Hidrolik ve Pnömatik Sistemlerin Tanımı

08 Şubat 2019 güncellendi

Jim Woodruff tarafından

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

Hidrolik ve pnömatik cihazlar her yerdedir. Her gün gördüğümüz imalat, nakliye, hafriyat ekipmanları ve ortak araçlarda kullanılırlar.

Arabanızdaki frenler hidrolik olarak çalıştırılır; Evinizin yanından haftalık olarak geçen çöp kamyonu, çöpleri sıkıştırmak için hidrolik güç kullanır. Tamirciniz, arabanızın alt kısmında çalışırken bir hidrolik kaldırıcı kullanır.

Pnömatik sistemler eşit derecede yaygındır. Kamyonlar ve otobüsler havayla çalışan frenler kullanır. Sprey boyacılar, boyayı yaymak için basınçlı hava kullanır. Sabahları bir kırıcının sesiyle hiç rahatsız oldunuz mu? Bu, basınçlı hava kullanarak sıkı çalışan bir pnömatik makine.

1647'de Fransız matematikçi Blaise Pascal, Pascal yasası olarak bilinen akışkanlar mekaniği ilkesini geliştirdi. Kapalı bir sıvının herhangi bir noktasına basınç uygulandığında, basıncın kaptaki her noktada eşit olarak artacağını belirtir. Bu ilke kulağa karmaşık gelse de, bir hidrolik sistemin çalışmasının temelidir.

2 inç karelik bir alana sahip bir pistona sahip içi boş bir silindiriniz olduğunu ve 100 pound'luk bir giriş kuvveti aldığını varsayalım. Bu, inç kare başına 50 pound (100 pound/2 inç kare) bir basınçla sonuçlanır.

Bu basınç, hidrolik transmisyon sistemi tarafından, aktüatör olarak bilinen ve 6 inç karelik bir alana sahip bir pistona sahip başka bir silindire iletilir. 50 psi'de, bu silindir artık 300 pound (50 psi X 6 inç kare) çıkış gücüne sahiptir.

Pascal Yasası, hidrolik sistemlere avantaj sağlar. Küçük bir cihaza minimum giriş, daha büyük bir aktüatörde daha büyük bir kuvvet çıkışına neden olabilir. Ağır iş yüklerinin üstesinden gelmek için yeterli olan çıktı kuvvetini çoğaltmanın basit bir yoludur.

Hidrolik sistemler birkaç bin psi'ye kadar olan basınçlarda çalışabildiğinden, aktüatördeki çıkış kuvveti çok büyük olabilir. Bu daha yüksek kuvvet çıkışı ile mekanik aktüatör artık hafriyat gibi ağır kaldırma, itme ve taşıma görevlerini gerçekleştirme gücüne sahiptir.

Bir hidrolik sistem, hidrolik aktüatörleri çalıştıran basınçlı bir sıvıyı taşımak için bir iletim ağı kullanır. Hidrolik sıvı, basıncını elektrik motoru veya gaz/dizel motoru gibi bir ana hareket ettirici tarafından tahrik edilen bir pompadan alır. Basınçlı yağ filtrelenir, ölçülür ve bir işlem gerçekleştirmek için şanzıman sisteminden bir aktüatöre itilir. Daha sonra, sıvı düşük basınç altında pompaya dönmeden önce temizlendiği ve filtrelendiği bir hazneye geri döner.

Hidrolik sistemler, çelik ve otomobil endüstrileri gibi imalat ve üretim tesislerinde her türlü mekanik ekipmanı çalıştırmak için kullanılır. Madencilik, hafriyat ve inşaat gibi sektörlerde malzemeleri taşımak, itmek ve kaldırmak için kullanılırlar.

Hidrolik yağ – Hidrolik sıvılar sıkıştırılamaz ve parlama noktaları düşüktür.

bir rezervuar – Hazne, sistem için sıvıyı tutar. Sıvı genleşmesi için alana sahiptir, sıvının içine giren havanın kaçmasına izin verir ve sıvının soğumasına yardımcı olur. Akışkan, hazneden pompaya akar, bu da onu bir boru şebekesinden dışarı çıkmaya ve nihayetinde hazneye geri dönmeye zorlar.

Filtreleme cihazları – Küçük metal parçacıklar ve diğer yabancı maddeler genellikle sıvının içine girerler. Hidrolik sistem, bu yabancı parçacıkları gidermek için birkaç filtre ve süzgeç kullanır. Hidrolik sistemdeki sorunların en yaygın kaynaklarından biri sıvı kirliliğidir.

Bir ana hareket ettirici – Akışkan pompasını tahrik etmek için elektrik motorları veya gazla çalışan dizel motorlar kullanılır.

Bir pompa – Pompa, sıvıyı rezervuardan çeker ve bir basınç düzenleyici valf aracılığıyla ve iletim şebekesinden aktüatörlere zorlar.

Konnektörler – Borular, borular ve esnek hortumlardan oluşan bir ağ, akışkanı mekanik aktüatörlere taşır.

Vanalar – Çeşitli valfler, sıvı akış miktarını, basıncını ve yönünü kontrol eder.

Aktüatörler – Aktüatörler, iş hareketlerini gerçekleştiren cihazlardır. Hidrolik motor gibi döner veya silindir gibi doğrusal olabilirler.

Bir hidrolik sistemin, pnömatik ve diğer mekanik tahrik sistemlerine göre sayısız avantajı vardır, çünkü:

• Tutarlı güç çıkışı ile büyük kuvvetleri aktarmak için küçük bileşenler kullanır.
• Hassas konumlandırma yapabilen aktüatörlere sahiptir.
• Ağır ilk yükler altında çalışmaya başlayabilir.
• Akışkanlar sıkıştırılamaz olduğundan ve debiler valfler ile hassas bir şekilde kontrol edilebildiğinden, değişen yükler altında eşit ve düzgün hareketler üretir.
• Pnömatik sistemlere kıyasla orta hızlarda tutarlı güç sağlar.
• Basınç, yön ve akış kontrol valfleri ile kontrol edilmesi ve düzenlenmesi kolaydır.
• Isıyı kolay ve hızlı bir şekilde dağıtır.
• Sıcak ortamlarda iyi performans gösterir.

• Pompalar, valfler, iletim ağları ve aktüatörler pahalıdır.
• Kazalara veya yangınlara neden olabilecek sızıntılarla işyerini kirletebilirler.
• Yüksek hızlarda bisiklet sürmek için uygun değiller.
• Hidrolik sıvılar kire karşı hassastır ve düzenli olarak test edilmelidir.
• Yüksek basınçlı hatların yırtılması yaralanmalara neden olabilir.
• Hidrolik sıvıların performansı, viskozitede değişikliklere neden olabilen sıcaklıktaki değişikliklerin bir fonksiyonudur.

En yaygın hidrolik sıvılar, düşük sıkıştırılabilirliklerinden dolayı mineral yağlar, polialfaolefinler ve fosfat esterlerine dayanmaktadır. Su uygun değildir çünkü soğukta donabilir ve yüksek sıcaklıkta kaynayabilir. Su ayrıca korozyona ve paslanmaya neden olabilir.

1. Bir iş hareketi gerçekleştirmek için güç ve kuvveti iletken hatlardan aktüatörlere iletin.
2. Devredeki bileşenleri, cihazları, valfleri ve aktüatörleri yağlayın.
3. Sistemdeki herhangi bir sıcak noktadan ısıyı uzaklaştırarak bir soğutucu olarak hareket edin.
4. Verimliliği artırmak ve aşırı sızıntılardan kaynaklanan ısıyı azaltmak için hareketli parçalar arasındaki boşlukları kapatın.

Bir hidrolik sıvının bazı özellikleri ve özellikleri şunlardır:

viskozite - Viskozite, bir sıvının akmaya karşı gösterdiği iç dirençtir. Sıcaklık yükseldikçe artar. Kabul edilebilir bir hidrolik sıvısı, piston, valfler ve pompalarda iyi bir sızdırmazlık sağlayabilmeli, ancak sıvı akışını engelleyecek kadar kalın olmamalıdır.

Yüksek viskoziteli sıvılar güç kaybına ve daha yüksek çalışma sıcaklıklarına neden olabilir. Çok ince bir sıvı, hareketli parçaların aşırı aşınmasına neden olabilir.

Kimyasal stabilite - Bir hidrolik sıvı kimyasal olarak kararlı olmalıdır. Oksidasyona direnmeli ve yüksek sıcaklıklar gibi zorlu çalışma koşullarında kararlı olmalıdır. Yüksek sıcaklıklarda uzun süre çalıştırılması, sıvının kullanım ömrünü kısaltabilir.

Alevlenme noktası - Parlama noktası, bir sıvının alevle temas halinde tutuşması veya parlaması için yeterli hacimde buhara dönüştüğü sıcaklıktır. Hidrolik sıvılar, yanmaya direnmek için yüksek bir parlama noktasına ihtiyaç duyar ve normal sıcaklıklarda düşük derecede buharlaşma sergiler.

Ateş noktası - Yangın noktası, bir sıvının aleve maruz kaldığında tutuşmaya ve yanmaya devam etmeye yeterli hacimde buharlaştığı sıcaklıktır. Parlama noktasında olduğu gibi, kabul edilebilir bir hidrolik sıvının yüksek bir yangın noktasına sahip olması gerekir.

Pnömatik sistemler hidrolik sistemler gibidir, ancak gücü iletmek için sıvı yerine basınçlı hava kullanırlar. Enerjiyi kontrol etmek ve hareket cihazlarını harekete geçirmek için sabit bir basınçlı hava kaynağına güvenirler.

Üretim tesisleri, pnömatik matkapları ve presleri çalıştırmak, nesneleri kaldırmak ve malzemeleri taşımak için basınçlı hava kullanır. İmalat atölyeleri, kaynak, lehimleme ve biçimlendirme işlemleri için bitmemiş ürünleri tutmak için bir pnömatik makine kullanır.

Hava kompresörü - Hava kompresörü atmosferden havayı çeker, basınçlandırır ve basınçlı havayı iletim sistemine vermek üzere bir tankta depolar.

Birincil sürücü - Elektrik motoru veya gazla çalışan motor gibi birincil bir sürücü, bir hava kompresörüne güç sağlar.

Kontrol araçları - Valfler basıncı düzenler, akış ve yönü kontrol eder.

Hava tankı - Bir tank, mekanik cihazlara dağıtım için basınçlı havayı tutar.

Aktüatörler - Basınçlı havadan enerji alıp mekanik hareketlere dönüştüren cihazlardır.

İletim sistemi - Bir boru ve boru ağı, basınçlı havayı aktüatörlere taşır.

Verimlilik - Hava temini ücretsiz ve sınırsızdır. Basınçlı havanın depolanması, taşınması kolaydır ve maliyetli işlemler olmaksızın çevreye salınabilir.

Basit tasarım - Bir pnömatik sistemin konfigürasyonu ve bileşenleri basit bir tasarıma sahiptir ve bakımı kolaydır. Daha dayanıklıdırlar ve kolayca zarar görmezler.

Daha yüksek hızlarda çalışma yeteneği - Pnömatik sistemler, örneğin paketleme üretim hatlarında olduğu gibi, aktüatörleri daha hızlı döngülerde çalıştırabilir. Akış hızını ve basıncı kontrol etmek için bir basınç düzenleyici valf kullanarak doğrusal ve salınımlı hareketlerin ayarlanması kolaydır.

Temizlik - Çevreyi kirleten hidrolik sıvıların sızıntı riski yoktur. Yüksek düzeyde temizlik gerektiren iş yerlerinde pnömatik sistemler tercih edilmektedir. Egzoz havası cihazları, atmosfere geri salınan havayı temizler.

Daha Az Maliyetli - Pnömatik bileşenler daha ucuzdur ve üretim alanlarında basınçlı hava yaygın olarak bulunur. Bakım maliyetleri hidrolik sistemlere göre daha düşüktür.

Çalıştırmak daha güvenli - Pnömatik sistemler, yangın veya patlama tehlikesi olmayan yanıcı ortamlarda güvenle kullanılabilir. Pnömatik bileşenler aşırı yüklendiğinde aşırı ısınmaz veya alev almaz.

Zorlu ortamlarda çalışabilme - Toz, yüksek sıcaklık ve aşındırıcı ortamların pnömatik sistemler üzerinde hidroliklere göre daha az etkisi vardır.

Azaltılmış güç - Pnömatik sistemler tipik olarak 150 psi'nin altında çalışır ve aktüatörlerde daha az toplam kuvvet sağlar. Pnömatik silindirler genellikle küçüktür ve ağır yükleri kaldıracak güce sahip değildir.

Gürültülü - Hava kompresörleri daha fazla gürültü üretir ve basınçlı hava, aktüatörlerden serbest bırakıldığında gürültülüdür.

kaba hareket - Hava sıkıştırılabilir olduğundan, pnömatik aktüatörlerin hareketi pürüzlü olabilir, bu da sistemin hareketlerinin doğruluğunu azaltır. Piston hızları eşit değil. Hidrolik hareketler daha yumuşaktır.

Havanın ön arıtmaya ihtiyacı var - Kullanımdan önce havanın su ve toz parçacıklarını gidermek için işlenmesi gerekir. Bu yapılmazsa, kontrol cihazları ve hareketli bileşenler arasındaki artan sürtünme parçayı aşındıracak ve erken onarım veya değiştirme gerektirecektir.

Hidrolik aktüatörler, yüksek kuvvet gerektiren işlemler için daha uygundur. Sağlamdırlar ve aynı boyutta pistona sahip bir pnömatik aktüatörden 25 kata kadar daha fazla kuvvet üretebilirler. Hidrolik sistemler ayrıca 4.000 psi'ye kadar çalışabilir. Pnömatik aktüatörler genellikle 150 psi'den azdır.

Havanın sıkıştırılabilirliği ve basınç kayıpları pnömatik sistemlerin verimini düşürür. Aktüatörler hareket etmese bile hatlardaki basıncı korumak için kompresör sürekli çalışmalıdır; hidrolik sistemler, pompa çalışmadan sabit basıncı tutabilir.