Definition af hydrauliske og pneumatiske systemer

Opdateret 8. februar 2019

Af Jim Woodruff

Bedømt af: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Hydrauliske og pneumatiske enheder er overalt omkring os. De bruges til fremstilling, transport, jordredskabsudstyr og almindelige køretøjer, vi ser hver dag.

Bremserne på din bil betjenes hydraulisk; skraldebilen, der passerer ugentligt forbi dit hus, bruger hydraulisk kraft til at komprimere affald. Din mekaniker bruger en hydraulisk lift, når du arbejder på undersiden af ​​din bil.

Pneumatiske systemer er lige så udbredte. Lastbiler og busser bruger luftaktiverede bremser. Spraymalere bruger trykluft til at sprede maling. Har du nogensinde været irriteret om morgenen af ​​lyden af ​​en jackhammer? Det er en pneumatisk maskine, der er hårdt på arbejde ved hjælp af trykluft.

I 1647 udviklede den franske matematiker Blaise Pascal et princip om fluidmekanik kendt som Pascals lov. Det hedder, at når der påføres et tryk på et hvilket som helst punkt i en lukket væske, vil trykket stige ens ved hvert punkt i beholderen. Så indviklet som dette princip kan lyde, er det grundlaget for driften af ​​et hydraulisk system.

Antag at du har en hul cylinder, der har et stempel med et areal på 2 kvadratcentimeter, og den modtager en inputkraft på 100 pund. Dette resulterer i et tryk på 50 pund pr. Kvadrat tomme (100 pund / 2 kvadrat tommer).

Dette tryk overføres af det hydrauliske transmissionssystem til en anden cylinder, kendt som en aktuator, som har et stempel med et areal på 6 kvadrat inches. Ved 50 psi har denne cylinder nu en outputkraft på 300 pund (50 psi X 6 kvadrat inches).

Pascals lov giver hydrauliske systemer deres fordel. En minimal indgang til en lille enhed kan resultere i en større kraftudgang i en større aktuator. Det er en enkel måde at multiplicere outputkraften tilstrækkelig til at håndtere tunge arbejdsbelastninger.

Da hydrauliske systemer kan fungere ved tryk op til flere tusinde psi, kan udgangskraften ved aktuatoren være enorm. Med denne højere kraftudgang har den mekaniske aktuator nu beføjelse til at udføre tunge løft-, skubbe- og bevægelsesopgaver såsom jordarbejde.

Et hydraulisk system bruger et transmissionsnet til at transportere en trykvæske, der driver hydrauliske aktuatorer. Den hydrauliske væske får sit tryk fra en pumpe, der drives af en primær motor, såsom en elektrisk motor eller en gas / dieselmotor. Olien under tryk filtreres, måles og skubbes ud gennem transmissionssystemet til en aktuator for at udføre en eller anden handling. Derefter vender væsken tilbage under lavt tryk til et reservoir, hvor det rengøres og filtreres, før det vender tilbage til pumpen.

Hydrauliske systemer anvendes i produktions- og produktionsanlæg, såsom stål- og bilindustrien, til at betjene alle typer mekanisk udstyr. De bruges til at flytte, skubbe og løfte materialer i industrier som minedrift, jordarbejde og byggeri.

Hydraulikolie - Hydrauliske væsker er ikke komprimerbare og har lave flammepunkter.

Et reservoir - Reservoiret holder væsken til systemet. Det har plads til væskeekspansion, lader luft medtaget i væsken slippe ud og hjælper væsken med at afkøle. Væske strømmer fra reservoiret til pumpen, som tvinger det ud gennem et rørnetværk og i sidste ende tilbage til reservoiret.

Filtreringsenheder - Små metalpartikler og andet fremmedlegeme finder normalt vej ind i væsken. Det hydrauliske system bruger flere filtre og siler til at fjerne disse fremmede partikler. Væskeforurening er en af ​​de mest almindelige kilder til problemer i et hydraulisk system.

En primus motor - Elektriske motorer eller gasdrevne dieselmotorer bruges til at drive fluidpumpen.

En pumpe - Pumpen trækker væsken fra reservoiret og tvinger den gennem en trykreguleringsventil og ud transmissionsnetværket til aktuatorerne.

Stik - Et netværk bestående af rør, slanger og fleksible slanger transporterer væsken til de mekaniske aktuatorer.

Ventiler - Forskellige ventiler styrer væskestrømmen, dens tryk og retning.

Aktuatorer - Aktuatorer er de enheder, der udfører arbejdsbevægelser. De kan være roterende, såsom en hydraulisk motor eller lineære, som en cylinder.

Et hydraulisk system har adskillige fordele i forhold til pneumatiske og andre typer mekaniske drivsystemer, fordi det:

• Bruger små komponenter til at overføre store kræfter med ensartet effekt.
• Har aktuatorer, der er i stand til præcis positionering.
• Kan starte under tunge startbelastninger.
• Producerer jævn og jævn bevægelse under forskellige belastninger, da væskerne ikke er komprimerbare, og strømningshastigheder kan styres nøjagtigt med ventiler.
• Leverer ensartet effekt ved moderate hastigheder sammenlignet med pneumatiske systemer.
• Er let at styre og regulere med tryk-, retnings- og strømningsventiler.
• Forsvinder varmen let og hurtigt.
• Fungerer godt i varme omgivelser.

• Pumper, ventiler, transmissionsnet og aktuatorer er dyre.
• De kan forurene arbejdspladsen med lækager, som kan forårsage ulykker eller brand.
• De er ikke egnede til cykling i høje hastigheder.
• Hydrauliske væsker er følsomme over for snavsforurening og skal testes regelmæssigt.
• Brud på højtryksledninger kan forårsage kvæstelser.
• Ydelse af hydrauliske væsker er en funktion af temperaturændringer, som kan forårsage ændringer i viskositeten.

De mest almindelige hydrauliske væsker er baseret på mineralolier, polyalfaolefiner og phosphatestere på grund af deres lave kompressibilitet. Vand er ikke egnet, fordi det kan fryse i kolde temperaturer og koge i omgivelser med høj temperatur. Vand kan også forårsage korrosion og rust.

1. Overfør kraft og kraft gennem lederledninger til aktuatorer for at udføre en arbejdsbevægelse.
2. Smør komponenter, enheder, ventiler og aktuatorer i kredsløbet.
3. Handle som et kølevæske ved at overføre varme væk fra varme steder i systemet.
4. Forseglingsafstand mellem bevægelige dele for at øge effektiviteten og mindske varmen fra overskydende lækager.

Nogle af egenskaberne og egenskaberne ved en hydraulisk væske er som følger:

Viskositet - Viskositet er den indre modstand af en væske til at strømme. Det stiger, når temperaturen stiger. En acceptabel hydraulikvæske skal være i stand til at give en god tætning ved stempel, ventiler og pumper, men ikke være så tyk, at den forhindrer væskestrøm.

Væsker med høje viskositeter kan føre til effekttab og højere driftstemperaturer. En væske, der er for tynd, kan forårsage overdreven slid på bevægelige dele.

Kemisk stabilitet - En hydraulikvæske skal være kemisk stabil. Det skal modstå oxidation og være stabilt under svære driftsforhold, såsom høje temperaturer. At arbejde i lange perioder ved høje temperaturer kan forkorte væskens levetid.

Flammepunkt - Et flammepunkt er temperaturen, når en væske omdannes til en damp i et tilstrækkeligt volumen til at antænde eller blinke i kontakt med en flamme. Hydrauliske væsker har brug for et højt flammepunkt for at modstå forbrænding og udviser en lav grad af fordampning ved normale temperaturer.

Brandpunkt - Brandpunkt er temperaturen, hvor en væske fordamper i et tilstrækkeligt volumen til at antændes, når det udsættes for en flamme og fortsætter med at brænde. Som med flammepunktet skal en acceptabel hydraulikvæske have et højt brandpunkt.

Pneumatiske systemer er som hydrauliske systemer, men de bruger trykluft i stedet for en væske til at overføre kraft. De er afhængige af en konstant kilde til trykluft for at styre energi og aktivere bevægelsesenheder.

Produktionsanlæg bruger trykluft til at drive pneumatiske øvelser og presser og til at løfte genstande og flytte materialer. Fabrikationsbutikker bruger en pneumatisk maskine til at rumme ufærdige produkter til svejsning, lodning og formning.

Luftkompressor - Luftkompressoren trækker luft fra atmosfæren, sætter den under tryk og opbevarer trykluften i en tank til frigivelse til transmissionssystemet.

Hovedføreren - En primær driver, såsom en elektrisk motor eller en gasdrevet motor, leverer strømmen til en luftkompressor.

Kontrolenheder - Ventiler regulerer tryk og styrer flow og retning.

Lufttank - En tank holder trykluft til levering til mekaniske enheder.

Aktuatorer - Dette er enheder, der tager energien fra trykluft og omdanner den til mekaniske bevægelser.

Transmissionssystem - Et netværk af rør og slanger transporterer trykluften til aktuatorer.

Effektivitet - Luftforsyningen er gratis og ubegrænset. Trykluft er let at opbevare, transportere og kan frigives til miljøet uden dyre behandlinger.

Simpel design - Konfigurationen og komponenterne i et pneumatisk system har et enkelt design og er lette at vedligeholde. De er mere holdbare og beskadiges ikke let.

Evnen til at køre ved højere hastigheder - Pneumatiske systemer kan betjene aktuatorer i hurtigere cyklusser, såsom i emballageproduktionslinjer. Lineære og oscillerende bevægelser er lette at justere ved hjælp af en trykreguleringsventil til at kontrollere flowhastighed og tryk.

Renhed - Ingen risiko for lækage af hydrauliske væsker, der forurener miljøet. Pneumatiske systemer foretrækkes på arbejdspladser, der har brug for høje renhedsniveauer. Udsugningsanordninger renser luften, der frigives tilbage i atmosfæren.

Mindre dyrt - Pneumatiske komponenter er billigere, og trykluft er bredt tilgængelig i produktionsområder. Vedligeholdelsesomkostningerne er lavere sammenlignet med hydrauliske systemer.

Sikrere at betjene - Pneumatiske systemer er sikre at bruge i brandfarlige omgivelser uden fare for brand eller eksplosioner. Pneumatiske komponenter overophedes ikke eller antænder ikke, når de er overbelastede.

Kan fungere i barske miljøer - Støv, høje temperaturer og ætsende miljøer har mindre effekt på pneumatiske systemer sammenlignet med hydraulik.

Nedsat magt - Pneumatiske systemer fungerer typisk ved mindre end 150 psi og giver mindre total kraft på aktuatorer. Pneumatiske cylindre er normalt små og kan ikke håndtere tunge belastninger.

Støjende - Luftkompressorer genererer mere støj, og trykluft er støjende, når den frigøres fra aktuatorerne.

Grov bevægelse - Da luft er komprimerbar, kan bevægelsen fra pneumatiske aktuatorer være grov, hvilket reducerer nøjagtigheden af ​​systemets bevægelser. Stempelhastigheder er ujævne. Hydraulikbevægelser er glattere.

Brug for forbehandling af luft - Før brug skal luft behandles for at fjerne vand og støvpartikler. Hvis dette ikke er gjort, vil den øgede friktion mellem styreenhederne og bevægelige komponenter slides af delen og kræve for tidlig reparation eller udskiftning.

Hydrauliske aktuatorer er mere egnede til operationer, der har brug for stor kraft. De er robuste og kan producere kræfter op til 25 gange større end en pneumatisk aktuator med samme stempel. Hydrauliske systemer kan også fungere op til 4.000 psi. Pneumatiske aktuatorer er normalt mindre end 150 psi.

Komprimerbarheden af ​​luft og tryktab reducerer effektiviteten af ​​pneumatiske systemer. Kompressoren skal køre kontinuerligt for at opretholde trykket i ledningerne, selv når aktuatorerne ikke bevæger sig; hydrauliske systemer kan holde konstant tryk uden at pumpen kører.