Definition av hydrauliska och pneumatiska system

Uppdaterad 8 februari 2019

Av Jim Woodruff

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

Hydrauliska och pneumatiska enheter finns runt omkring oss. De används vid tillverkning, transport, jordredskap och vanliga fordon som vi ser varje dag.

Bromsarna på din bil drivs hydrauliskt; sopbilen som passerar varje vecka förbi ditt hus använder hydraulisk kraft för att kompakta soporna. Din mekaniker använder en hydraullyft när du arbetar på undersidan av din bil.

Pneumatiska system är lika utbredda. Lastbilar och bussar använder luftmanövrerade bromsar. Spraymålare använder tryckluft för att sprida färg. Har du någonsin varit irriterad på morgonen av ljudet av en jackhammer? Det är en pneumatisk maskin som är hård på jobbet med tryckluft.

1647 utvecklade den franska matematikern Blaise Pascal en princip för flytande mekanik som kallas Pascals lag. Den säger att när tryck appliceras vid någon punkt i en begränsad vätska kommer trycket att öka lika vid varje punkt i behållaren. Så inblandade som denna princip kanske låter är det grunden för driften av ett hydraulsystem.

Antag att du har en ihålig cylinder som har en kolv med en yta på 2 kvadrat tum och den får en inmatningskraft på 100 pund. Detta resulterar i ett tryck på 50 pund per kvadrattum (100 pund / 2 kvadrat tum).

Detta tryck överförs av det hydrauliska överföringssystemet till en annan cylinder, känd som ett ställdon, som har en kolv med en yta på 6 kvadrat tum. Vid 50 psi har denna cylinder nu en uteffekt på 300 pund (50 psi X 6 kvadrat tum).

Pascals lag ger hydrauliska fördelar. En minimal ingång till en liten enhet kan resultera i en större kraftutgång i ett större ställdon. Det är ett enkelt sätt att multiplicera utgångskraften som är tillräcklig för att hantera tunga arbetsbelastningar.

Eftersom hydrauliska system kan arbeta vid tryck upp till flera tusen psi kan utgångskraften vid ställdonet vara enorm. Med denna högre kraftutgång har det mekaniska ställdonet nu kraften att utföra tunga lyft-, skjut- och förflyttningsuppgifter, såsom jordrörelse.

Ett hydraulsystem använder ett transmissionsnät för att transportera en tryckvätska som driver hydrauliska ställdon. Hydraulvätskan får sitt tryck från en pump som drivs av en drivmotor, såsom en elmotor eller en gas / dieselmotor. Den trycksatta oljan filtreras, mäts och skjuts ut genom transmissionssystemet till ett ställdon för att utföra någon åtgärd. Därefter återgår vätskan under lågt tryck till en behållare där den rengörs och filtreras innan den återvänder till pumpen.

Hydraulsystem används i tillverknings- och produktionsanläggningar, såsom stål- och bilindustrin, för att driva alla typer av mekanisk utrustning. De används för att flytta, skjuta och lyfta material i industrier som gruvdrift, jordarbeten och konstruktion.

Hydraulolja - Hydraulvätskor är icke-komprimerbara och har låga flampunkter.

En reservoar - Behållaren rymmer vätskan för systemet. Den har utrymme för vätskexpansion, låter luft som tas med i vätskan flyta ut och hjälper vätskan att svalna. Vätska strömmar från behållaren till pumpen, som tvingar ut den genom ett rörnätverk och slutligen tillbaka till behållaren.

Filtreringsenheter - Små metallpartiklar och annat främmande material hittar vanligtvis vägen in i vätskan. Hydraulsystemet använder flera filter och silar för att ta bort dessa främmande partiklar. Vätskeförorening är en av de vanligaste källorna till problem i ett hydraulsystem.

En drivkraft - Elmotorer eller gasdrivna dieselmotorer används för att driva vätskepumpen.

En pump - Pumpen drar vätskan från behållaren och tvingar den genom en tryckreglerande ventil och ut överföringsnätet till ställdonen.

Kontaktdon - Ett nätverk bestående av rör, slangar och flexibla slangar transporterar vätskan till de mekaniska ställdonen.

Ventiler - Olika ventiler styr mängden vätskeflöde, dess tryck och riktning.

Ställdon - Ställdon är enheterna som utför arbetsrörelser. De kan vara roterande, såsom en hydraulmotor, eller linjära, som en cylinder.

Ett hydraulsystem har många fördelar jämfört med pneumatiska och andra typer av mekaniska drivsystem eftersom det:

• Använder små komponenter för att överföra stora krafter med jämn effekt.
• Har ställdon som kan exakt positionera.
• Kan starta under tunga initiala belastningar.
• Producerar jämna och jämna rörelser under varierande belastningar eftersom vätskorna inte är komprimerbara och flödeshastigheterna kan regleras exakt med ventiler.
• Levererar jämn effekt vid måttliga hastigheter jämfört med pneumatiska system.
• Är lätt att styra och reglera med tryck-, riktnings- och flödesventiler.
• Försvinner värmen enkelt och snabbt.
• Fungerar bra i heta miljöer.

• Pumpar, ventiler, överföringsnät och ställdon är dyra.
• De kan förorena arbetsplatsen med läckor, vilket kan orsaka olyckor eller bränder.
• De är inte lämpliga för cykling i höga hastigheter.
• Hydraulvätskor är känsliga för smutsföroreningar och måste testas regelbundet.
• Bristningar på högtrycksledningar kan orsaka skador.
• Hydraulvätskans prestanda är en funktion av temperaturförändringar som kan orsaka viskositetsförändringar.

De vanligaste hydraulvätskorna är baserade på mineraloljor, polyalfaolefiner och fosfatestrar på grund av deras låga kompressibilitet. Vatten är inte lämpligt eftersom det kan frysa i kalla temperaturer och koka i högtemperaturmiljöer. Vatten kan också orsaka korrosion och rost.

1. Överför kraft och kraft genom ledarledningar till ställdon för att utföra en arbetsrörelse.
2. Smörj komponenter, enheter, ventiler och ställdon i kretsen.
3. Fungera som kylvätska genom att överföra värme från alla heta punkter i systemet.
4. Tätningsavstånd mellan rörliga delar för att öka effektiviteten och minska värmen från överflödiga läckor.

Några av egenskaperna och egenskaperna hos en hydraulvätska är som följer:

Viskositet - Viskositet är det inre motståndet hos en vätska att strömma. Det ökar när temperaturen stiger. En acceptabel hydraulvätska måste kunna ge en bra tätning vid kolv, ventiler och pumpar men inte vara så tjock att den hindrar vätskeflöde.

Vätskor med hög viskositet kan leda till effektförlust och högre driftstemperaturer. En vätska som är för tunn kan orsaka alltför slitage på alla rörliga delar.

Kemisk stabilitet - En hydraulvätska måste vara kemiskt stabil. Den måste motstå oxidation och vara stabil under svåra driftsförhållanden, såsom höga temperaturer. Att arbeta under långa perioder vid höga temperaturer kan förkorta vätskans livslängd.

Flampunkt - En flampunkt är temperaturen när en vätska förvandlas till en ånga i tillräcklig volym för att antända eller blinka i kontakt med en låga. Hydraulvätskor behöver en hög flampunkt för att motstå förbränning och uppvisar en låg grad av avdunstning vid normala temperaturer.

Brandpunkt - Brandpunkt är temperaturen där en vätska förångas i tillräcklig volym för att antända när den utsätts för en eld och fortsätter att brinna. Som med flampunkten måste en acceptabel hydraulvätska ha en hög eldpunkt.

Pneumatiska system är som hydrauliska system, men de använder tryckluft istället för en vätska för att överföra kraft. De är beroende av en konstant källa av tryckluft för att styra energi och aktivera rörelseenheter.

Tillverkningsanläggningar använder tryckluft för att driva pneumatiska borrar och pressar och för att lyfta föremål och flytta material. Tillverkningsbutiker använder en pneumatisk maskin för att hålla oavslutade produkter för svetsning, hårdlödning och formning.

Luftkompressor - Luftkompressorn drar luft från atmosfären, sätter den under tryck och lagrar den komprimerade luften i en tank för utsläpp till överföringssystemet.

Huvudförare - En huvuddrivare, som en elmotor eller en gasdriven motor, ger kraften till en luftkompressor.

Kontrollenheter - Ventiler reglerar tryck och reglerar flöde och riktning.

Lufttank - En tank håller tryckluft för leverans till mekaniska anordningar.

Ställdon - Det här är enheter som tar energin från tryckluft och omvandlar den till mekaniska rörelser.

Överföringssystem - Ett nätverk av rör och slangar transporterar tryckluften till ställdon.

Effektivitet - Tillförseln av luft är gratis och obegränsad. Tryckluft är lätt att lagra, transportera och kan släppas ut i miljön utan dyra behandlingar.

Enkel design - Konfigurationen och komponenterna i ett pneumatiskt system har en enkel design och är lätta att underhålla. De är mer hållbara och skadas inte lätt.

Möjligheten att arbeta vid högre hastigheter - Pneumatiska system kan styra ställdon i snabbare cykler, till exempel i förpackningsproduktionslinjer. Linjära och oscillerande rörelser är lätta att justera genom att använda en tryckreglerande ventil för att kontrollera flödeshastighet och tryck.

Renlighet - Ingen risk för läckage av hydraulvätskor som förorenar miljön. Pneumatiska system föredras på arbetsplatser som behöver höga renhetsnivåer. Frånluftsanordningar rensar upp luften som släpps ut i atmosfären.

Mindre kostsamt - Pneumatiska komponenter är billigare och tryckluft finns allmänt tillgängligt i tillverkningsområden. Underhållskostnaderna är lägre jämfört med hydrauliska system.

Säkrare att använda - Pneumatiska system är säkra att använda i brandfarliga miljöer utan fara från brand eller explosioner. Pneumatiska komponenter överhettas inte eller tänds inte vid överbelastning.

Kan fungera i tuffa miljöer - Damm, höga temperaturer och frätande miljöer har mindre effekt på pneumatiska system jämfört med hydraulik.

Minskad kraft - Pneumatiska system arbetar vanligtvis vid mindre än 150 psi och ger mindre total kraft vid ställdon. Pneumatiska cylindrar är vanligtvis små och kan inte hantera tunga laster.

Högljudd - Luftkompressorer genererar mer buller och tryckluft är bullrig när den släpps från ställdonen.

Grov rörelse - Eftersom luft är komprimerbar kan rörelserna från pneumatiska manöverdon vara grova, vilket minskar noggrannheten i systemets rörelser. Kolvhastigheterna är ojämna. Hydraulikrörelserna är mjukare.

Behöver förbehandling av luft - Före användning behöver luft bearbetas för att ta bort vatten och dammpartiklar. Om detta inte görs kommer den ökade friktionen mellan kontrollenheterna och rörliga komponenter att slitas ut och kräver för tidig reparation eller byte.

Hydrauliska ställdon är mer lämpliga för operationer som kräver hög kraft. De är robusta och kan producera krafter upp till 25 gånger större än ett pneumatiskt ställdon med samma kolv. Hydraulsystem kan också fungera upp till 4000 psi. Pneumatiska manöverdon är vanligtvis mindre än 150 psi.

Kompressibiliteten hos luft och tryckförluster minskar effektiviteten hos pneumatiska system. Kompressorn måste gå kontinuerligt för att bibehålla trycket i ledningarna även när ställdonen inte rör sig; hydraulsystem kan hålla konstant tryck utan att pumpen går.