Menestyksen salaisuus

Hydraulinen pullotunkki pitää sisällään yksinkertaisen ja pelkistetyn hydraulijärjestelmän. Sen osia ovat pumppusylinteri, nestekanava, kaksi takaiskuventtiiliä, vapautusventtiili ja työsylinteri. Kuvasta on jätetty pois ruuvattava vapautusventtiili kanavineen. Yksinkertaisuudestaan huolimatta tämä hydraulinen järjestelmä moninkertaistaa ihmiskäden voiman. Kuva: Eveliina Aho

Hydrauliikka ei ole noussut merkittävään asemaan sattuman ansiosta. Menestyksen taustalla on hydrauliikan monet edut verrattuna vaihtoehtoisiin tapoihin rakentaa koneita.

Mikä sitten tekee nesteestä niin sopivan voimansiirtoon? Seuraavassa tärkeimmät:

Nesteen kulku ei ole riippuvainen putkien, kanavien tai säiliöiden muodoista. Edes sillä ei ole suurta merkitystä, onko putki suora, vai tekeekö se 180 asteen käännöksen. Tosin silloin, kun nesteen virtaus on hyvin voimakas, on kanavan muodoilla ja siinä olevilla kapeikoilla virtausta haittaava merkitys.

Nesteen kokoon puristumattomuus mahdollistaa erittäin tarkan ja täsmällisen voiman siirron. Esimerkiksi hydraulinen kappaletavaranosturi ei voisi toimia paineilman avulla, koska liikkeet olisivat vaikeasti hallittavissa ilman joustoliikkeen vuoksi. Juuri tässä suhteessa neste on ylivoimainen paineilmaan verrattuna.

Tämän ominaisuuden ansiosta mutkikkaatkin hydrauliset järjestelmät saadaan toimimaan hallitusti. Esimerkiksi auton jarrupolkimen painallus välittyy jokaiseen pyörään samansuuruisena voimana, vaikka niihin kaikkiin olisi eripituinen matka.

Toisaalta neste virtaa aina siihen suuntaan, missä vastus on pienin. Auton jarrut alkavat puoltaa, mikäli jonkin sylintereistä vaatii toisia suurempaa voimaa vaikkapa sylinterin korroosion takia.

Kaikkein yksinkertaisin mahdollinen pullotunkki voi helposti satakertaistaa pumpun männältä lähtevän voiman. Mekaanisessa voimansiirrossa vastaavan suuruinen voimanlisäys vaatisi useiden hammaspyörästöjen yhteen kytkemistä tai tavattoman pitkää vipuvartta.

Nestevoimansiirrossa liikesuuntien ja liikemuotojen vaihtelu on yksinkertaista. Esimerkiksi pyörivän liikkeen muuttaminen lineaariseksi ei vaadi kuin pumpun ja sylinterin. Asia hoituu tietysti myös sähköisesti tai mekaanisesti, mutta ei ollenkaan niin helposti kuin hydrauliikan avulla.

Nesteen avulla energiaa voidaan siirtää ja muuntaa yksinkertaisesti. Hydrauliset laitteet ovat yleensä pienikokoisia verrattuna vaikkapa mekaanisen voimansiirron vaihteistoihin ja muihin komponentteihin. Jopa sähkömoottorit ovat yleensä kookkaampia kuin vastaavan tehoiset hydraulimoottorit. Yksinkertaisuus merkitsee alhaisia valmistuskustannuksia.

Hydrauliikan tehohäviöt ovat hyvin vähäisiä niin kauan, kun pysytään pienissä virtauksissa ja kohtuullisissa paineissa. Kaikkein parhaiten tämä toteutuu, kun koneen osilta vaaditaan hitaasti ja harvakseltaan tapahtuvia liikkeitä.

Hydrauliikan etujen luetteloa voisi jatkaa vielä pitkään. Kuitenkaan hydraulinen voimansiirto ei ole mikään ongelmaton menetelmä.

Hydraulijärjestelmissä vallitsevat korkeat paineet edellyttävät tiivisteiltä paljon. Tiivisteiden täytyy mekaanisten rasitusten lisäksi sietää öljyjen ja niiden lisäaineiden kemiallisia vaikutuksia sekä lämpötilojen vaihteluita. Käytännössä on hyvin vaikeaa valmistaa niin pitkäikäisiä ja kestäviä tiivisteitä, ettei vuotoja jossain vaiheessa tulisi. Se on riski ympäristön kannalta ja erityisen hankala tämä asia on työskenneltäessä vesistöjen läheisyydessä.

Hydrauliikkaa ei kannata soveltaa kaikkialle. Jos esimerkiksi pyöritysliike on mahdollista siirtää suoralla pyörivällä akselilla käyttökohteeseen, on se energiataloudellisesti järkevämpää tehdä mekaanisesti. Hydrauliikan kannattavuus laskee myös siirtomatkan kasvaessa ja hyvin pitkillä siirtomatkoilla sähkön käyttö on edullisin ratkaisu.

Kun on tarpeen tuottaa vaikkapa suuria pyörintänopeuksia, alkavat virtaushäviöt pienentää hydrauliikan taloudellisuutta. Siksi esimerkiksi hydrostaattinen voimansiirto on järkevää vain hitaasti liikkuvissa työkoneissa, muttei autokäytössä moottoritienopeuksilla.

Sähkövoimansiirto on osoittautunut paremmin toimivaksi menetelmäksi hyvin suurten tehojen ollessa kyseessä. Tästä syystä esimerkiksi yli 2000 hv:n dieselveturit toimivat sähkövoimansiirron varassa samoin kuin laivojen suuret potkurilaitteistot