4.03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Jan Kania
Użytkowanie urządzeń pneumatycznych i hydraulicznych
stosowanych w górnictwie podziemnym
711[02].Z4.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

1
Recenzenci:
mgr inż. Łukasz Orzech
mgr inż. Aleksander Wrana
Opracowanie redakcyjne:
dr inż. Jan Kania
Konsultacja:
mgr inż. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 711[02].Z4.03
„Użytkowanie urządzeń pneumatycznych i hydraulicznych stosowanych w górnictwie
podziemnym”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu górnik
eksploatacji podziemnej.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Wiadomości wstępne 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 16
4.1.3. Ćwiczenia 17
4.1.4. Sprawdzian postępów 17
4.2. Przetworniki energii 18
4.3. Elementy sterowania, elementy pomocnicze i uszczelnienia 32
4.4. Układy hydrauliczne i pneumatyczne maszyn i urządzeń górniczych 48
5. Sprawdzian osiągnięć 70
6. Literatura 75

3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej urządzeń
pneumatycznych i hydraulicznych stosowanych w górnictwie podziemnym.
W Poradniku zamieszczono:
− wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
− cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z Poradnikiem,
− materiał nauczania – podstawowe wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania
treści jednostki modułowej,
− zestaw pytań przydatny do sprawdzenia, czy już opanowałeś treści zawarte w rozdziałach,
− ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,
− sprawdzian postępów,
− sprawdzian osiągnięć – przykładowy zestaw zadań i pytań. Pozytywny wynik
sprawdzianu potwierdzi, że dobrze pracowałeś podczas zajęć i że nabyłeś wiedzę
i umiejętności z zakresu tej jednostki modułowej,
− wykaz literatury.
W materiale nauczania zostały omówione zagadnienia dotyczące elementów składowych
napędów hydraulicznych maszyn górniczych, zastosowania napędów hydraulicznych
i pneumatycznych maszyn górniczych oraz urządzeń hydrauliki siłowej.
Informacje zamieszczone w Poradniku mogą zostać rozszerzone w oparciu o literaturę
dodatkową zgodnie z zaleceniami nauczyciela.
Z rozdziałem Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:
− przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania. Analiza tych pytań wskaże Ci na
jakie treści należy zwrócić szczególną uwagę w trakcie zapoznawania się z Materiałem
nauczania,
− po opanowaniu rozdziału Materiał nauczania, by sprawdzić stan swojej wiedzy, która
będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Poradnik zawiera, po każdym rozdziale, propozycję ćwiczeń celem nabrania przez Ciebie
umiejętności praktycznych, przydatnych w pracy zawodowej. Podczas wykonywania ćwiczeń
zwróć uwagę na zalecenia nauczyciela dotyczące bezpieczeństwa i higieny pracy.
Po wykonaniu zaplanowanych ćwiczeń, sprawdź poziom swojej wiedzy i umiejętności
wykonując Sprawdzian postępów. Analiza wyniku tego sprawdzianu wskaże Ci treści,
których jeszcze nie opanowałeś i do których powinieneś wrócić.
Poznanie przez Ciebie wszystkich lub określonej części wiadomości będzie stanowiło dla
nauczyciela podstawę przeprowadzenia sprawdzianu poziomu przyswojonych wiadomości
i ukształtowanych umiejętności. W tym celu nauczyciel może posłużyć się zadaniami
testowymi.
W poradniku jest zamieszczony sprawdzian osiągnięć, który zawiera przykład takiego
testu oraz instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania
sprawdzianu i przykładową kartę odpowiedzi, na której będziesz zakreślał właściwe
odpowiedzi spośród zaproponowanych.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w kopalni, w warsztatach, bądź w laboratoriach ośrodków
mechanizacji górnictwa musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa
i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju wykonywanych
prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.

4
Schemat układu jednostek modułowych
711[02].Z4.01
Wykonywanie prac na
powierzchni kopalni
711[02].Z4.02
Użytkowanie urządzeń
transportowych
711[02].Z4.03
Użytkowanie urządzeń pneumatycznych
i hydraulicznych stosowanych
w górnictwie podziemnym
711[02].Z4
Urządzenia górnicze
711[02].Z4.04
Użytkowanie maszyn do urabiania
i ładowania urobku

5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− stosować jednostki układu SI,
− przeliczać jednostki,
− rozróżniać podstawowe wielkości mechaniczne i elektryczne oraz ich jednostki,
− analizować proste schematy kinematyczne części maszyn,
− wykonywać rysunki części maszyn,
− analizować układy napędowe maszyn,
− posługiwać się typowo górniczymi określeniami stosowanymi w nomenklaturze
górniczej,
− charakteryzować wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy przy obsłudze maszyn
i urządzeń mechanicznych,
− korzystać z różnych źródeł informacji,
− obsługiwać komputer,
− współpracować w grupie.

6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
− wskazać zastosowanie urządzeń pneumatycznych i elektropneumatycznych w górnictwie
podziemnym,
− wskazać zastosowanie urządzeń hydraulicznych i elektrohydraulicznych w górnictwie
podziemnym,
− scharakteryzować sterowanie hydrauliczne urządzeń górniczych,
− wyjaśnić zasadę działania elementów urządzeń hydraulicznych,
− wyjaśnić zasadę działania układów hydraulicznych,
− rozróżnić elementy składowe napędów hydraulicznych maszyn górniczych,
− określić zastosowanie napędów hydraulicznych stosowanych w urządzeniach górniczych,
− scharakteryzować urządzenia hydrauliki siłowej,
− objaśnić zasadę pracy układów hydraulicznych podstawowych maszyn do eksploatacji
złóż,
− dobrać podsadzkę hydrauliczną do warunków geologicznych,
− użytkować indywidualne stojaki hydrauliczne,
− obsłużyć sterowanie hydrauliczne sekcji obudowy zmechanizowanej w ścianie,
− przeprowadzić przeglądy urządzeń hydraulicznych zgodnie z harmonogramem,
− sporządzić schemat hydrauliczny wrębiarki,
− scharakteryzować schemat układu hydraulicznego kombajny ścianowego
i chodnikowego,
− zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy oraz ochrony przeciwpożarowej
przy użytkowaniu urządzeń pneumatycznych i hydraulicznych.

7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Wiadomości wstępne
4.1.1. Materiał nauczania
Ustaleniem zasad dotyczących ruchu cieczy oraz praw równowagi cieczy zajmuje się
nauka zwana hydromechaniką. Dzieli się ona na hydrostatykę, zajmującą się prawami, jakimi
podlegają ciecze znajdujące się w spoczynku, oraz hydrodynamikę, określającą prawa ruchu
cieczy. W praktyce korzysta się często z zasad hydrauliki, która opiera się na modelach
uproszczonych i zależnościach doświadczalnych. Słowo „hydraulika” wywodzi się z języka
greckiego i w technice traktowane jest jako określenie nauki zajmującej się zachowaniem
cieczy i zastosowaniem jej do przenoszenia energii. Obejmuje ona zarówno hydraulikę
olejową, w której cieczą roboczą jest olej, jak też hydraulikę stosującą ciecze syntetyczne lub
emulsje olejowo-wodne i wodno-olejowe.
Hydrauliczne napędzanie i sterowanie maszyn górniczych, w tym maszyn do urabiania,
ładowania, transportu, a zwłaszcza obudowy zmechanizowanej, jest w wielu przypadkach
bardzo korzystne, gdyż umożliwia rozwiązanie licznych zagadnień trudnych dotąd do
opanowania.
Sprężone powietrze należy niewątpliwie do najstarszych form energii, którą zna
ludzkość. Od słowa „pneuma” pochodzi wyrażenie pneumatyka oznaczające naukę o ruchu
i właściwościach powietrza. Ten rodzaj techniki również z powodzeniem stosowany jest
w górnictwie.
Napęd hydrauliczny jest to napęd wywołany ruchem cieczy pod ciśnieniem, oparty na
prawie Pascala, czyli prawie równomiernego rozchodzenia się ciśnienia w cieczy.
Rozpowszechnienie stosowania napędów hydraulicznych w górnictwie wynika
z następujących zalet tego napędu:
– możliwość bezstopniowej regulacji prędkości ruchu,
– spokojna praca elementów roboczych,
– małe siły bezwładności elementów roboczych przy przekazywaniu dużych sił lub
momentów obrotowych,
– łatwe zabezpieczenie całego układu przed przeciążeniem oraz prosta regulacja obciążenia,
– łatwe sprawdzenie obciążenia zespołów napędzanych,
– proste sterowanie i szerokie możliwości rozwiązania automatycznego sterowania,
– samoczynne smarowanie elementów współpracujących,
– możliwość budowania dowolnych układów hydraulicznych z seryjnie produkowanych
elementów.
Napędy hydrauliczne obok wymienionych zalet mają także wady, do których należy
zaliczyć:
– trudność uszczelnienia elementów ruchowych oraz wynikające z tego straty cieczy na
nieszczelnościach (czynnik ten obecnie odgrywa mniejszą rolę ze względu na rozwijającą
się technikę uszczelniania),
– niebezpieczeństwo dostania się powietrza do obiegu powodującego ruchy drgające
i niespokojną pracę oraz niszczenie korodujące wewnętrznych części),
– wysokie koszty zakupu, wynikające z konieczności stosowania bardzo dobrych
materiałów i bardzo dobrego wykonania poszczególnych elementów,
– wymagania wysokich kwalifikacji od obsługi,
– stosunkowo wyższe koszty utrzymania i konserwacji w porównaniu z innymi rodzajami
napędów.

8
Sterowanie hydrauliczne jest to kierowanie pracą maszyny lub urządzenia za pomocą
cieczy pod ciśnieniem.
Napęd pneumatyczny jest to napęd mechanizmów maszyn i urządzeń przy
wykorzystaniu energii sprężonego gazu (zazwyczaj powietrza). Urządzenia pneumatyczne
często stosuje się do napędu narzędzi wirujących i udarowych. Napęd pneumatyczny odbywa
się za pomocą silników pneumatycznych o ruchu posuwisto-zwrotnym i o ruchu wirującym.
Sterowanie pneumatyczne jest to technika oddziaływania w określony sposób na obiekt
sterowania za pomocą sprężonego powietrza jako energetycznego nośnika informacji.
Tabela 1. Ogólny podział elementów i zespołów hydraulicznych [6, T.II, s.276]
Tabela 2. Podział urządzeń pneumatycznych do budowy układów sterowania i napędu pneumatycznego
[6, T.II, s.276]

9
Tabela 3. Porównanie właściwości napędu hydraulicznego i pneumatycznego [6, T.II, s.227]
Symbole graficzne elementów hydraulicznych i pneumatycznych
Elementy hydrauliczne można zestawić w dowolne układy napędowe, sterownicze lub
automatyzujące procesy techniczne. Zestawienie schematów układów hydraulicznych
ułatwiają symbole funkcyjne elementów hydraulicznych. W literaturze technicznej układy
hydrauliczne maszyn są przedstawione w postaci schematów złożonych z symboli
funkcyjnych elementów hydraulicznych. Znajomość tych symboli ułatwia odczytanie
i zrozumienie zasady działania często bardzo skomplikowanych układów hydraulicznych.
Podobna rzecz ma się z elementami pneumatycznymi. Oznaczenia symboli funkcyjnych
elementów hydraulicznych i pneumatycznych są znormalizowane i ujęte normą
PN-85/M-01050 pod tytułem „Elementy napędów i sterowań hydraulicznych
i pneumatycznych" (tab. 4.).

10
Tabela 4. Symbole graficzne elementów hydraulicznych [9, s.44]
cd. tabeli na str.11
Czynnik roboczy
Ciecz robocza spełnia w napędach hydrostatycznych zadanie nośnika energii,
przekazującego energię pompy do zasilanego nią silnika hydraulicznego. Postęp w dziedzinie
konstrukcji napędów hydraulicznych zaostrza wymagania stawiane również cieczom
roboczym, które powinny być przydatne do coraz większych ciśnień (ponad 40 MPa),
prędkości obrotowych (do 6000 obr/min), mieć dużą trwałość (15 do 25 tysięcy godzin pracy
bez potrzeby ich wymiany), spełniać równocześnie dwa zadania: oprócz przenoszenia energii
również smarować mechanizmy. Ciecz robocza stosowana w układach hydraulicznych
maszyn górniczych powinna zatem mieć następujące własności:
– lepkość odpowiadającą zadanym warunkom ruchowym,
– małą zależność lepkości od temperatury, w jakiej pracuje układ hydrauliczny,
– dobre własności smarne w stosunku do wszystkich elementów stosowanych zarówno
w układzie hydraulicznym, jak i w tych urządzeniach maszyn, które ma smarować,
– dużą odporność na starzenie,

11
– małą skłonność do tworzenia piany,
– dużą odporność na wchłanianie powietrza,
– jak najniższą temperaturę krzepnięcia i jak najwyższą temperaturę zapłonu,
– dobrą przewodność cieplną i małą rozszerzalność cieplną,
– nie powodować korozji metali,
– nie powodować zmian kształtu ani własności uszczelek stosowanych w układzie
hydraulicznym,
– nie wywierać szkodliwego wpływu na zdrowie obsługujących.
Cd. tabeli 4. Symbole graficzne elementów hydraulicznych [9, s.45]
cd. tabeli 4 str. 13
W układach hydraulicznych maszyn górniczych jako nośniki energii stosowane są różne
ciecze, których dobór określany jest warunkami pracy i wymaganiami urządzeń
hydraulicznych, względami ekonomicznymi oraz przepisami bezpieczeństwa pracy. Ciecze
hydrauliczne powinny zapewniać dobrą smarność, zabezpieczać elementy układów przed
korozją, być neutralne w stosunku do stosowanych uszczelnień i (na co ostatnio zwraca się
szczególną uwagę), nie stwarzać zagrożenia pożarowego.

12
Szerokie zastosowanie napędów hydraulicznych w maszynach górniczych, w których
cieczami roboczymi są palne oleje mineralne, spowodowały znaczny wzrost zagrożenia
pożarowego w podziemiach kopalń. Oleje mineralne mają dużą wadę, jaką jest stosunkowo
niska temperatura zapłonu. Stanowi to duże zagrożenie zwłaszcza tam, gdzie istnieje
prawdopodobieństwo nagłego wypływu rozpylonego strumienia cieczy na elementy
o wysokiej temperaturze lub na otwarty płomień. Większość olejów mineralnych
stosowanych w układach hydraulicznych zapala się w temperaturze około 35O°C bez
kontaktu z otwartym płomieniem. Inne niebezpieczeństwo stanowi możliwość
rozprzestrzeniania się pożaru przez palący się strumień oleju, który nie gaśnie mimo usunięcia
źródła ognia, oraz wytwarzanie się gęstych dymów i toksycznych gazów utrudniających
gaszenie pożaru. Ta wada olejów mineralnych stwarza duże niebezpieczeństwo
w podziemiach kopalń, co spowodowało podjęcie wielu badań mających na celu opracowanie
cieczy trudno palnych, które mogłyby znaleźć zastosowanie w układach hydraulicznych
maszyn dołowych.
Fakt powstania takiego zagrożenia oraz zaistniałe pożary, potwierdzające to
niebezpieczeństwo, spowodowały podjęcie w resorcie górnictwa innych działań
profilaktycznych mających na celu zminimalizowanie takiego zagrożenia. Obowiązujące
w naszym górnictwie przepisy zalecają stosowanie cieczy trudno palnych, a w przypadku
stosowania olejów mineralnych ograniczenie jego ilości do 250 dm3
i obowiązek wyposażenia
przodka w środki przeciwpożarowe. W dużych maszynach z rozbudowanym układem
hydraulicznym spełnienie tego warunku jest praktycznie niemożliwe, bo z reguły ilość oleju
znacznie przekracza wymagane 250 dm3
. W takich przypadkach przepisy żądają
zainstalowania na maszynie automatycznego urządzenia gaśniczego.
W wyznaczonych na maszynie rejonach, najbardziej zagrożonych pożarem, muszą być
umieszczone czujniki temperatury i dysze wylotowe gaśnic.
Czujniki temperatury działają po przekroczeniu ustalonej temperatury otoczenia (około
180°C) i wtedy po upływie około 5 s samoczynnie zostaje uruchomione urządzenie gaśnicze
i w strefie zagrożenia zostaje rozpylony proszek lub płyn gaśniczy.
Rodzaje cieczy hydraulicznych
Obecnie w maszynach i urządzeniach górniczych stosuje się następujące rodzaje cieczy
hydraulicznych:
– oleje mineralne,
– emulsje olejowo-wodne,
– ciecze trudno palne.
Oleje mineralne
W układach hydraulicznych jako ciecze robocze najszersze zastosowanie, ze względu na
swoje własności, znalazły oleje mineralne. Są one dostatecznie lepkie, wykazują bardzo dobrą
smarność oraz mają naturalne własności antykorozyjne. W hydraulicznych urządzeniach
górniczych stosuje się w zasadzie dwie grupy olejów mineralnych - oleje grupy hydrol i oleje
grupy transol. Są to oleje rafinowane, zawierające dodatki podwyższające ich smarność
i dodatki zapobiegające pienieniu się. Należy jednak zwrócić uwagę, że chociaż oleje z obu
tych grup są olejami mineralnymi, nie wolno ich w żadnym przypadku mieszać, a olej
w obiegu uzupełniać jedynie takim gatunkiem, który przewidziany jest przez producenta dla
danej maszyny.
Emulsje olejowo-wodne
Emulsje olejowo-wodne oznaczane symbolami HFA i HFB są to ciecze, składające się
z wody i rozproszonych w niej drobnych kropelek oleju. Stabilność emulsji uzyskuje się przez
zastosowanie tzw. emulgatora. Emulsje zawierają prócz tego inhibitory korozji i dodatki
uszlachetniające. Zarówno lepkość, jak i smarność tych emulsji jest bardzo niska, podobnie
jak wody. Praktycznie znalazły one zastosowanie tylko w urządzeniach odznaczających się
statycznym charakterem pracy, jak np. w obudowach zmechanizowanych, stojakach
i przesuwnikach hydraulicznych oraz niektórych popychakach elektrohydraulicznych.

13
W urządzeniach tych, dla uzyskania dobrej pracy, wprowadzono wiele zabezpieczeń
antykorozyjnych.
Ciecze trudno palne
Tą nazwą określane są ciecze używane w układach hydraulicznych praktycznie niepalne
w warunkach kopalnianych. Ciecze te oznaczane są symbolami literowymi HFC i HFD lub
określane nazwami firmowymi.
HFC – to ciecz trudno palna będąca roztworem wodnym na bazie glikolu z zawartością
wody w zależności od gatunku od 35 do 55%. Ciecze te, choć pod względem właściwości nie
dorównują olejom mineralnym, ze względów przeciwpożarowych znajdują coraz szersze
zastosowanie w maszynach górniczych. Przy stosowaniu cieczy typu HFC należy się liczyć ze
zmniejszaniem trwałości elementów hydrauliki.
HFD – to ciecze trudno palne na bazie estrów fosforowych zwane niekiedy olejami
syntetycznymi. Odznaczają się dobrą lepkością i stosunkowo wysoką smarnością. Ciecze te
mimo, że zapalają się przy zetknięciu z otwartym płomieniem, po usunięciu płomienia
przestają się palić i nie powodują rozszerzania ognia.
Zastąpienie olejów mineralnych tymi cieczami napotyka bardzo duże trudności, bowiem
ciecze te, przeważnie importowane, poza bardzo wysoką ceną - w stosunku do ceny
tradycyjnych olejów mineralnych - mają dwie zasadnicze wady:
– stwarzają pewne zagrożenie toksyczne (są trujące),
– działają rozpuszczająco na stosowane dotychczas uszczelnienia, doprowadzając do ich
szybkiego zniszczenia.
Cd tabeli 4. Symbole graficzne specyficzne dla urządzeń pneumatycznych [6,T.II, s.266]

14
Sprężone powietrze zanim zostanie wykorzystane w układzie pneumatycznym,
przechodzi przez specjalne urządzenia, których zadaniem jest najczęściej oczyszczanie go
z zanieczyszczeń mechanicznych, odwodnienie, odoliwienie z cząstek oleju pochodzącego ze
sprężarki, oraz zazwyczaj naoliwienie go innym olejem, odpowiednim do dobrej pracy
urządzeń pneumatycznych z mechanicznymi częściami ruchomymi.
Własności sprężonego powietrza:
1. Zasoby. Powietrze znajduje się praktycznie wszędzie i jest do dyspozycji
w nieograniczonych ilościach.
2. Transport. Sprężone powietrze jest łatwe do transportu przewodowego na duże
odległości. Nie zachodzi niebezpieczeństwo cofania się powietrza.
3. Magazynowanie. Sprężarka nie musi pracować w sposób ciągły. Sprężone powietrze
można magazynować w zbiornikach i stamtąd je pobierać. Możliwy jest również
transport powietrza w zbiornikach (butlach).
4. Temperatura. Sprężone powietrze jest odporne na wahania temperatury, dlatego
gwarantuje niezawodną pracę również w skrajnych temperaturach otoczenia.
5. Bezpieczeństwo. Sprężone powietrze nie wybucha i jest niepalne. Stąd zbędne są drogie
urządzenia przeciwwybuchowe, które zabezpieczają przed wybuchem.
6. Czystość. Sprężone powietrze jest czyste i przy nieszczelnych przewodach lub
elementach ulatniające się powietrze nie zanieczyszcza otoczenia. Ta czystość jest
niezbędna np. w przemyśle spożywczym, drzewnym, tekstylnym i skórzanym.
7. Konstrukcja. Konstrukcja elementów roboczych jest prosta i w związku z tym są one
tanie.
8. Prędkość. Sprężone powietrze jest bardzo szybkim czynnikiem roboczym, pozwalającym
osiągać bardzo duże prędkości robocze. (Prędkość robocza siłownika pneumatycznego
ma wartość 1÷2 m/s).
9. Regulacja. Prędkość i siła mogą być w elementach pneumatycznych bezstopniowo
regulowane.
10. Przeciążalność. Narzędzia i elementy wykonawcze pneumatyczne mogą być obciążane aż
do zatrzymania, są więc nie przeciążalne.
Dla określenia pełnych możliwości zastosowań pneumatyki niezbędne jest poznanie jej
niekorzystnych właściwości.
1. Przygotowanie. Powietrze sprężone wymaga starannego wstępnego przygotowania.
Zanieczyszczenia i wilgoć nie mogą być przenoszone przez powietrze do instalacji
(niedopuszczalne w elementach pneumatycznych).
2. Ściśliwość. Przez sprężone powietrze nie można uzyskać równomiernej i stałej prędkości.
3. Siła. Sprężone powietrze jest opłacalne tylko do pewnej granicy obciążeń, określonych
jego ciśnieniem. Górna granicę określa ciśnienie 700 kPa.
4. Wypływy. Wypływ powietrza jest hałaśliwy.
5. Koszty. Sprężone powietrze jest stosunkowo drogim nośnikiem energii.
Układ hydrauliczny maszyny (rys. 1) to zespół elementów i urządzeń hydraulicznych,
połączonych między sobą kanałami wewnętrznymi, przewodami i rurami w celu
wykonywania określonych zadań.
Budowa napędu hydraulicznego
Każdy napęd hydrauliczny składa się z następujących elementów:
– źródła energii hydraulicznej (pompa, akumulator),
– czynnika roboczego (olej mineralny, emulsja),
– instalacji hydraulicznej (przewody rurowe, przewody elastyczne),
– urządzenia sterującego (rozdzielacz, układ sterowania automatycznego),

15
– elementu wykonującego pracę użyteczną (siłownik, silnik hydrauliczny),
– elementu zabezpieczającego (zawór bezpieczeństwa, zawór przelewowy),
– elementów pomocniczych (zawory, filtry, zbiorniki).
Blokowy schemat napędu hydraulicznego pokazano na rys. 2.
Rys. 1. Układ hydrauliczny maszyny [3, s.17]
Rys. 2. Blokowy schemat napędu hydraulicznego [9, s.43]
Obiegi hydrauliczne
Obieg cieczy roboczej w napędach hydraulicznych może być rozwiązany jako obieg
otwarty lub obieg zamknięty. Rodzaj przyjętego obiegu wynika z funkcji, jaką ma do
spełnienia napęd hydrauliczny.
Zaletą układu zamkniętego jest stosunkowo mała pojemność cieczy roboczej w układzie
oraz prosty i pewny ruchowo sposób filtracji. Wadą natomiast jest konieczność stosowania
wysokosprawnych układów chłodzących ciecz roboczą z uwagi na ograniczone możliwości
odprowadzania nadmiaru ciepła wytwarzanego podczas pracy. Odwrotnie przedstawiają się
wady i zalety obiegu otwartego. W układzie otwartym cała ciecz robocza znajdująca się
w zbiorniku jest przetłaczana przez pompę, co ułatwia chłodzenie cieczy, a utrudniona
natomiast jest filtracja zanieczyszczeń z cieczy roboczej.
Na rys. 3 przedstawiono schemat układu hydraulicznego o obiegu otwartym.
W położeniu środkowym rozdzielacza ciecz robocza tłoczona przez pompę przepływa przez
filtr do zbiornika. Podczas długiej pracy może nastąpić zanieczyszczenie filtru i wzrost
ciśnienia wskutek zwiększenia oporów przepływu przez filtr. Aby nie dopuścić do
uszkodzenia filtru, na przewodzie spływowym przed filtrem znajduje się zawór przelewowy
niskiego ciśnienia ograniczający wielkość ciśnienia spływowego. W położeniu środkowym
rozdzielacza ruch tłoka jest zablokowany, ponieważ zgodnie ze schematycznym oznaczeniem
rozdzielacza w kratce środkowej przewody odprowadzające ciecz z siłownika są odcięte. Po
przesterowaniu rozdzielacza w prawo ciecz robocza przepływa zgodnie z kierunkiem
przepływu pokazanym w lewej kratce rozdzielacza. Ciecz robocza tłoczona przez pompę
przepływa przez rozdzielacz oraz zawór zwrotny jednokierunkowego zaworu dławiącego
i wpływa do komory nadtłokowej siłownika, którego tłok w miarę napływu cieczy wykonuje
pracę użyteczną. Jednocześnie ciecz z przestrzeni podtłokowej siłownika przepływa przez
rozdzielacz i filtr do zbiornika. Po przesterowaniu rozdzielacza w położenie lewe ciecz
robocza przepływa zgodnie z kierunkiem przepływu pokazanym w prawej kratce
rozdzielacza. Ciecz tłoczona przez pompę przepływa przez rozdzielacz do komory
podtłokowej siłownika, którego tłok przemieszcza się w lewo. Ruchowi tłoka siłownika
w lewo sprzeciwia się ciecz znajdująca się między tłokiem a jednokierunkowym zaworem
dławiącym. Ruch tłoka w lewo może zachodzić tylko z taką prędkością, na jaką został
nastawiony upust cieczy na dławiku zaworu. Tak więc siłownik w układzie hydraulicznym
pokazanym na wykonuje ruch roboczy z prędkością odpowiadającą wydajności pompy, ruch

16
powrotny natomiast może być wykonywany z regulowaną prędkością, w zależności od
ustalonych potrzeb użytkownika. Układ hydrauliczny oraz mechanizm roboczy jest
zabezpieczony przed przeciążeniem zaworem bezpieczeństwa. W przypadku wystąpienia na
tłoku obciążenia większego od wartości określonej ciśnieniem nastawienia zaworu
bezpieczeństwa, w układzie wytwarza się ciśnienie nieznacznie wyższe, a ciecz robocza
przepływa przez zawór bezpieczeństwa do zbiornika. Tłok zatrzymany oporem
przewyższającym siłę wywołaną ciśnieniem cieczy roboczej nie wykonuje pracy.
Na rys. 4 przedstawiono prosty obieg zamknięty. W obiegu tym kierunek tłoczenia cieczy
roboczej jest uzależniony od ustawienia regulatora wydajności pompy, który na schemacie
przedstawia strzałka przekreślająca symbol pompy o dwóch kierunkach tłoczenia. Przy
ustawieniu regulatora wydajności pompy na tłoczenie do górnego przewodu ciecz pod
ciśnieniem nie może wpłynąć do zbiornika, ponieważ uniemożliwia to zawór zwrotny. Pompa
tłoczy ciecz roboczą do silnika hydraulicznego, która po wykonaniu pracy (obrotu silnika)
użytecznej przepływa na stronę ssawną pompy i ponownie wraca do obiegu. Ten kierunek
tłoczenia jest zabezpieczony przed przeciążeniem zaworem bezpieczeństwa (pierwszy od
lewej strony). W każdym obiegu hydraulicznym występują straty objętościowe spowodowane
nieszczelnością elementów hydraulicznych. Uzupełnienie tych strat w obiegu zamkniętym,
następuje przez filtr i dolny zawór zwrotny otwierający się pod wpływem pojawiającego się
podciśnienia w przewodzie ssawnym, wytworzonego ubytkiem cieczy. Filtr, przez który jest
uzupełniana ciecz robocza w obiegu zamkniętym, zapewnia jej czystość. Przy ustawieniu
regulatora wydajności pompy na tłoczenie do dolnego przewodu, ciecz pod ciśnieniem nie
może wpłynąć do zbiornika, ponieważ przepływ w tym kierunku zamyka dolny zawór
zwrotny. Pompa tłoczy ciecz roboczą dolnym przewodem do silnika, który obraca się
w kierunku przeciwnym. Ciecz po wykonaniu pracy wraca górnym przewodem na stronę
ssawną pompy. Straty w obiegu hydraulicznym są uzupełniane ze zbiornika poprzez zawór
zwrotny (górny). Napęd przy tym kierunku obrotów jest zabezpieczany zaworem
bezpieczeństwa (drugim od lewej strony).
Rys. 3. Obieg hydrauliczny otwarty [9, s. 46]
Zawory przelewowe
Rys. 4. Obieg hydrauliczny zamknięty [9, s. 48]
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest napęd hydrauliczny?
2. Co to jest sterowanie hydrauliczne?
3. Co to jest napęd pneumatyczny?
4. Co to jest sterowanie pneumatyczne?
5. Jakie są rodzaje cieczy hydraulicznych?
6. Co to jest emulsja olejowo-wodna?
7. Co oznaczają symbole HFC i HFD?
8. Co to jest układ hydrauliczny?

17
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj, wskazane przez nauczyciela, symbole graficzne elementów hydraulicznych
i pneumatycznych.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) odszukać w materiałach dydaktycznych symbole graficzne stosowane w układach
hydraulicznych i pneumatycznych,
2) rozpoznać dane symbole graficzne,
3) odszukać w literaturze zastosowanie rozpoznanego elementu układu hydraulicznego bądź
pneumatycznego,
4) narysować poznane symbole graficzne.
Wyposażenie stanowiska pracy:
– papier formatu A4,
– przybory do pisania i rysowania,
– Poradnik dla ucznia, materiały dydaktyczne,
– literatura wskazana przez nauczyciela.
Ćwiczenie 2
Przedstaw, przygotowane przez nauczyciela, przykładowe schematy układów
hydraulicznych i pneumatycznych ujętych półkonstrukcyjnie za pomocą umownych
funkcjonalnie schematów z zastosowaniem symboli graficznych.
1) odszukać w materiałach dydaktycznych symbole graficzne stosowane w układach
hydraulicznych i pneumatycznych,
2) wykonać schemat z zastosowaniem symboli graficznych,
3) opisać wykorzystane symbole graficzne.
− papier formatu A4,
− przybory do pisania i rysowania,
− Poradnik dla ucznia, materiały dydaktyczne.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) omówić napęd hydrauliczny oraz wady i zalety tego napędu?  
2) omówić napęd pneumatyczny oraz wymienić własności sprężonego
powietrza?  
3) porównać właściwości napędu hydraulicznego i pneumatycznego?  
4) opisać własności cieczy hydraulicznej?  
5) omówić rodzaje cieczy hydraulicznej stosowanych w maszynach
i urządzeniach górniczych?  

18
4.2. Przetworniki energii
Wiadomości wstępne
W napędach hydraulicznych ciecz, jako nośnik energii, cechują dwa podstawowe
parametry: prędkość ruchu (wyrażana często natężeniem przepływu) i ciśnienie. Do
wytwarzania strumienia cieczy przepływającej przy odpowiednio wysokim ciśnieniu
nieodzowne jest źródło energii, którym w maszynach górniczych jest prawie wyłącznie silnik
elektryczny. Silnik ten napędza pompę wyporową, która jest najważniejszym elementem
napędu hydrostatycznego. W pompie następuje przetwarzanie energii mechanicznej na
energię hydrauliczną cieczy i ciecz pod odpowiednim ciśnieniem, wyższym od ciśnienia
atmosferycznego, przepływa do odbiornika, tj. do silnika hydraulicznego. Wartość ciśnienia
cieczy opuszczającej pompę zależy od obciążenia silnika, a w pewnym stopniu również od
oporów przepływu przez przewody i od oporów miejscowych. Po oddaniu swej energii
hydraulicznej w silniku, gdzie zostaje ona przetworzona ponownie na energię mechaniczną,
ciecz wraca bądź bezpośrednio do pompy, bądź do zbiornika, z którego jest przez pompę
zasysana.
Silnik hydrauliczny napędza organ roboczy maszyny górniczej bezpośrednio lub
najczęściej za pośrednictwem przekładni zębatej obniżającej prędkość obrotową.
Przebieg przekazywania energii z zastosowaniem napędu hydraulicznego przedstawiono
schematycznie na rys. 5.
Rys. 5. Przekazywanie energii z zastosowaniem napędu hydraulicznego [5, s.25]
Poprawne działanie napędu hydraulicznego wymaga wyposażenia go w dodatkowe
elementy, których zadaniem jest przekazywanie i czyszczenie cieczy roboczej (w niektórych
przypadkach wytwarzanie odpowiedniej cieczy, jak np. emulsji olejowo-wodnej dla układów
hydraulicznych obudów zmechanizowanych), przesyłanie cieczy roboczej, sterowanie ręczne
lub automatyczne, chłodzenie cieczy, zabezpieczenie napędu hydraulicznego, a tym samym
całego napędu maszyny przed przeciążeniem itp. Do takich elementów należą zbiorniki
cieczy, filtry, przewody, rozdzielacze, zawory, akumulatory hydrauliczne i inne. Ciecz
robocza ze zbiornika zasysana jest przez pompę, która tłoczy ją przez elementy sterujące do
silnika. Z silnika, również przez elementy sterujące, ciecz wraca do zbiornika. Element
zabezpieczający włączony w układ hydrauliczny działa w przypadku przeciążenia
objawiającego się nadmiernym wzrostem wartości ciśnienia.
Układ hydrauliczny napędów hydrostatycznych jest bardzo często skomplikowany.
Dotyczy to zwłaszcza maszyn górniczych spełniających wiele funkcji, jak np. kombajnów
chodnikowych lub obudowy zmechanizowanej. Dlatego też dla układów hydraulicznych
przyjęto stosować umowne symbole obrazujące poszczególne elementy. Zasadę działania
napędu hydrostatycznego można przedstawić najprościej na przykładzie prasy hydraulicznej
(rys. 6). Działając siłą P1 na tłok o powierzchni F1 wywołuje się przesunięcie tego tłoka

19
o wartość l1. Wyparta ciecz przedostaje się do cylindra pod tłok o powierzchni F2 obniżony
siłą P2 powodując przesunięcie go o wartość l2.
Oprócz napędów hydrostatycznych w maszynach górniczych stosuje się również często
napędy hydrodynamiczne, w których energia między podstawowymi elementami napędu
przekazywana jest przez wzajemne hydrodynamiczne oddziaływanie strumienia cieczy
przepływającej między tymi elementami.
Zasadę działania przekładni hydrokinetycznej przedstawiono na rys. 7. Silnik, np.
elektryczny, 1 napędza pompę odśrodkową 2, która zasysa ciecz roboczą ze zbiornika 3,
nadaje jej energię kinetyczną i przetłacza do dyfuzora 4. W dyfuzorze pompy energia
kinetyczna cieczy zostaje zamieniona na energię ciśnienia dynamicznego, po czym przez
spiralę 5 i rurę tłoczną 6 przepływa do turbiny 7. W dyfuzorze 8 turbiny energia ciśnienia
dynamicznego cieczy zostaje ponownie zamieniona na energię kinetyczną, która
wykorzystana jest do obracania wirnika turbiny. Wał 9 wirnika napędza maszynę roboczą.
Ciecz po wykonaniu pracy odpływa z turbiny z powrotem do zbiornika 3.
Przez dobranie odpowiednich rozmiarów wirnika pompy i wirnika turbiny osiąga się inne
momenty obrotowe pompy niż silnika, jak również inne prędkości obrotowe, uzyskując w ten
sposób przekładnię hydrokinetyczną, zwaną również transformatorem hydraulicznym.
Przekładnia taka wyposażona jest w dodatkowy wirnik, tzw. kierownicę.
Jeżeli rozmiary wirnika pompy i wirnika turbiny są jednakowe, to - zakładając ruch
ustalony - układ nie zmienia momentu obrotowego. Tak pracują sprzęgła hydrokinetyczne,
które stosowane są powszechnie w maszynach górniczych.
Rys. 6. Zasada działania prasy
hydraulicznej [5, s.30]
Rys. 7. Zasada działania przekładni hydrokinetycznej [5, s.32]
Najszersze zastosowanie w maszynach górniczych znalazły napędy hydrostatyczne
zasilane pompami o stałej lub zmiennej wydajności. Napędy takie z silnikami hydraulicznymi
obrotowymi stosowane są powszechnie w ciągnikach kombajnów ścianowych, kołowrotach
bezpieczeństwa, ładowarkach bocznie wysypujących, ładowarkach do pobierki spągu. Układy
zasilane pompą o stałej wydajności i z silnikami obrotowymi stosuje się w wiertnicach
i kombajnach chodnikowych. Obudowy hydrauliczne indywidualne i zmechanizowane
wyposażone są również w hydrostatyczne układy napędowe, przy czym zasilane są one
pompami wyporowymi o stałej wydajności, a elementami wykonawczymi są siłowniki.
Sprzęgła hydrokinetyczne stosuje się powszechnie w napędach przenośników
zgrzebłowych i taśmowych oraz strugów węglowych. Zasadę działania, budowę elementów
hydraulicznych stosowanych w maszynach górniczych podano w dalszej części Poradnika.

20
Pompy wyporowe
Źródłem dostarczającym do obiegu ciecz pod ciśnieniem, można powiedzieć sercem
układu hydraulicznego, jest pompa. Jej działanie polega na zasysaniu cieczy ze zbiornika
i wtłaczaniu jej do obiegu. Wielkość pompy określa jej wydajność, tj. objętość wytłoczonej
przez nią cieczy w jednostce czasu.
Cechami charakterystycznymi pompy, obok typu jej konstrukcji, są:
– wydajność pompy,
– ciśnienie robocze,
– sprawność.
Ze względu na typ konstrukcji pompy hydrauliczne dzieli się na:
– łopatkowe,
– zębate,
– wielotłoczkowe osiowe,
– tłoczkowe promieniowe,
– tłokowe,
– śrubowe.
W kombajnach chodnikowych stosowane są trzy typy pomp: zębate, łopatkowe,
wielotłoczkowe promieniowe i osiowe.
W układach hydraulicznych ścianowych kombajnów węglowych powszechne
zastosowanie znalazły: w układach napędowych - pompy tłoczkowe osiowe, w obiegach
pomocniczych i sterowniczych - pompy zębate.
Pompy łopatkowe są to pompy hydrauliczne budowane zarówno o stałej, jak
i regulowanej wydajności. Pompy łopatkowe o stałej wydajności stosowane są również jako
silniki hydrauliczne. Zasadniczymi elementami pompy łopatkowej, której budowę pokazano
na rys. 8, są: wał napędowy pompy, ułożyskowany w kadłubie, wirnik wraz z łopatkami,
kadłub pompy z pokrywami bocznymi.
Rys. 8. Pompa łopatkowa [3, s.32]
Na wale pompy, napędzanym przez silnik, osadzony jest wirnik w postaci walca
z naciętymi rowkami ułożonymi promieniowo, w których są prowadzone łopatki. Wirnik jest
tak umieszczony w cylindrycznym otworze kadłuba, że jego oś obrotu jest przesunięta
względem osi otworu w kadłubie o wielkość e, nazywaną mimośrodowością pompy. To
przesunięcie powoduje, że łopatki w górnej części są maksymalnie wysunięte, a w dolnej
maksymalnie wsunięte w wirnik. Wysuw łopatek jest wywoływany siłą odśrodkową,
powstającą podczas obrotu wirnika oraz w niektórych rozwiązaniach sprężynkami. W czasie
obrotu wirnika łopatki cały czas szczelnie przylegają do kadłuba pompy, tworząc między sobą
komory o objętości zmieniającej się w miarę obrotu.
Zasada działania pompy. Przy wyjaśnieniu działania pompy przyjęto, że wirnik pompy
obraca się w kierunku strzałki. Komory zawarte między łopatkami, znajdującymi się po lewej
stronie wirnika, w miarę jego obrotu zwiększając swoją objętość, zasysają ciecz hydrauliczną

21
z kanału ssawnego przez szczelinę wlotową. Po przejściu górnego położenia, w którym te
komory mają największą objętość, zmniejsza się objętość komór między łopatkami. W miarę
obrotu wirnika łopatki są wpychane w wirnik i ciecz zostaje wtłoczona szczeliną wylotową do
kanału tłocznego.
Regulacja wydajności. Wydajność w pompach łopatkowych reguluje się zmieniając
mimośrodowość pompy, np. przez przesuwanie kadłuba pompy względem ułożyskowanego
wirnika. Maksymalną wydajność uzyskuje się przy największej dla danej pompy
mimośrodowości e. Zmniejszenie mimośrodowości powoduje zmniejszenie różnicy
wysunięcia łopatek z wirnika, tzn. że łopatka 4 jest mniej wysunięta, a łopatka 1 jest więcej
wysunięta. W związku z tym maleje również różnica objętości komór i tym samym maleje
wydajność pompy. Gdy mimośrodowość osiąga wartość zero, tzn. kiedy oś wirnika znajduje
się w osi otworu w kadłubie, wtedy wszystkie łopatki są jednakowo wysunięte z wirnika
i objętość komór między łopatkami jest taka sama. Nie występuje wówczas zjawisko ssania
ani tłoczenia, a ciecz zawarta między łopatkami obraca się tylko dokoła osi wraz z wirnikiem.
Wydajność pompy jest wtedy równa zeru. W przypadku przesunięcia kadłuba w drugą stronę,
jeżeli pozwoli na to konstrukcja, pompa zaczyna tłoczyć w kierunku przeciwnym, tzn.
zmieniają się zadania, jakie spełniały kanały. Kanał ssawny staje się teraz kanałem tłocznym,
a kanał tłoczny ssawnym.
Tak więc pompy łopatkowe przy odpowiedniej ich konstrukcji mogą mieć nie tylko
regulowaną wydajność, ale również zmieniać kierunek tłoczenia.
Pompa jako silnik. Pompa łopatkowa może również pracować jako silnik hydrauliczny,
gdy do kanału ssawnego będzie się doprowadzać ciecz hydrauliczną pod ciśnieniem. Ciecz ta,
działając na łopatki wirnika, będzie powodowała jego obrót, a moment obrotowy może być
odbierany z wału wirnika. Ciecz hydrauliczna po wykonaniu pracy, po przejściu na prawą
stronę, będzie wypływać do zbiornika. Silniki łopatkowe budowane są zwykle o stałej
mimośrodowości. Parametrem określającym pompę jest, oprócz ciśnienia, jej wydajność, tj.
ilość cieczy jaką tłoczy pompa w jednostce czasu. Dla silnika hydraulicznego natomiast, który
nie tłoczy oleju, a wprost przeciwnie - jest nim zasilany, wielkość ta nazywana jest
chłonnością silnika. Chłonność silnika jest to ilość oleju dostarczana do silnika na jeden obrót.
Pompy zębate mają bardzo prostą i zwartą konstrukcję. Budowę pompy zębatej
przedstawiono na rys. 9. Pompa składa się z obudowy (z kanałem ssawnym i tłocznym),
wewnątrz której znajdują się dwa koła zębate. Koło dolne jest napędzane, górne (bierne)
natomiast wykonuje obrót przeciwbieżny, wchodząc w zazębienie z kołem dolnym. Ciecz
robocza wypełnia luki międzyzębne po stronie ssawnej i jest przenoszona w nich na stronę
tłoczną. Na stronie tłocznej zęby obu kół, wchodząc w luki międzyzębne wytłaczają z nich
ciecz roboczą, która wypływa kanałem tłocznym. Pompy zębate mają znacznie niższą
sprawność od pomp wielotłoczkowych i pracują przy ciśnieniach roboczych nie
przekraczających 16 MPa.
Rys. 9. Pompa zębata [9, s.51]

22
Pompy tłoczkowe stanowią w hydraulice dosyć dużą grupę. Rozpatrując pompy
w zależności od układu tłoczków względem osi wirnika pompy, można je podzielić na dwie
grupy:
– pompy wielotłoczkowe osiowe, w których tłoczki ułożone są równolegle do osi wirnika,
– pompy wielotłoczkowe promieniowe, w których tłoczki ułożone są w kształcie gwiazdy
(na promieniach) i są prostopadłe do osi wirnika.
Pompy wielotłoczkowe, z uwagi na możliwość uzyskania bardzo dokładnego pasowania
tłoczków i cylinderków, zapewniających uzyskanie znacznie lepszych szczelności aniżeli
w pompach zębatych czy łopatkowych, przeważnie stosuje się w urządzeniach pracujących
przy wyższych ciśnieniach, wynoszących 10 do 32 MPa. Uzyskanie tak wysokich ciśnień jest
związane z bardzo dokładną obróbką poszczególnych elementów pompy, co znalazło odbicie
w wysokiej cenie tych pomp i wymaganiach dużej czystości oleju stosowanego w obiegu.
Pompy tłokowe, z uwagi na równomierność pracy, buduje się na ogół o dużej liczbie
tłoków: 5, 7, 9, 11, które mają małe średnice i stąd nazwa pompy wielotłoczkowe. Większość
pomp wielotłoczkowych może być stosowana jako silniki hydrauliczne przy zasilaniu ich
cieczą o odpowiednim ciśnieniu.
Zastosowanie wielotłoczkowych pomp osiowych w kombajnach ścianowych
i chodnikowych wynika z ich cech konstrukcyjnych kwalifikujących je do zastosowania
w przekładniach hydrostatycznych. Do głównych zalet pomp wielotłoczkowych osiowych
należą:
– wysokie ciśnienie robocze (przekraczające 32 MPa),
– duża wydajność,
– równomierne ciśnienie tłoczenia,
– najwyższa sprawność,
– bezstopniowa regulacja wydajności,
– możliwość zmiany kierunku tłoczenia przy stałym kierunku obrotów silnika
elektrycznego napędzającego pompę.
Wykonanie pompy wielotłoczkowej osiowej jest trudne technologicznie, dlatego cena jej
sprzedaży jest bardzo wysoka.
Pompy wielotłoczkowe mają bardzo wysoką sprawność, uzyskiwaną przez zachowanie
niewielkich luzów między tłoczkami i cylinderkami oraz bardzo dokładne dotarcie czaszy
wirnika do czaszy rozrządu. Dla poprawnej i długotrwałej pracy pomp wielotłoczkowych
osiowych konieczne jest zachowanie wymaganej przez producenta czystości czynnika
roboczego.
Pompy osiowe
Budowa pompy. W kombajnach chodnikowych z pomp wielotłoczkowych szerokie
zastosowanie znalazły pompy wielotłoczkowe osiowe stosowane zarówno jako pompy, jak
też jako silniki hydrauliczne. W pompach tych tłoczki poruszają się równolegle do osi wirnika
i napędzane są tarczą przegubową lub tarczą przechylną.
Zasadniczymi częściami pompy są: wał napędowy z tarczą przegubową, w której
mocowane są tłoczki, zespół tłoczków, wirnik obracający się wraz z wałem napędowym
i z tłoczkami, kadłub pompy z pokrywą rozrządową.
Na rys. 10 przedstawiono przekrój pompy wielotłoczkowej osiowej z tarczą przegubową.
Jest to pompa o stałej wydajności. W kadłubie pompy ułożyskowany jest wirnik wraz
z tłoczkami, które swoimi kulistymi zakończeniami są umocowane w tarczy przegubowej
wału napędowego. Po przeciwnej stronie wyjścia tłoczków wirnik styka się z nieruchomą
pokrywą kadłuba, w której odpowiednio ukształtowane kanały spełniają funkcję rozrządu.
Zasada działania pompy. Dla wyjaśnienia zasady działania pompy tłoczkowej przyjęto
sytuację wyjściową, w której oś wirnika pokrywa się z osią wału napędowego, czyli kąt

23
oznaczony na rys. 10 literą α równy jest zeru i końce tłoczków znajdują się w jednakowej
odległości od dna otworów w wirniku. W takiej sytuacji równocześnie z obrotem wału
napędowego z tarczą przegubową obracają się także umocowane w niej tłoczki wraz
z wirnikiem. Należy przy tym zauważyć, ze tłoczki w wirniku nie przesuwają się i pompa nie
tłoczy. Następnie wirnik zostaje wychylony z położenia zerowego do położenia, w którym oś
wirnika odchylona jest od osi wału napędowego o kąt α, co jest możliwe, gdyż tłoczki
w tarczy są mocowane przegubowo, a w wirniku mogą się przesuwać. W położeniu,
w którym obecnie znalazł się wirnik, tłoczek 1 (na górze wirnika) jest maksymalnie
wysunięty z wirnika, a tłoczek 2 (w dole wirnika) maksymalnie wsunięty do wirnika. Przy
dalszym obrocie wału napędowego, podobnie jak w pierwszej sytuacji, tarcza przegubowa
obraca się wraz z tłoczkami i wirnikiem, z tą jednak różnicą, że każdy tłoczek w czasie
jednego obrotu wirnika wykona dodatkowo ruch posuwisty w wirniku od położenia tłoczka 1,
tj. od położenia maksymalnie wysuniętego, do położenia tłoczka 2 maksymalnie wsuniętego
i z powrotem do położenia tłoczka 1. Ruch posuwisty każdego tłoczka odbywa się na drodze
tzw. skoku s w jedną i w drugą stronę. W pierwszej fazie ruchu tłoczek wysuwając się
z wirnika zasysa z przewodu ssawnego olej, a następnie w czasie ruchu powrotnego tłoczy go
do kanału tłocznego. Kanały ssawny i tłoczny połączone są z obracającym się wirnikiem
przez odpowiedniego kształtu wycięcia w pokrywie kadłuba, która spełnia tu zadanie
rozrządu.
Rys. 10. Pompa wielotłoczkowa osiowa [3, s.35]
Regulacja wydajności. Wydajność pompy reguluje się przez zmianę kąta α, tj. przez
wychylanie wirnika z położenia zerowego. Maksymalne dla danej pompy wychylenie wirnika
jest jednoznaczne z maksymalną jej wydajnością. Jeżeli wirnik nie jest wychylony, a więc kąt
α jest równy zeru, to pompa nie tłoczy, pomimo obracającego się wału napędowego i wirnika.
W przypadku wychylenia wirnika w drugą stronę, jeżeli pozwoli na to konstrukcja, pompa
zaczyna tłoczyć w kierunku przeciwnym, tzn. zmieniają się zadania, jakie spełniały kanały.
Kanał ssawny staje się teraz kanałem tłocznym, a kanał tłoczny ssawnym.
Tak więc pompy wielotłoczkowe przy odpowiedniej ich konstrukcji mogą nie tylko mieć
regulowaną wydajność, ale i zmieniać kierunek tłoczenia.
Pompa jako silnik. Na rys. 10 przedstawiono pompę wielotłoczkową osiową o stałej
wydajności, która może być stosowana również jako silnik hydrauliczny. W takim przypadku
doprowadzony pod ciśnieniem olej, działając na tłoczki, powoduje ich przesunięcie,
wymuszając obroty tarczy i wału, z którego odbierany jest napęd. Kierunek obrotów silnika

24
można zmienić zmieniając kanały doprowadzenia cieczy pod ciśnieniem i jej odprowadzenia
do zbiornika.
Pompy promieniowe
Budowa pompy. W ostatnich latach, z uwagi na swoją bardzo zwartą konstrukcję, coraz
szersze zastosowanie w budowie kombajnów znajdują pompy wielotłoczkowe promieniowe,
w których tłoczki poruszają się prostopadle (po promieniach) do osi wirnika. Zasadniczymi
częściami pompy promieniowej, której budowę w uproszczeniu pokazano na rys. 11, są: wał
napędowy (połączony z wirnikiem), wirnik z przesuwającymi się w nim tłoczkami, pierścień
prowadzący, wał rozrządu, kadłub pompy.
Rys. 11. Pompa wielotłoczkowa promieniowa [3, s.37]
W kadłubie pompy jest ułożyskowany wał napędowy połączony z wirnikiem, w którym
przesuwają się tłoczki. Wirnik obraca się wewnątrz umieszczonego w kadłubie pierścienia
prowadzącego tłoczki. Pierścień związany jest z kadłubem i ma możliwość przesuwania się
w nim w lewo i w prawo od jego osi o wielkość e zwaną mimośrodowością.
W koncentrycznych rowkach tego pierścienia przesuwają się stopy ślizgowe tłoczków
umieszczonych w obracającym się wirniku. Wewnątrz wirnika znajduje się nie obracający się
wał rozrządu połączony z kanałami ssawnym i tłocznym kadłuba.
Zasada działania Dla wyjaśnienia działania pompy posłużono się dwoma
schematycznymi rys. 11A i 11B, na których dla uproszczenia pokazano tylko dwa tłoczki.
Sytuacja pokazana jest na rys. 11A. Wirnik z tłoczkami obraca się wewnątrz pierścienia. Oś
obrotu wirnika i oś pierścienia prowadzącego pokrywają się i dlatego tłoczki, których stopy
ślizgają się w tym pierścieniu, nie przesuwają się w wirniku i nie następuje ani zjawisko
ssania ani tłoczenia. Wirnik obraca się, ale wydajność pompy równa jest zeru. Sytuacja
pokazana na rys. 11B. Wirnik z tłoczkami obraca się nadal, z tym że pierścień prowadzący
tłoczki został przesunięty maksymalnie w prawo (o wielkość e), a wraz z nim tłoczki 1 i 2.
Tłoczek 1 został maksymalnie wsunięty do wirnika i wytłoczył z niego olej, a tłoczek 2 został
wysunięty z wirnika i zassał olej. Obracający się wirnik spowoduje, że tłoczek po obrocie
wirnika o 180° zajmie położenie tłoczka 1 i wytłoczy uprzednio zassany olej, a następnie po
dalszym obrocie wirnika o 180° wróci do swego pierwotnego położenia zasysając olej. W ten
sposób każdy tłoczek w czasie jednego obrotu wirnika wykona jeden cykl pracy - ssanie
i tłoczenie – a mnożąc ilość wytłoczonego przez niego oleju przez liczbę tłoczków otrzyma
się wydajność tej pompy na jeden obrót. Połączenie stref ssania i tłoczenia

25
z odpowiadającymi im kanałami ssawnym i tłocznym uzyskiwane jest w nieruchomym wale
rozrządu, względem którego obraca się wirnik.
Regulacja wydajności. Wydajność pompy reguluje się przez przesunięcie pierścienia
prowadzącego z położenia współosiowego z wirnikiem (rys. 11A), gdy mimośrodowość
e równa się zero (wydajność wynosi również zero), do położenia maksymalnie w prawo
o wielkość e (rys. 11B), gdy wydajność pompy osiągnie maksimum. W przypadku
przesunięcia pierścienia w drugą stronę, jeżeli przewiduje to konstrukcja, pompa zacznie
tłoczyć w kierunku przeciwnym. Kanał ssawny stanie się teraz kanałem tłocznym, a kanał
tłoczny ssawnym. Takie pompy, połączone w obiegach zamkniętych, np. z silnikami
napędowymi gąsienic, pozwalają przez zmianę kierunku tłoczenia na jazdę do przodu lub do
tyłu.
Pompy hydrauliczne ręczne są urządzeniami bardzo prostymi, cechuje je mała
wydajność i wysoki współczynnik nierównomierności wydajności. Nie ma on jednak dużego
znaczenia w napędach i układach hydraulicznych urządzeń, w których pompy te się stosuje.
W zależności od budowy elementu roboczego pompy ręczne mogą być tłokowe,
membranowe lub łopatkowe. Schematy działania tych pomp przedstawiono na rys. 12. Pompy
te wyposażone są w zawory ssawne i tłoczne.
Rys. 12. Schematy działania pomp ręcznych: a) tłokowej, b) membranowej, c) łopatkowej [5, s.85]
W maszynach górniczych stosuje się pompy ręczne w napędach hydraulicznych urządzeń
pomocniczych. Są to pompy tłokowe (nurnikowe). Pompa ręczna tłokowa urządzeń do
mechanizacji robót pomocniczych. Jest to pompa nurnikowa o dwustopniowym nurniku,
umożliwiającym dwustopniowe tłoczenie cieczy roboczej: wyższą wydajnością przy niższym
ciśnieniu oraz niższą wydajnością, ale przy ciśnieniu wyższym.
Rys. 13. Pompa ręczna tłokowa urządzeń do mechanizacji robót pomocniczych [5, s.86]
Tłok 1 (rys. 13) poruszany dźwignią 2 przy ruchu w górę zasysa olej ze zbiornika 3 przez dwa
zawory ssawne 4, tłoczy zaś przy ruchu w dół przez dwa zawory tłoczne 5. Do gniazda
dolnego zaworu ssawnego przymocowany jest filtr 6. W pierwszej fazie tłoczenia ciecz

26
z przestrzeni pod stopniem dużym (większa średnica cylindra) i małym (mniejsza średnica
cylindra) kierowany jest do siłownika, który pompa zasila. Gdy ciśnienie cieczy wzrośnie do
około 12 MPa, wtedy przesterowuje się zawór sterujący 7, który kieruje ciecz z przestrzeni
pod stopniem dużym tłoka 1 do zbiornika 3, przy czym pompowanie właściwe odbywa się
teraz przez mały stopień tłoka, co umożliwia uzyskanie większego ciśnienia cieczy przy
działaniu tą samą siłą na tłok (do 80 MPa, gdyż na takie ciśnienie nastawiony jest zawór
bezpieczeństwa 8 chroniący pompę przed przeciążeniem). Średnice tłoka wynoszą 10 i 18
mm, pojemność zbiornika 1,5 dm3
. Pompa przewidziana jest do pracy przy użyciu oleju
Hydrol 20p.
Silniki hydrauliczne
Praktycznie każda pompa może pracować jako silnik hydrauliczny. Produkcja
specjalnych silników hydraulicznych wynika z potrzeby budowania przekładni
hydrostatycznych o dużym przełożeniu.
Silniki hydrauliczne buduje się jako jednostki wolnoobrotowe wysoko-momentowe.
Zasada działania silnika hydraulicznego jest odwróceniem zasady działania pompy. Do
silnika hydraulicznego w układzie gwiaździstym, pokazanego na rys. 14, napływa ciecz
robocza pod ciśnieniem i poprzez rozrząd przedostaje się nad tłok, znajdujący się w górnym
położeniu.
Rys. 14. Silnik hydrauliczny [9, s.52]
Ciśnienie cieczy roboczej napływającej nad tłok powoduje obrót wału mimośrodowego
dookoła osi silnika. O wielkości przekazywanego momentu przez silnik decyduje ciśnienie
robocze, liczba tłoków, powierzchnia robocza cylindra oraz wielkość mimośrodu e. Gdy tłok
wykona pracę obrotu wału mimośrodowego pokonując drogę równą 2e, wówczas następuje
połączenie komory roboczej danego tłoka ze spływem, a przy dalszym obrocie wału
mimośrodowego - wytłaczanie cieczy roboczej do zbiornika bądź na stronę ssawną przekładni
hydrostatycznej, jeżeli silnik pracuje w obiegu zamkniętym. Silniki hydrauliczne gwiaździste
buduje się jako jedno- i dwurzędowe. W ciągnikach kombajnów węglowych stosuje się silnik
pięciotłokowy w układzie gwiaździstym typu SHT-630W.
Siłownik, zwany często cylindrem hydraulicznym, jest najprostszym silnikiem
hydraulicznym. Zamienia on energię ciśnienia zawartą w dostarczonej do niego cieczy
roboczej na energię mechaniczną ruchu postępowo-zwrotnego lub tylko postępowego.
Energię tę przekazuje on napędzanemu urządzeniu za pomocą nurnika, tłoczyska, cylindra lub
innego urządzenia.
W zależności od kierunku działania ciśnienia cieczy roboczej siłowniki dzielą się na
siłowniki:
– jednostronnego działania,
– dwustronnego działania.

27
W siłowniku jednostronnego działania ruch tłoka wymuszony jest ciśnieniem cieczy
tylko w jednym kierunku, w kierunku przeciwnym natomiast - siłą grawitacyjną
podnoszonego elementu (np. organu urabiającego kombajnu) lub sprężyną napiętą podczas
ruchu poprzedniego.
W zależności od budowy elementu roboczego siłownika rozróżnia się siłowniki:
– tłokowe,
– nurnikowe.
Siłowniki tłokowe mogą być jednostronnego lub dwustronnego działania, natomiast
siłowniki nurnikowe tylko jednostronnego działania.
W zależności od tego, jaki element siłownika wykonuje ruch, rozróżnia się siłowniki:
– z nieruchomym cylindrem,
– z nieruchomym tłokiem.
Najczęściej stosuje się siłowniki z nieruchomym, utwierdzonym cylindrem
i poruszającym się tłokiem, jednak w maszynach górniczych zdarzają się często rozwiązania,
w których utwierdzony jest tłok lub tłoczysko, a porusza się cylinder przesuwając maszynę
roboczą lub jej element (np. w zmechanizowanej obudowie ścianowej).
W zależności od budowy tłoczyska siłowniki tłokowe mogą mieć tłoczyska:
– jednostronne,
– dwustronne.
W siłownikach z tłoczyskiem dwustronnym wartość siły wywoływanej ciśnieniem cieczy
roboczej jest taka sama dla obu kierunków ruchu; w siłownikach z tłoczyskiem
jednostronnym wartości tych sił są zróżnicowane.
Szczególnym rodzajem siłowników są siłowniki teleskopowe, w których przesunięcie
jednego tłoka przekazywane jest na drugi tłok (czasem nawet na następne), dzięki czemu
uzyskuje się zwielokrotnienie skoku. Siłowniki teleskopowe stosuje się w tych przypadkach,
gdy trzeba uzyskać znacznie większy skok elementu roboczego niż umożliwia to konstrukcja
siłownika o prostym rozwiązaniu (np. w niskich obudowach hydraulicznych).
Oprócz typowych konstrukcji istnieją również rozwiązania umożliwiające zmianę ruchu
postępowo-zwrotnego tłoczyska (lub nurnika) bezpośrednio na ruch obrotowy koła zębatego
współpracującego z zębatką naciętą na nurniku lub nakrętki współpracującej z gwintem
naciętym na tłoczysku.
Ciecz roboczą doprowadza się do cylindra najczęściej przez otwory w cylindrze,
w niektórych jednak przypadkach (siłowniki z nieruchomym tłokiem) - przez kanały
wykonane w tłoczysku lub nurniku.
Siłowniki cechuje prostota konstrukcji oraz możliwość uzyskiwania dużych sił przy
małych i bardzo dokładnie regulowanych prędkościach ruchu tłoczyska (nurnika). Są one
powszechnie stosowane w maszynach górniczych do przesuwania przenośników
zgrzebłowych, przepychania wozów kopalnianych, podnoszenia organów urabiających
kombajnów, w urządzeniach do mechanizacji robót pomocniczych i innych. Siłowniki są
podstawowymi elementami indywidualnej i zmechanizowanej obudowy górniczej.
Wielkościami zadanymi przy doborze i obliczaniu siłownika są: obciążenie zewnętrzne,
prędkość ruchu oraz długość skoku. Przy założeniu wartości ciśnienia cieczy roboczej, jakie
może dostarczyć pompa, ustala się podstawowe rozmiary siłownika.
Silnik obiegowo-krzywkowy SOK
Powszechne zastosowanie w przemyśle znajdują silniki obiegowo-krzywkowe (rys. 15).
Kadłub silnika ma uzębienie wewnętrzne w formie kwadratu, po którym obtacza się siedem
satelitarnych wałków uzębionych wchodzących jednocześnie w zazębienie ze słonecznym
trójkątem uzębionym, którego wał jest łożyskowany w pokrywach bocznych. W jednej
z pokryw bocznych nawiercone są, w regularnych odstępach i stałej odległości od osi, kanały
odpływowe i zasilające. Zarówno wałki satelitarne, jak i uzębiony trójkąt słoneczny

28
przemieszczają się w stosunku do pokryw bocznych z minimalnym luzem zapewniającym
wysoką szczelność silnika.
Rys. 15. Silnik obiegowo-krzywkowy [9, s.53]
Satelity, obtaczające się po uzębionym kwadracie przysłaniają kanały odpływowe
i zasilające umożliwiając napływ i odpływ oleju z przestrzeni utworzonych pomiędzy
satelitami. Odpowiednie ukształtowanie kwadratu i trójkąta powoduje powstawanie podczas
obrotu trójkąta komór roboczych zmieniających swoją objętość. Komory zmniejszające swoją
objętość przy obrocie trójkąta są połączone ze spływem i z nich jest wytłaczany olej do
spływu, natomiast komory zwiększające swoją objętość są łączone z zasilaniem. Satelity,
niezależnie od sterowania napływem i odpływem cieczy roboczej, rozgraniczają przestrzenie
ciśnieniowe od przestrzeni spływowych. Ciśnienie w komorach roboczych oddziałując na
powierzchnię trójkąta powoduje powstanie siły, której kierunek działania nie przechodzi
przez oś silnika, co zapewnia obrót trójkąta i wykonanie pracy użytecznej.
Liczba komór roboczych i satelitów równa się sumie wierzchołków trójkąta i czworokąta,
to jest 3 + 4 = 7, natomiast liczba cykli pracy podczas jednego pełnego obrotu jest równa ich
iloczynowi 3 x 4 = 12. Duża liczba cykli roboczych na jeden obrót w silniku obiegowo-
krzywkowym SOK zapewnia równomierną pracę i stały moment obrotowy.
Urządzenia przetwarzające energię sprężonego powietrza na pracę mechaniczną
Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązania silników pneumatycznych o ruchu
obrotowym są silniki zębate i łopatkowe (rys. 16).
Rys. 16. Silniki pneumatyczne: a) zębaty, b) łopatkowy [6, s.239]
W silniku pneumatycznym obrotowym z wirnikami zębatymi (rys. 16a) sprężone
powietrze wpływa otworem 1, a wypływa otworem 2, napędzając przy tym koła zębate 3 i 4.
W silniku łopatkowym z jednym wirnikiem (rys. 16b) sprężone powietrze wpływa
otworami 5, wykonanymi w tulei cylindra 2, i wywiera ciśnienie na łopatki 4 wirnika 1
umieszczonego mimośrodowo w cylindrze 2, wywołując jego obrót w lewo, po czym

29
wypływa otworami 6. Uszczelnienie między komorami 3 uzyskuje się w wyniku docisku siłą
odśrodkową przesuwnych łopatek 4 do gładzi cylindra 2.
Do zalet pneumatycznych silników obrotowych zaliczyć należy: prostotę konstrukcji,
łatwość eksploatacji, możliwość osiągania bardzo dużych prędkości obrotowych, niewielki
ciężar w stosunku do uzyskiwania mocy. Do wad zaś: dużą zmienność prędkości przy
zmianach obciążenia silnika i wahaniach ciśnienia w sieci oraz wysokie koszty energii
spowodowane niską sprawnością ogólną silników. Wymienione cechy silników
pneumatycznych powodują, że stosowane są one głównie do napędu niewielkich narzędzi
ręcznych, szczególnie zaś narzędzi pracujących przy dużych prędkościach obrotowych (małe
wiertarki, itp.).
Silniki pneumatyczne o ruchu posuwisto-zwrotnym, tzw. siłowniki, są produkowane
w wielu różnych odmianach konstrukcyjnych. Na rys. 17 pokazano dwa siłowniki
membranowe, zaś na rys. 18 typowe siłowniki tłokowe, zwane powszechnie cylindrami
pneumatycznymi.
Rys. 17. Siłowniki membranowe: a) o krótkim skoku, b) o długim skoku [6, s.240]
Rys. 18. Podstawowe odmiany siłowników (cylindrów) tłokowych [6, s.240]
Na rys.18 przedstawiono następujące typy siłowników:
a) dwustronnego działania,
b) jednostronnego działania - pchający,
c) jednostronnego działania - ciągnący,
d) nurnikowy,
e) teleskopowy,
f) dwukomorowy (tandem) pozwalający zwielokrotniać siłę na tłoczysku 1 w wyniku
oddziaływania ciśnienia na tłoki 2, przesuwające się w oddzielnych komorach 3,
g) wielopołożeniowy, którego tłoczysko 1 przemieszcza się w różne, ściśle określone
położenia, w zależności od zasilania i odpowietrzania poszczególnych komór 2 siłownika,

30
h) wirujący, który może wykonywać ruch obrotowy wokół osi tłoczyska 1, a sprężone
powietrze doprowadzane jest kanałami 4 do jego komór 2 przy użyciu specjalnego
łącznika obrotowego 3,
i) wahadłowy z przekładnią zmieniającą ruch posuwisty na obrotowy, w którym na
tłoczysku 1 jest nacięta zębatka 2 współpracująca z kołem zębatym 3,
k) pneumohydrauliczny,
l) pneumatyczny beztłoczyskowy, składający się z tulei cylindrowej 1, w której porusza się
tłok 2, mający wbudowane magnesy trwałe 3. Po tulei 1 ślizga się pierścień 4 z
wbudowanymi magnesami trwałymi 5. Siła magnetomotoryczna między magnesem 3 i 5
jest tak dobrana, że pierścień 3 przesuwa się po tulei 1 razem z tłokiem 2 przenosząc siły
działające na ten tłok.
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do ćwiczeń.
1. Co to jest przetwornik energii?
2. W jakich maszynach i urządzeniach stosujemy pompy wyporowe?
3. Co to jest pompa łopatkowa?
4. Co to jest pompa zębata?
5. Jakie są rodzaje pomp tłoczkowych?
6. Co to jest silnik hydrauliczny?
7. Co to jest siłownik hydrauliczny?
8. Co oznacza symbol SOK?
9. Jakie są najbardziej rozpowszechnione rozwiązania silników pneumatycznych?
10. Jakie znasz odmiany siłowników tłokowych?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Sklasyfikuj, wskazane przez nauczyciela, przetworniki energii stosowanych w napędach
hydraulicznych i pneumatycznych na podstawie opisu ich budowy oraz opisz ich zasadę
działania.
1) zorganizować stanowisko pracy wraz z potrzebnymi przyborami,
2) odszukać w materiałach dydaktycznych kryteria klasyfikacji przetworników energii,
3) dokonać analizy działania na podstawie opisów budowy,
4) rozpoznać rodzaje przetworników energii,
5) zapisać przy rozpoznanych przetwornikach krótką ich charakterystykę.
− papier formatu A4,
− przybory do pisania,
− Poradnik dla ucznia, materiały dydaktyczne,
− literatura wskazana przez nauczyciela.

31
Ćwiczenie 2
Narysuj, rozpoznane podczas projekcji filmów, przeźroczy i foliogramów, schematy
przetworników energii oraz wskaż możliwe ich zastosowanie.
1) zorganizować stanowisko pracy wraz z potrzebnymi przyborami,
2) odszukać w Poradniku odpowiednie schematy przetworników,
3) przeanalizować zasadę działania przetworników,
4) narysować z pamięci schemat przetwornika wskazany przez nauczyciela,
5) opisać budowę danego przetwornika,
6) przy każdym schemacie wskazać jego zastosowanie.
− papier formatu A4, przybory do pisania i rysowania,
− Poradnik dla ucznia, materiały dydaktyczne,
− literatura wskazana przez nauczyciela.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) omówić zasadę działania przetworników energii?  
2) opisać budowę i zasadę działania pompy łopatkowej?  
3) opisać budowę i zasadę działania pompy zębatej?  
4) opisać budowę i zasadę działania pompy tłoczkowej promieniowej?  
5) opisać budowę i zasadę działania pompy tłoczkowej osiowej?  
6) opisać budowę i zasadę działania silnika obiegowo-krzywkowego?  
7) omówić urządzenia przetwarzające energię sprężonego powietrza na
pracę mechaniczną?  
8) sklasyfikować siłowniki (cylindry) hydrauliczne?  

32
4.3. Elementy sterowania, elementy pomocnicze i uszczelnienia
Elementy sterowania
Funkcjonalność napędu hydrostatycznego zależy nie tylko od pracy podstawowych
elementów zamieniających energię mechaniczną na hydrauliczną i odwrotnie, lecz także od
sterowania strumieniem cieczy roboczej, regulacji wartości ciśnienia, natężenia przepływu,
prędkości ruchu itp. Zadania te spełniają elementy sterujące, których liczba i różnorodność
w napędzie hydrostatycznym jest tym większa, im bardziej rozbudowany jest układ
hydrauliczny oraz im więcej funkcji spełnia.
Zawory sterujące kierunkiem przepływu służą do włączania, zatrzymywania
i unieruchamiania napędu będącego pod obciążeniem.
Zawory sterujące ciśnieniem nie dopuszczają do wzrostu ciśnienia ponad ustaloną
maksymalną wartość lub służą do nastawiania ciśnienia, tj. do utrzymania go na wymaganym
poziomie.
Zawory sterujące natężeniem przepływu nastawiają lub utrzymują stałą wartość natężenia
przepływu czynnika roboczego.
W zależności od budowy elementy sterujące dzieli się na pojedyncze i złożone. Element
złożony składa się z dwóch lub więcej zaworów zabudowanych w jednym kadłubie. Zawory
te spełniają różne funkcje, lecz współdziałają ze sobą. Elementy złożone buduje się w celu
zmniejszenia rozmiarów układu hydraulicznego, co znajduje uzasadnienie zwłaszcza
w górniczych maszynach przodkowych, jak też w celu zmniejszenia strat hydraulicznych
i zwiększenia pewności działania układu.
W zależności od sposobu regulacji hydrauliczne elementy sterujące dzieli się na:
– nastawialne (regulowane) bezpośredniego działania,
– nastawialne pośredniego działania,
– nienastawialne (nieregulowane) bezpośredniego działania,
– nienastawialne pośredniego działania.
W zależności od sposobu sterowania elementy sterujące dzieli się na sterowane:
– ręcznie,
– mechanicznie,
– hydraulicznie,
– elektrycznie,
– pneumatycznie.
Elementy sterujące, podobnie jak pompy i silniki, mogą być ogólnego przeznaczenia lub
o budowie specjalnej. W napędach hydrostatycznych maszyn górniczych stosuje się dziś
często elementy sterujące specjalne ze względu na specyficzne warunki w jakich te maszyny
pracują, np. ograniczone miejsce, silne zapylenie środowiska, praca z zastosowaniem
niskoprocentowej emulsji olejowo-wodnej. Dotyczy to zwłaszcza elementów sterujących
zastosowanych w kombajnach ścianowych lub hydraulicznej obudowie zmechanizowanej.
Elementy regulacji i sterowania mają duże znaczenie w napędach hydrostatycznych
i wymaga się od nich wysokiej dokładności i pewności działania, co wiąże się z precyzyjnym
ich wykonaniem i prawidłową eksploatacją. Dotyczy to zwłaszcza rozdzielaczy hydraulicznej
obudowy zmechanizowanej, której prawidłowość działania zależy od pracy układu
hydraulicznego.
Podobnie ważne zadanie mają zawory sterujące ciśnieniem, a zwłaszcza zawory
ograniczające ciśnienie (tzw. zawory maksymalne lub bezpieczeństwa). Od poprawności ich
działania i prawidłowego nastawienia zależy maksymalna wartość obciążenia napędu

33
hydrostatycznego, a tym samym skuteczne zabezpieczenie całej maszyny roboczej lub tej
części, w której zastosowano napęd hydrostatyczny.
Zawory sterujące kierunkiem przepływu zależnie od spełnianej funkcji dzielą się na:
– rozdzielacze hydrauliczne,
– zawory hydrauliczne,
– zawory odcinające.
Rozdzielacze hydrauliczne
Rozdzielacze kierują strumień cieczy z pompy do jednego lub więcej odbiorników,
którymi mogą być siłowniki albo silniki hydrauliczne obrotowe oraz cieczy wypływającej
z odbiornika do zbiornika. Instaluje się je między podstawowymi elementami napędu
hydrostatycznego.
Ze względu na wartość różnicy ciśnienia cieczy przed i za rozdzielaczem rozróżnia się
rozdzielacze:
– hydrauliczne,
– hydrauliczne dławiące.
W rozdzielaczach hydraulicznych różnica ciśnienia między wejściem a wyjściem
z rozdzielacza jest niewielka i wynika jedynie z oporów przepływu cieczy przez kanały
rozdzielacza, przy czym rozdzielacze te konstruuje się tak, aby te opory były jak najmniejsze.
Rozdzielacz hydrauliczny dławiący oprócz swej podstawowej funkcji kierowania cieczy
do odpowiednich elementów układu hydraulicznego ma również za zadanie dławić strumień
cieczy, tj. stwarzać dodatkowy opór hydrauliczny.
Rozdzielacze hydrauliczne w zależności od liczby dróg, którymi przepływa w nich
strumień cieczy, mogą być:
– dwudrogowe,
– trójdrogowe,
– czterodrogowe,
– pięciodrogowe.
Zależnie od liczby pozycji jakie może zajmować element ruchomy rozdzielacza (element
rozdzielający ciecz) wszystkie z poprzednio wymienionych rozdzielaczy mogą być
dwupołożeniowe, rozdzielacze trójdrogowe natomiast mogą być ponadto trójpołożeniowe,
rozdzielacze zaś czterodrogowe mogą być trójpołożeniowe lub czteropołożeniowe.
Rozdzielacze hydrauliczne dławiące mogą być:
– dwudrogowe,
– trójdrogowe,
– czterodrogowe.
Liczbą dróg określa się sumę liczby kanałów doprowadzających i liczby kanałów
odprowadzających ciecz z rozdzielacza.
W zależności od konstrukcji rozdzielacza i rodzaju ruchu wykonywanego przez element
rozdzielający ciecz rozróżnia się rozdzielacze:
– suwakowe,
– obrotowe,
– zaworowe.
Rozdzielacze mogą być sterowane:
– siłą mięśni (przyciskiem, dźwignią),
– mechanicznie,
– elektrycznie (elektromagnesem z jedną cewką, elektromagnesem z dwiema cewkami
działającymi w kierunkach przeciwnych, silnikiem elektrycznym),
– hydraulicznie (bezpośrednio przez spadek ciśnienia, pośrednio ze wspomaganiem przez

34
wzrost ciśnienia lub ze wspomaganiem przez spadek ciśnienia, ciśnieniem własnym),
– w sposób złożony (elektromagnesem i ciśnieniem, elektromagnesem lub ciśnieniem).
Rozdzielacze suwakowe
Rozdzielacz suwakowy składa się z dwóch zasadniczych elementów stanowiących tzw.
parę suwakową: tulei i suwaka, zwanych również cylinderkiem i tłoczkiem w przypadku gdy
suwak ma kształt walca. Suwak może być również płaski. Suwaki płaskie mają stosunkowo
małą masę, co umożliwia szybkie przesterowanie (małe siły bezwładności); są jednak rzadko
stosowane.
W napędach hydrostatycznych maszyn górniczych stosuje się powszechnie rozdzielacze
suwakowe tłoczkowe. Powierzchnie współpracującej ze sobą pary suwakowej mają
zróżnicowane kształty zależnie od liczby łączonych przez rozdzielacz dróg oraz liczby jego
położeń sterujących.
Na rys. 19 przedstawiono schematy trzech prostych rozwiązań rozdzielaczy suwakowych
oraz ich symbole. Suwak może być jednotłoczkowy (rys. 19a) lub wielotłoczkowy
(rys. 19 b,c). Ciecz może przepływać tylko na zewnątrz suwaka lub również przez
wewnętrzne kanały wydrążone w suwaku.
Rys. 19. Rozdzielacze suwakowe [5, s.127]
Jeżeli jedna pompa zasilać ma niezależnie kilka odbiorników (np. siłowników) i to
w różnych kierunkach ruchu, to stosuje się kilka rozdzielaczy (dla każdego odbiornika
osobny), które najczęściej umieszczone są w jednym bloku. Taki zespół określa się jako
rozdzielacz blokowy wielosekcyjny. Blok zakryty jest dwiema pokrywami: wlotową od
strony pompy zasilającej i wylotową od strony odbiorników, przy czym w pokrywie wlotowej
znajduje się zazwyczaj zawór sterujący ciśnieniem (maksymalny) zabezpieczający pompę jak
również cały układ hydrauliczny przed wzrostem ciśnienia ponad ustaloną wartość.
Duże znaczenie dla pracy układu hydraulicznego zasilanego przez rozdzielacz mają nie
tylko przekroje kanałów rozdzielacza, ale również kształt krawędzi sterujących suwaka.
Rozmiary rozdzielacza dobiera się zwykle tak, aby prędkość przepływu cieczy w nich nie
przekraczała 3÷4 m/s. W przypadku gdy rozdzielacz umiejscowiony jest na przewodzie
ssawnym - co zresztą stosuje się tylko w szczególnych przypadkach - prędkość cieczy nie
powinna w nim być większa niż 0,7÷1,0 m/s. W obiegach wysokiego ciśnienia, gdy względy
konstrukcyjne wymagają zmniejszenia rozmiarów, dopuszcza się prędkości cieczy do 6 m/s.
Rozdzielacze obrotowe stosuje się sporadycznie w napędach hydrostatycznych maszyn
górniczych. Schematy takich rozdzielaczy przedstawiono na rys. 20. Liczby I, II, III
oznaczają położenia elementu rozdzielającego.
Element obrotowy w kształcie walca lub stożka osadzony jest w kadłubie rozdzielacza.
Kanały mogą być wydrążone jak to pokazano na rys. 20 lub na powierzchni czołowej

35
walcowego elementu obrotowego. Element ten dociskany jest zazwyczaj do gniazda
sprężyną, co wspomaga jego doszczelnienie.
Rozdzielacze obrotowe stosuje się w napędach hydrostatycznych wiertnic
i przesuwników.
Rozdzielacze zaworowe
Rozdzielacze suwakowe i obrotowe mają wiele wad, które utrudniają lub uniemożliwiają
stosowanie ich w niektórych napędach hydrostatycznych maszyn górniczych. Do
najważniejszych wad należą: niewystarczająca szczelność, duży opór przesterowania oraz
konieczność precyzyjnego wykonania współpracujących z sobą elementów. Rozdzielacze
suwakowe nie nadają się ponadto do pracy z zastosowaniem niskoprocentowej emulsji
olejowo-wodnej, co utrudnia stosowanie ich w układach hydraulicznych obudów
zmechanizowanych.
Wad tych nie mają rozdzielacze zaworowe, które są coraz powszechniej stosowane
w maszynach górniczych. W układach hydraulicznych obudów zmechanizowanych,
w których cieczą roboczą jest emulsja olejowo-wodna, stosuje się powszechnie rozdzielacze
zaworowe. Zasadę działania rozdzielaczy zaworowych przedstawiają schematy wraz z ich
symbolami graficznymi zamieszczone na rys. 21. Przedstawiono na nim rozdzielacz
zaworowy dwudrogowy dwupołożeniowy (rys. 21a), czterodrogowy dwupołożeniowy
(rys. 21b) oraz czterodrogowy trójpołożeniowy (rys. 21c). Położenia elementu zamykającego
oznaczono liczbami I, II lub III, strzałki zaś oznaczają możliwe kierunki przepływu cieczy.
Zasadniczą częścią rozdzielacza jest jeden lub więcej zaworów, których elementami
zamykającymi mogą być grzybki (jak na rys. 21), kulki lub płytki. Element zamykający
dociskany jest do gniazda sprężyną. Otwieranie zaworu może odbywać się ręcznie,
hydraulicznie, elektromagnetycznie lub pneumatycznie (to ostatnie nie jest stosowane
w maszynach górniczych).
Rys. 20. Rozdzielacze obrotowe [5, s.134] Rys. 21. Rozdzielacze zaworowe [5, s.136]
Zasada działania rozdzielacza
Położenie 0. Położenie, w którym suwak rozdzielacza znajduje się w położeniu
środkowym, nazywane jest zerowym lub neutralnym (rys. 22b). Ciecz hydrauliczna dostaje
się z pompy do rozdzielacza wlotem P, przepływa przez suwak i wypływa wylotem Z do
zbiornika. Jest to przepływ cieczy tzw. bezciśnieniowy, oznaczony na rys. 22b strzałkami nie
zaczernionymi. Podłączenia P1, i P2, łączące rozdzielacz z cylindrem, są w tym położeniu
odcięte od wewnętrznych połączeń rozdzielacza i tłok w cylindrze nie ma możliwości ruchu.
Z prawej strony rys. 22b pokazano symbol graficzny danej pozycji suwaka. Strzałka pokazuje
przepływ cieczy przez rozdzielacz, a odwrócone litery T obrazują odcięte podłączenia P1 i P2.
Położenie 1. Suwak sterujący został przesunięty w lewo i znajduje się w 1 (rys. 22a)
położeniu. Doprowadzenie cieczy z pompy zostało połączone z podłączeniem P2 do cylindra.
Ciecz hydrauliczna pod ciśnieniem, wynikającym z obciążenia cylindra, przepływa przez
rozdzielacz do cylindra. Przepływ cieczy pod ciśnieniem oznaczony jest na rys. 22a
strzałkami zaczernionymi. Ciecz z drugiej strony tłoka zostaje wyciśnięta ruchem tłoka

36
i dostaje się do rozdzielacza podłączeniem P2, a następnie przez suwak i wylot Z dostaje się
do zbiornika.
Przepływ cieczy w rozdzielaczu krzyżuje się, gdyż położony z lewej strony wlot od
pompy łączy się z podłączeniem P2 położonym po prawej stronie, a podłączenie P1 z wylotem
Z. To krzyżowanie się przepływu znalazło odbicie w symbolu graficznym tej pozycji
rozdzielacza.
Położenie 2. Suwak został ponownie przesterowany. Z położenia 1 przez położenie
0 został przesunięty do położenia 2. Ciecz hydrauliczna z pompy dostaje się do rozdzielacza
wlotem P1 przepływa przez niego i podłączeniem P2 dostaje się na lewą stronę cylindra
(rys. 22c). Z prawej strony cylindra ciecz podłączeniem P2 i wylotem Z wypływa do
zbiornika.
Rys. 22. Zasada działania rozdzielacza [3, s.40]
Zawór zwrotny jest to element obiegu hydraulicznego, zezwalający tylko na jeden
kierunek przepływu cieczy hydraulicznej. W układach hydraulicznych stosuje się wiele
różnych konstrukcji zaworów zwrotnych kulkowych lub stożkowych. Do wyjaśnienia
budowy zaworu przyjęto uproszczony zawór zwrotny stożkowy. Na rys. 23 przedstawiono
budowę stożkowego zaworu zwrotnego. W kadłubie zaworu wykonane jest gniazdo, do
którego sprężyną dociskany jest stożek zaworu.
Zasada działania zaworu. Zawór zwrotny wbudowany jest do obiegu hydraulicznego na
drodze przepływającej cieczy hydraulicznej, zgodnie z kierunkiem strzałki. Jeżeli nie ma
przepływu cieczy, to element zamykający zawór, w omawianym przypadku stożek, jest dzięki
działaniu sprężyny utrzymywany w pozycji zamkniętej. Jeżeli strumień cieczy płynie
w kierunku strzałki, to niewielka siła sprężyny zostaje pokonana przez ciśnienie cieczy,
a stożek przesuwa się zezwalając na przepływ cieczy. W przeciwnym kierunku przepływ
cieczy jest niemożliwy, stożek bowiem, dociskany do gniazda zarówno sprężyną, jak i cieczą,
zamyka zawór.
Zawory zwrotne sterowane
Zasada działania zaworu. Działanie sterowanego zaworu zwrotnego zostanie omówione
na przykładzie jego zabudowy (rys. 24). Ciecz hydrauliczna doprowadzana jest do cylindra
pod tłok przepływając przez omawiany zawór zgodnie z zaczernionymi strzałkami. Ciśnienie
cieczy pokonuje siłę sprężyny zaworu zwrotnego, stożek zaworu podnosi się pozwalając na
swobodny przepływ cieczy do cylindra i ruch tłoka do góry. Z drugiej strony tłoka ciecz
hydrauliczna swobodnie wraca do zbiornika. W przypadku żądanego ruchu tłoka w dół, po

37
przesterowaniu rozdzielacza, ciecz z pompy kierowana jest do górnej części cylindra nad tłok
i jej ciśnienie, dochodzące do zaworu linią przerywaną, działa na tłoczek sterowniczy, który
unosząc się otwiera zawór zwrotny, zezwalając na wypływ cieczy z cylindra i na ruch tłoka
w dół. Działanie zaworu rozpoczyna się z chwilą zaniku ciśnienia w obiegu, spowodowanego
np. zatrzymaniem pompy, pęknięciem przewodu lub odpowiednim przesterowaniem. Zanik
ciśnienia w przewodach powoduje to, że pod działaniem sprężyny zawór zwrotny zamyka się
nie pozwalając na wypływ cieczy z cylindra i tym samym blokuje położenie tłoka. Zawory
o takim działaniu nazywane są również zamkami hydraulicznymi.
Rys. 23. Zawór zwrotny [3, s.45]
Rys. 24. Zawór zwrotny sterowany [3, s.45]
Na podobnej zasadzie działania zbudowane są zawory zwrotne podwójne, które przy
zaniku ciśnienia w obiegu blokują położenie tłoka w obu kierunkach. Podwójny zawór
zwrotny (rys. 25), zwany również zamkiem hydraulicznym, budowany jest zwykle w jednym
kadłubie, a połączenia sterownicze poprowadzone są kanałami wewnętrznymi.
Zawory dławiąco-zwrotne
W obiegach hydraulicznych, w których wymagane jest ograniczenie przepływu cieczy
tylko w jednym kierunku, stosuje się zawory dławiąco-zwrotne, będące połączeniem dwóch
zaworów ujętych w nazwie, tj. zaworu dławiącego i zaworu zwrotnego.
Budowę takiego zaworu i jego przykładowe zastosowanie pokazano na rys. 26.
Rys. 25. Zamek hydrauliczny [3, s.46]
Rys. 26. Zawór dławiąco-zwrotny [3, s. 48]
Zasada działania zaworu. Na schemacie hydraulicznym rys. 26 pokazano przykładowe
zastosowanie zaworu dławiąco-zwrotnego w obiegu zasilania cylindra hydraulicznego
dwustronnego działania. Celem zabudowania tego zaworu jest, aby ruch drąga tłokowego
w lewo był powolny. Po uruchomieniu pompy i przesterowaniu rozdzielacza w prawo
przepływ przez rozdzielacz odbywa się zgodnie z lewą kratką symbolu graficznego - ciecz
dostaje się na lewą stronę cylindra. Kierunek przepływu cieczy zgodny jest z kierunkiem
działania zaworu zwrotnego, grzybek zaworu zostaje podniesiony, ciecz przepływa do
cylindra bez oporów i tłok porusza się z pełną prędkością. Ciecz z prawej strony cylindra
poprzez rozdzielacz wypływa do zbiornika. Po przesterowaniu rozdzielacza w drugie skrajne

38
położenie ciecz zostaje bezpośrednio doprowadzona na prawą stronę cylindra, natomiast ciecz
z lewej strony musi przejść przez omawiany zawór dławiąco-zwrotny. Zawór zwrotny zostaje
zamknięty, gdyż działa w kierunku przeciwnym do aktualnego kierunku przepływu, i ciecz
przymusowo przepływa przez zawór dławiący, który stawia mu określony opór. Opór
przepływu spowodowany dławieniem wywołuje wzrost ciśnienia, w wyniku czego otwiera się
zawór przelewowy i część cieczy upuszczana jest do zbiornika, a reszta dochodzi do cylindra.
Efektem tej mniejszej ilości doprowadzonej cieczy jest wymagana mniejsza prędkość tłoka.
Zmieniając wielkość szczeliny zaworu dławiącego reguluje się prędkość tłoka.
Zawory odcinające stosuje się w układach zasilająco-spływowych obudów ścianowych
zmechanizowanych. Służą one do przepuszczania lub zamykania przepływu cieczy roboczej
pod ciśnieniem. Mogą mieć również zastosowanie w innych urządzeniach, gdzie jest
wymagane okresowe zamykanie przepływu cieczy. Zawory odcinające mają konstrukcję
kulową. Zawór odcinający (rys. 27) składa się z kadłuba z osadzoną wewnątrz kulą mającą
otwór dla przepływu cieczy. Kula osadzona jest w dwóch pierścieniach z tworzywa
sztucznego, które szczelnie dolegają do powierzchni kuli i zamykają przepływ cieczy.
Zamykanie i otwieranie przepływu cieczy roboczej odbywa się przez obrót kuli o 90° za
pomocą dźwigni zamocowanej na trzpieniu osadzonym obrotowo i uszczelnionym w kadłubie
zaworu. Kadłub ma z jednej strony gniazdo, a po przeciwnej wtyk o tej samej wielkości.
W układzie hydraulicznym kompletu ścianowego zawory odcinające stosuje się na
przewodach magistralnych zasilających i spływowych. W układzie hydraulicznym zestawu
obudowy zawór odcinający zabudowany jest na połączeniu zestawu z magistralą zasilającą
i na połączeniu przestrzeni podtłokowych przesuwników korekcyjnych osłon bocznych
z rozdzielaczami blokowymi. Zawory te służą do utrzymania stanu rozsunięcia osłon
bocznych. Zawór odcinający jest prosty w budowie i obsłudze oraz pewny w działaniu,
jednak jak wszystkie zawory z uszczelnieniem na styku metal - tworzywo jest czuły na
zanieczyszczenia znajdujące się w cieczy roboczej.
Rys. 27. Zawór odcinający [5, s.148]
Zawory sterujące ciśnieniem tzw. zawory ciśnieniowe, dzielą się na dwie podgrupy:
– zawory ograniczające ciśnienie,
– regulatory hydrauliczne ciśnienia.
Zawory ograniczające ciśnienie dzielą się na następujące rodzaje:
– maksymalne (bezpieczeństwa i przelewowe),
– kolejności działania (tzw. przełączające),
– proporcjonalne.
Regulatory hydrauliczne ciśnienia mogą być:
– redukcyjne (zawory redukcyjne, dwu- lub trójdrogowe),
– różnicowe,
– proporcjonalne.
Zawory ograniczające ciśnienie spełniają następujące funkcje:
– zabezpieczają układ hydrauliczny przed wzrostem ciśnienia ponad nastawioną wartość,
– utrzymują w przewodzie dopływowym ciśnienie o nastawionej wartości,
– sterują sekwencyjnie pracą dwu lub więcej obwodów hydraulicznych zasilanych jedną
pompą,

39
– utrzymują stały stosunek ciśnień strumieni dopływającego, odpływającego i sterującego.
Zawory maksymalne w zależności od spełnianej funkcji dzielą się na zawory:
– bezpieczeństwa,
– przelewowe.
W zależności od sposobu działania zawory maksymalne mogą być:
– bezpośredniego działania,
– pośredniego działania.
W zaworach bezpośredniego działania na element sterujący działa bezpośrednio ciśnienie
sterowania (zawory jednostopniowe), w zaworach pośredniego działania uruchamianie
elementu sterującego następuje dopiero po zadziałaniu dodatkowego zaworu, tzw. zaworu
wstępnego, który stanowi pierwszy stopień. Zawory pośredniego działania są zatem zaworami
dwustopniowymi. Umożliwiają one zastosowanie zdalnej regulacji, co jest wykorzystywane
m.in. w układach hydraulicznych nowoczesnych obudów zmechanizowanych.
Zawory bezpieczeństwa stosuje się w każdym układzie hydraulicznym przekładni
hydrostatycznej, Ich zadaniem jest ograniczenie wartości ciśnienia i niedopuszczenie do
nadmiernego wzrostu ciśnienia, które mogłoby spowodować zniszczenie elementów układu
hydraulicznego lub elementów maszyny roboczej, w której zastosowano napęd
hydrostatyczny. Ograniczając ciśnienie ogranicza się moment obrotowy silnika
hydraulicznego napędzającego maszynę roboczą, który jest funkcją tego ciśnienia. Zawory
bezpieczeństwa spełniają szczególnie ważne zadanie w obudowie hydraulicznej. Zawór
bezpieczeństwa ograniczając wartość ciśnienia ogranicza tu jednocześnie wartość siły
działania siłowników (stojaków hydraulicznych), czyli podporności roboczej stojaków, co jest
podstawowym warunkiem prawidłowej współpracy obudowy z górotworem. W razie
nadmiernego wzrostu nacisku górotworu na obudowę ciśnienie cieczy w stojakach
hydraulicznych wzrasta powyżej wartości, na jaką nastawiany jest zawór bezpieczeństwa,
zawór ten otwiera się przepuszczając niewielką ilość cieczy i stojaki hydrauliczne obniżają
się, dzięki czemu zmniejsza się nacisk jaki górotwór wywiera na obudowę.
Zawory przelewowe służą do utrzymania w przewodzie dopływowym wymaganej
maksymalnej wartości ciśnienia przy jednoczesnym ciągłym przepływie cieczy przez zawór.
Stosuje się je powszechnie w celu przepuszczania do zbiornika nadmiaru tłoczonej cieczy,
gdy wydajność pompy przewyższa zapotrzebowanie (np. w razie zastosowania dodatkowej
pompy zębatej podającej ciecz do zasadniczej pompy tłoczkowej lub przy regulacji prędkości
obrotowej silnika przez dławienie cieczy dostarczanej pompą stałej wydajności) albo też
w celu utrzymania w układzie hydraulicznym określonego ciśnienia, np. dla przeciwdziałania
sile grawitacyjnej podniesionych części maszyn, ochrony układu hydraulicznego przed
zapowietrzeniem itp.
W zależności od kształtu elementu zamykającego, zawory przelewowe mogą być
kulkowe, grzybkowe, suwakowe i płytkowe, Zasada działania zaworów przelewowych nie
odbiega od zasady działania zaworów bezpieczeństwa; symbol graficzny obu rodzajów
zaworów jest taki sam.
Spośród wielu typów zaworów bezpieczeństwa do omówienia budowy i działania
wybrano uproszczony zawór kulkowy. Budowę zaworu przedstawiono na rys. 28.
Rys. 28. Zawór bezpieczeństwa [3, s.43]

40
W kadłubie zaworu wykonane jest gniazdo, w którym umieszczona jest kulka zaworu,
dociskana do niego sprężyną. Nacisk sprężyny na kulkę ustalony jest wkrętem regulacyjnym
w zależności od wymaganego ciśnienia.
Zasada działania zaworu. W zabudowanym w obiegu hydraulicznym zaworze
bezpieczeństwa ciecz hydrauliczna pod ciśnieniem przepływa zgodnie z pokazanymi na
rys. 16 strzałkami zaczernionymi i równocześnie ciśnie na kulkę. Kulka dociskana do gniazda
nie pozwala na przepływ cieczy do zbiornika. W chwili gdy siła powstała z działania ciśnienia
cieczy na kulkę stanie się większa od siły oddziaływania na nią sprężyny, kulka uniesie się
umożliwiając przepływ cieczy do zbiornika. Po nagłym wypływie cieczy ciśnienie spada i siła
sprężyny dociska kulkę do gniazda, zamykając przepływ. Tak działająca kulka nie pozwala na
wzrost ciśnienia ponad ciśnienie ustalone dociskiem sprężyny.
Zawory kolejności działania, zwane również przełączającymi, sterują sekwencyjnie
pracą dwu lub więcej obudów hydraulicznych zasilanych jedna pompą. Mogą one także:
– zasilać inne obwody po osiągnięciu ustalonej wartości ciśnienia w obwodzie głównym
(zawory przyłączające),
– łączyć obwód główny ze spływem po osiągnięciu w obwodzie zasilającym ustalonej
wartości ciśnienia (zawory automatycznego rozładowania).
Zawory proporcjonalne stosuje się w celu utrzymania stałego stosunku wartości ciśnień
strumieni doprowadzanego do zaworu, odprowadzanego z niego i strumienia sterującego.
Regulatory hydrauliczne ciśnienia maja za zadanie utrzymanie stałej zadanej:
– wartości ciśnienia w kanale odpływowym niezależnie od wartości ciśnienia w kanale
dopływowym,
– różnicy ciśnień między kanałem dopływowym i odpływowym, zachowanie stałego
zadanego stosunku wartości ciśnień strumieni dopływającego, odpływającego
i sterującego.
Zależnie od spełnianych funkcji regulatory hydrauliczne ciśnienia dzielą się na:
redukcyjne, różnicowe i proporcjonalne.
Zawory sterujące natężeniem przepływu dzielą się na cztery zasadnicze podgrupy:
– zawory dławiące,
– regulatory przepływu,
– dzielniki strumienia,
– zawory dozujące.
Zadaniem tych zaworów jest oddziaływanie na natężenie przepływu cieczy roboczej lub
na ilość cieczy dostarczanej do odbiornika.
Zawory dławiące należą do elementów układu hydraulicznego, których zadaniem jest
ograniczenie ilości przepływającej przez nie cieczy i służą do regulacji prędkości. Zawory
dławiące mogą być o oporze lepkościowym (suwakowe, iglicowe) bądź bezwładnościowym
(płytkowe, kryzowe). Zawory dławiące mogą być ponadto nastawne i nie nastawne.
Zasada działania zaworu polega na przepuszczaniu strumienia cieczy przez tzw. dławik,
tj. szczelinę o odpowiednio dobranym, stałym lub regulowanym przekroju, stwarzającą opór
przepływu, dzięki któremu przez dławik przepływa tylko ustalona ilość cieczy, a reszta
tłoczona pompą przez zawór przelewowy wraca do zbiornika. Ilość przepływającego przez
dławik oleju w jednostce czasu zależy od przekroju i kształtu szczeliny, spadku ciśnienia
w szczelinie oraz lepkości i temperatury oleju. Najprostszym dławikiem stałym jest
zmniejszenie przekroju w systemie przewodów, jak np. wstawienie w ciąg przewodów
kawałka rury o mniejszej średnicy.

41
W obiegach hydraulicznych obok stałych zaworów dławiących, w postaci dysz o stałym
otworze, stosuje się również zawory dławiące, które umożliwiają regulację ilości
przepływającej cieczy. Budowę zaworu o regulowanej szczelinie pokazano na rys. 29. Jest to
prosty zawór igłowy.
Rys. 29. Zawór dławiący [3, s.47]
Wielkość przepływu reguluje się przez wkręcanie lub wykręcanie dławika igłowego. Po
każdej regulacji należy zabezpieczyć jego położenie przez dokręcenie nakrętki ustalającej.
Przy stosowaniu zaworów dławiących należy zwrócić uwagę, że jest to nieekonomiczny
sposób regulacji przepływu, gdyż powoduje straty energii na dławieniu, która zamieniając się
w ciepło powoduje niepotrzebne nagrzewanie się oleju.
Regulatory przepływu oddziałują na wartość natężenia przepływu cieczy roboczej do
silnika, aby prędkość obrotowa silnika lub prędkość ruchu postępowego siłownika była stała
i utrzymywała się na ustalonym poziomie niezależnie od zakłóceń, np. zmian obciążenia
silnika lub niewielkich zmian wydajności pompy zasilającej.
Dzielniki strumienia rozdzielają strumień zasilający pompy na dwa strumienie
doprowadzane do dwóch odbiorników, co umożliwia uzyskanie ustalonych prędkości tych
odbiorników (prędkości obrotowych silników obrotowych lub prędkości ruchu postępowego
siłowników).
Zawory dozujące utrzymują stałą ilość cieczy roboczej podawanej do odbiornika w celu
zapewnienia drogi lub kąta przemieszczania organów wykonawczych o wartości ściśle
zaprogramowanej, niezależnie od obciążenia.
Elementy pomocnicze
Oprócz podstawowych elementów napędu hydrostatycznego, jak pompy, silniki
i elementy sterowania, każdy układ hydrauliczny ma różne elementy pomocnicze służące do
czyszczenia cieczy, przechowywania jej, przesyłania itp. Do takich elementów należą filtry
cieczy roboczej, akumulatory hydrauliczne, zbiorniki, wymienniki ciepła, przewody, łączniki
hydrauliczne i inne. W niniejszym rozdziale opisano najważniejsze elementy pomocnicze
stosowane w napędach hydrostatycznych maszyn górniczych.
Filtry hydrauliczne
Zadaniem filtrów jest czyszczenie cieczy roboczej przez zatrzymywanie ciał stałych
o rozmiarach większych od ustalonych.
Zanieczyszczeniami cieczy roboczej określa się obce ciała, które znajdują się w cieczy
wypełniającej układ hydrauliczny. Ze względu na pochodzenie zanieczyszczenia mogą być:
pierwotne (bezpośrednie) i wtórne (pośrednie).
Zanieczyszczenia pierwotne powstają podczas wytwarzania cieczy, jej przechowywania,
transportu i napełniania nią układu hydraulicznego. Zanieczyszczenia wtórne powstają
w czasie pracy cieczy roboczej w układzie hydraulicznym wskutek starzenia się cieczy,
zapylenia instalacji oraz zużycia współpracujących elementów napędu hydraulicznego.
Zanieczyszczenia mogą być stałe lub ciekłe. Do zanieczyszczeń stałych należą cząstki
minerałów oraz metali i ich tlenków, jak również cząstki farb i lakierów stosowanych do

4.03

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Viewers also liked

Viewers also liked (15)

Similar to 4.03

Similar to 4.03 (20)

4.03