Definisjon av hydrauliske og pneumatiske systemer

Oppdatert 8. februar 2019

Av Jim Woodruff

Vurdert av: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Hydrauliske og pneumatiske enheter er rundt oss. De brukes i produksjon, transport, jordfjerningsutstyr og vanlige biler vi ser hver dag.

Bremsene på bilen din er hydraulisk betjent; søppelbilen som går ukentlig forbi huset ditt bruker hydraulisk kraft til å komprimere søppel. Mekanikeren bruker et hydraulisk løft når du arbeider på undersiden av bilen din.

Pneumatiske systemer er like utbredt. Lastebiler og busser bruker luftaktiverte bremser. Spraymalere bruker trykkluft for å spre maling. Har du noen gang blitt irritert om morgenen av lyden av en jackhammer? Det er en pneumatisk maskin som er hardt i arbeid med trykkluft.

I 1647 utviklet den franske matematikeren Blaise Pascal et prinsipp for fluidmekanikk kjent som Pascals lov. Den sier at når trykk påføres på et hvilket som helst punkt i en innesluttet væske, vil trykket øke likt på hvert punkt i beholderen. Så innviklet som dette prinsippet kan høres ut, er det grunnlaget for drift av et hydraulisk system.

Anta at du har en hul sylinder som har et stempel med et område på 2 kvadrat tommer, og den mottar en inngangskraft på 100 pund. Dette resulterer i et trykk på 50 pund per kvadrattomme (100 pund / 2 kvadrat tommer).

Dette trykket blir ført av det hydrauliske overføringssystemet til en annen sylinder, kjent som en aktuator, som har et stempel med et område på 6 kvadrat inches. Ved 50 psi har denne sylinderen nå en utgangskraft på 300 pund (50 psi X 6 kvadrat inches).

Pascals lov gir hydrauliske systemer sin fordel. En minimal inngang til en liten enhet kan resultere i større kraftutgang i en større aktuator. Det er en enkel måte å multiplisere utgangskraften tilstrekkelig til å håndtere store arbeidsbelastninger.

Siden hydrauliske systemer kan operere ved trykk opp til flere tusen psi, kan utgangskraften på aktuatoren være enorm. Med denne kraften med høyere kraft har den mekaniske aktuatoren nå makten til å utføre tunge løfte-, skyve- og bevegelige oppgaver, for eksempel jordarbeid.

Et hydraulisk system bruker et overføringsnett for å føre et trykkvæske som driver hydrauliske aktuatorer. Hydraulikkvæsken får trykket fra en pumpe drevet av en primus motor, for eksempel en elektrisk motor eller en gass / dieselmotor. Trykkoljen filtreres, måles og skyves ut gjennom overføringssystemet til en aktuator for å utføre noe. Etterpå kommer væsken tilbake under lavt trykk til et reservoar der det rengjøres og filtreres før det returneres til pumpen.

Hydrauliske systemer brukes i produksjons- og produksjonsanlegg, som stål- og bilindustrien, for å betjene alle typer mekanisk utstyr. De brukes til å flytte, skyve og løfte materialer i bransjer som gruvedrift, jordarbeid og konstruksjon.

Hydraulisk olje - Hydrauliske væsker er ikke komprimerbare og har lave flammepunkter.

Et reservoar - Reservoaret holder væsken til systemet. Den har plass til væskeekspansjon, lar luft som inngår i væsken slippe ut og hjelper væsken å avkjøles. Væske strømmer fra reservoaret til pumpen, som tvinger den ut gjennom et ledningsnett og til slutt tilbake til reservoaret.

Filtreringsenheter - Små metallpartikler og annet fremmedlegeme finner vanligvis veien inn i væsken. Det hydrauliske systemet bruker flere filtre og siler for å fjerne disse fremmede partiklene. Væskekontaminering er en av de vanligste kildene til problemer i et hydraulisk system.

En primus motor - Elektriske motorer eller gassdrevne dieselmotorer brukes til å drive væskepumpen.

En pumpe - Pumpen trekker væsken fra reservoaret og tvinger den gjennom en trykkreguleringsventil og ut overføringsnettet til aktuatorene.

Kontakter - Et nettverk bestående av rør, rør og fleksible slanger transporterer væsken til de mekaniske aktuatorene.

Ventiler - Ulike ventiler styrer mengden væskestrøm, dens trykk og retning.

Aktuatorer - Aktuatorer er enhetene som utfører arbeidsbevegelser. De kan være roterende, for eksempel en hydraulisk motor, eller lineær, som en sylinder.

Et hydraulisk system har mange fordeler i forhold til pneumatiske og andre typer mekaniske drivsystemer fordi det:

• Bruker små komponenter for å overføre store krefter med jevn effekt.
• Har aktuatorer som er i stand til presis posisjonering.
• Er i stand til å starte opp under tunge startbelastninger.
• Produserer jevne og jevne bevegelser under varierende belastning siden væskene ikke er komprimerbare og strømningshastighetene kan kontrolleres nøyaktig med ventiler.
• Leverer jevn kraft ved moderate hastigheter sammenlignet med pneumatiske systemer.
• Er lett å kontrollere og regulere med trykk-, retnings- og strømningsventiler.
• Avløser varmen enkelt og raskt.
• Yter godt i varme omgivelser.

• Pumper, ventiler, overføringsnett og aktuatorer er dyre.
• De kan forurense arbeidsplassen med lekkasjer, som kan forårsake ulykker eller brann.
• De er ikke egnet for sykling i høye hastigheter.
• Hydraulikkvæsker er følsomme for smussforurensning og må testes regelmessig.
• Brudd på høytrykksledninger kan forårsake skader.
• Ytelse av hydrauliske væsker er en funksjon av temperaturendringer som kan forårsake endringer i viskositeten.

De vanligste hydrauliske væskene er basert på mineraloljer, polyalfaolefiner og fosfatestere på grunn av deres lave kompressibilitet. Vann er ikke egnet fordi det kan fryse i kalde temperaturer og koke i miljøer med høy temperatur. Vann kan også forårsake korrosjon og rust.

1. Overfør kraft og kraft gjennom lederledninger til aktuatorer for å utføre en arbeidsbevegelse.
2. Smør komponenter, enheter, ventiler og aktuatorer i kretsen.
3. Handle som et kjølevæske ved å overføre varme fra varme steder i systemet.
4. Forseglingsavstand mellom bevegelige deler for å øke effektiviteten og redusere varmen fra overflødige lekkasjer.

Noen av egenskapene og egenskapene til en hydraulisk væske er som følger:

Viskositet - Viskositet er den indre motstanden til en væske til å strømme. Den øker når temperaturen går opp. En akseptabel hydraulikkvæske må kunne gi en god tetning ved stempel, ventiler og pumper, men ikke være så tykk at den hindrer væskestrøm.

Væsker med høy viskositet kan føre til tap av strøm og høyere driftstemperaturer. En væske som er for tynn, kan føre til overdreven slitasje på bevegelige deler.

Kjemisk stabilitet - En hydraulisk væske må være kjemisk stabil. Den må motstå oksidasjon og være stabil under alvorlige driftsforhold, for eksempel høye temperaturer. Å operere i lange perioder ved høye temperaturer kan forkorte væskens levetid.

Flammepunkt - Et flammepunkt er temperaturen når en væske blir til en damp i tilstrekkelig volum til å antenne eller blinke i kontakt med en flamme. Hydrauliske væsker trenger et høyt flammepunkt for å motstå forbrenning og utviser en lav grad av fordampning ved normale temperaturer.

Brannpunkt - Brannpunkt er temperaturen der en væske fordamper i tilstrekkelig volum til å antennes når den utsettes for en flamme og fortsetter å brenne. Som med flammepunktet, må en akseptabel hydraulikkvæske ha et høyt brannpunkt.

Pneumatiske systemer er som hydrauliske systemer, men de bruker trykkluft i stedet for en væske for å overføre kraft. De er avhengige av en konstant kilde til trykkluft for å kontrollere energi og aktivere bevegelsesenheter.

Produksjonsanlegg bruker trykkluft til å drive pneumatiske øvelser og presser og for å løfte gjenstander og flytte materialer. Fabrikasjonsbutikker bruker en pneumatisk maskin for å holde uferdige produkter for sveising, lodding og forming.

Luftkompressor - Luftkompressoren trekker luft fra atmosfæren, legger den under trykk og lagrer trykkluften i en tank for frigjøring til overføringssystemet.

Prime driver - En primær driver, for eksempel en elektrisk motor eller en gassdrevet motor, gir kraften til en luftkompressor.

Kontrollenheter - Ventiler regulerer trykk og regulerer strømning og retning.

Lufttank - En tank holder trykkluft for levering til mekaniske enheter.

Aktuatorer - Dette er enheter som tar energien fra trykkluft og omdanner den til mekaniske bevegelser.

Overføringssystem - Et nettverk av rør og rør transporterer trykkluften til aktuatorer.

Effektivitet - Tilførselen av luft er gratis og ubegrenset. Trykkluft er lett å lagre, transportere og kan slippes ut i miljøet uten kostbare behandlinger.

Enkel design - Konfigurasjonen og komponentene til et pneumatisk system har en enkel design og er enkle å vedlikeholde. De er mer holdbare og blir ikke lett skadet.

Evnen til å operere ved høyere hastigheter - Pneumatiske systemer kan betjene aktuatorer i raskere sykluser, for eksempel i produksjonslinjer for emballasje. Lineære og oscillerende bevegelser er enkle å justere ved å bruke en trykkreguleringsventil for å kontrollere strømningshastighet og trykk.

Renslighet - Ingen risiko for å lekke hydrauliske væsker som forurenser miljøet. Pneumatiske systemer foretrekkes på arbeidsplasser som trenger høye nivåer av renslighet. Avtrekksanordninger rydder opp luften som slippes ut i atmosfæren.

Mindre kostbart - Pneumatiske komponenter er billigere, og trykkluft er allment tilgjengelig i produksjonsområder. Vedlikeholdskostnadene er lavere sammenlignet med hydrauliske systemer.

Tryggere å betjene - Pneumatiske systemer er trygge å bruke i brennbare omgivelser uten fare for brann eller eksplosjoner. Pneumatiske komponenter overopphetes ikke og brenner ikke når de er overbelastet.

Kunne fungere i tøffe omgivelser - Støv, høye temperaturer og etsende miljø har mindre effekt på pneumatiske systemer sammenlignet med hydraulikk.

Redusert kraft - Pneumatiske systemer fungerer vanligvis på mindre enn 150 psi og gir mindre total kraft på aktuatorer. Pneumatiske sylindere er vanligvis små og har ikke kraft til å håndtere tunge belastninger.

Støyende - Luftkompressorer genererer mer støy, og trykkluft støyer når den frigjøres fra aktuatorene.

Grov bevegelse - Fordi luft er komprimerbar, kan bevegelsen til pneumatiske aktuatorer være grov, noe som reduserer nøyaktigheten til systemets bevegelser. Stempelhastigheter er ujevne. Hydraulikkbevegelsene er jevnere.

Trenger forbehandling av luft - Før bruk må luft behandles for å fjerne vann og støvpartikler. Hvis dette ikke er gjort, vil den økte friksjonen mellom styreenhetene og bevegelige komponenter slites ut og krever for tidlig reparasjon eller utskifting.

Hydrauliske aktuatorer er mer egnet for operasjoner som trenger høy kraft. De er robuste og kan produsere krefter opptil 25 ganger større enn en pneumatisk aktuator med samme størrelse stempel. Hydrauliske systemer kan også operere opptil 4000 psi. Pneumatiske aktuatorer er vanligvis mindre enn 150 psi.

Kompressibiliteten til luft og trykktap reduserer effektiviteten til pneumatiske systemer. Kompressoren må gå kontinuerlig for å opprettholde trykket i ledningene selv når aktuatorene ikke beveger seg; hydrauliske systemer kan holde konstant trykk uten at pumpen går.