Chvála tlaku: za hodně věcí vděčí lidé už staletí hydraulickým a pneumatickým zařízením
I když se s nimi setkáváme v běžném životě prakticky každý den - resp. využívají je zařízení, která jsou našimi každodenními souputníky, jen málokdo si uvědomuje, že hydraulické a pneumatické systémy jsou tu s námi už od dob starověkých civilizací. Jejich principy se po staletí nezměnily, jen nyní ve své moderní podobě využívají možností, jež jim nabídla moderní materiály a technologie, a výpočetní síla počítačové techniky, která dovedla prostřednictvím simulací jejich schopnosti a parametry téměř k dokonalosti.
Pneumatika a hydraulika jsou staršího data, než moderní automatizace, i když starořečtí konstruktéři a učenci, kteří se zasloužili o pojmenování jejich možností ve svých samočinných zařízeních - automatech, neboli automaton, jak je nazývali ve svém jazyce, je využívali. Takže “klasická” mechanická automatizace není zase tak o moc mladšího data.
Vzduch a kapaliny v našich službách
Pneumatika je založena na přeměně stlačeného vzduchu na mechanický pohyb - pneumatické válce, které jsou základem většiny těchto zařízení, převádějí tlakovou energii na kinetickou, a ta pak uvádí do pohybu nejrůznější systémy a soustavy a stroje. K oborům, které jsou typickými uživateli těchto zařízení, patří hlavně lehký průmysl, kde tvoří důležitou součást výrobních strojů.
Pneumatická zařízení jsou nenápadným všude přítomným zázrakem techniky - od jednoduchých pohonů v např. automatizačních konstrukcích, otvírání dveří v autobusech či vlacích, pneumatických bucharech a kladivech, až po celé dopravní systémy, využívané např. při přepravě sypkých materiálů apod. K nejznámějším příkladům využití pneumatických systémů patřila v minulém století např. potrubní pošta. Až do příchodu e-mailu to byl jeden z nejrychlejších způsobů doručování zásilek - a pokud jde o balíčky, resp. přepravu drobnějších fyzických předmětů, jako jsou třeba laboratorní vzorky apod., ani dnes by ji e-mail, umožňující jen posílání dokumentů v elektronické podobě, nemohl konkurovat. A nejsou to jen stroje - bez pneumatických prvků by Johan Sebastian Bach asi stěží zahrál své triumfální skladby - používají je třeba i varhany.
Hydraulika využívá pro změnu místo vzduchu či plynů pro technické účely mechanické vlastností tekutin. Teoretické základy ji pro to poskytuje mechanika tekutin - hydraulika využívá jak znalostí z hydrostatiky, tak i z hydromechaniky a studuje rovnováhu i pohyb tekutin, ale také vzájemné působení tekutin a tuhých těles. Tyto poznatky umožňují konstruktérům vytvářet výkonná hydraulická zařízení - hydraulika se dá využít prakticky ve všech oborech lidské činnosti. Hlavní výhodou hydraulických systémů je možnost přenášet skutečně velké síly a tlaky - ve srovnání s pneumatikou je to asi desetinásobně větší síla.
Typické hydraulické zařízení je definováno jako mechanický stroj, pracující na základě Pascalova zákona. Základem všech hydraulických systémů jsou dva písty, mezi nimiž je uzavřená kapalina (obvykle hydraulický olej). Síla, působící na první píst, vytváří v kapalině tlak, který se přenáší do všech míst kapaliny, tedy i k druhému pístu. Působí-li síla na jeden píst, kapalina ji přenese k druhému pístu, na který tlačí stejně velkým tlakem, takže - v závislosti na velikosti obsahu pístu - působí celkovou silou, která může být výrazně větší než byla původní síla působící na první píst. Síla se tedy nejen přenese, ale dokonce i zvětší.
A nejsou to jen hydraulické lisy, které jsou možná nejstarším hydraulickým systémem a představují jedno z nejrozšířenějších využití hydraulických principů, ale celá plejáda nejrůznějších zařízení. Od ovládání komponent a subsystémů vyžadujících k provozu velké síly, až po např. manipulační techniku schopnou díky hydraulickým systémům zvedat a přemísťovat i velmi těžké objekty – extrémním příkladem může být třeba stěhování celých budov na speciálních hydraulických plošinách. A byly to právě hydraulické mechanismy, které sehrály významnou roli při vytváření prvních konfigurací průmyslových robotů v 60. letech minulého století.
Systémy, které hýbou světem
Každý systém má své výhody i nevýhody. Pneumatické jsou bezpečné a relativně čistší (únik hydraulického oleje či kapaliny z hydraulického systému může kontaminovat okolí), ovšem hydraulické systémy jsou obvykle levnější, pokud jde o počáteční náklady a provoz. Pneumatické systémy mají většinou zase levnější součástky, vzhledem k tomu, že u nich není požadována tak vysoká zaručená odolnost jako u hydrauliky, pracující s extrémními tlaky (obvykle mezi 1000 - 5000 psi). Hydraulické systémy musí být mazány a vyžadují také častější kontrolu na úniky a pravidelnou výměnu filtrů, nabízejí však dosažení vysokého tlaku při relativně malé vstupní síle. Pneumatické systémy zase, vzhledem k tomu, že využívají vysoce stlačitelný vzduch, mohou mít problém s přesnou kontrolou a řízením v případech, kde je vyžadována velká rychlost a vysoce přesné pozicování. Řešením eliminujícím slabiny toho kterého systému může však být jejich kombinace, využívající silné stránky každého z nich.
V průmyslových oborech bychom ale asi jen stěží našli stroj, který přinejmenším nějaké součástky založené na využití pneumatických nebo hydraulických fyzikálních zákonů nevyužívá. Bez nich by se zastavila doprava, těžební práce, logistika, strojírenská výroba, nefungovaly by brzdy u vozidel a vlaků, ani ovládání letadel, čerpadla a kompresory, balicí a plnicí linky v potravinářském a farmaceutickém průmyslu i procesy v řadě dalších oborů. A na počátku toho všeho stáli všímaví lidé, kteří do našich služeb dokázali zapojit tlaky v plynech a kapalinách.
578
.gif)
