Definiția sistemelor hidraulice și pneumatice

Actualizat la 8 februarie 2019

De Jim Woodruff

Revizuit de: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Dispozitivele hidraulice și pneumatice sunt în jurul nostru. Sunt folosite în fabricarea, transportul, echipamentele de mutare a pământului și vehiculele obișnuite pe care le vedem în fiecare zi.

Frânele mașinii dvs. sunt acționate hidraulic; camionul de gunoi care trece săptămânal pe lângă casă folosește energie hidraulică pentru a compacta gunoiul. Mecanicul dvs. folosește un lift hidraulic atunci când lucrează pe partea inferioară a mașinii.

Sistemele pneumatice sunt la fel de răspândite. Camioanele și autobuzele folosesc frâne acționate de aer. Vopsitorii cu pulverizare folosesc aer comprimat pentru a răspândi vopseaua. Ai fost vreodată iritat dimineața de sunetul unui ciocan? Aceasta este o mașină pneumatică care lucrează greu cu aer comprimat.

În 1647, matematicianul francez Blaise Pascal a dezvoltat un principiu al mecanicii fluidelor cunoscut sub numele de legea lui Pascal. Se afirmă că atunci când se aplică presiune în orice punct al unui fluid limitat, presiunea va crește în mod egal în fiecare punct al containerului. Oricât de complicat ar putea suna acest principiu, este baza pentru funcționarea unui sistem hidraulic.

Să presupunem că aveți un cilindru gol care are un piston cu o suprafață de 2 inci pătrate și primește o forță de intrare de 100 de lire sterline. Aceasta duce la o presiune de 50 de lire pe inch pătrat (100 de lire / 2 inch).

Această presiune este trecută de sistemul de transmisie hidraulică către un alt cilindru, cunoscut sub numele de actuator, care are un piston cu o suprafață de 6 inci pătrate. La 50 psi, acest cilindru are acum o forță de ieșire de 300 de lire sterline (50 psi X 6 inch pătrat).

Legea lui Pascal oferă avantajul sistemelor hidraulice. O intrare minimă într-un dispozitiv mic poate avea ca rezultat o forță de ieșire mai mare într-un actuator mai mare. Este un mod simplu de a multiplica forța de ieșire suficientă pentru a face față încărcărilor grele.

Deoarece sistemele hidraulice pot funcționa la presiuni de până la câteva mii de psi, forța de ieșire la actuator poate fi imensă. Cu această putere de forță mai mare, actuatorul mecanic are acum puterea de a efectua sarcini de ridicare, împingere și mișcare grele, cum ar fi mutarea pământului.

Un sistem hidraulic folosește o rețea de transmisie pentru a transporta un fluid sub presiune care acționează actuatoare hidraulice. Fluidul hidraulic își obține presiunea de la o pompă acționată de un motor principal, cum ar fi un motor electric sau un motor pe benzină / diesel. Uleiul sub presiune este filtrat, măsurat și împins afară prin sistemul de transmisie la un actuator pentru a efectua o acțiune. Ulterior, fluidul revine sub presiune scăzută într-un rezervor unde este curățat și filtrat înainte de a reveni la pompă.

Sistemele hidraulice sunt utilizate în fabricile și fabricile de producție, cum ar fi siderurgia și industria automobilelor, pentru a opera toate tipurile de echipamente mecanice. Sunt obișnuiți să mute, să împingă și să ridice materiale în industrii precum mineritul, mutarea pământului și construcțiile.

Ulei hidraulic - Fluidele hidraulice sunt necompresibile și au puncte de aprindere reduse.

Un rezervor - Rezervorul reține fluidul pentru sistem. Are spațiu pentru expansiunea fluidului, lasă aerul antrenat în lichid să scape și ajută lichidul să se răcească. Fluidul curge din rezervor către pompă, care îl forțează să iasă printr-o rețea de conducte și, în cele din urmă, înapoi la rezervor.

Dispozitive de filtrare - Particulele mici de metal și alte materii străine își găsesc de obicei drumul în fluid. Sistemul hidraulic folosește mai multe filtre și strecurătoare pentru a îndepărta aceste particule străine. Contaminarea fluidelor este una dintre cele mai frecvente surse de probleme într-un sistem hidraulic.

Un prim motor - Motoarele electrice sau motoarele diesel cu gaz sunt utilizate pentru acționarea pompei de fluid.

O pompă - Pompa extrage fluidul din rezervor și îl forțează printr-o supapă de reglare a presiunii și scoate rețeaua de transmisie către servomotoare.

Conectori - O rețea formată din țevi, tuburi și furtunuri flexibile transportă fluidul către dispozitivele de acționare mecanice.

Supape - Diferite supape controlează cantitatea de debit de fluid, presiunea și direcția acestuia.

Actuatoare - Actuatoarele sunt dispozitivele care execută mișcări de lucru. Pot fi rotative, cum ar fi un motor hidraulic, sau liniare, ca un cilindru.

Un sistem hidraulic are numeroase avantaje față de pneurile și alte tipuri de sisteme de acționare mecanică, deoarece:

• Folosește componente mici pentru a transfera forțe mari cu o putere de ieșire consistentă.
• Are actuatoare capabile de poziționare precisă.
• Poate porni sub sarcini inițiale grele.
• Produce mișcări uniforme și netede sub sarcini variate, deoarece fluidele nu sunt compresibile, iar debitele pot fi controlate cu precizie cu supape.
• Oferă putere constantă la viteze moderate comparativ cu sistemele pneumatice.
• Este ușor de controlat și reglat cu supape de presiune, direcționale și de reglare a debitului.
• Disipează căldura ușor și rapid.
• Funcționează bine în medii fierbinți.

• Pompele, supapele, rețelele de transmisie și dispozitivele de acționare sunt scumpe.
• Ele pot polua locul de muncă cu scurgeri, care pot provoca accidente sau incendii.
• Nu sunt potrivite pentru ciclism la viteze mari.
• Fluidele hidraulice sunt sensibile la contaminarea murdăriei și trebuie testate în mod regulat.
• Rupturile liniilor de înaltă presiune pot provoca răniri.
• Performanța fluidelor hidraulice este o funcție a modificărilor de temperatură, care pot provoca modificări ale vâscozității.

Cele mai frecvente fluide hidraulice se bazează pe uleiuri minerale, polialfaolefine și esteri fosfatici datorită compresibilității lor scăzute. Apa nu este potrivită, deoarece poate îngheța la temperaturi scăzute și poate fierbe în medii cu temperaturi ridicate. Apa poate provoca, de asemenea, coroziune și rugină.

1. Transmiteți puterea și forța prin liniile conductoare către actuatoare pentru a efectua o mișcare de lucru.
2. Lubrifiați componentele, dispozitivele, supapele și dispozitivele de acționare din circuit.
3. Acționați ca agent de răcire transferând căldura departe de orice punct fierbinte din sistem.
4. Etanșați distanțele dintre piesele în mișcare pentru a crește eficiența și a reduce căldura din cauza scurgerilor excesive.

Unele dintre proprietățile și caracteristicile unui fluid hidraulic sunt următoarele:

Viscozitate - Vâscozitatea este rezistența internă a fluidului la curgere. Crește pe măsură ce temperatura crește. Un fluid hidraulic acceptabil trebuie să poată asigura o etanșare bună la piston, supape și pompe, dar să nu fie atât de gros încât să împiedice fluxul de lichid.

Fluidele cu vâscozități ridicate pot duce la pierderi de energie și la temperaturi mai mari de funcționare. Un fluid prea subțire poate provoca uzura excesivă a oricărei părți în mișcare.

Stabilitate chimică - Un fluid hidraulic trebuie să fie stabil chimic. Trebuie să reziste la oxidare și să fie stabil în condiții severe de funcționare, cum ar fi temperaturi ridicate. Funcționarea pe perioade lungi de timp la temperaturi ridicate poate reduce durata de viață utilă a fluidului.

Punct de aprindere - Un punct de aprindere este temperatura când un fluid se transformă într-un vapor într-un volum suficient pentru a se aprinde sau a clipi în contact cu o flacără. Fluidele hidraulice au nevoie de un punct de aprindere ridicat pentru a rezista arderii și prezintă un grad scăzut de evaporare la temperaturi normale.

Punct de foc - Punctul de foc este temperatura în care un fluid vaporizează într-un volum suficient pentru a se aprinde atunci când este expus la o flacără și a continua să ardă. Ca și în cazul punctului de aprindere, un fluid hidraulic acceptabil trebuie să aibă un punct de foc ridicat.

Sistemele pneumatice sunt ca sistemele hidraulice, dar folosesc aer comprimat în locul unui fluid pentru a transmite puterea. Se bazează pe o sursă constantă de aer comprimat pentru a controla energia și a acționa dispozitivele de mișcare.

Uzinele de producție folosesc aer comprimat pentru a acționa burghie și prese pneumatice și pentru a ridica obiecte și a muta materiale. Magazinele de fabricație folosesc o mașină pneumatică pentru a deține produse neterminate pentru operațiuni de sudare, lipire și formare.

Compresor de aer - Compresorul de aer extrage aerul din atmosferă, îl presurizează și stochează aerul comprimat într-un rezervor pentru a fi eliberat în sistemul de transmisie.

Primul șofer - Un șofer principal, cum ar fi un motor electric sau un motor alimentat cu gaz, furnizează puterea unui compresor de aer.

Dispozitive de control - Supapele reglează presiunea și controlează debitul și direcția.

Rezervor de aer - Un rezervor reține aer comprimat pentru a fi livrat dispozitivelor mecanice.

Actuatoare - Acestea sunt dispozitive care preiau energia din aerul comprimat și o transformă în mișcări mecanice.

Sistem de transmisie - O rețea de țevi și tuburi transportă aerul comprimat către servomotoare.

Eficiență - Furnizarea de aer este gratuită și nelimitată. Aerul comprimat este ușor de depozitat, transportat și poate fi eliberat în mediu fără tratamente costisitoare.

Design simplu - Configurația și componentele unui sistem pneumatic au un design simplu și sunt ușor de întreținut. Sunt mai durabile și nu sunt ușor deteriorate.

Capacitatea de a opera la viteze mai mari - Sistemele pneumatice pot acționa actuatoarele la cicluri mai rapide, cum ar fi în liniile de producție a ambalajelor. Mișcările liniare și oscilante sunt ușor de reglat prin utilizarea unei supape de reglare a presiunii pentru a controla debitul și presiunea.

Curăţenie - Nu există risc de scurgeri de fluide hidraulice care poluează mediul înconjurător. Sistemele pneumatice sunt preferate în locurile de muncă care necesită un nivel ridicat de curățenie. Dispozitivele de evacuare a aerului curăță aerul care este eliberat înapoi în atmosferă.

Mai puțin costisitoare - Componentele pneumatice sunt mai puțin costisitoare, iar aerul comprimat este disponibil pe scară largă în zonele de fabricație. Costurile de întreținere sunt mai mici comparativ cu sistemele hidraulice.

Mai sigur de operat - Sistemele pneumatice sunt sigure de utilizat în medii inflamabile, fără pericole de incendiu sau explozii. Componentele pneumatice nu se supraîncălzesc și nu se aprind atunci când sunt supraîncărcate.

Capabil să funcționeze în medii dure - Praful, temperaturile ridicate și mediile corozive au un efect mai mic asupra sistemelor pneumatice comparativ cu hidraulica.

Putere redusă - Sistemele pneumatice funcționează de obicei la mai puțin de 150 psi și asigură o forță totală mai mică la servomotoare. Cilindrii pneumatici sunt de obicei mici și nu au puterea de a suporta sarcini grele.

Zgomotos - Compresoarele de aer generează mai mult zgomot, iar aerul comprimat este zgomotos atunci când este eliberat din servomotoare.

Mișcare aspră - Deoarece aerul este compresibil, mișcarea actuatoarelor pneumatice poate fi dură, ceea ce reduce precizia mișcărilor sistemului. Viteza pistonului este inegală. Mișcările hidraulice sunt mai fine.

Aveți nevoie de pre-tratament al aerului - Înainte de utilizare, aerul trebuie procesat pentru a îndepărta particulele de apă și praf. Dacă acest lucru nu se face, frecarea crescută dintre dispozitivele de comandă și componentele în mișcare va uza piesa și va necesita reparație sau înlocuire prematură.

Actuatoarele hidraulice sunt mai potrivite pentru operațiuni care necesită o forță mare. Sunt robuste și pot produce forțe de până la 25 de ori mai mari decât un actuator pneumatic cu piston de aceeași dimensiune. De asemenea, sistemele hidraulice pot funcționa până la 4.000 psi. Actuatoarele pneumatice sunt de obicei mai mici de 150 psi.

Compresibilitatea aerului și pierderile de presiune reduc eficiența sistemelor pneumatice. Compresorul trebuie să funcționeze continuu pentru a menține presiunea în conducte chiar și atunci când actuatoarele nu se mișcă; sistemele hidraulice pot menține presiunea constantă fără ca pompa să funcționeze.