Определение за хидравлични и пневматични системи

Актуализирано на 08 февруари 2019 г.

От Джим Удраф

Прегледано от: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Хидравлични и пневматични устройства са навсякъде около нас. Те се използват в производството, транспорта, оборудването за земни работи и обикновени превозни средства, които виждаме всеки ден.

Спирачките на вашия автомобил се управляват хидравлично; камионът за боклук, който минава ежеседмично до къщата ви, използва хидравлична мощност за уплътняване на боклука. Вашият механик използва хидравличен асансьор, когато работите от долната страна на колата си.

Пневматичните системи са еднакво широко разпространени. Камионите и автобусите използват спирачки с въздушно задвижване. Бояджиите за пръскане използват сгъстен въздух за разпространение на боята. Някога дразнели ли сте се сутрин от звука на чук? Това е пневматична машина, която работи усилено, използвайки сгъстен въздух.

През 1647 г. френският математик Блез Паскал разработва принцип на механиката на течностите, известен като закон на Паскал. Той гласи, че когато се прилага налягане във всяка точка на затворена течност, налягането ще се увеличава еднакво във всяка точка на контейнера. Колкото и объркано да звучи този принцип, той е в основата на работата на хидравличната система.

Да предположим, че имате кух цилиндър, който има бутало с площ 2 квадратни инча и той получава входна сила от 100 паунда. Това води до налягане от 50 паунда на квадратен инч (100 паунда / 2 квадратни инча).

Това налягане преминава от хидравличната трансмисионна система към друг цилиндър, известен като задвижващ механизъм, който има бутало с площ 6 квадратни инча. При 50 psi този цилиндър вече има изходна сила от 300 фунта (50 psi X 6 квадратни инча).

Законът на Паскал дава предимството на хидравличните системи. Минималният вход към малко устройство може да доведе до по-голяма мощност при по-голям изпълнителен механизъм. Това е прост начин за умножаване на изходната сила, достатъчна за справяне с големи натоварвания.

Тъй като хидравличните системи могат да работят при налягания до няколко хиляди psi, изходната сила на задвижването може да бъде огромна. С този по-висок изход на сила, механичният задвижващ механизъм вече има мощността да изпълнява тежки повдигащи, тласкащи и движещи се задачи, като земни работи.

Хидравличната система използва предавателна мрежа за пренасяне на течност под налягане, която задвижва хидравличните задвижващи механизми. Хидравличната течност получава налягането си от помпа, задвижвана от първостепенен двигател, като например електрически мотор или газов / дизелов двигател. Маслото под налягане се филтрира, измерва и изтласква през предавателната система към задвижващ механизъм, за да извърши някакво действие. След това течността се връща под ниско налягане в резервоар, където се почиства и филтрира, преди да се върне в помпата.

Хидравличните системи се използват в производствени и производствени предприятия, като стоманодобивната и автомобилната промишленост, за работа с всички видове механично оборудване. Те се използват за преместване, бутане и повдигане на материали в индустрии като минното дело, земните работи и строителството.

Хидравлично масло - Хидравличните течности са несвиваеми и имат ниски точки на възпламеняване.

Резервоар - Резервоарът задържа течността за системата. Той има място за разширяване на течността, пропуска въздуха, задържан в течността, и помага на течността да се охлади. Течността тече от резервоара към помпата, която го изтласква през тръбопроводна мрежа и в крайна сметка обратно към резервоара.

Филтриращи устройства - Малки метални частици и други чужди вещества обикновено намират път в течността. Хидравличната система използва няколко филтъра и филтри за отстраняване на тези чужди частици. Замърсяването с течности е един от най-честите източници на проблеми в хидравличната система.

Основен двигател - Електродвигатели или дизелови двигатели, задвижвани с газ, се използват за задвижване на флуидната помпа.

Помпа - Помпата изтегля течността от резервоара и я принуждава през регулиращ налягането клапан и извежда преносната мрежа към задвижващите механизми.

Съединители - Мрежа, състояща се от тръби, тръби и гъвкави маркучи, транспортира течността до механичните задвижващи механизми.

Клапани - Различни клапани контролират количеството на течността, нейното налягане и посока.

Задвижващи механизми - Задвижващите механизми са устройствата, които извършват работни движения. Те могат да бъдат ротационни, като хидравличен мотор, или линейни, като цилиндър.

Хидравличната система има многобройни предимства пред пневматичните и други видове механични задвижващи системи, тъй като тя:

• Използва малки компоненти за прехвърляне на големи сили с постоянна изходна мощност.
• Има задвижващи механизми, които са способни на точно позициониране.
• Може да се стартира при големи първоначални натоварвания.
• Произвежда равномерни и плавни движения при различни натоварвания, тъй като течностите не са сгъстими и скоростите на потока могат да бъдат контролирани точно с клапани.
• Осигурява постоянна мощност при умерени скорости в сравнение с пневматичните системи.
• Лесно се управлява и регулира с клапани за налягане, насочване и контрол на потока.
• Разсейва топлината лесно и бързо.
• Изпълнява се добре в гореща среда.

• Помпите, клапаните, преносните мрежи и изпълнителните механизми са скъпи.
• Те могат да замърсят работното място с течове, които могат да причинят инциденти или пожари.
• Те не са подходящи за колоездене при високи скорости.
• Хидравличните течности са чувствителни към замърсяване и трябва да се тестват редовно.
• Разкъсванията на тръбопроводи с високо налягане могат да причинят наранявания.
• Работата на хидравличните течности е функция на промените в температурата, които могат да причинят промени в вискозитета.

Най-често срещаните хидравлични течности са на базата на минерални масла, полиалфаолефини и фосфатни естери поради ниската им свиваемост. Водата не е подходяща, защото може да замръзне при ниски температури и да кипи в среда с висока температура. Водата също може да причини корозия и ръжда.

1. Предавайте мощност и сила през проводникови линии към изпълнителни механизми, за да извършите работно движение.
2. Смажете компонентите, устройствата, клапаните и задвижващите механизми във веригата.
3. Действайте като охлаждаща течност, като прехвърляте топлина от всякакви горещи точки в системата.
4. Уплътнете хлабините между движещите се части, за да увеличите ефективността и да намалите топлината от излишните течове.

Някои от свойствата и характеристиките на хидравличната течност са както следва:

Вискозитет - Вискозитетът е вътрешното съпротивление на течността да тече. Той се увеличава с повишаване на температурата. Приемливата хидравлична течност трябва да може да осигури добро уплътнение на буталото, клапаните и помпите, но да не е толкова дебела, че да възпрепятства потока на течността.

Течностите с висок вискозитет могат да доведат до загуба на мощност и по-високи работни температури. Твърде тънка течност може да причини прекомерно износване на движещи се части.

Химична стабилност - Хидравличната течност трябва да е химически стабилна. Той трябва да устои на окисляване и да бъде стабилен при тежки работни условия, като високи температури. Работата за дълги периоди от време при високи температури може да съкрати полезния живот на течността.

Точка на възпламеняване - Точка на възпламеняване е температурата, когато течността се превръща в пара в достатъчен обем, за да се запали или да мига в контакт с пламък. Хидравличните течности се нуждаят от висока точка на възпламеняване, за да се противопоставят на горенето и да покажат ниска степен на изпарение при нормални температури.

Пожарна точка - Пожарна точка е температурата, при която течността се изпарява в достатъчен обем, за да се запали, когато е изложена на пламък и продължи да гори. Както при точката на възпламеняване, приемливата хидравлична течност трябва да има висока точка на пожар.

Пневматичните системи са като хидравлични системи, но те използват сгъстен въздух вместо течност за предаване на мощност. Те разчитат на постоянен източник на сгъстен въздух за контрол на енергията и задействане на устройствата за движение.

Производствените предприятия използват сгъстен въздух за задвижване на пневматични бормашини и преси и за повдигане на предмети и преместване на материали. Производствените цехове използват пневматична машина за задържане на недовършени продукти за операции по заваряване, спояване и формоване.

Компресор за въздух - Въздушният компресор извлича въздух от атмосферата, поставя го под налягане и съхранява сгъстения въздух в резервоар за изпускане в предавателната система.

Главен шофьор - Основен драйвер, като електродвигател или двигател с газ, осигурява мощност на въздушен компресор.

Контролни устройства - Клапани регулират налягането и контролират потока и посоката.

Резервоар за въздух - Резервоар задържа сгъстен въздух за подаване към механични устройства.

Задвижващи механизми - Това са устройства, които поемат енергията от сгъстен въздух и я преобразуват в механични движения.

Предавателна система - Мрежа от тръби и тръби транспортира сгъстения въздух към изпълнителни механизми.

Ефективност - Доставката на въздух е безплатна и неограничена. Сгъстеният въздух е лесен за съхранение, транспортиране и може да бъде пуснат в околната среда без скъпи обработки.

Опростен дизайн - Конфигурацията и компонентите на пневматичната система имат опростен дизайн и са лесни за поддръжка. Те са по-трайни и не могат лесно да бъдат повредени.

Възможността да се работи при по-високи скорости - Пневматичните системи могат да работят със задвижващи механизми при по-бързи цикли, като например в производствените линии за опаковки. Линейните и трептящи движения са лесни за регулиране чрез използване на регулиращ налягането клапан за контрол на дебита и налягането.

Чистота - Няма риск от изтичане на хидравлични течности, които замърсяват околната среда. Пневматичните системи са предпочитани на работните места, които се нуждаят от високо ниво на чистота. Устройствата за отработен въздух почистват въздуха, който се изпуска обратно в атмосферата.

По-малко скъпо - Пневматичните компоненти са по-евтини, а сгъстеният въздух е широко достъпен в производствените райони. Разходите за поддръжка са по-ниски в сравнение с хидравличните системи.

По-безопасно за работа - Пневматичните системи са безопасни за използване в запалима среда без опасности от пожар или експлозии. Пневматичните компоненти не прегряват и не се запалват при претоварване.

Може да функционира в сурови условия - Прахът, високите температури и корозивната среда имат по-малък ефект върху пневматичните системи в сравнение с хидравликата.

Намалена мощност - Пневматичните системи обикновено работят при по-малко от 150 psi и осигуряват по-малко обща сила на задвижващите механизми. Пневматичните цилиндри обикновено са малки и нямат силата да се справят с големи товари.

Шумно - Въздушните компресори генерират повече шум и сгъстеният въздух е шумен, когато се освободи от задвижващите механизми.

Грубо движение - Тъй като въздухът е сгъстим, движението на пневматичните задвижки може да бъде грубо, което намалява точността на движенията на системата. Скоростите на буталата са неравномерни. Хидравличните движения са по-плавни.

Нуждаете се от предварителна обработка на въздуха - Преди употреба въздухът се нуждае от обработка за отстраняване на частици вода и прах. Ако това не бъде направено, увеличеното триене между управляващите устройства и движещите се компоненти ще износи частта и ще изисква преждевременен ремонт или подмяна.

Хидравличните задвижващи механизми са по-подходящи за операции, които се нуждаят от голяма сила. Те са здрави и могат да произвеждат сили до 25 пъти по-големи от пневматично задвижване със същия размер бутало. Хидравличните системи могат да работят и до 4000 psi. Пневматичните изпълнителни механизми обикновено са под 150 psi.

Свиваемостта на загубите на въздух и налягане намалява ефективността на пневматичните системи. Компресорът трябва да работи непрекъснато, за да поддържа налягане в тръбопроводите, дори когато задвижванията не се движат; хидравличните системи могат да поддържат постоянно налягане, без да работи помпата.