Pumpen sender olie frem, mens belastningen skaber tryk

Maskinens motor driver en hydraulikpumpe, der sender olie gennem systemet. Pumpens volumenstrøm er den mængde olie, der passerer pr. tidsenhed. Når føreren betjener et greb, leder styreventiler olien til den cylinder, der skal bevæge eksempelvis armen, og åbner samtidig en returvej for olien fra cylinderens modsatte side.

Trykket opstår, fordi olien møder modstand mod strømningen og bevægelsen. Ved et let armløft kræves mindre tryk end ved et løft med stor belastning, hvis armens stilling ellers er den samme. Pumpen leverer altså olie, mens belastningen er med til at bestemme, hvor stort tryk bevægelsen kræver.

De præcise pumpe- og ventilfunktioner varierer mellem gravemaskiner, men denne sammenhæng er fælles for almindelige hydrauliske cylindersystemer.

Stemplets areal bestemmer kraft og bevægelseshastighed

Inde i cylinderen virker olietrykket på en flade. Det kaldes det virksomme stempelareal. Kraftbidraget fra hver side findes ved at gange trykket med det areal, olien påvirker. Nettokraften afhænger af begge siders tryk og arealer; friktion reducerer den kraft, som cylinderen kan afgive.

En større cylinder kan derfor udvikle mere kraft ved samme tryk. Til gengæld skal den modtage mere olie for at bevæge sig samme afstand. Hvis to cylindre med forskellige stempelarealer får samme volumenstrøm, bevæger stemplet i den største cylinder sig langsommere. Større kraft kommer her med et større behov for olie pr. bevægelse.

Stempelstangen optager plads på den ene side af stemplet. Olien har derfor et mindre areal at trykke på, når cylinderen trækker stangen ind, end når den skubber den ud. Ved ens tilført tryk og volumenstrøm giver indtrækningen ideelt mindre kraft, men højere hastighed. Modtryk og friktion påvirker det faktiske resultat.

Arm og led ændrer cylinderkraften ved skovlens tænder

Cylinderens kraft virker ikke direkte ved skovlens tænder. Stempelstangen trækker eller skubber i et ophæng, som drejer en maskindel omkring et led. Drejevirkningen afhænger både af kraften og af den vinkelrette afstand fra leddets centrum til kraftens virkelinje. Denne afstand fungerer som en momentarm.

Når armen eller skovlen drejer, ændres geometrien. Den samme cylinderkraft kan derfor give forskellig kraft ved tænderne i forskellige stillinger. Kraften påvirkes også af tændernes afstand til skovlens drejepunkt. Et bestemt hydrauliktryk kan således ikke oversættes til én uændret gravekraft gennem hele bevægelsen.

I et tænkt graveforløb skærer skovlen først gennem løs jord og møder derefter et fast lag. Her kan geometrien sætte tal på belastningen: Hvis modstandskraften ved tænderne er uændret, men dens vinkelrette afstand til skovlens drejepunkt fordobles, fordobles det nødvendige drejemoment. Hvis cylinderens egen momentarm samtidig er uændret, skal den også levere dobbelt så stor kraft. Skovlens stilling kan altså øge kravet til cylinderen, selv uden større modstandskraft fra jorden.

Trykgrænsen sætter en grænse for bevægelsen

Hydrauliksystemet tillader ikke, at trykket stiger ubegrænset. Trykbegrænsning beskytter komponenterne, eksempelvis gennem ventiler, der åbner ved et bestemt tryk, eller regulering, der reducerer pumpens levering. Hvis jorden kræver større cylinderkraft, end systemet kan levere i den aktuelle stilling, standser skovlen trods fortsat betjening af grebet.

Motorens tilgængelige effekt sætter også en grænse. Hydraulisk effekt afhænger af både tryk og volumenstrøm. Når trykbehovet vokser, kan pumpen derfor ikke nødvendigvis opretholde samme olielevering. Bevægelsen kan blive langsommere, selv om trykket og dermed den mulige cylinderkraft er højere end før.

Også maskinens støtte mod jorden begrænser arbejdet. En stor cylinderkraft kan løfte eller forskyde maskinen i stedet for at bryde jorden løs.