Hydrauliikka

Hydrauliikka tarkoittaa tehonsiirtoa nesteen paineen ja virtauksen avulla. Hydraulisesti toimivat laitteet voivat olla käsikäyttöisiä tai toimia jonkin muun energianlähteen voimin. Esimerkiksi autojen nostamisessa käytettävät hydrauliset tunkit toimivat useimmiten käsivoimin. Yleisesti hydrauliikkaa käytetään työkoneissa, kuten maansiirtokoneissa ja metsäkoneissa, joissa dieselmoottori pyörittää hydraulipumppua, ja pumpun tuottama öljynvirtaus ohjataan venttiilien kautta sylintereihin, jotka liikuttavat nosturia, kauhaa tai muita mahdollisia laitteita. Hydrauliikan avulla voidaan tuottaa suuria voimia. Hydrauliikan etu pneumatiikkaan nähden on nesteiden hyvin pienestä kokoonpuristuvuudesta johtuvat vähäiset joustot.

Ensimmäinen varhainen esimerkki hydraulisesta pyöräpumpusta Euroopasta on Perachoran pumppu 3. vuosisadalta eaa..

Hydraulisen tehon tuottaminen 
Hydraulinen teho muodostuu nesteen paineesta ja tilavuusvirrasta. Paine ja tilavuusvirta tuotetaan koneikon avulla, joka muodostuu pumpusta ja pumppua käyttävästä voimakoneesta. Koneikot voivat olla käsikäyttöisiä tai ne voivat toimia konevoimalla, kuten sähkö- tai polttomoottorilla. Erilaiset tunkit, nostimet ja prässit ovat hyviä esimerkkejä käsikäyttöisistä hydraulisista työvälineistä. Erilaisissa koneissa pumppuja käytetään konevoimin tuottamaan hydraulista tehoa erilaisille toiminnoille, kuten nostolaitteiden ja kuormaimien liikuttamiselle.

Esimerkkejä lukuisista hydraulipumpputyypeistä ovat hammasrataspumput, mäntäpumput ja siipipumput. Pumput voivat olla säätyvätilavuuksisia tai kiinteätilavuuksisia. Kiinteätilavuuksinen pumppu tuottaa aina määrätyn tilavuusvirran tietyllä toimintanopeudella. Säätyvätilavuuksisten pumppujen tuottoa voidaan taas muuttaa toimintanopeuden säilyessä samana.

Hydraulisen tehon siirtäminen 
Pumpun avulla synnytetty tilavuusvirta siirretään putkien ja letkujen avulla haluttuun paikkaan. Letkujen avulla on mahdollista siirtää tilavuusvirta helposti liikkuviin osiin. Tämä on yksi hydrauliikan eduista mekaaniseen tehonsiirtoon nähden.

Hydraulisen tehon ohjaaminen 
Tavallisesti hydraulista tehoa ohjataan venttiilien avulla. Esimerkiksi suuntaventtiilillä virtaus voidaan ohjata halutulle toimilaitteelle ja paineenrajoitusventtiilillä voidaan estää painetta kohoamasta asetettua arvoa suuremmaksi.

Hydrauliset toimilaitteet 
Hydraulisilla toimilaitteilla muunnetaan hydraulinen teho mekaaniseksi tehoksi. Joissain sovelluksissa, kuten puristimissa, pääasiallinen tarkoitus on tehon sijasta voiman tuottaminen. Suoraviivaista liikettä ja voimaa voidaan tuottaa hydraulisylintereillä ja pyörimisliikettä ja vääntömomenttia hydraulimoottoreilla. Myös hydraulisilla lihaksilla voidaan tuottaa voimaa ja liikettä.

Hydraulisylinterit
Hydraulisylinterit muodostuvat sylinteristä, ja männästä, sekä männänvarresta. Sylintereillä on helppo aikaansaada suuria voimia. Sylinterit voivat olla yksi- tai kaksitoimisia. Yksitoiminen sylinteri pystyy tuottamaan voimaa ja liikettä hydraulisesta tehosta vain yhteen suuntaan, yleensä siten, että sylinteri pitenee. Kaksitoimiset sylintereillä taas aikaansaadaan liikettä ja voimaa molempiin liikesuuntiin.

Hydraulimoottorit
Hydraulimoottorit ovat toimilaitteita, jotka tuottavat hydraulisesta tehosta pyörimisliikettä ja vääntömomenttia. Moottorit voidaan ryhmittää kolmeen eri kategoriaan pyörimisnopeuden mukaan: Hidaskäyntiset (1-150 r/min), keskinopeuksiset (10-750 r/min) ja nopeakäyntiset (300-5000 r/min). Toinen tapa ryhmitellä moottorit on rakenteensa perusteella: hammaspyörä-, siipi- ja mäntärakenteiset moottorit. Hydraulimoottoreita käytetään esimerkiksi ajoneuvojen hydrostaattisessa voimansiirrossa.

Hydrauliset lihakset
Hydrauliset lihakset ovat elastisesta aineesta valmistettuja toimilaitteita, jotka liikkuvat ja synnyttävät voiman kun niihin kytketään nesteen paine.

Hydraulinesteet
Pääartikkeli: hydrauliikkaöljy.

Hydraulinesteenä voidaan käyttää muun muassa vettä tai erilaisia öljyjä. Autojen jarrujärjestelmissä käytetään tähän tarkoitukseen erityisesti suunniteltua jarrunestettä. Hydraulista tehonsiirtoa hyödynnetään muun muassa seuraavissa sovellutuksissa; hissi, kulkuneuvot, teollisuus ja työkoneet. 

Hydraulisesti pystytään tuottamaan ja säätämään tarkasti suuria voimia ja momentteja. Pyörivä ja lineaarinen liike voidaan toteuttaa helposti, ja nopeuden muuttaminen on helppoa. Hydraulineste toimii samalla jäähdytysnesteenä sekä voitelee toimilaitteet. Hydrauliikan komponentit ovat standardoituja ja järjestelmiä voidaan kuormittaa vaurioitta jopa pysähdyksiin saakka. Esimerkiksi kaivinkoneiden ja metsätraktoreiden hydraulinen teho voi nousta jopa satoihin kilowatteihin, kun komponentit kuitenkin pysyvät tehoon nähden pieninä. Teho on mahdollista siirtää liikkuviin osiin käyttäen esimerkiksi joustavia letkuja.

Digitaalihydrauliikka 
Digitaalihydrauliikassa järjestelmän suureita, eli painetta ja tilavuusvirtaa, ohjataan rinnankytketyillä 2/2-istukkaventtiileillä. Jokaisella venttiilillä on vain kaksi mahdollista asentoa, päällä ja pois. Niillä toteutetaan kaikki venttiilitoiminnot. Toisin kuin perinteisessä hydraulijärjestelmässä, jossa on useita kymmeniä erilaisia venttiileitä, digitaalisessa hydraulijärjestelmässä on suuri määrä vain muutamaa erityyppistä 2/2-venttiiliä. 

Esimerkiksi kytkemällä rinnan kolme läpäisyltään erisuuruista (suhde 1-2-4) venttiiliä saadaan aikaan seitsemän erisuuruista tilavuusvirtaa. Viidellä venttiilillä saavutetaan proportionaaliventtiilin ohjaustarkkuus. Jos venttiilit ovat samankokoisia, erisuuruisia tilavuusvirtoja saadaan venttiilien lukumäärän verran. Proportionaaliventtiilin korvaamiseen tarvitaan vähintään neljä 2/2-venttiiliryhmää, eli virranohjausyksikköä. Jokainen virranohjausyksikkö ohjaa yhtä kuristusreunaa.

Digitaalihydrauliikan hyötynä on mahdollisuus ohjata jokaista kuristusreunaa erikseen. Tämä vähentää tehohäviötä ja mahdollistaa tarkan säädön. Lisäksi istukkaventtiilit ovat vuodottomia ja rakenteltaan yksinkertaisia toisin kuin monien perinteisten venttiilien luistit. Haasteena on säädön monimutkaisuus. Kun jokaista venttiiliä halutaan ohjata erikseen, erilaisten ohjauskombinaatioiden lukumäärä nousee suureksi, vaikka yhdellä venttiilillä on vain kaksi mahdollista asentoa.

Katso myös
Hydraulinen tehonkierrätys
Pneumatiikka
Magneettiventtiili

Lähteet

Aiheesta muualla 

Virtausmekaniikka
Seulonnan keskeiset artikkelit