Hydraulisten ja paineilmajärjestelmien määritelmä

Päivitetty 8. helmikuuta 2019

Kirjailija: Jim Woodruff

Arvostellut: Michelle Seidel, B.Sc., OTK, MBA

Hydrauliset ja pneumaattiset laitteet ovat kaikkialla ympärillämme. Niitä käytetään valmistuksessa, kuljetuksessa, maansiirtovälineissä ja tavallisissa ajoneuvoissa, joita näemme päivittäin.

Autosi jarruja käytetään hydraulisesti; viikoittain kotisi ohi kulkeva roska-auto käyttää hydraulista voimaa roskien pakkaamiseen. Mekaanikkosi käyttää hydraulista nostinta työskennellessään auton alapuolella.

Pneumaattiset järjestelmät ovat yhtä yleisiä. Kuorma-autot ja linja-autot käyttävät ilmajarruja. Ruiskumaalarit käyttävät paineilmaa maalin levittämiseen. Oletko koskaan ärsyttänyt aamulla tärinää? Se on paineilmaa käyttävä kovaa työtä tekevä pneumaattinen kone.

Vuonna 1647 ranskalainen matemaatikko Blaise Pascal kehitti nestemekaniikan periaatteen, joka tunnetaan nimellä Pascalin laki. Siinä todetaan, että kun painetta käytetään missä tahansa tilassa suljetussa nesteessä, paine nousee tasaisesti säiliön jokaisessa kohdassa. Niin monimutkaiselta kuin tämä periaate kuulostaa, se on perusta hydraulijärjestelmän toiminnalle.

Oletetaan, että sinulla on ontto sylinteri, jossa on mäntä, jonka pinta-ala on 2 neliötuumaa, ja se saa 100 kilon syöttövoiman. Tämän seurauksena paine on 50 paunaa / neliötuuma (100 paunaa / 2 neliötuumaa).

Hydraulinen voimansiirtojärjestelmä siirtää tämän paineen toiselle sylinterille, joka tunnetaan nimellä toimilaite, jossa on mäntä, jonka pinta-ala on 6 neliötuumaa. 50 s: n paineella tämän sylinterin lähtövoima on nyt 300 paunaa (50 psi X 6 neliötuumaa).

Pascalin laki antaa hydrauliikkajärjestelmille niiden edun. Pienen laitteen pienin panos voi johtaa suurempaan voiman lähtöön isommassa toimilaitteessa. Se on yksinkertainen tapa kertoa riittävä lähtövoima suurten kuormitusten käsittelemiseksi.

Koska hydrauliset järjestelmät voivat toimia jopa useita tuhansia psi: n paineissa, toimilaitteen lähtövoima voi olla valtava. Tämän suuremman voimantuoton ansiosta mekaanisella toimilaitteella on nyt voima suorittaa raskaita nosto-, työntö- ja siirtotehtäviä, kuten maansiirto.

Hydraulijärjestelmä käyttää siirtoverkkoa paineistetun nesteen kuljettamiseen, joka käyttää hydraulisia toimilaitteita. Hydrauliöljy saa paineensa moottorin käyttämästä pumpusta, kuten sähkömoottorista tai kaasu- / dieselmoottorista. Paineistettu öljy suodatetaan, mitataan ja työnnetään ulos siirtojärjestelmän läpi toimilaitteeseen jonkin toiminnan suorittamiseksi. Tämän jälkeen neste palaa alhaisessa paineessa säiliöön, jossa se puhdistetaan ja suodatetaan ennen paluuta pumppuun.

Hydraulijärjestelmiä käytetään tuotanto- ja tuotantolaitoksissa, kuten teräs- ja autoteollisuudessa, kaikenlaisten mekaanisten laitteiden käyttämiseen. Niitä käytetään materiaalien siirtämiseen, työntämiseen ja nostamiseen muun muassa kaivos-, maansiirto- ja rakennusalalla.

Hydrauliikka öljy - Hydraulinesteet eivät ole puristettavissa ja niillä on alhaiset leimahduspisteet.

Säiliö - Säiliössä on järjestelmän neste. Siinä on tilaa nesteen paisumiselle, se antaa nesteen mukana olevan ilman poistua ja auttaa nestettä jäähtymään. Neste virtaa säiliöstä pumppuun, joka pakottaa sen ulos putkiston kautta ja lopulta takaisin säiliöön.

Suodatuslaitteet - Pienet metallihiukkaset ja muut vieraat aineet pääsevät yleensä nesteeseen. Hydraulijärjestelmä käyttää useita suodattimia ja siivilöitä näiden vieraiden hiukkasten poistamiseksi. Nestekontaminaatio on yksi yleisimmistä ongelmien lähteistä hydraulijärjestelmässä.

Ensisijainen liikkuja - Nestepumpun käyttämiseen käytetään sähkömoottoreita tai kaasukäyttöisiä dieselmoottoreita.

Pumppu - Pumppu imee nesteen säiliöstä ja pakottaa sen paineen säätöventtiilin läpi ja ulos siirtoverkosta toimilaitteisiin.

Liittimet - Putkista, letkuista ja taipuisista letkuista koostuva verkko kuljettaa nesteen mekaanisiin toimilaitteisiin.

Venttiilit - Erilaiset venttiilit säätävät nestevirtauksen määrää, sen painetta ja suuntaa.

Toimilaitteet - Toimilaitteet ovat laitteita, jotka suorittavat työliikkeitä. Ne voivat olla pyöriviä, kuten hydraulimoottoreita, tai lineaarisia, kuten sylinteri.

Hydraulijärjestelmällä on lukuisia etuja verrattuna pneumaattisiin ja muun tyyppisiin mekaanisiin käyttöjärjestelmiin, koska se:

• Käyttää pieniä komponentteja siirtämään suuria voimia tasaisella teholla.
• Sisältää toimilaitteet, jotka pystyvät sijoittamaan tarkasti.
• Pystyy käynnistymään suurilla alkukuormilla.
• Tuottaa tasaisia ​​ja tasaisia ​​liikkeitä vaihtelevilla kuormilla, koska nesteet eivät ole kokoonpuristuvia ja virtausnopeuksia voidaan hallita tarkasti venttiileillä.
• Toimittaa tasaista tehoa kohtuullisilla nopeuksilla verrattuna pneumaattisiin järjestelmiin.
• On helppo hallita ja säätää paine-, suuntaventtiileillä ja virtauksen säätöventtiileillä.
• Hävittää lämmön helposti ja nopeasti.
• Suoriutuu hyvin kuumissa ympäristöissä.

• Pumput, venttiilit, siirtoverkot ja toimilaitteet ovat kalliita.
• Ne voivat saastuttaa työpaikan vuotoilla, jotka voivat aiheuttaa onnettomuuksia tai tulipaloja.
• Ne eivät sovellu pyöräilyyn suurilla nopeuksilla.
• Hydraulinesteet ovat herkkiä likaantumiselle, ja ne on testattava säännöllisesti.
• Korkeapainelinjojen repeämät voivat aiheuttaa vammoja.
• Hydraulisten nesteiden suorituskyky riippuu lämpötilan muutoksista, jotka voivat aiheuttaa viskositeetin muutoksia.

Yleisimmät hydraulinesteet perustuvat mineraaliöljyihin, polyalfaolefiineihin ja fosfaattiestereihin niiden alhaisen kokoonpuristuvuuden vuoksi. Vesi ei sovellu, koska se voi jäätyä kylmissä lämpötiloissa ja kiehua korkeassa lämpötilassa. Vesi voi myös aiheuttaa korroosiota ja ruostetta.

1. Siirrä teho ja voima johdinlinjojen kautta toimilaitteisiin työliikkeen suorittamiseksi.
2. Voitele piirin komponentit, laitteet, venttiilit ja toimilaitteet.
3. Käytä jäähdytysnestettä siirtämällä lämpöä pois järjestelmän kaikista kuumista pisteistä.
4. Tiivistä välykset liikkuvien osien välillä tehokkuuden lisäämiseksi ja ylimääräisten vuotojen lämmön vähentämiseksi.

Jotkut hydraulinesteen ominaisuuksista ja ominaisuuksista ovat seuraavat:

Viskositeetti - Viskositeetti on nesteen sisäinen virtausvastus. Se nousee lämpötilan noustessa. Hyväksyttävän hydraulinesteen on kyettävä tarjoamaan hyvä tiiviste mäntään, venttiileihin ja pumppuihin, mutta se ei saa olla niin paksu, että se estää nestevirtausta.

Nesteet, joilla on korkea viskositeetti, voivat johtaa tehohäviöön ja korkeampiin käyttölämpötiloihin. Liian ohut neste voi aiheuttaa liikkuvien osien liiallisen kulumisen.

Kemiallinen stabiilisuus - Hydraulinesteen on oltava kemiallisesti stabiili. Sen on vastustettava hapettumista ja oltava vakaa vaikeissa käyttöolosuhteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa. Pitkäaikainen käyttö korkeissa lämpötiloissa voi lyhentää nesteen käyttöikää.

Leimahduspiste Leimahduspiste on lämpötila, jolloin neste muuttuu riittävän tilavaksi höyryksi syttymään tai välähtämään liekin kanssa kosketuksessa. Hydraulinesteet tarvitsevat korkean leimahduspisteen, jotta ne vastustavat palamista ja niillä on pieni haihtumisaste normaalissa lämpötilassa.

Tulipiste - Palopiste on lämpötila, jossa neste höyrystyy riittävässä määrin syttyä liekin altistuksessa ja jatkaa palamista. Kuten leimahduspisteen kohdalla, hyväksyttävän hydraulinesteen palopisteen on oltava korkea.

Pneumaattiset järjestelmät ovat kuin hydraulijärjestelmät, mutta ne käyttävät paineenilmaa nesteen sijasta tehon siirtämiseen. He luottavat jatkuvaan paineilmalähteeseen energian hallitsemiseksi ja liikelaitteiden käyttämiseksi.

Valmistuslaitokset käyttävät paineilmaa pneumaattisten porojen ja puristimien käyttämiseen sekä esineiden nostamiseen ja materiaalien siirtämiseen. Valmistusliikkeet käyttävät pneumaattista konetta keskeneräisten tuotteiden pitämiseen hitsauksessa, juottamisessa ja muovauksessa.

Ilmakompressori - Ilmakompressori imee ilmaa ilmakehästä, paineistaa sen ja varastoi paineilman säiliöön päästämistä varten siirtojärjestelmään.

Pääkuljettaja - Ensisijainen kuljettaja, kuten sähkömoottori tai kaasukäyttöinen moottori, toimittaa tehon ilmakompressorille.

Ohjauslaitteet - Venttiilit säätävät painetta ja säätävät virtausta ja suuntaa.

Ilmasäiliö - Säiliö pitää paineilmaa toimitettavaksi mekaanisiin laitteisiin.

Toimilaitteet - Nämä ovat laitteita, jotka ottavat paineilman energian ja muuttavat sen mekaanisiksi liikkeiksi.

Siirtojärjestelmä - Putkiverkosto kuljettaa paineilman toimilaitteisiin.

Tehokkuus - Ilmansyöttö on ilmaista ja rajoittamatonta. Paineilmaa on helppo varastoida, kuljettaa ja se voidaan päästää ympäristöön ilman kalliita hoitoja.

Yksinkertainen muotoilu - Pneumaattisen järjestelmän kokoonpanolla ja komponenteilla on yksinkertainen muotoilu ja helppo huolto. Ne ovat kestävämpiä eikä niitä vaurioidu helposti.

Kyky toimia suuremmilla nopeuksilla - Pneumaattiset järjestelmät voivat käyttää toimilaitteita nopeammin, esimerkiksi pakkausten tuotantolinjoissa. Lineaarisia ja värähteleviä liikkeitä on helppo säätää käyttämällä paineen säätöventtiiliä virtausnopeuden ja paineen säätämiseen.

Puhtaus - Ei vaaraa vuotaa ympäristöä saastuttavia hydraulinesteitä. Pneumaattiset järjestelmät ovat edullisia työpaikoilla, jotka tarvitsevat korkeaa puhtautta. Poistoilmalaitteet puhdistavat takaisin vapautuvan ilman.

Edullisempi - Pneumaattiset komponentit ovat halvempia, ja paineilmaa on laajalti saatavilla valmistusalueilla. Ylläpitokustannukset ovat pienemmät kuin hydraulijärjestelmissä.

Turvallisempi käyttää - Pneumaattisia järjestelmiä on turvallista käyttää helposti syttyvissä ympäristöissä ilman tulipalon tai räjähdysten vaaraa. Pneumaattiset komponentit eivät ylikuumene tai syty tuleen ylikuormitettuna.

Pystyy toimimaan ankarissa ympäristöissä - Pöly, korkeat lämpötilat ja syövyttävät ympäristöt vaikuttavat vähemmän pneumaattisiin järjestelmiin verrattuna hydrauliikkaan.

Pienempi teho - Pneumaattiset järjestelmät toimivat tyypillisesti alle 150 psi: n paineella ja tuottavat vähemmän kokonaisvoimaa toimilaitteisiin. Pneumaattiset sylinterit ovat yleensä pieniä, eikä niillä ole voimaa käsitellä raskaita kuormia.

Meluisa - Ilmakompressorit tuottavat enemmän melua, ja paineilma on meluisa, kun se vapautetaan toimilaitteista.

Karkea liike - Koska ilma on puristettavissa, pneumaattisten toimilaitteiden liike voi olla karkea, mikä heikentää järjestelmän liikkeiden tarkkuutta. Männän nopeudet ovat epätasaiset. Hydrauliikan liikkeet ovat tasaisempia.

Tarvitaan ilman esikäsittely - Ennen käyttöä ilma on käsiteltävä veden ja pölyn poistamiseksi. Jos tätä ei tehdä, ohjauslaitteiden ja liikkuvien komponenttien välinen lisääntynyt kitka kuluttaa osan ja vaatii ennenaikaista korjaamista tai vaihtamista.

Hydrauliset toimilaitteet soveltuvat paremmin toimintoihin, jotka tarvitsevat suurta voimaa. Ne ovat kestäviä ja voivat tuottaa jopa 25 kertaa suurempia voimia kuin pneumaattinen toimilaite, jolla on sama kokoinen mäntä. Hydraulijärjestelmät voivat toimia myös 4000 psi: iin saakka. Pneumaattiset toimilaitteet ovat yleensä alle 150 psi.

Ilma- ja painehäviöiden puristettavuus vähentää pneumaattisten järjestelmien tehokkuutta. Kompressorin on toimittava jatkuvasti pitääkseen paine linjoissa, vaikka toimilaitteet eivät liiku; hydraulijärjestelmät voivat pitää vakion paineen ilman pumppua.