Spis treści
Wstęp
Siłowniki to najbardziej popularne elementy systemów napędowych służące do wytwarzania siły lub momentu obrotowego. Stosowane są zarówno w technice pneumatycznej jak i w hydraulice siłowej. W kwestii nomenklatury: w pneumatyce w Polsce posługujemy się nazwą “siłownik”, natomiast dla hydrauliki przyjęła się nazwa “cylinder” i jest ona częściej stosowana.
Siłownik pneumatyczny i cylinder hydrauliczny – dwie kluczowe różnice
Siłowniki i cylindry spełniają taką samą funkcję, lecz od razu można wskazać dwa najważniejsze obszary różniące te typy elementów:
1. Rodzaj medium roboczego
- dla siłowników stosowanych w pneumatyce jest to sprężone powietrze (lub inny gaz pod ciśnieniem).
- dla cylindrów hydraulicznych – ciecz pod ciśnieniem (najczęściej olej hydrauliczny lub specjalna emulsja).
2. Wartości uzyskiwanych sił, wynikające z ciśnienia medium roboczego
- dla siłowników pneumatycznych ciśnienie pracy wynosi do 16 barów (uzyskiwane siły do 10.000 Kg, 100.000 [N]),
- dla cylindrów hydraulicznych – do 1000 barów (uzyskiwane orientacyjne siły do 200.000 Kg, 2.000.000 [N]).
Te dwie podstawowe różnice warunkują obszary zastosowania oraz konstrukcję siłownika (cylindra). W moim artykule skupię się na siłownikach liniowych, w których ruch tłoczyska polega na jego wysuwaniu i chowaniu.
Co będziesz wiedzieć po lekturze artykułu
- Jakie są obszary zastosowania siłowników pneumatycznych i cylindrów hydraulicznych?
- Jak obliczyć siłę działania siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego?
- Jakie są różnice w budowie siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego?
- Czy siłowniki pneumatyczne mogą być zasilanie olejem hydraulicznym?
- Jaka jest różnica w pozycjonowaniu siłowników pneumatycznych i cylindrów hydraulicznych?
- Czy regulacja prędkości ruchu siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego odbywa się w taki sam sposób?
Siłowniki pneumatyczne i cylindry hydrauliczne – obszary zastosowania
Siłowniki pneumatyczne są powszechnie stosowane jako elementy napędowe w maszynach i urządzeniach, w których nie są wymagane bardzo duże siły. Ponadto ze względu na możliwość sygnalizowania położenia za pomocą czujnika położenia (chodzi o sygnalizowanie położeń skrajnych lub pośrednich tłoczyska) doskonale nadają się dla automatyzacji maszyn lub procesów produkcyjnych.
Cylindry hydrauliczne wytwarzają bardzo duże siły, więc obszarami ich zastosowania są:
- maszyny budowlane (koparki, spychacze, ładowarki),
- maszyny i pojazdy drogowe,
- maszyny rolnicze,
- maszyny wykorzystywane w górnictwie,
- obrabiarki do obróbki metali,
- narzędzia hydrauliczne (np. rozpieraki).
Jak obliczyć siłę działania siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego?
Występują dwa rodzaje siły wytwarzanej przez siłownik (cylinder):
- siła działania pchająca – działająca podczas wysuwania siłownika (cylindra)
- siła działania ciągnąca – działająca podczas ruchu powrotnego siłownika/cylindra.
Siła pchająca zależy od powierzchni czynnej tłoka, na którą działa ciśnienie medium roboczego oraz ciśnienia zasilania (średnicę siłownika oznacza się jako D).
Siła ciągnąca zależy od powierzchni czynnej tłoka, która jest mniejsza ze względu na średnicę tłoczyska oraz ciśnienia zasilania (średnica siłownika oznaczana jako D oraz średnica tłoczyska oznaczona d).
Poniższy schemat wyjaśnia pojęcie powierzchni czynnej.

Dla obliczania sił działania siłowników i cylindrów korzysta się z poniższych wzorów:

W tym miejscu chcę zwrócić uwagę, że dla siłowników z dwustronnym tłoczyskiem, ze względu na jednakową powierzchnię czynną z obydwu stron, siła pchająca i ciągnąca są jednakowe. We wzorach powyżej użyłem jednostki, które pozwalają na obliczenie siły w kG, co jest wygodne dla użytkownika. W Internecie są dostępne kalkulatory dla obliczenia siły działania siłowników i cylindrów o określonej średnicy i przy założonym przez użytkownika ciśnieniu zasilania.
Jakie są różnice w budowie siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego?
Stosowanie różnych zakresów ciśnień dla siłowników pneumatycznych i cylindrów hydraulicznych warunkuje ich budowę, sposób wykonania, jak również zastosowane materiały. W przypadku siłowników pneumatycznych pokrywy i tuleja siłownika wykonane są z aluminium, natomiast cylindry hydrauliczne wykonane są ze stali. W obu rozwiązaniach stosuje się stalowe tłoczyska (chromowane lub nierdzewne). W przypadku cylindrów hydraulicznych do ich montażu stosuje się zwykle spawanie.
Różnice w budowie przedstawiam na rysunku poniżej.

Czy siłowniki pneumatyczne mogą być zasilanie olejem hydraulicznym?
Dopuszcza się zasilanie olejem hydraulicznym siłowników pneumatycznych, ale zwracam uwagę, że takie stosowanie jest możliwe, jeżeli zachowane zostanie ciśnienie pracy dopuszczalne dla siłowników pneumatycznych. Zalecam w takim przypadku demontaż uszczelnień amortyzacji, które w przypadku zasilania olejem mogą uniemożliwić właściwą jego pracę!
Jaka jest różnica w pozycjonowaniu siłowników pneumatycznych i cylindrów hydraulicznych?
W siłownikach pneumatycznych ze względu na zasilanie ściśliwym medium bardzo trudno uzyskać precyzyjne pozycjonowanie (rozumiane jako zatrzymanie tłoczyska w dowolnym miejscu skoku). Problem ten nie istnieje w przypadku cylindrów hydraulicznych, które pracują wykorzystując nieściśliwą ciecz (olej hydrauliczny).
Czy regulacja prędkości ruchu siłownika pneumatycznego i cylindra hydraulicznego odbywa się w taki sam sposób?
Zasada regulacji prędkości ruchu siłownika/cylindra jest taka sama. Polega ona na regulowanym dławieniu przepływu medium zasilającego siłownik z pomocą zaworów dławiących lub dławiąco- zwrotnych (w hydraulice bardziej popularna jest nazwa zawory zwrotno-dławiące). Jednak ze względu na różnice we właściwościach gazów i cieczy oraz panującego ciśnienia elementów tych nie można stosować zamiennie.
Podsumowanie
Siłowniki pneumatyczne i cylindry hydrauliczne to powszechnie stosowane elementy napędowe. Pomimo podobnej budowy i identycznego zastosowania znacznie różnią się od siebie ze względu na konstrukcję, sposób sterowania i obszar zastosowania.
W przypadku zainteresowania techniką napędową, w której wykorzystuje się napędy pneumatyczne i hydrauliczne, zachęcam do kontaktu z naszym Biurem Obsługi Klienta.