تعريف الأنظمة الهيدروليكية والهوائية

تم التحديث في 08 فبراير 2019

بواسطة جيم وودروف

راجعها: ميشيل سيدل ، بكالوريوس ، ليسانس الحقوق ، ماجستير في إدارة الأعمال

الأجهزة الهيدروليكية والهوائية في كل مكان حولنا. يتم استخدامها في التصنيع والنقل ومعدات تحريك التربة والمركبات الشائعة التي نراها كل يوم.

يتم تشغيل الفرامل في سيارتك هيدروليكيًا ؛ تستخدم شاحنة القمامة التي تمر أسبوعيًا بمنزلك الطاقة الهيدروليكية لضغط القمامة. يستخدم الميكانيكي الخاص بك مصعدًا هيدروليكيًا عند العمل على الجانب السفلي من سيارتك.

الأنظمة الهوائية منتشرة على قدم المساواة. تستخدم الشاحنات والحافلات الفرامل التي تعمل بالهواء. يستخدم الرسامون بالرش الهواء المضغوط لنشر الطلاء. هل شعرت بالغضب في الصباح من صوت آلة ثقب الصخور؟ إنها آلة تعمل بالهواء المضغوط تعمل بجد باستخدام الهواء المضغوط.

في عام 1647 ، طور عالم الرياضيات الفرنسي بليز باسكال مبدأ ميكانيكا الموائع المعروف باسم قانون باسكال. تنص على أنه عندما يتم تطبيق الضغط في أي نقطة في سائل محصور ، فإن الضغط سيزداد بالتساوي في كل نقطة في الحاوية. بقدر ما قد يبدو هذا المبدأ معقدًا ، فهو أساس تشغيل النظام الهيدروليكي.

لنفترض أن لديك أسطوانة مجوفة بها مكبس مساحتها 2 بوصة مربعة وتتلقى قوة إدخال تبلغ 100 رطل. ينتج عن هذا ضغط 50 رطلاً لكل بوصة مربعة (100 رطل / 2 بوصة مربعة).

يتم تمرير هذا الضغط بواسطة نظام النقل الهيدروليكي إلى أسطوانة أخرى ، تُعرف باسم المشغل ، والتي تحتوي على مكبس تبلغ مساحته 6 بوصات مربعة. عند 50 رطلاً لكل بوصة مربعة ، تمتلك هذه الأسطوانة الآن قوة إخراج تبلغ 300 رطل (50 رطل × 6 بوصات مربعة).

يمنح قانون باسكال الأنظمة الهيدروليكية ميزتها. يمكن أن يؤدي الحد الأدنى من الإدخال إلى جهاز صغير إلى إخراج قوة أكبر في مشغل أكبر. إنها طريقة بسيطة لمضاعفة قوة الخرج الكافية للتعامل مع أعباء العمل الثقيلة.

نظرًا لأن الأنظمة الهيدروليكية يمكن أن تعمل بضغوط تصل إلى عدة آلاف رطل لكل بوصة مربعة ، يمكن أن تكون قوة الخرج في المشغل ضخمة. مع ناتج القوة الأعلى هذا ، أصبح للمشغل الميكانيكي الآن القدرة على أداء مهام الرفع الثقيل والدفع والتحريك ، مثل تحريك التربة.

يستخدم النظام الهيدروليكي شبكة نقل لنقل سائل مضغوط يقود المشغلات الهيدروليكية. يحصل السائل الهيدروليكي على ضغطه من مضخة يتم تشغيلها بواسطة محرك رئيسي ، مثل محرك كهربائي أو محرك غاز / ديزل. يتم ترشيح الزيت المضغوط وقياسه ودفعه للخارج عبر نظام النقل إلى مشغل لأداء بعض الإجراءات. بعد ذلك ، يعود السائل تحت ضغط منخفض إلى خزان حيث يتم تنظيفه وتصفيته قبل العودة إلى المضخة.

تستخدم الأنظمة الهيدروليكية في مصانع التصنيع والإنتاج ، مثل صناعات الصلب والسيارات ، لتشغيل جميع أنواع المعدات الميكانيكية. يتم استخدامها لنقل ودفع ورفع المواد في صناعات مثل التعدين وجرف التربة والبناء.

الزيت الهيدروليكي - السوائل الهيدروليكية غير قابلة للانضغاط ولها نقاط وميض منخفضة.

خزان - الخزان يحتفظ بسائل النظام. لديها مساحة لتمدد السوائل ، وتسمح للهواء المحبوس في السائل بالهروب ويساعد السائل على التبريد. يتدفق السائل من الخزان إلى المضخة ، مما يجبره على الخروج عبر شبكة الأنابيب ، وفي النهاية ، يعود إلى الخزان.

أجهزة التصفية - عادة ما تجد الجسيمات المعدنية الصغيرة والمواد الغريبة الأخرى طريقها إلى السائل. يستخدم النظام الهيدروليكي العديد من المرشحات والمصافي لإزالة هذه الجزيئات الغريبة. يعد تلوث السوائل أحد أكثر مصادر المشكلات شيوعًا في النظام الهيدروليكي.

محرك رئيسي - تستخدم المحركات الكهربائية أو محركات الديزل التي تعمل بالغاز لتشغيل مضخة السوائل.

مضخة - تقوم المضخة بسحب السائل من الخزان وتجبره عبر صمام تنظيم الضغط وتخرج شبكة النقل إلى المشغلات.

موصلات - شبكة تتكون من أنابيب وأنابيب وخراطيم مرنة تنقل السائل إلى المشغلات الميكانيكية.

الصمامات - تتحكم الصمامات المختلفة في كمية تدفق السوائل وضغطها واتجاهها.

المحركات - المشغلات هي الأجهزة التي تؤدي حركات العمل. يمكن أن تكون دوارة ، مثل محرك هيدروليكي ، أو خطية ، مثل الأسطوانة.

يتمتع النظام الهيدروليكي بالعديد من المزايا التي يتفوق بها على الأنواع الهوائية والأنواع الأخرى من أنظمة القيادة الميكانيكية لأنه:

• يستخدم مكونات صغيرة لنقل قوى كبيرة مع خرج طاقة ثابت.
• لديها مشغلات قادرة على تحديد المواقع بدقة.
• قادر على بدء التشغيل تحت الأحمال الأولية الثقيلة.
• ينتج حركات متساوية وسلسة تحت أحمال متفاوتة لأن السوائل غير قابلة للضغط ويمكن التحكم في معدلات التدفق بدقة باستخدام الصمامات.
• يوفر قوة ثابتة بسرعات معتدلة مقارنة بالأنظمة الهوائية.
• من السهل التحكم والتنظيم باستخدام صمامات التحكم في الضغط والاتجاه والتدفق.
• تبدد الحرارة بسهولة وسرعة.
• يعمل بشكل جيد في البيئات الحارة.

• المضخات والصمامات وشبكات النقل والمحركات باهظة الثمن.
• يمكنهم تلويث مكان العمل بالتسريبات ، مما قد يتسبب في وقوع حوادث أو حرائق.
• إنها ليست مناسبة لركوب الدراجات بسرعات عالية.
• السوائل الهيدروليكية حساسة لتلوث الأوساخ ويجب اختبارها بانتظام.
• يمكن أن تسبب تمزق خطوط الضغط العالي إصابات.
• أداء السوائل الهيدروليكية هو دالة للتغيرات في درجة الحرارة ، والتي يمكن أن تسبب تغيرات في اللزوجة.

تعتمد السوائل الهيدروليكية الأكثر شيوعًا على الزيوت المعدنية والبولي ألفوليفينات وإسترات الفوسفات نظرًا لانضغاطها المنخفض. الماء غير مناسب لأنه يمكن أن يتجمد في درجات الحرارة الباردة ويغلي في البيئات ذات درجات الحرارة العالية. يمكن أن يسبب الماء أيضًا التآكل والصدأ.

1. ينقل الطاقة والقوة من خلال خطوط الموصلات إلى المشغلات لأداء حركة العمل.
2. قم بتشحيم المكونات والأجهزة والصمامات والمشغلات في الدائرة.
3. يعمل كمبرد عن طريق نقل الحرارة بعيدًا عن أي نقاط ساخنة في النظام.
4. مانع التسرب بين الأجزاء المتحركة لزيادة الكفاءة وتقليل الحرارة من التسربات الزائدة.

فيما يلي بعض خصائص وخصائص المائع الهيدروليكي:

اللزوجة - اللزوجة هي المقاومة الداخلية للسائل للتدفق. يزداد مع ارتفاع درجة الحرارة. يجب أن يكون السائل الهيدروليكي المقبول قادرًا على توفير ختم جيد للمكبس والصمامات والمضخات ولكن لا يكون سميكًا لدرجة أنه يعوق تدفق السائل.

يمكن أن تؤدي السوائل ذات اللزوجة العالية إلى فقد الطاقة وارتفاع درجات حرارة التشغيل. يمكن أن يتسبب السائل الرقيق جدًا في التآكل المفرط لأي أجزاء متحركة.

الاستقرار الكيميائي - يجب أن يكون السائل الهيدروليكي مستقرًا كيميائيًا. يجب أن تقاوم الأكسدة وتكون مستقرة في ظل ظروف التشغيل القاسية ، مثل درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن يؤدي التشغيل لفترات طويلة في درجات حرارة عالية إلى تقصير العمر الإنتاجي للسائل.

نقطة مضيئة - نقطة الوميض هي درجة الحرارة عندما يتحول المائع إلى بخار بحجم كافٍ للاشتعال أو الوميض عند التلامس مع اللهب. تحتاج السوائل الهيدروليكية إلى نقطة وميض عالية لمقاومة الاحتراق وإظهار درجة منخفضة من التبخر في درجات الحرارة العادية.

نقطة اطلاق النار - نقطة الحريق هي درجة الحرارة التي يتبخر فيها السائل بكميات كافية للاشتعال عند تعرضه للهب والاستمرار في الاحتراق. كما هو الحال مع نقطة الوميض ، يجب أن يكون للسائل الهيدروليكي المقبول نقطة اشتعال عالية.

تشبه الأنظمة الهوائية الأنظمة الهيدروليكية ، لكنها تستخدم الهواء المضغوط بدلاً من السوائل لنقل الطاقة. يعتمدون على مصدر ثابت للهواء المضغوط للتحكم في الطاقة وتحفيز أجهزة الحركة.

تستخدم مصانع التصنيع الهواء المضغوط لتشغيل المثاقب والمكابس الهوائية ورفع الأشياء ونقل المواد. تستخدم ورش التصنيع آلة تعمل بالهواء المضغوط لحمل المنتجات غير المكتملة لعمليات اللحام والنحاس والتشكيل.

ضاغط الهواء - يقوم ضاغط الهواء بسحب الهواء من الغلاف الجوي ، ويضغط عليه ويخزن الهواء المضغوط في خزان ليتم إطلاقه في نظام النقل.

رئيس السائق - يوفر المحرك الرئيسي ، مثل محرك كهربائي أو محرك يعمل بالغاز ، الطاقة لضاغط الهواء.

أجهزة التحكم - الصمامات تنظم الضغط والتحكم في التدفق والاتجاه.

خزان الهواء - خزان يحتوي على هواء مضغوط لإيصاله إلى الأجهزة الميكانيكية.

المحركات - هذه هي الأجهزة التي تأخذ الطاقة من الهواء المضغوط وتحولها إلى حركات ميكانيكية.

نظام النقل - شبكة من الأنابيب والأنابيب تنقل الهواء المضغوط إلى المشغلات.

كفاءة - تزويد الهواء مجاني وغير محدود. يسهل تخزين الهواء المضغوط ونقله ويمكن إطلاقه في البيئة دون الحاجة إلى علاجات مكلفة.

تصميم بسيط - تتميز مكونات ومكونات النظام الهوائي بتصميم بسيط ويسهل صيانتها. إنها أكثر متانة ولا تتلف بسهولة.

القدرة على العمل بسرعات أعلى - يمكن للأنظمة الهوائية تشغيل المحركات في دورات أسرع ، كما هو الحال في خطوط إنتاج التعبئة والتغليف. من السهل ضبط الحركات الخطية والمتذبذبة باستخدام صمام تنظيم الضغط للتحكم في معدل التدفق والضغط.

النظافة - لا يوجد خطر تسرب السوائل الهيدروليكية التي تلوث البيئة. يفضل استخدام الأنظمة التي تعمل بالهواء المضغوط في أماكن العمل التي تحتاج إلى مستويات عالية من النظافة. تقوم أجهزة هواء العادم بتنظيف الهواء الذي يتم إطلاقه مرة أخرى في الغلاف الجوي.

اقل تكلفة - المكونات الهوائية أقل تكلفة ، والهواء المضغوط متوفر على نطاق واسع في مناطق التصنيع. تكاليف الصيانة أقل مقارنة بالأنظمة الهيدروليكية.

أكثر أمانًا للعمل - أنظمة الهواء المضغوط آمنة للاستخدام في البيئات القابلة للاشتعال دون أخطار الحريق أو الانفجارات. لا ترتفع درجة حرارة المكونات الهوائية أو تشتعل فيها النيران عند التحميل الزائد.

قادرة على العمل في البيئات القاسية - الغبار ودرجات الحرارة المرتفعة والبيئات المسببة للتآكل لها تأثير أقل على الأنظمة الهوائية مقارنة بالمكونات الهيدروليكية.

انخفاض الطاقة - تعمل الأنظمة الهوائية عادة عند أقل من 150 رطل / بوصة مربعة وتوفر قوة إجمالية أقل في المحركات. عادة ما تكون الأسطوانات الهوائية صغيرة ولا تملك القدرة على التعامل مع الأحمال الثقيلة.

مزعج - تولد ضواغط الهواء مزيدًا من الضوضاء ، ويكون الهواء المضغوط صاخبًا عند إطلاقه من المشغلات.

حركة خشنة - لأن الهواء قابل للضغط ، يمكن أن تكون حركة المشغلات الهوائية خشنة ، مما يقلل من دقة حركات النظام. سرعات المكبس غير متساوية. حركات المكونات الهيدروليكية أكثر سلاسة.

تحتاج إلى معالجة مسبقة للهواء - قبل الاستخدام ، يحتاج الهواء إلى معالجة لإزالة جزيئات الماء والغبار. إذا لم يتم ذلك ، فإن الاحتكاك المتزايد بين أجهزة التحكم والمكونات المتحركة سوف يتلف الجزء ويتطلب إصلاحًا أو استبدالًا مبكرًا.

تعتبر المحركات الهيدروليكية أكثر ملاءمة للعمليات التي تحتاج إلى قوة عالية. إنها متينة ويمكن أن تنتج قوى تصل إلى 25 مرة أكبر من المشغل الذي يعمل بالهواء المضغوط بمكبس من نفس الحجم. يمكن أن تعمل الأنظمة الهيدروليكية أيضًا حتى 4000 رطل لكل بوصة مربعة. المشغلات الهوائية عادة ما تكون أقل من 150 رطل / بوصة مربعة.

تقلل انضغاطية الهواء وفقدان الضغط من كفاءة الأنظمة الهوائية. يجب أن يعمل الضاغط بشكل مستمر للحفاظ على الضغط في الخطوط حتى عندما لا تتحرك المحركات ؛ يمكن للأنظمة الهيدروليكية الاحتفاظ بضغط ثابت دون تشغيل المضخة.