanie stożkowe do współpracującego elementu przekładni, co pozwala całkowicie wyeliminować luzy i zapobiega przyspieszonemu zużyciu ściernemu. równie istotne jest dobranie kołnierza mocującego do konstrukcji ramy i układu sił reakcyjnych.

Przy integracji z hydraulicznym układem zasilania ogromne znaczenie ma odpowiednia konfiguracja przyłączy:

• Standardy gwintów i flansz: gwinty BSP, metryczne, SAE, flansze CETOP, ISO, mocowania SAE na 2 śruby, SAE na 4 śruby, wykonania Cartridge (wkręcane) oraz rozwiązania specjalne,
• Orientacja portów przyłączeniowych: wersje z portami osiowymi, poziomymi, bocznymi lub tylnymi, co znacząco ułatwia bezproblemowe prowadzenie przewodów ciśnieniowych, upraszcza czynności serwisowe i usprawnia końcowy montaż.

Do silnika tłoczkowego należy stosować ciecz roboczą zalecaną przez producenta urządzenia, o parametrach lepkościowych i jakościowych ściśle dobranych do ciśnienia, temperatury pracy oraz wymogów ochrony elementów smarowanych. W tego typu napędach kluczowe znaczenie ma wyjątkowa czystość medium (wysoka klasa czystości wg ISO 4406), stabilność wskaźnika lepkości oraz wysoka odporność na zużycie (dodatki AW/EP), ponieważ przepływający stale przez ciasne pasowania ciecz robocza odpowiada bezpośrednio za smarowanie i chłodzenie układu. Prawidłowy dobór medium roboczego skutecznie wspiera sprawność mechaniczną oraz wolumetryczną silnika, co jest szczególnie ważne w wymagających układach wysokociśnieniowych.

Silnik tłoczkowy osiowy to zaawansowane urządzenie hydrauliczne, w którym energia ciśnienia cieczy roboczej zamieniana jest na ruch obrotowy wału wyjściowego. O jego charakterystyce roboczej decyduje chłonność, czyli objętość medium potrzebna do wykonania jednego pełnego obrotu. Im lepiej dobrana chłonność oraz ciśnienie zasilania, tym wyższy moment obrotowy i moc generuje napęd. Konstrukcja oparta na osiowo ułożonych tłoczkach (spoczywających na skośnej tarczy lub w skośnym bloku cylindrów) zapewnia wybitną sprawność wolumetryczną, płynną pracę przy niskich obrotach oraz precyzyjne przeniesienie energii. Tego typu silniki pracują przy bardzo wysokich ciśnieniach, często przekraczających 350 bar, a w wielu wersjach osiągających nawet 480 bar, dzięki czemu są powszechnie stosowane w najbardziej wymagających układach przemysłowych, maszynach budowlanych i mobilnych.

Stała chłonność silnika hydraulicznego oznacza, że do wykonania jednego pełnego obrotu wału potrzebna jest zawsze taka sama, niezmienna objętość cieczy roboczej. Parametr ten jest podawany w cm3/obr i wprost określa, ile oleju musi przepłynąć przez jednostkę podczas jednego cyklu. Im wyższa wartość chłonności, tym większa objętość cieczy jest wymagana do wykonania obrotu, co przekłada się na niższą prędkość przy danej wydajności pompy, ale jednocześnie na znacznie wyższy moment obrotowy na wale. Wartość ta jest fundamentem do wyliczenia mocy i parametrów roboczych napędu w konkretnej maszynie lub instalacji hydrauliki siłowej.

Różnica między silnikiem hydraulicznym a pompą hydrauliczną sprowadza się do kierunku konwersji energii, mimo że obydwa urządzenia wykorzystują analogiczne zjawiska fizyczne i często posiadają zbliżoną budowę wewnętrzną:

• Pompa hydrauliczna: zamienia dostarczoną energię mechaniczną (np. ze silnika elektrycznego lub spalinowego) na energię hydrauliczną, wytwarzając wymuszony przepływ cieczy pod odpowiednim ciśnieniem.
• Silnik hydrauliczny: działa dokładnie odwrotnie – odbiera energię hydrauliczną z przepływającej pod ciśnieniem cieczy i przekształca ją w energię mechaniczną, generując ruch obrotowy wału wyjściowego oraz moment obrotowy.

W praktyce pompa stanowi źródło zasilania układu, natomiast silnik jest elementem wykonawczym (odbiornikiem), który bezpośrednio napędza dany mechanizm maszyny.

Prędkość obrotowa silnika hydraulicznego zależy przede wszystkim od natężenia przepływu cieczy zasilającej dostarczanej do portu wlotowego oraz od chłonności własnej jednostki (cm3/obr). Im większa objętość oleju przepływa przez silnik w jednostce czasu (np. w litrach na minutę), tym wyższe obroty osiąga wał wyjściowy, pod warunkiem nieprzekraczania dopuszczalnych granic konstrukcyjnych danego modelu. Ogromne znaczenie ma więc ścisła korelacja między wydatkiem pompy zasilającej a chłonnością silnika. Z tego powodu silniki hydrauliczne doskonale sprawdzają się w napędach wymagających bardzo precyzyjnej i płynnej regulacji prędkości obrotowej pod zmiennym obciążeniem.

Aby skutecznie zwiększyć moment obrotowy silnika hydraulicznego, należy przede wszystkim podnieść ciśnienie robocze w układzie lub zastosować jednostkę o większej chłonności (cm3/obr), ponieważ to właśnie te dwa parametry bezpośrednio decydują o sile generowanej na wale. Im wyższe ciśnienie zasilania i lepiej dopasowana chłonność, tym większe obciążenia mechaniczne silnik jest w stanie obsłużyć bez spadku sprawności.

Dodatkowo na maksymalny moment obrotowy wpływają:

• wysoka sprawność mechaniczno-hydrauliczna układu,
• prawidłowa regulacja zaworów przelewowych i dławiących,
• wysoka szczelność instalacji (brak przecieków wewnętrznych),
• zachowanie optymalnej lepkości oleju poprzez jego efektywne chłodzenie.

Silniki dostosowane do pracy w zakreślonym przedziale wysokich ciśnień generują potężną moc, a właściwa konfiguracja całego obwodu hydraulicznego przekłada się na odczuwalny wzrost momentu obrotowego i pełną stabilność napędu.