Definitie van hydraulische en pneumatische systemen

Bijgewerkt op 08 februari 2019

Door Jim Woodruff

Beoordeeld door: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Hydraulische en pneumatische apparaten zijn overal om ons heen. Ze worden gebruikt in productie, transport, grondverzetmachines en gewone voertuigen die we elke dag zien.

De remmen van uw auto worden hydraulisch bediend; de vuilniswagen die wekelijks langs je huis rijdt, gebruikt hydraulische kracht om afval te verdichten. Uw monteur gebruikt een hydraulische lift bij werkzaamheden aan de onderkant van uw auto.

Pneumatische systemen zijn even wijdverbreid. Vrachtwagens en bussen gebruiken luchtbediende remmen. Spuiters gebruiken perslucht om verf te verspreiden. Ooit 's ochtends geïrriteerd geraakt door het geluid van een drilboor? Dat is een pneumatische machine die hard aan het werk is met perslucht.

In 1647 ontwikkelde de Franse wiskundige Blaise Pascal een principe van vloeistofmechanica dat bekend staat als de wet van Pascal. Het stelt dat wanneer druk wordt uitgeoefend op een willekeurig punt in een opgesloten vloeistof, de druk op elk punt in de container gelijk zal toenemen. Hoe ingewikkeld dit principe ook mag klinken, het is de basis voor de werking van een hydraulisch systeem.

Stel dat u een holle cilinder heeft met een zuiger met een oppervlakte van 2 vierkante inch en een invoerkracht van 100 pond ontvangt. Dit resulteert in een druk van 50 pond per vierkante inch (100 pond/2 vierkante inch).

Deze druk wordt door het hydraulische transmissiesysteem doorgegeven aan een andere cilinder, bekend als een actuator, die een zuiger heeft met een oppervlakte van 6 vierkante inch. Bij 50 psi heeft deze cilinder nu een uitgangskracht van 300 pond (50 psi X 6 vierkante inch).

De wet van Pascal geeft hydraulische systemen hun voordeel. Een minimale input voor een klein apparaat kan resulteren in een grotere krachtoutput in een grotere actuator. Het is een eenvoudige manier om de outputkracht te vermenigvuldigen die voldoende is om zware workloads aan te kunnen.

Aangezien hydraulische systemen kunnen werken bij drukken tot enkele duizenden psi, kan de uitgangskracht bij de actuator enorm zijn. Met deze hogere krachtoutput heeft de mechanische actuator nu het vermogen om zwaar tillen, duwen en verplaatsen, zoals grondverzet, uit te voeren.

Een hydraulisch systeem gebruikt een transmissienetwerk om een ​​vloeistof onder druk te vervoeren die hydraulische actuatoren aandrijft. De hydraulische vloeistof krijgt zijn druk van een pomp die wordt aangedreven door een krachtbron, zoals een elektromotor of een gas-/dieselmotor. De onder druk staande olie wordt gefilterd, gemeten en door het transmissiesysteem naar een actuator geduwd om enige actie uit te voeren. Daarna keert de vloeistof onder lage druk terug naar een reservoir waar het wordt gereinigd en gefilterd voordat het terugkeert naar de pomp.

Hydraulische systemen worden gebruikt in productie- en productiefabrieken, zoals de staal- en auto-industrie, om alle soorten mechanische apparatuur te bedienen. Ze worden gebruikt voor het verplaatsen, duwen en hijsen van materialen in industrieën zoals mijnbouw, grondverzet en constructie.

Hydraulische olie – Hydraulische vloeistoffen zijn niet samendrukbaar en hebben lage vlampunten.

een reservoir – Het reservoir bevat de vloeistof voor het systeem. Het heeft ruimte voor vloeistofexpansie, laat lucht die in de vloeistof is meegevoerd ontsnappen en helpt de vloeistof af te koelen. Vloeistof stroomt van het reservoir naar de pomp, die het via een leidingnetwerk naar buiten duwt en uiteindelijk terug naar het reservoir.

Apparaten filteren – Kleine metaaldeeltjes en andere vreemde stoffen komen meestal in de vloeistof terecht. Het hydraulische systeem gebruikt verschillende filters en zeven om deze vreemde deeltjes te verwijderen. Vloeistofverontreiniging is een van de meest voorkomende oorzaken van problemen in een hydraulisch systeem.

Een krachtpatser – Voor de aandrijving van de vloeistofpomp worden elektromotoren of dieselmotoren op gas gebruikt.

een pomp – De pomp zuigt de vloeistof uit het reservoir en perst deze door een drukregelklep en uit het transmissienetwerk naar de aandrijvingen.

Connectoren – Een netwerk bestaande uit buizen, slangen en flexibele slangen transporteert de vloeistof naar de mechanische actuatoren.

Kleppen – Verschillende kleppen regelen de hoeveelheid vloeistofstroom, de druk en de richting ervan.

Aandrijvingen – Actuatoren zijn de apparaten die werkbewegingen uitvoeren. Ze kunnen roterend zijn, zoals een hydraulische motor, of lineair, zoals een cilinder.

Een hydraulisch systeem heeft tal van voordelen ten opzichte van pneumatische en andere soorten mechanische aandrijfsystemen omdat het:

• Gebruikt kleine componenten om grote krachten over te dragen met een consistent vermogen.
• Heeft actuatoren die in staat zijn tot nauwkeurige positionering.
• Kan opstarten onder zware initiële belasting.
• Produceert gelijkmatige en soepele bewegingen onder wisselende belastingen, omdat de vloeistoffen niet samendrukbaar zijn en de stroomsnelheden nauwkeurig kunnen worden geregeld met kleppen.
• Levert consistent vermogen bij matige snelheden in vergelijking met pneumatische systemen.
• Is eenvoudig te regelen en te regelen met druk-, richtings- en stroomregelventielen.
• Verdrijft warmte gemakkelijk en snel.
• Presteert goed in warme omgevingen.

• Pompen, kleppen, transmissienetwerken en actuatoren zijn duur.
• Ze kunnen de werkplek vervuilen met lekken, wat kan leiden tot ongelukken of brand.
• Ze zijn niet geschikt om met hoge snelheden te fietsen.
• Hydraulische vloeistoffen zijn gevoelig voor vervuiling door vuil en moeten regelmatig worden getest.
• Breuken van hogedrukleidingen kunnen verwondingen veroorzaken.
• De prestaties van hydraulische vloeistoffen zijn een functie van veranderingen in temperatuur, die veranderingen in viscositeit kunnen veroorzaken.

De meest voorkomende hydraulische vloeistoffen zijn vanwege hun lage samendrukbaarheid gebaseerd op minerale oliën, polyalfa-olefinen en fosfaatesters. Water is niet geschikt omdat het kan bevriezen bij lage temperaturen en kan koken in omgevingen met hoge temperaturen. Water kan ook corrosie en roest veroorzaken.

1. Breng kracht en kracht over via geleiderlijnen naar actuatoren om een ​​werkbeweging uit te voeren.
2. Smeer de componenten, apparaten, kleppen en actuatoren in het circuit.
3. Werkt als koelmiddel door warmte weg te leiden van eventuele hotspots in het systeem.
4. Dicht de spelingen tussen bewegende delen af ​​om de efficiëntie te verhogen en de hitte van overtollige lekkages te verminderen.

Enkele eigenschappen en kenmerken van een hydraulische vloeistof zijn als volgt:

Viscositeit - Viscositeit is de interne weerstand van een vloeistof om te stromen. Het neemt toe naarmate de temperatuur stijgt. Een acceptabele hydraulische vloeistof moet een goede afdichting kunnen bieden aan zuigers, kleppen en pompen, maar mag niet zo dik zijn dat het de vloeistofstroom belemmert.

Vloeistoffen met hoge viscositeiten kunnen leiden tot vermogensverlies en hogere bedrijfstemperaturen. Een te dunne vloeistof kan overmatige slijtage van bewegende delen veroorzaken.

Chemische stabiliteit - Een hydraulische vloeistof moet chemisch stabiel zijn. Het moet bestand zijn tegen oxidatie en stabiel zijn onder zware bedrijfsomstandigheden, zoals hoge temperaturen. Lange tijd werken bij hoge temperaturen kan de levensduur van de vloeistof verkorten.

Vlampunt - Een vlampunt is de temperatuur wanneer een vloeistof in een damp verandert in een voldoende groot volume om te ontbranden of te flitsen in contact met een vlam. Hydraulische vloeistoffen hebben een hoog vlampunt nodig om verbranding te weerstaan ​​en vertonen een lage verdampingsgraad bij normale temperaturen.

Vuurpunt - Het brandpunt is de temperatuur waarbij een vloeistof in een voldoende volume verdampt om te ontbranden bij blootstelling aan een vlam en te blijven branden. Net als bij het vlampunt moet een acceptabele hydraulische vloeistof een hoog vuurpunt hebben.

Pneumatische systemen zijn als hydraulische systemen, maar ze gebruiken perslucht in plaats van een vloeistof om kracht over te brengen. Ze vertrouwen op een constante bron van perslucht om energie te regelen en bewegingsapparatuur aan te sturen.

Fabrieken gebruiken perslucht om pneumatische boren en persen aan te drijven en om voorwerpen op te tillen en materialen te verplaatsen. Fabricagewinkels gebruiken een pneumatische machine om onafgewerkte producten vast te houden voor las-, soldeer- en vormbewerkingen.

Luchtcompressor - De luchtcompressor haalt lucht uit de atmosfeer, brengt deze onder druk en slaat de samengeperste lucht op in een tank voor afgifte aan het transmissiesysteem.

Eerste bestuurder - Een hoofdaandrijving, zoals een elektromotor of een gasmotor, levert de stroom aan een luchtcompressor.

Besturingsapparatuur - Kleppen regelen de druk en regelen de stroom en richting.

Lucht tank - Een tank bevat perslucht voor levering aan mechanische apparaten.

Aandrijvingen - Dit zijn apparaten die de energie uit perslucht halen en omzetten in mechanische bewegingen.

Transmissiesysteem - Een netwerk van leidingen en buizen transporteert de perslucht naar de actuatoren.

efficiëntie - De toevoer van lucht is gratis en onbeperkt. Perslucht is gemakkelijk op te slaan, te transporteren en kan zonder kostbare behandelingen in het milieu terechtkomen.

Simpel ontwerp - De configuratie en componenten van een pneumatisch systeem hebben een eenvoudig ontwerp en zijn gemakkelijk te onderhouden. Ze zijn duurzamer en raken niet snel beschadigd.

De mogelijkheid om met hogere snelheden te werken - Pneumatische systemen kunnen actuatoren in snellere cycli laten werken, zoals in productielijnen voor verpakkingen. Lineaire en oscillerende bewegingen zijn eenvoudig in te stellen door een drukregelventiel te gebruiken om de stroomsnelheid en druk te regelen.

Netheid - Geen risico op lekkende hydraulische vloeistoffen die het milieu vervuilen. Pneumatische systemen hebben de voorkeur op werkplekken die een hoge mate van reinheid vereisen. Luchtafvoerapparaten reinigen de lucht die weer in de atmosfeer wordt afgegeven.

Minder duur - Pneumatische componenten zijn minder duur en perslucht is overal verkrijgbaar in productiegebieden. Onderhoudskosten zijn lager in vergelijking met hydraulische systemen.

Veiliger te bedienen - Pneumatische systemen zijn veilig te gebruiken in ontvlambare omgevingen zonder gevaar voor brand of explosies. Pneumatische componenten raken niet oververhit of vatten niet vlam bij overbelasting.

In staat om te functioneren in ruwe omgevingen - Stof, hoge temperaturen en corrosieve omgevingen hebben minder effect op pneumatische systemen dan hydrauliek.

Verminderd vermogen - Pneumatische systemen werken doorgaans op minder dan 150 psi en leveren minder totale kracht op actuatoren. Pneumatische cilinders zijn meestal klein en hebben niet het vermogen om zware lasten aan te kunnen.

Luidruchtig - Luchtcompressoren genereren meer geluid, en perslucht maakt lawaai wanneer het uit de aandrijvingen komt.

Ruwe beweging - Omdat lucht samendrukbaar is, kan de beweging van pneumatische aandrijvingen ruw zijn, wat de nauwkeurigheid van de bewegingen van het systeem vermindert. Zuigersnelheden zijn ongelijk. Hydraulische bewegingen zijn soepeler.

Voorbehandeling van lucht nodig - Voor gebruik moet de lucht worden verwerkt om water- en stofdeeltjes te verwijderen. Als dit niet gebeurt, zal de verhoogde wrijving tussen de bedieningselementen en bewegende componenten het onderdeel verslijten en voortijdige reparatie of vervanging vereisen.

Hydraulische aandrijvingen zijn meer geschikt voor bewerkingen die veel kracht vereisen. Ze zijn robuust en kunnen krachten produceren die tot 25 keer groter zijn dan die van een pneumatische actuator met een zuiger van dezelfde grootte. Hydraulische systemen kunnen ook werken tot 4.000 psi. Pneumatische aandrijvingen zijn meestal minder dan 150 psi.

De samendrukbaarheid van lucht en drukverliezen verminderen de efficiëntie van pneumatische systemen. De compressor moet continu draaien om de druk in de leidingen te handhaven, zelfs als de aandrijvingen niet bewegen; hydraulische systemen kunnen constante druk aanhouden zonder dat de pomp draait.