Definicija hidrauličkih i pneumatskih sustava

Ažurirano 08. veljače 2019

Napisao Jim Woodruff

Recenzija: Michelle Seidel, dipl.ing., Dipl.iur., MBA

Hidraulični i pneumatski uređaji su svuda oko nas. Koriste se u proizvodnji, transportu, opremi za zemljane radove i uobičajenim vozilima koje viđamo svakodnevno.

Kočnice u vašem vozilu imaju hidraulički pogon; kamion za smeće koji tjedno prolazi pored vaše kuće koristi hidrauličku snagu za sabijanje smeća. Vaš mehaničar koristi hidrauličko dizalo kada radi na donjoj strani vašeg automobila.

Podjednako su rašireni i pneumatski sustavi. Kamioni i autobusi koriste kočnice aktivirane zrakom. Slikari sprejem koriste komprimirani zrak za širenje boje. Je li vas ikad iziritirao zvuk čekića? To je pneumatski stroj koji naporno radi na komprimiranom zraku.

Francuski matematičar Blaise Pascal 1647. godine razvio je princip mehanike fluida poznat kao Pascalov zakon. U njemu se navodi da će se pritisak primijeniti u bilo kojem trenutku zatvorene tekućine, tlak će se jednako povećavati u svakoj točki spremnika. Koliko god ovo načelo zvučalo zamršeno, to je osnova za rad hidrauličkog sustava.

Pretpostavimo da imate šuplji cilindar s klipom površine 2 kvadratna inča i on prima ulaznu silu od 100 kilograma. To rezultira pritiskom od 50 funti po kvadratnom inču (100 funti / 2 kvadratna inča).

Taj tlak hidraulički prijenosni sustav prenosi na drugi cilindar, poznat kao pogon, koji ima klip površine 6 četvornih inča. Na 50 psi, ovaj cilindar sada ima izlaznu silu od 50 funti (50 psi X 6 kvadratnih inča).

Pascalov zakon daje prednost hidrauličkim sustavima. Minimalan ulaz u mali uređaj može rezultirati većim izlazom sile u većem aktuatoru. To je jednostavan način množenja izlazne sile dovoljne za podnošenje teških radnih opterećenja.

Budući da hidraulički sustavi mogu raditi na tlakovima do nekoliko tisuća psi, izlazna sila na aktuatoru može biti ogromna. S ovom većom izlaznom silom, mehanički pogon sada ima moć izvoditi teške zadatke dizanja, guranja i pomicanja, kao što su zemljani radovi.

Hidraulički sustav koristi prijenosnu mrežu za prijenos tekućine pod pritiskom koja pokreće hidrauličke aktuatore. Pritisak hidrauličke tekućine dobiva na pumpi koju pokreće glavni pokretač, poput električnog motora ili benzinskog / dizelskog motora. Ulje pod tlakom filtrira se, mjeri i istiskuje kroz sustav prijenosa do aktuatora da izvrši neku akciju. Nakon toga, tekućina se vraća pod niskim tlakom u spremnik gdje se očisti i filtrira prije povratka u pumpu.

Hidraulički sustavi koriste se u proizvodnim i proizvodnim pogonima, poput čelične i automobilske industrije, za pogon svih vrsta mehaničke opreme. Koriste se za premještanje, guranje i dizanje materijala u industrijama poput rudarstva, zemljanih radova i graditeljstva.

Hidrauličko ulje - Hidrauličke tekućine nisu kompresibilne i imaju niske tačke paljenja.

Rezervoar - Rezervoar zadržava tekućinu za sustav. Ima prostora za širenje tekućine, propušta zrak uvučen u tekućinu i pomaže tekućini da se ohladi. Tekućina teče iz rezervoara do pumpe, koja je izbacuje kroz cjevovodnu mrežu i na kraju natrag u rezervoar.

Uređaji za filtriranje - Male čestice metala i druge strane tvari obično pronađu svoj put u tekućini. Hidraulički sustav koristi nekoliko filtera i cjedila za uklanjanje tih stranih čestica. Onečišćenje tekućinom jedan je od najčešćih izvora problema u hidrauličkom sustavu.

Vrhunski pokretač - Električni motori ili dizelski motori na plin koriste se za pogon pumpe s fluidom.

Pumpa - Pumpa crpi tekućinu iz rezervoara i prisiljava je kroz ventil za regulaciju tlaka i iz prijenosne mreže do aktuatora.

Konektori - Mreža koja se sastoji od cijevi, cijevi i fleksibilnih crijeva prenosi tekućinu do mehaničkih aktuatora.

Ventili - Razni ventili kontroliraju količinu protoka tekućine, njezin pritisak i smjer.

Pokretači - Pokretači su uređaji koji izvode radne pokrete. Mogu biti rotacijski, poput hidrauličkog motora, ili linearni, poput cilindra.

Hidraulički sustav ima brojne prednosti u odnosu na pneumatski i druge vrste mehaničkih pogonskih sustava jer:

• Koristi male komponente za prijenos velikih sila uz konstantnu izlaznu snagu.
• Ima aktuatore koji su sposobni za precizno pozicioniranje.
• Može se pokrenuti pod velikim početnim opterećenjima.
• Omogućuje ravnomjerno i glatko kretanje pod različitim opterećenjima, jer se fluidi ne mogu stlačiti, a protoci se mogu precizno kontrolirati ventilima.
• Pruža konstantnu snagu pri umjerenim brzinama u usporedbi s pneumatskim sustavima.
• Jednostavno se kontrolira i regulira pomoću ventila za kontrolu tlaka, smjera i protoka.
• Toplina se lako i brzo odvodi.
• Dobro se izvodi u vrućim okruženjima.

• Pumpe, ventili, prijenosne mreže i aktuatori su skupi.
• Oni mogu zagađivati ​​radno mjesto curenjem, što može dovesti do nesreća ili požara.
• Nisu pogodni za biciklizam pri velikim brzinama.
• Hidrauličke tekućine osjetljive su na onečišćenje prljavštinom i moraju se redovito ispitivati.
• Puknuća visokotlačnih vodova mogu prouzročiti ozljede.
• Performanse hidrauličkih tekućina funkcija su promjena temperature, koje mogu uzrokovati promjene viskoznosti.

Najčešće hidrauličke tekućine temelje se na mineralnim uljima, polialfaolefinima i esterima fosfata zbog njihove niske stišljivosti. Voda nije prikladna jer se može smrzavati na hladnim temperaturama i ključati u okruženju s visokim temperaturama. Voda također može uzrokovati koroziju i hrđanje.

1. Prenesite snagu i silu kroz vodičke vodove na aktuatore za izvođenje radnog pokreta.
2. Podmažite dijelove, uređaje, ventile i aktuatore u krugu.
3. Djelujte kao rashladna tekućina prenoseći toplinu iz bilo kojih žarišta u sustavu.
4. Zatvorite zazore između pokretnih dijelova kako biste povećali učinkovitost i smanjili toplinu zbog prekomjernog curenja.

Neka od svojstava i karakteristika hidrauličke tekućine su sljedeća:

Viskoznost - Viskoznost je unutarnji otpor tekućine da teče. Povećava se kako temperatura raste. Prihvatljiva hidraulična tekućina mora biti sposobna osigurati dobro brtvljenje na klipu, ventilima i pumpama, ali ne smije biti toliko gusta da ometa protok tekućine.

Tekućine s visokom viskoznošću mogu dovesti do gubitka snage i viših radnih temperatura. Pretanka tekućina može prouzročiti pretjerano trošenje pokretnih dijelova.

Kemijska stabilnost - Hidraulična tekućina mora biti kemijski stabilna. Mora se oduprijeti oksidaciji i biti stabilan u teškim radnim uvjetima, poput visokih temperatura. Dulji rad na visokim temperaturama može skratiti vijek trajanja tekućine.

Plamište - Tačka paljenja je temperatura kada se tekućina pretvori u paru u dovoljnom volumenu da se zapali ili bljesne u dodiru s plamenom. Hidrauličkim tekućinama potrebno je visoko plamište da bi se oduprle izgaranju i pokazale nizak stupanj isparavanja pri normalnim temperaturama.

Vatrena točka - Vatrena točka je temperatura pri kojoj tekućina isparava u dovoljnom volumenu da se zapali kad je izložena plamenu i nastavi gorjeti. Kao i kod plamišta, prihvatljiva hidraulična tekućina mora imati visoku točku požara.

Pneumatski sustavi su poput hidrauličkih sustava, ali za prijenos snage koriste komprimirani zrak umjesto tekućine. Oslanjaju se na stalni izvor komprimiranog zraka za kontrolu energije i pokretanje uređaja za kretanje.

Proizvodna postrojenja koriste komprimirani zrak za pogon pneumatskih bušilica i preša te za podizanje predmeta i premještanje materijala. Fabrikare koriste pneumatski stroj za držanje nedovršenih proizvoda za zavarivanje, lemljenje i oblikovanje.

Kompresor za zrak - Zračni kompresor crpi zrak iz atmosfere, vrši ga pritisak i sprema komprimirani zrak u spremnik za ispuštanje u prijenosni sustav.

Glavni vozač - Vrhunski pokretač, poput električnog motora ili motora na plin, daje snagu zračnom kompresoru.

Upravljački uređaji - Ventili reguliraju tlak i kontroliraju protok i smjer.

Spremnik zraka - Spremnik drži komprimirani zrak za isporuku mehaničkim uređajima.

Pokretači - To su uređaji koji uzimaju energiju iz komprimiranog zraka i pretvaraju je u mehaničke pokrete.

Prijenosni sustav - Mreža cijevi dovodi komprimirani zrak do aktuatora.

Učinkovitost - Opskrba zrakom je besplatna i neograničena. Komprimirani zrak lako se čuva, transportira i može se ispustiti u okoliš bez skupih postupaka.

Jednostavan dizajn - Konfiguracija i dijelovi pneumatskog sustava imaju jednostavan dizajn i jednostavni su za održavanje. Trajniji su i nisu lako oštećeni.

Sposobnost rada na većim brzinama - Pneumatski sustavi mogu pokretati aktuatore u bržim ciklusima, kao što su proizvodne linije za pakiranje. Linearne i oscilirajuće pokrete lako je podesiti pomoću ventila za regulaciju tlaka za kontrolu protoka i tlaka.

Čistoća - Nema rizika od curenja hidrauličkih tekućina koje zagađuju okoliš. Na radnim mjestima kojima je potrebna visoka razina čistoće preferiraju se pneumatski sustavi. Uređaji za ispušni zrak čiste zrak koji se ispušta natrag u atmosferu.

Manje skupo - Pneumatske komponente su jeftinije, a komprimirani zrak široko je dostupan u proizvodnim područjima. Troškovi održavanja niži su u usporedbi s hidrauličkim sustavima.

Sigurnije za rad - Pneumatski sustavi su sigurni za upotrebu u zapaljivim okruženjima bez opasnosti od požara ili eksplozija. Pneumatske komponente se ne pregrijavaju i ne zapaljuju kada su preopterećene.

Sposoban za rad u teškim uvjetima - Prašina, visoke temperature i korozivna okruženja imaju manje utjecaja na pneumatske sustave u odnosu na hidrauliku.

Smanjena snaga - Pneumatski sustavi obično rade na manje od 150 psi i pružaju manje ukupne sile na aktuatorima. Pneumatski cilindri obično su mali i nemaju snagu za podnošenje teških tereta.

Glasan - Zračni kompresori generiraju više buke, a stlačeni zrak bučan je kad se otpusti iz aktuatora.

Grubo kretanje - Budući da je zrak stlačiv, kretanje pneumatskih aktuatora može biti grubo, što smanjuje točnost kretanja sustava. Brzine klipa su nejednake. Pokreti hidraulike su glatkiji.

Potrebna je prethodna obrada zraka - Prije upotrebe, zrak treba obraditi kako bi se uklonile čestice vode i prašine. Ako to nije učinjeno, povećano trenje između upravljačkih uređaja i pomičnih dijelova istrošit će dio i zahtijevati prijevremeni popravak ili zamjenu.

Hidraulični aktuatori prikladniji su za radnje kojima je potrebna velika sila. Oni su robusni i mogu proizvesti snage i do 25 puta veće od pneumatskog aktuatora s klipom iste veličine. Hidraulički sustavi mogu raditi i do 4.000 psi. Pneumatski aktuatori obično su manji od 150 psi.

Kompresibilnost gubitaka zraka i tlaka smanjuje učinkovitost pneumatskih sustava. Kompresor mora neprekidno raditi kako bi održavao pritisak u vodovima čak i kada se aktuatori ne pomiču; hidraulički sustavi mogu držati konstantan pritisak bez rada pumpe.