Определение гидравлических и пневматических систем

Обновлено 8 февраля 2019 г.

Джим Вудрафф

Рецензент: Мишель Зайдель, бакалавр наук, бакалавр права, магистр делового администрирования

Нас окружают гидравлические и пневматические устройства. Они используются в производстве, транспортировке, землеройном оборудовании и обычных транспортных средствах, которые мы видим каждый день.

Тормоза вашего автомобиля имеют гидравлический привод; мусоровоз, который еженедельно проезжает мимо вашего дома, использует гидравлическую энергию для уплотнения мусора. Ваш механик использует гидравлический подъемник при работе с днищем вашего автомобиля.

Не менее распространены пневматические системы. В грузовиках и автобусах используются тормоза с пневматическим приводом. Маляры-распылители используют сжатый воздух для нанесения краски. Вас когда-нибудь раздражали по утрам звук отбойного молотка? Это пневматическая машина, которая усердно работает с использованием сжатого воздуха.

В 1647 году французский математик Блез Паскаль разработал принцип механики жидкости, известный как закон Паскаля. В нем говорится, что при приложении давления в любой точке замкнутой жидкости давление будет увеличиваться одинаково во всех точках контейнера. Каким бы запутанным ни казался этот принцип, он является основой работы гидравлической системы.

Предположим, у вас есть полый цилиндр с поршнем площадью 2 квадратных дюйма, на который действует входная сила в 100 фунтов. Это приводит к давлению 50 фунтов на квадратный дюйм (100 фунтов / 2 квадратных дюйма).

Это давление передается системой гидравлической передачи на другой цилиндр, известный как привод, который имеет поршень с площадью 6 квадратных дюймов. При давлении 50 фунтов на квадратный дюйм этот цилиндр теперь имеет выходное усилие 300 фунтов (50 фунтов на квадратный дюйм на 6 квадратных дюймов).

Закон Паскаля дает гидравлическим системам преимущество. Минимальный ввод в небольшое устройство может привести к увеличению выходной силы в большем приводе. Это простой способ увеличения выходной силы, достаточной для обработки тяжелых нагрузок.

Поскольку гидравлические системы могут работать при давлении до нескольких тысяч фунтов на квадратный дюйм, выходное усилие на приводе может быть огромным. Благодаря этой более высокой выходной силе механический привод теперь может выполнять тяжелые подъемные, толкающие и передвижные задачи, такие как землеройные работы.

Гидравлическая система использует сеть передачи для переноса жидкости под давлением, которая приводит в действие гидравлические приводы. Гидравлическая жидкость получает давление от насоса, приводимого в действие первичным двигателем, таким как электродвигатель или бензиновый / дизельный двигатель. Масло под давлением фильтруется, измеряется и выталкивается через систему трансмиссии в исполнительный механизм для выполнения определенного действия. После этого жидкость возвращается под низким давлением в резервуар, где она очищается и фильтруется перед возвращением в насос.

Гидравлические системы используются на производственных предприятиях, таких как сталелитейная и автомобильная промышленность, для работы со всеми типами механического оборудования. Они используются для перемещения, толкания и подъема материалов в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность, землеройные работы и строительство.

Гидравлическое масло - Гидравлические жидкости не сжимаются и имеют низкую температуру воспламенения.

Резервуар - Резервуар содержит жидкость для системы. Он имеет пространство для расширения жидкости, позволяет воздуху, захваченному жидкостью, уйти и помогает жидкости остыть. Жидкость течет из резервуара к насосу, который выталкивает ее через сеть трубопроводов и, в конечном итоге, обратно в резервуар.

Фильтрующие устройства - Мелкие металлические частицы и другие посторонние предметы обычно попадают в жидкость. В гидравлической системе используются несколько фильтров и сетчатых фильтров для удаления этих посторонних частиц. Загрязнение жидкости - один из наиболее распространенных источников проблем в гидравлической системе.

Первичный двигатель - Электродвигатели или дизельные двигатели, работающие на газе, используются для привода жидкостного насоса.

Насос - Насос всасывает жидкость из резервуара и нагнетает ее через клапан регулирования давления и выводит из сети передачи к исполнительным механизмам.

Разъемы - Сеть, состоящая из труб, трубок и гибких шлангов, транспортирует жидкость к механическим приводам.

Клапаны - Различные клапаны регулируют количество потока жидкости, ее давление и направление.

Приводы - Актуаторы - это устройства, которые совершают рабочие движения. Они могут быть поворотными, как гидравлический двигатель, или линейными, как цилиндр.

Гидравлическая система имеет множество преимуществ перед пневматическими и другими типами механических приводных систем, поскольку она:

• Использует небольшие компоненты для передачи больших сил с постоянной выходной мощностью.
• Имеет приводы, способные к точному позиционированию.
• Способен запускаться при больших начальных нагрузках.
• Обеспечивает равномерные и плавные движения при различных нагрузках, поскольку жидкости не сжимаются, а скорость потока можно точно контролировать с помощью клапанов.
• Обеспечивает стабильную мощность на умеренных скоростях по сравнению с пневматическими системами.
• Легко контролировать и регулировать с помощью клапанов давления, направления и потока.
• Легко и быстро рассеивает тепло.
• Хорошо работает в жарких условиях.

• Насосы, клапаны, сети передачи и приводы дороги.
• Они могут загрязнить рабочее место утечками, что может привести к несчастным случаям или пожарам.
• Они не подходят для езды на высоких скоростях.
• Гидравлические жидкости чувствительны к загрязнению и должны регулярно проверяться.
• Разрывы трубопроводов высокого давления могут стать причиной травм.
• Характеристики гидравлических жидкостей зависят от изменений температуры, которые могут вызвать изменения вязкости.

Наиболее распространенные гидравлические жидкости на основе минеральных масел, полиальфаолефинов и эфиров фосфорной кислоты из-за их низкой сжимаемости. Вода не подходит, потому что она может замерзать при низких температурах и закипать при высоких температурах. Вода также может вызвать коррозию и ржавчину.

1. Передайте мощность и усилие по проводам к исполнительным механизмам для выполнения рабочего движения.
2. Смажьте компоненты, устройства, клапаны и приводы в контуре.
3. Действуйте как охлаждающая жидкость, отводя тепло от любых горячих точек в системе.
4. Герметизируйте зазоры между движущимися частями, чтобы повысить эффективность и уменьшить нагрев от избыточных утечек.

Некоторые свойства и характеристики гидравлической жидкости следующие:

Вязкость - Вязкость - это внутреннее сопротивление жидкости течению. Он увеличивается с повышением температуры. Приемлемая гидравлическая жидкость должна обеспечивать хорошее уплотнение поршня, клапанов и насосов, но не быть настолько густой, чтобы препятствовать потоку жидкости.

Жидкости с высокой вязкостью могут привести к потере мощности и повышению рабочих температур. Слишком жидкая жидкость может вызвать чрезмерный износ любых движущихся частей.

Химическая стабильность - Гидравлическая жидкость должна быть химически стабильной. Он должен противостоять окислению и быть стабильным в тяжелых условиях эксплуатации, например при высоких температурах. Продолжительная работа при высоких температурах может сократить срок службы жидкости.

точка возгорания - Температура вспышки - это температура, при которой жидкость превращается в пар в объеме, достаточном для воспламенения или вспышки при контакте с пламенем. Гидравлические жидкости должны иметь высокую температуру вспышки, чтобы противостоять горению и демонстрировать низкую степень испарения при нормальных температурах.

Точка возгорания - Точка возгорания - это температура, при которой жидкость испаряется в объеме, достаточном для воспламенения при воздействии пламени и продолжающегося горения. Как и в случае с температурой воспламенения, приемлемая гидравлическая жидкость должна иметь высокую температуру воспламенения.

Пневматические системы похожи на гидравлические, но они используют сжатый воздух вместо жидкости для передачи энергии. Они полагаются на постоянный источник сжатого воздуха для управления энергией и приведения в действие устройств движения.

Производственные предприятия используют сжатый воздух для привода пневматических сверл и прессов, а также для подъема предметов и перемещения материалов. Производственные цеха используют пневматические машины для хранения незавершенной продукции для операций сварки, пайки и формовки.

Воздушный компрессор - Воздушный компрессор забирает воздух из атмосферы, создает в нем давление и хранит сжатый воздух в резервуаре для выпуска в систему трансмиссии.

Главный водитель - Главный привод, такой как электродвигатель или газовый двигатель, обеспечивает питание воздушного компрессора.

Устройства управления - Клапаны регулируют давление и управляют потоком и направлением.

Баллон с воздухом - В баке находится сжатый воздух для подачи к механическим устройствам.

Приводы - Это устройства, которые берут энергию из сжатого воздуха и преобразуют ее в механические движения.

Система передачи - Сеть труб и трубопроводов транспортирует сжатый воздух к исполнительным механизмам.

Эффективность - Подача воздуха бесплатна и неограничена. Сжатый воздух легко хранить, транспортировать и выпускать в окружающую среду без дорогостоящей обработки.

Простой дизайн - Конфигурация и компоненты пневматической системы имеют простую конструкцию и удобны в обслуживании. Они более прочные и их нелегко повредить.

Возможность работать на более высоких скоростях - Пневматические системы могут управлять приводами в более быстрых циклах, например, на линиях по производству упаковки. Линейные и колебательные движения легко регулировать с помощью клапана регулировки давления для управления расходом и давлением.

Чистота - Отсутствие риска утечки гидравлических жидкостей, загрязняющих окружающую среду. Пневматические системы предпочтительнее на рабочих местах, где требуется высокий уровень чистоты. Устройства для вытяжного воздуха очищают воздух, который выпускается обратно в атмосферу.

Дешевле - Пневматические компоненты дешевле, а сжатый воздух широко доступен на производственных участках. Затраты на техническое обслуживание ниже по сравнению с гидравлическими системами.

Безопаснее работать - Пневматические системы безопасны для использования в легковоспламеняющихся средах без опасности пожара или взрыва. Пневматические компоненты не перегреваются и не загораются при перегрузке.

Способен работать в суровых условиях - Пыль, высокие температуры и агрессивные среды в меньшей степени влияют на пневматические системы по сравнению с гидравликой.

Пониженная мощность - Пневматические системы обычно работают при давлении менее 150 фунтов на квадратный дюйм и обеспечивают меньшее общее усилие на приводах. Пневматические цилиндры обычно имеют небольшие размеры и не способны выдерживать большие нагрузки.

Шумный - Воздушные компрессоры производят больше шума, и сжатый воздух издает шум, когда он выпускается из исполнительных механизмов.

Грубое движение - Поскольку воздух сжимаемый, движение пневматических приводов может быть грубым, что снижает точность движений системы. Скорость поршня неравномерна. Гидравлические движения стали более плавными.

Требуется предварительная обработка воздуха - Перед использованием воздух нуждается в обработке для удаления частиц воды и пыли. Если этого не сделать, повышенное трение между устройствами управления и движущимися компонентами приведет к износу детали и потребует преждевременного ремонта или замены.

Гидравлические приводы больше подходят для операций, требующих больших усилий. Они прочные и могут создавать силы в 25 раз больше, чем пневматический привод с поршнем того же размера. Гидравлические системы также могут работать под давлением до 4000 фунтов на квадратный дюйм. Пневматические приводы обычно менее 150 фунтов на квадратный дюйм.

Сжимаемость воздуха и потери давления снижают эффективность пневматических систем. Компрессор должен работать непрерывно, чтобы поддерживать давление в линиях, даже когда исполнительные механизмы не двигаются; гидравлические системы могут поддерживать постоянное давление без работы насоса.