Definicja systemów hydraulicznych i pneumatycznych

Zaktualizowano 08 lutego 2019 r.

Autor: Jim Woodruff

Recenzent: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Wszędzie wokół nas są urządzenia hydrauliczne i pneumatyczne. Są używane w produkcji, transporcie, sprzęcie do robót ziemnych i powszechnych pojazdach, które widzimy na co dzień.

Hamulce w Twoim samochodzie są sterowane hydraulicznie; śmieciarka, która co tydzień przejeżdża obok Twojego domu, wykorzystuje moc hydrauliczną do zagęszczania śmieci. Twój mechanik używa podnośnika hydraulicznego podczas pracy na spodzie samochodu.

Równie rozpowszechnione są systemy pneumatyczne. Ciężarówki i autobusy używają hamulców pneumatycznych. Malarze natryskowi używają sprężonego powietrza do nanoszenia farby. Czy kiedykolwiek rano zirytował Cię dźwięk młota pneumatycznego? To maszyna pneumatyczna ciężko pracująca przy użyciu sprężonego powietrza.

W 1647 roku francuski matematyk Blaise Pascal opracował zasadę mechaniki płynów znaną jako prawo Pascala. Stwierdza, że ​​gdy ciśnienie zostanie przyłożone w dowolnym punkcie zamkniętego płynu, ciśnienie wzrośnie równomiernie w każdym punkcie pojemnika. Jakkolwiek zawiła może się wydawać ta zasada, jest ona podstawą działania układu hydraulicznego.

Załóżmy, że masz wydrążony cylinder, który ma tłok o powierzchni 2 cali kwadratowych i otrzymuje siłę wejściową 100 funtów. Powoduje to ciśnienie 50 funtów na cal kwadratowy (100 funtów/2 cale kwadratowe).

Ciśnienie to jest przekazywane przez hydrauliczny układ przeniesienia napędu do innego cylindra, zwanego siłownikiem, który ma tłok o powierzchni 6 cali kwadratowych. Przy 50 psi ten cylinder ma teraz siłę wyjściową 300 funtów (50 psi x 6 cali kwadratowych).

Prawo Pascala daje układom hydraulicznym przewagę. Minimalny wkład do małego urządzenia może skutkować większą siłą wyjściową w większym siłowniku. To prosty sposób na pomnożenie siły wyjściowej wystarczającej do obsługi dużych obciążeń.

Ponieważ układy hydrauliczne mogą działać pod ciśnieniem do kilku tysięcy psi, siła wyjściowa na siłowniku może być ogromna. Dzięki tej wyższej sile wyjściowej siłownik mechaniczny może teraz wykonywać ciężkie zadania podnoszenia, pchania i przenoszenia, takie jak roboty ziemne.

Układ hydrauliczny wykorzystuje sieć transmisyjną do przenoszenia płynu pod ciśnieniem, który napędza siłowniki hydrauliczne. Płyn hydrauliczny otrzymuje ciśnienie z pompy napędzanej przez główne urządzenie poruszające, takie jak silnik elektryczny lub silnik gazowy/diesel. Olej pod ciśnieniem jest filtrowany, mierzony i wypychany przez układ przeniesienia napędu do siłownika w celu wykonania pewnych czynności. Następnie płyn wraca pod niskim ciśnieniem do zbiornika, gdzie jest oczyszczany i filtrowany przed powrotem do pompy.

Systemy hydrauliczne są stosowane w zakładach produkcyjnych i produkcyjnych, takich jak przemysł stalowy i samochodowy, do obsługi wszelkiego rodzaju urządzeń mechanicznych. Służą do przenoszenia, pchania i podnoszenia materiałów w branżach takich jak górnictwo, roboty ziemne i budownictwo.

Olej hydrauliczny – Płyny hydrauliczne są nieściśliwe i mają niskie temperatury zapłonu.

Zbiornik – Zbiornik zawiera płyn do systemu. Ma miejsce na rozszerzanie się płynu, pozwala na ucieczkę powietrza zawartego w płynie i pomaga w ochłodzeniu płynu. Płyn przepływa ze zbiornika do pompy, która wypycha go przez sieć rurociągów i ostatecznie z powrotem do zbiornika.

Urządzenia filtrujące – Do płynu zwykle przedostają się drobne cząstki metalu i inne ciała obce. Układ hydrauliczny wykorzystuje kilka filtrów i filtrów siatkowych do usuwania tych obcych cząstek. Zanieczyszczenie płynami jest jednym z najczęstszych źródeł problemów w układzie hydraulicznym.

Główna siła napędowa – Do napędzania pompy płynu stosowane są silniki elektryczne lub silniki wysokoprężne zasilane gazem.

Pompa – Pompa pobiera płyn ze zbiornika i przetłacza go przez zawór regulujący ciśnienie i wyprowadza sieć transmisyjną do siłowników.

Złącza – Sieć składająca się z rur, przewodów i elastycznych węży transportuje płyn do siłowników mechanicznych.

Zawory – Różne zawory kontrolują ilość przepływu płynu, jego ciśnienie i kierunek.

Siłowniki – Siłowniki to urządzenia, które wykonują ruchy robocze. Mogą być obrotowe, jak silnik hydrauliczny, lub liniowe, jak cylinder.

Układ hydrauliczny ma wiele zalet w porównaniu z pneumatycznymi i innymi mechanicznymi układami napędowymi, ponieważ:

• Wykorzystuje małe elementy do przenoszenia dużych sił przy stałej mocy wyjściowej.
• Posiada siłowniki zdolne do precyzyjnego pozycjonowania.
• Potrafi uruchomić się przy dużych obciążeniach początkowych.
• Zapewnia równomierne i płynne ruchy pod różnymi obciążeniami, ponieważ płyny nie są ściśliwe, a natężenie przepływu można dokładnie kontrolować za pomocą zaworów.
• Zapewnia stałą moc przy umiarkowanych prędkościach w porównaniu z systemami pneumatycznymi.
• Można go łatwo kontrolować i regulować za pomocą zaworów ciśnieniowych, kierunkowych i przepływowych.
• Rozprasza ciepło łatwo i szybko.
• Działa dobrze w gorących środowiskach.

• Pompy, zawory, sieci przesyłowe i siłowniki są drogie.
• Mogą zanieczyszczać miejsce pracy wyciekami, co może powodować wypadki lub pożary.
• Nie nadają się do jazdy na rowerze z dużą prędkością.
• Płyny hydrauliczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i muszą być regularnie sprawdzane.
• Pęknięcia przewodów wysokiego ciśnienia mogą spowodować obrażenia.
• Wydajność płynów hydraulicznych jest funkcją zmian temperatury, które mogą powodować zmiany lepkości.

Najpopularniejsze płyny hydrauliczne oparte są na olejach mineralnych, polialfaolefinach i estrach fosforanowych ze względu na ich niską ściśliwość. Woda nie jest odpowiednia, ponieważ może zamarzać w niskich temperaturach i gotować się w środowiskach o wysokiej temperaturze. Woda może również powodować korozję i rdzewienie.

1. Przesyłaj moc i siłę przez przewody do siłowników, aby wykonać ruch roboczy.
2. Nasmaruj komponenty, urządzenia, zawory i siłowniki w obwodzie.
3. Działaj jako chłodziwo, przenosząc ciepło z wszelkich gorących punktów w systemie.
4. Uszczelnij luzy między ruchomymi częściami, aby zwiększyć wydajność i zmniejszyć ciepło z nadmiernych wycieków.

Niektóre właściwości i cechy płynu hydraulicznego są następujące:

Lepkość - Lepkość to wewnętrzny opór przepływu płynu. Zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Dopuszczalny płyn hydrauliczny musi zapewniać dobre uszczelnienie tłoka, zaworów i pomp, ale nie może być tak gęsty, aby utrudniał przepływ cieczy.

Płyny o wysokiej lepkości mogą prowadzić do utraty mocy i wyższych temperatur roboczych. Zbyt rzadki płyn może powodować nadmierne zużycie części ruchomych.

Stabilność chemiczna - Płyn hydrauliczny musi być stabilny chemicznie. Musi być odporny na utlenianie i być stabilny w trudnych warunkach pracy, takich jak wysokie temperatury. Praca przez długi czas w wysokich temperaturach może skrócić żywotność płynu.

Temperatura zapłonu - Temperatura zapłonu to temperatura, w której płyn zamienia się w parę w ilości wystarczającej do zapłonu lub błysku w kontakcie z płomieniem. Płyny hydrauliczne wymagają wysokiej temperatury zapłonu, aby wytrzymać spalanie i wykazywać niski stopień parowania w normalnych temperaturach.

Punkt ognia - Temperatura pożaru to temperatura, w której płyn odparowuje w ilości wystarczającej do zapalenia się po wystawieniu na działanie płomienia i dalszego palenia. Podobnie jak w przypadku temperatury zapłonu, akceptowalny płyn hydrauliczny musi mieć wysoką temperaturę zapłonu.

Układy pneumatyczne są jak układy hydrauliczne, ale do przenoszenia mocy wykorzystują sprężone powietrze zamiast płynu. Opierają się na stałym źródle sprężonego powietrza do sterowania energią i uruchamiania urządzeń ruchu.

Zakłady produkcyjne wykorzystują sprężone powietrze do napędu wiertarek i pras pneumatycznych oraz do podnoszenia przedmiotów i przenoszenia materiałów. Zakłady produkcyjne używają maszyny pneumatycznej do przechowywania niewykończonych produktów do operacji spawania, lutowania i formowania.

Kompresor powietrza - Sprężarka powietrza pobiera powietrze z atmosfery, zwiększa ciśnienie i przechowuje sprężone powietrze w zbiorniku w celu uwolnienia do układu napędowego.

Główny kierowca - Główny sterownik, taki jak silnik elektryczny lub silnik gazowy, dostarcza energię do sprężarki powietrza.

Urządzenia sterujące - Zawory regulują ciśnienie oraz regulują przepływ i kierunek.

Zbiornik powietrza - Zbiornik zawiera sprężone powietrze do dostarczania do urządzeń mechanicznych.

Siłowniki - To urządzenia, które pobierają energię ze sprężonego powietrza i zamieniają ją na ruchy mechaniczne.

System transmisji - Sieć rur i przewodów transportuje sprężone powietrze do siłowników.

Wydajność - Dopływ powietrza jest bezpłatny i nieograniczony. Sprężone powietrze jest łatwe do przechowywania, transportu i może być uwalniane do środowiska bez kosztownych zabiegów.

Prosta konstrukcja - Konfiguracja i komponenty systemu pneumatycznego mają prostą konstrukcję i są łatwe w utrzymaniu. Są trwalsze i nie ulegają łatwo uszkodzeniu.

Możliwość pracy przy wyższych prędkościach - Systemy pneumatyczne mogą obsługiwać siłowniki w szybszych cyklach, na przykład w liniach produkcyjnych opakowań. Ruchy liniowe i oscylacyjne można łatwo regulować za pomocą zaworu regulującego ciśnienie, który kontroluje natężenie przepływu i ciśnienie.

Czystość - Brak ryzyka wycieku płynów hydraulicznych, które zanieczyszczają środowisko. Systemy pneumatyczne są preferowane w miejscach pracy, które wymagają wysokiego poziomu czystości. Urządzenia odprowadzające powietrze oczyszczają powietrze wypuszczane z powrotem do atmosfery.

Mniej kosztowne - Elementy pneumatyczne są tańsze, a sprężone powietrze jest powszechnie dostępne w obszarach produkcyjnych. Koszty konserwacji są niższe w porównaniu z systemami hydraulicznymi.

Bezpieczniejszy w obsłudze - Systemy pneumatyczne są bezpieczne w użyciu w łatwopalnych środowiskach bez niebezpieczeństwa pożaru lub wybuchu. Przeciążone elementy pneumatyczne nie przegrzewają się ani nie zapalają.

Potrafi funkcjonować w trudnych warunkach - Pył, wysokie temperatury i środowiska korozyjne mają mniejszy wpływ na układy pneumatyczne w porównaniu z hydrauliką.

Zmniejszona moc - Systemy pneumatyczne zwykle działają przy ciśnieniu mniejszym niż 150 psi i zapewniają mniejszą całkowitą siłę na siłownikach. Siłowniki pneumatyczne są zwykle małe i nie są w stanie wytrzymać ciężkich ładunków.

Głośny - Sprężarki powietrza generują więcej hałasu, a sprężone powietrze jest głośniejsze, gdy jest uwalniane z siłowników.

Szorstki ruch - Ponieważ powietrze jest ściśliwe, ruch siłowników pneumatycznych może być nierówny, co zmniejsza dokładność ruchów systemu. Prędkości tłoków są nierówne. Ruchy hydrauliczne są płynniejsze.

Potrzebujesz wstępnej obróbki powietrza - Przed użyciem powietrze wymaga przetworzenia w celu usunięcia cząsteczek wody i kurzu. W przeciwnym razie zwiększone tarcie między urządzeniami sterującymi a ruchomymi elementami spowoduje zużycie części i wymaga przedwczesnej naprawy lub wymiany.

Siłowniki hydrauliczne są bardziej odpowiednie do operacji wymagających dużej siły. Są wytrzymałe i mogą wytwarzać siły do ​​25 razy większe niż siłownik pneumatyczny z tłokiem tego samego rozmiaru. Systemy hydrauliczne mogą również działać do 4000 psi. Siłowniki pneumatyczne mają zwykle mniej niż 150 psi.

Ściśliwość powietrza i straty ciśnienia zmniejszają sprawność układów pneumatycznych. Sprężarka musi pracować w sposób ciągły, aby utrzymać ciśnienie w przewodach, nawet gdy siłowniki się nie poruszają; układy hydrauliczne mogą utrzymywać stałe ciśnienie bez pracy pompy.