הגדרת מערכות הידראוליות ופנאומטיות

עודכן ב -8 בפברואר 2019

מאת ג'ים וודרוף

נבדק על ידי: מישל זיידל, B.Sc., LL.B., MBA

מכשירים הידראוליים ופנאומטיים נמצאים סביבנו. הם משמשים בייצור, תחבורה, ציוד עבודות עפר ורכבים נפוצים שאנו רואים מדי יום.

הבלמים ברכב שלך מופעלים באופן הידראולי; משאית האשפה שעוברת מדי שבוע ליד ביתך משתמשת בכוח הידראולי כדי לדחוס אשפה. המכונאי שלך משתמש במעלית הידראולית בעבודה על החלק התחתון של המכונית שלך.

מערכות פנאומטיות נפוצות באותה מידה. משאיות ואוטובוסים משתמשים בבלמים המופעלים באמצעות אוויר. צבעי ריסוס משתמשים באוויר דחוס להפצת צבע. פעם הרגיז אותך בבוקר מרעש של פטיש? זו מכונה פנאומטית שקשה לעבוד בה באמצעות אוויר דחוס.

בשנת 1647 פיתח המתמטיקאי הצרפתי בלייז פסקל עיקרון של מכניקת נוזלים המכונה חוק פסקל. זה קובע שכאשר מפעילים לחץ בכל נקודה בנוזל סגור, הלחץ יגדל באותה מידה בכל נקודה במיכל. עד כמה שעיקרון זה נשמע מפותל, זהו הבסיס להפעלת מערכת הידראולית.

נניח שיש לך גליל חלול שיש לו בוכנה בשטח של 2 אינץ 'מרובע והוא מקבל כוח קלט של 100 פאונד. התוצאה היא לחץ של 50 פאונד לאינץ 'מרובע (100 פאונד / 2 אינץ' מרובע).

לחץ זה מועבר על ידי מערכת ההולכה ההידראולית לצילינדר אחר, המכונה מפעיל, בעל בוכנה בשטח של 6 אינץ 'מרובע. ב 50 psi, גליל זה עכשיו יש כוח פלט של 300 פאונד (50 psi X 6 אינץ 'מרובע).

חוק פסקל מעניק למערכת הידראולית את היתרון שלהם. קלט מינימלי למכשיר קטן יכול לגרום ליציאת כוח גדולה יותר במפעיל גדול יותר. זוהי דרך פשוטה להכפיל את כוח הפלט המספיק להתמודד עם עומסי עבודה כבדים.

מכיוון שמערכות הידראוליות יכולות לפעול בלחצים של עד כמה אלפי psi, כוח הפלט במפעיל יכול להיות עצום. עם תפוקת כוח זו גבוהה יותר, כעת יכול המפעיל המכני לבצע משימות הרמה, דחיפה והנעה כבדות, כגון עבודות עפר.

מערכת הידראולית משתמשת ברשת העברה בכדי להוביל נוזל בלחץ המניע מפעילים הידראוליים. הנוזל ההידראולי מקבל את הלחץ שלו ממשאבה המונעת על ידי מוביל, כמו מנוע חשמלי או מנוע גז / דיזל. השמן בלחץ מסונן, נמדד ונדחף החוצה דרך מערכת ההולכה למפעיל כדי לבצע פעולה כלשהי. לאחר מכן, הנוזל חוזר בלחץ נמוך למאגר שם מנקים אותו ומסונן לפני שהוא חוזר למשאבה.

מערכות הידראוליות משמשות במפעלי ייצור וייצור, כמו תעשיות הפלדה והרכב, להפעלת כל סוגי הציוד המכני. הם משמשים להזזה, דחיפה והרמה של חומרים בתעשיות כמו כרייה, עבודות עפר ובנייה.

שמן הידראולי - נוזלים הידראוליים אינם דחיסים ובעלי נקודות הבזק נמוכות.

מאגר - המאגר מכיל את הנוזל למערכת. יש בו מקום להתפשטות נוזלים, מאפשר לאוויר המוחזק לנוזל לברוח ועוזר לנוזל להתקרר. נוזל זורם מהמאגר למשאבה, שמאלץ אותו דרך רשת צנרת, ובסופו של דבר, חזרה למאגר.

מכשירי סינון - חלקיקי מתכת קטנים וחומרים זרים אחרים בדרך כלל מוצאים את דרכם לנוזל. המערכת ההידראולית משתמשת במספר פילטרים ומסננים כדי להסיר חלקיקים זרים אלה. זיהום נוזלים הוא אחד המקורות השכיחים ביותר לבעיות במערכת הידראולית.

מוביל מוביל - מנועי חשמל או מנועי דיזל מונעים על ידי גז משמשים להנעת משאבת הנוזל.

משאבה - המשאבה שואבת את הנוזל מהמאגר ומכריחה אותו דרך שסתום מווסת לחץ ויוצאת את רשת ההולכה אל המפעילים.

מחברים - רשת המורכבת מצינורות, צינורות וצינורות גמישים מעבירה את הנוזל למפעילים המכניים.

שסתומים - שסתומים שונים שולטים בכמות זרימת הנוזל, לחץ וכיוונו.

מפעילים - מפעילים הם המכשירים המבצעים תנועות עבודה. הם יכולים להיות סיבוביים, כגון מנוע הידראולי, או ליניארי, כמו גליל.

למערכת הידראולית יש יתרונות רבים על פני מערכות הנעה מכניות פנאומטיות וסוגים אחרים מכיוון שהיא:

• משתמש ברכיבים קטנים להעברת כוחות גדולים עם תפוקת כוח עקבית.
• בעל מפעילים המסוגלים למצב מדויק.
• מסוגל להתניע בעומסים התחלתיים כבדים.
• מייצר תנועות אחידות וחלקות בעומסים משתנים מכיוון שהנוזלים אינם ניתנים לדחיסה וניתן לשלוט בקצב הזרימה במדויק באמצעות שסתומים.
• מספק כוח עקבי במהירות בינונית בהשוואה למערכות פנאומטיות.
• קל לשלוט ולוויסות באמצעות שסתומי בקרת לחץ, כיוון וזרימה.
• מפזר חום בקלות ובמהירות.
• מתפקד היטב בסביבות חמות.

• משאבות, שסתומים, רשתות הולכה ומפעילים יקרים.
• הם יכולים לזהם את מקום העבודה בדליפות, העלולות לגרום לתאונות או שריפות.
• הם אינם מתאימים לרכיבה במהירות גבוהה.
• נוזלים הידראוליים רגישים לזיהום לכלוך ויש לבדוק אותם באופן קבוע.
• קרעים בקווי לחץ גבוה עלולים לגרום לפציעות.
• ביצועי נוזלים הידראוליים הם פונקציה של שינויים בטמפרטורה, העלולים לגרום לשינויים בצמיגות.

הנוזלים ההידראוליים הנפוצים ביותר מבוססים על שמנים מינרליים, פוליאלפאולפינים ואסתרים פוספטים בגלל דחיסתם הנמוכה. מים אינם מתאימים מכיוון שהם יכולים לקפוא בטמפרטורות קרות ולרתוח בסביבות בטמפרטורה גבוהה. מים יכולים גם לגרום לקורוזיה והחלדה.

1. העבר כוח וכוח דרך קווי מוליכים למפעילים לביצוע תנועת עבודה.
2. משמנים את הרכיבים, ההתקנים, השסתומים והמפעילים במעגל.
3. פעל כנוזל קירור על ידי העברת חום מכל נקודה חמה במערכת.
4. מרווח איטום בין חלקים נעים כדי להגביר את היעילות ולהפחית את החום מדליפות עודפות.

חלק מהמאפיינים והמאפיינים של נוזל הידראולי הם כדלקמן:

צְמִיגוּת - צמיגות היא ההתנגדות הפנימית של נוזל לזרימה. זה עולה ככל שהטמפרטורה עולה. נוזל הידראולי מקובל חייב להיות מסוגל לספק איטום טוב בבוכנה, שסתומים ומשאבות אך לא להיות כל כך סמיך שהוא מעכב את זרימת הנוזל.

נוזלים עם צמיגות גבוהה יכולים להוביל לאובדן חשמל וטמפרטורות פעולה גבוהות יותר. נוזל דק מדי עלול לגרום לבלאי יתר של כל החלקים הנעים.

יציבות כימית - נוזל הידראולי חייב להיות יציב מבחינה כימית. עליו לעמוד בפני חמצון ולהיות יציב בתנאי הפעלה קשים, כמו טמפרטורות גבוהות. פעולה לפרקי זמן ארוכים בטמפרטורות גבוהות יכולה לקצר את אורך חיי השימוש של הנוזל.

נקודת רתיחה - נקודת הבזק היא הטמפרטורה כאשר נוזל הופך לאדי בנפח מספיק כדי להתלקח או להבהב במגע עם להבה. נוזלים הידראוליים זקוקים לנקודת הבזק גבוהה כדי להתנגד לבעירה ולהפגין מידת אידוי נמוכה בטמפרטורות רגילות.

נקודת אש - נקודת אש היא הטמפרטורה שבה נוזל מתאדה בנפח מספיק כדי להתלקח כשנחשף ללהבה ולהמשיך להישרף. כמו בנקודת ההברקה, נוזל הידראולי מקובל חייב להיות בעל נקודת אש גבוהה.

מערכות פנאומטיות הן כמו מערכות הידראוליות, אך הן משתמשות באוויר דחוס במקום בנוזל להעברת כוח. הם מסתמכים על מקור קבוע של אוויר דחוס כדי לשלוט באנרגיה ולהפעיל מכשירי תנועה.

מפעלי ייצור משתמשים באוויר דחוס בכדי להניע קידוחים ולחיצות פנאומטיות ולהרים חפצים ולהעביר חומרים. חנויות ייצור משתמשות במכונה פנאומטית להחזקת מוצרים לא גמורים לצורך פעולות ריתוך, הלחמה ויצירה.

מדחס אוויר - מדחס האוויר שואב אוויר מהאטמוספירה, לוחץ עליו ואוחסן את האוויר הדחוס במיכל לשחרורו למערכת ההולכה.

נהג ראשי - נהג ראשי, כגון מנוע חשמלי או מנוע המונע בגז, מספק את הכוח למדחס אוויר.

מכשירי בקרה - שסתומים מווסתים את הלחץ ושולטים בזרימה ובכיוון.

טנק אווירי - מיכל מחזיק אוויר דחוס למסירה למכשירים מכניים.

מפעילים - אלה מכשירים שלוקחים את האנרגיה מאוויר דחוס וממירים אותה לתנועות מכניות.

מערכת הילוכים - רשת של צינורות וצינורות מעבירה את האוויר הדחוס למפעילים.

יעילות - אספקת האוויר חופשית ובלתי מוגבלת. אוויר דחוס קל לאחסון, הובלה וניתן לשחרורו לסביבה ללא טיפולים יקרים.

עיצוב פשוט - התצורה והרכיבים של מערכת פנאומטית הם בעלי תכנון פשוט וקל לתחזוקה. הם עמידים יותר ואינם ניזוקים בקלות.

היכולת לפעול במהירויות גבוהות יותר - מערכות פנאומטיות יכולות להפעיל מפעילים במחזורים מהירים יותר, כמו למשל בקווי ייצור אריזה. קל להתאים תנועות לינאריות ותנודות באמצעות שסתום לווסת לחץ כדי לשלוט בקצב הזרימה והלחץ.

נִקָיוֹן - אין סיכון לדליפת נוזלים הידראוליים המזהמים את הסביבה. מערכות פנאומטיות עדיפות במקומות עבודה הזקוקים לרמות ניקיון גבוהות. מכשירי אוויר פליטה מנקים את האוויר המשתחרר לאטמוספירה.

פחות יקר - רכיבים פנאומטיים זולים יותר, ואוויר דחוס זמין באופן נרחב באזורי ייצור. עלויות התחזוקה נמוכות בהשוואה למערכות הידראוליות.

בטוח יותר לתפעול - מערכות פנאומטיות בטוחות לשימוש בסביבות דליקות ללא סכנות מאש או פיצוצים. רכיבים פנאומטיים אינם מתחממים יתר על המידה או נדלקים בעת עומס יתר.

מסוגל לתפקד בסביבות קשות - אבק, טמפרטורות גבוהות וסביבות מאכלות משפיעים פחות על מערכות פנאומטיות בהשוואה להידראוליקה.

כוח מופחת - מערכות פנאומטיות פועלות בדרך כלל בפחות מ -150 psi ומספקות פחות כוח כולל על המפעילים. צילינדרים פניאומטיים הם בדרך כלל קטנים ואין בכוחם להתמודד עם עומסים כבדים.

רוֹעֵשׁ - מדחסי אוויר מייצרים יותר רעש, ואוויר דחוס מרעיש כאשר הוא משתחרר מהמפעילים.

תנועה גסה - מכיוון שאוויר ניתן לדחיסה, תנועתם של מפעילים פנאומטיים יכולה להיות מחוספסת, דבר המפחית את דיוק תנועות המערכת. מהירויות הבוכנה אינן אחידות. תנועות הידראוליות חלקות יותר.

זקוק לטיפול מקדים באוויר - לפני השימוש, האוויר זקוק לעיבוד כדי להסיר חלקיקי מים ואבק. אם זה לא נעשה, החיכוך המוגבר בין התקני הבקרה לרכיבים הנעים ישחק את החלק ויצריך תיקון או החלפה מוקדמים.

מפעילים הידראוליים מתאימים יותר לפעולות הזקוקות לכוח גבוה. הם מחוספסים ויכולים לייצר כוחות גדולים פי 25 ממפעיל פנאומטי עם בוכנה בגודל זהה. מערכות הידראוליות יכולות לפעול גם עד 4,000 psi. מפעילים פנאומטיים הם בדרך כלל פחות מ 150 psi.

דחיסות הפסדי האוויר והלחץ מפחיתה את היעילות של מערכות פנאומטיות. המדחס חייב לפעול ברציפות כדי לשמור על לחץ בקווים גם כאשר המפעילים אינם זזים; מערכות הידראוליות יכולות להחזיק לחץ קבוע מבלי שהמשאבה תפעל.