Ορισμός Υδραυλικών & Πνευματικών Συστημάτων

Ενημερώθηκε στις 08 Φεβρουαρίου 2019

Από τον Jim Woodruff

Κριτική από: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Υδραυλικές και πνευματικές συσκευές είναι γύρω μας. Χρησιμοποιούνται στην κατασκευή, μεταφορά, χωματουργικό εξοπλισμό και κοινά οχήματα που βλέπουμε καθημερινά.

Τα φρένα στο αυτοκίνητό σας λειτουργούν υδραυλικά. το απορριμματοφόρο που περνά εβδομαδιαία από το σπίτι σας χρησιμοποιεί υδραυλική ισχύ για να συμπιέσει τα σκουπίδια. Ο μηχανικός σας χρησιμοποιεί υδραυλικό ανελκυστήρα όταν εργάζεται στην κάτω πλευρά του αυτοκινήτου σας.

Τα πνευματικά συστήματα είναι εξίσου διαδεδομένα. Τα φορτηγά και τα λεωφορεία χρησιμοποιούν αερόφρενα. Οι ζωγράφοι ψεκασμού χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα για να διαδώσουν το χρώμα. Ερεθίστηκε ποτέ το πρωί από τον ήχο ενός κομπρεσέρ; Αυτό είναι ένα πνευματικό μηχάνημα σκληρό στη δουλειά που χρησιμοποιεί πεπιεσμένο αέρα.

Το 1647, ο Γάλλος μαθηματικός Blaise Pascal ανέπτυξε μια αρχή της μηχανικής ρευστών γνωστή ως νόμος του Pascal. Δηλώνει ότι όταν εφαρμόζεται πίεση σε οποιοδήποτε σημείο σε ένα περιορισμένο ρευστό, η πίεση θα αυξάνεται εξίσου σε κάθε σημείο του δοχείου. Όσο περίπλοκη και αν ακούγεται αυτή η αρχή, είναι η βάση για τη λειτουργία ενός υδραυλικού συστήματος.

Ας υποθέσουμε ότι έχετε έναν κοίλο κύλινδρο που έχει ένα έμβολο με επιφάνεια 2 τετραγωνικών ιντσών και δέχεται δύναμη εισόδου 100 κιλών. Αυτό οδηγεί σε πίεση 50 κιλών ανά τετραγωνική ίντσα (100 λίβρες / 2 τετραγωνικές ίντσες).

Αυτή η πίεση μεταφέρεται από το υδραυλικό σύστημα μετάδοσης σε έναν άλλο κύλινδρο, γνωστό ως ενεργοποιητής, ο οποίος έχει ένα έμβολο με έκταση 6 τετραγωνικών ιντσών. Στα 50 psi, αυτός ο κύλινδρος έχει τώρα ισχύ εξόδου 300 λίβρες (50 psi X 6 τετραγωνικές ίντσες).

Ο νόμος της Pascal δίνει στα πλεονεκτήματά τους υδραυλικά συστήματα. Μια ελάχιστη είσοδος σε μια μικρή συσκευή μπορεί να οδηγήσει σε μεγαλύτερη ισχύ εξόδου σε μεγαλύτερο ενεργοποιητή. Είναι ένας απλός τρόπος πολλαπλασιασμού της δύναμης εξόδου που επαρκεί για τον χειρισμό μεγάλων φορτίων εργασίας.

Δεδομένου ότι τα υδραυλικά συστήματα μπορούν να λειτουργήσουν σε πιέσεις έως αρκετές χιλιάδες psi, η δύναμη εξόδου στον ενεργοποιητή μπορεί να είναι τεράστια. Με αυτήν την υψηλότερη ισχύ εξόδου, ο μηχανικός ενεργοποιητής έχει τώρα τη δύναμη να εκτελεί βαριές εργασίες ανύψωσης, ώθησης και κίνησης, όπως η κίνηση γείωσης.

Ένα υδραυλικό σύστημα χρησιμοποιεί ένα δίκτυο μετάδοσης για να μεταφέρει ένα πεπιεσμένο ρευστό που οδηγεί υδραυλικούς ενεργοποιητές. Το υδραυλικό ρευστό παίρνει την πίεση του από μια αντλία που κινείται από έναν κινητήρα, όπως ένας ηλεκτροκινητήρας ή ένας κινητήρας αερίου / ντίζελ. Το πετρέλαιο υπό πίεση φιλτράρεται, μετράται και ωθείται μέσω του συστήματος μετάδοσης σε έναν ενεργοποιητή για να εκτελέσει κάποια ενέργεια. Στη συνέχεια, το υγρό επιστρέφει υπό χαμηλή πίεση σε δεξαμενή όπου καθαρίζεται και φιλτράρεται πριν επιστρέψει στην αντλία.

Τα υδραυλικά συστήματα χρησιμοποιούνται στις εγκαταστάσεις παραγωγής και παραγωγής, όπως οι βιομηχανίες χάλυβα και αυτοκινήτων, για τη λειτουργία όλων των τύπων μηχανολογικού εξοπλισμού. Χρησιμοποιούνται για τη μετακίνηση, την ώθηση και την ανύψωση υλικών σε βιομηχανίες όπως η εξόρυξη, η χωματουργική και οι κατασκευές.

Υδραυλικό έλαιο - Τα υδραυλικά υγρά δεν είναι συμπιέσιμα και έχουν χαμηλά σημεία ανάφλεξης.

Μια δεξαμενή - Η δεξαμενή συγκρατεί το υγρό για το σύστημα. Έχει χώρο για διαστολή υγρών, αφήνει τον αέρα που παρασύρεται στο υγρό να διαφύγει και βοηθά το υγρό να κρυώσει. Το ρευστό ρέει από τη δεξαμενή στην αντλία, η οποία την αναγκάζει μέσω ενός δικτύου σωληνώσεων και, τελικά, πίσω στη δεξαμενή.

Φιλτράρισμα συσκευών - Μικρά μεταλλικά σωματίδια και άλλες ξένες ύλες συνήθως εισέρχονται στο υγρό. Το υδραυλικό σύστημα χρησιμοποιεί διάφορα φίλτρα και φίλτρα για την αφαίρεση αυτών των ξένων σωματιδίων. Η μόλυνση με υγρά είναι μια από τις πιο κοινές πηγές προβλημάτων σε ένα υδραυλικό σύστημα.

Ένας πρωταρχικός μετακινούμενος - Οι ηλεκτρικοί κινητήρες ή οι κινητήρες ντίζελ που λειτουργούν με αέριο χρησιμοποιούνται για την κίνηση της αντλίας υγρού.

Μια αντλία - Η αντλία αντλεί το ρευστό από τη δεξαμενή και το ωθεί μέσω μιας βαλβίδας ρύθμισης της πίεσης και έξω από το δίκτυο μετάδοσης στους ενεργοποιητές.

Συνδετήρες - Ένα δίκτυο που αποτελείται από σωλήνες, σωλήνες και εύκαμπτους σωλήνες μεταφέρει το ρευστό στους μηχανικούς ενεργοποιητές.

Βαλβίδες - Διάφορες βαλβίδες ελέγχουν την ποσότητα ροής υγρού, την πίεση και την κατεύθυνση.

Ενεργοποιητές - Οι ενεργοποιητές είναι οι συσκευές που εκτελούν κινήσεις εργασίας. Μπορούν να είναι περιστροφικοί, όπως ένας υδραυλικός κινητήρας, ή γραμμικός, όπως ένας κύλινδρος.

Ένα υδραυλικό σύστημα έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι των πνευματικών και άλλων τύπων μηχανικών συστημάτων κίνησης επειδή:

• Χρησιμοποιεί μικρά εξαρτήματα για τη μεταφορά μεγάλων δυνάμεων με συνεπή έξοδο ισχύος.
• Έχει ενεργοποιητές που μπορούν να τοποθετήσουν με ακρίβεια.
• Είναι σε θέση να ξεκινήσει με βαριά αρχικά φορτία.
• Παράγει ομοιόμορφες και ομαλές κινήσεις υπό διάφορα φορτία, καθώς τα υγρά δεν είναι συμπιέσιμα και οι ρυθμοί ροής μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια με βαλβίδες.
• Παρέχει σταθερή ισχύ σε μέτριες ταχύτητες σε σύγκριση με τα πνευματικά συστήματα.
• Είναι εύκολο να ελεγχθεί και να ρυθμιστεί με βαλβίδες ελέγχου πίεσης, κατεύθυνσης και ροής.
• Διαχέει τη θερμότητα εύκολα και γρήγορα.
• Αποδίδει καλά σε ζεστά περιβάλλοντα.

• Οι αντλίες, οι βαλβίδες, τα δίκτυα μετάδοσης και οι ενεργοποιητές είναι ακριβοί.
• Μπορούν να μολύνουν το χώρο εργασίας με διαρροές, οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν ατυχήματα ή πυρκαγιές.
• Δεν είναι κατάλληλα για ποδηλασία σε υψηλές ταχύτητες.
• Τα υδραυλικά υγρά είναι ευαίσθητα στη ρύπανση ρύπων και πρέπει να ελέγχονται τακτικά.
• Οι ρήξεις γραμμών υψηλής πίεσης μπορούν να προκαλέσουν τραυματισμούς.
• Η απόδοση των υδραυλικών υγρών είναι μια συνάρτηση των αλλαγών στη θερμοκρασία, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στο ιξώδες.

Τα πιο συνηθισμένα υδραυλικά υγρά βασίζονται σε ορυκτέλαια, πολυαλφαολεφίνες και φωσφορικούς εστέρες λόγω της χαμηλής συμπιεστότητάς τους. Το νερό δεν είναι κατάλληλο γιατί μπορεί να παγώσει σε κρύες θερμοκρασίες και να βράσει σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Το νερό μπορεί επίσης να προκαλέσει διάβρωση και σκουριά.

1. Μεταδώστε ισχύ και δύναμη μέσω αγωγών σε ενεργοποιητές για να εκτελέσετε μια κίνηση εργασίας.
2. Λιπάνετε τα εξαρτήματα, τις συσκευές, τις βαλβίδες και τους ενεργοποιητές στο κύκλωμα.
3. Λειτουργήστε ως ψυκτικό μεταφέροντας τη θερμότητα μακριά από τυχόν καυτά σημεία του συστήματος.
4. Στεγανοποιήστε τα ανοίγματα μεταξύ κινούμενων μερών για να αυξήσετε την απόδοση και να μειώσετε τη θερμότητα από υπερβολικές διαρροές.

Μερικές από τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά ενός υδραυλικού υγρού είναι τα εξής:

Ιξώδες - Το ιξώδες είναι η εσωτερική αντίσταση ενός ρευστού στη ροή. Αυξάνεται καθώς η θερμοκρασία ανεβαίνει. Ένα αποδεκτό υδραυλικό ρευστό πρέπει να είναι ικανό να παρέχει καλή στεγανοποίηση στο έμβολο, τις βαλβίδες και τις αντλίες αλλά να μην είναι τόσο παχύ που εμποδίζει τη ροή του υγρού.

Τα υγρά με υψηλό ιξώδες μπορούν να οδηγήσουν σε απώλεια ισχύος και υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας. Ένα υγρό που είναι πολύ λεπτό μπορεί να προκαλέσει υπερβολική φθορά τυχόν κινούμενων μερών.

Χημική σταθερότητα - Ένα υδραυλικό υγρό πρέπει να είναι χημικά σταθερό. Πρέπει να αντισταθεί στην οξείδωση και να είναι σταθερή υπό σοβαρές συνθήκες λειτουργίας, όπως υψηλές θερμοκρασίες. Η λειτουργία για μεγάλα χρονικά διαστήματα σε υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να μειώσει την ωφέλιμη ζωή του υγρού.

Σημείο ανάφλεξης - Ένα σημείο ανάφλεξης είναι η θερμοκρασία όταν ένα υγρό μετατρέπεται σε ατμό σε επαρκή ποσότητα για να ανάψει ή να αναβοσβήνει σε επαφή με μια φλόγα. Τα υδραυλικά υγρά χρειάζονται υψηλό σημείο ανάφλεξης για να αντισταθούν στην καύση και να παρουσιάσουν χαμηλό βαθμό εξάτμισης σε κανονικές θερμοκρασίες.

Σημείο πυρκαγιάς - Το σημείο πυρκαγιάς είναι η θερμοκρασία όπου ένα υγρό εξατμίζεται σε επαρκή όγκο για να ανάψει όταν εκτίθεται σε φλόγα και να συνεχίσει να καίει. Όπως με το σημείο ανάφλεξης, ένα αποδεκτό υδραυλικό υγρό πρέπει να έχει υψηλό σημείο πυρκαγιάς.

Τα πνευματικά συστήματα μοιάζουν με υδραυλικά συστήματα, αλλά χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα αντί υγρού για τη μετάδοση ισχύος. Στηρίζονται σε μια σταθερή πηγή πεπιεσμένου αέρα για τον έλεγχο της ενέργειας και την ενεργοποίηση συσκευών κίνησης.

Τα εργοστάσια παραγωγής χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα για να οδηγούν πνευματικά τρυπάνια και πρέσες και να ανυψώνουν αντικείμενα και να μετακινούν υλικά. Τα καταστήματα κατασκευής χρησιμοποιούν πνευματικό μηχάνημα για να συγκρατούν ημιτελή προϊόντα για εργασίες συγκόλλησης, συγκόλλησης και σχηματισμού.

Αεροσυμπιεστής - Ο αεροσυμπιεστής αντλεί αέρα από την ατμόσφαιρα, τον συμπιέζει και αποθηκεύει τον πεπιεσμένο αέρα σε μια δεξαμενή για απελευθέρωση στο σύστημα μετάδοσης.

Πρωταρχικός οδηγός - Ένας πρωταρχικός οδηγός, όπως ένας ηλεκτροκινητήρας ή ένας κινητήρας με αέριο, παρέχει την ισχύ σε έναν αεροσυμπιεστή.

Συσκευές ελέγχου - Οι βαλβίδες ρυθμίζουν την πίεση και τον έλεγχο ροής και κατεύθυνσης.

Δεξαμενή αέρα - Μια δεξαμενή συγκρατεί πεπιεσμένο αέρα για παράδοση σε μηχανικές συσκευές.

Ενεργοποιητές - Πρόκειται για συσκευές που παίρνουν την ενέργεια από τον πεπιεσμένο αέρα και τη μετατρέπουν σε μηχανικές κινήσεις.

Σύστημα μετάδοσης - Ένα δίκτυο σωλήνων και σωληνώσεων μεταφέρει τον πεπιεσμένο αέρα σε ενεργοποιητές.

Αποδοτικότητα - Η παροχή αέρα είναι δωρεάν και απεριόριστη. Ο πεπιεσμένος αέρας αποθηκεύεται εύκολα, μεταφέρεται και μπορεί να απελευθερωθεί στο περιβάλλον χωρίς δαπανηρές θεραπείες.

Απλό σχέδιο - Η διαμόρφωση και τα εξαρτήματα ενός πνευματικού συστήματος έχουν απλό σχεδιασμό και είναι εύκολο να συντηρηθούν. Είναι πιο ανθεκτικά και δεν καταστρέφονται εύκολα.

Η ικανότητα λειτουργίας σε υψηλότερες ταχύτητες - Τα πνευματικά συστήματα μπορούν να λειτουργούν ενεργοποιητές σε πιο γρήγορους κύκλους, όπως σε γραμμές παραγωγής συσκευασιών. Οι γραμμικές και ταλαντωτικές κινήσεις προσαρμόζονται εύκολα χρησιμοποιώντας μια βαλβίδα ρύθμισης της πίεσης για τον έλεγχο του ρυθμού ροής και της πίεσης.

Καθαριότητα - Δεν υπάρχει κίνδυνος διαρροής υδραυλικών υγρών που μολύνουν το περιβάλλον. Τα πνευματικά συστήματα προτιμώνται σε χώρους εργασίας που χρειάζονται υψηλά επίπεδα καθαριότητας. Οι συσκευές εξάτμισης καθαρίζουν τον αέρα που απελευθερώνεται πίσω στην ατμόσφαιρα.

Λιγότερο δαπανηρό - Τα πνευματικά εξαρτήματα είναι λιγότερο ακριβά και ο πεπιεσμένος αέρας διατίθεται ευρέως σε περιοχές παραγωγής. Το κόστος συντήρησης είναι χαμηλότερο σε σύγκριση με τα υδραυλικά συστήματα.

Ασφαλέστερο στη λειτουργία - Τα πνευματικά συστήματα είναι ασφαλή για χρήση σε εύφλεκτα περιβάλλοντα χωρίς κινδύνους από φωτιά ή εκρήξεις. Τα πνευματικά εξαρτήματα δεν υπερθερμαίνονται και δεν καίγονται όταν υπερφορτώνεται.

Δυνατότητα λειτουργίας σε σκληρά περιβάλλοντα - Η σκόνη, οι υψηλές θερμοκρασίες και τα διαβρωτικά περιβάλλοντα επηρεάζουν λιγότερο τα πνευματικά συστήματα σε σύγκριση με τα υδραυλικά συστήματα.

Μειωμένη ισχύς - Τα πνευματικά συστήματα λειτουργούν συνήθως με λιγότερα από 150 psi και παρέχουν λιγότερη συνολική δύναμη στους ενεργοποιητές. Οι πνευματικοί κύλινδροι είναι συνήθως μικροί και δεν έχουν τη δύναμη να χειρίζονται βαριά φορτία.

Θορυβώδης - Οι αεροσυμπιεστές παράγουν περισσότερο θόρυβο και ο πεπιεσμένος αέρας είναι θορυβώδης όταν απελευθερώνεται από τους ενεργοποιητές.

Τραχιά κίνηση - Επειδή ο αέρας είναι συμπιέσιμος, η κίνηση των πνευματικών ενεργοποιητών μπορεί να είναι τραχιά, γεγονός που μειώνει την ακρίβεια των κινήσεων του συστήματος. Οι ταχύτητες του εμβόλου είναι άνισες. Οι υδραυλικές κινήσεις είναι πιο ομαλές.

Χρειάζεστε προεπεξεργασία αέρα - Πριν από τη χρήση, ο αέρας χρειάζεται επεξεργασία για την αφαίρεση νερού και σωματιδίων σκόνης. Εάν δεν γίνει αυτό, η αυξημένη τριβή μεταξύ των συσκευών ελέγχου και των κινούμενων εξαρτημάτων θα φθείρει το τμήμα και θα απαιτήσει πρόωρη επισκευή ή αντικατάσταση.

Οι υδραυλικοί ενεργοποιητές είναι πιο κατάλληλοι για λειτουργίες που χρειάζονται υψηλή δύναμη. Είναι ανθεκτικά και μπορούν να παράγουν δυνάμεις έως και 25 φορές μεγαλύτερες από έναν πνευματικό ενεργοποιητή με το ίδιο έμβολο μεγέθους. Τα υδραυλικά συστήματα μπορούν επίσης να λειτουργήσουν έως και 4.000 psi. Οι πνευματικοί ενεργοποιητές είναι συνήθως μικρότεροι από 150 psi.

Η συμπιεσιμότητα των απωλειών αέρα και πίεσης μειώνει την αποτελεσματικότητα των πνευματικών συστημάτων. Ο συμπιεστής πρέπει να λειτουργεί συνεχώς για να διατηρεί την πίεση στις γραμμές ακόμη και όταν οι ενεργοποιητές δεν κινούνται. τα υδραυλικά συστήματα μπορούν να κρατούν σταθερή πίεση χωρίς να λειτουργεί η αντλία.