Визначення гідравлічних та пневматичних систем

Оновлено 08 лютого 2019 р

Джим Вудрафф

Відгук: Мішель Зайдель, B.Sc., LL.B., MBA

Гідравлічні та пневматичні пристрої є навколо нас. Вони використовуються у виробництві, транспортуванні, землерийному обладнанні та звичайних транспортних засобах, які ми бачимо щодня.

Гальма на вашому автомобілі працюють гідравлічно; сміттєвоз, який щотижня проїжджає повз ваш будинок, використовує гідравлічну енергію для ущільнення сміття. Ваш механік використовує гідравлічний підйомник, працюючи на нижній частині вашої машини.

Пневматичні системи мають однакове поширення. Вантажівки та автобуси використовують гальма з повітряним приводом. Аерозольні фарби використовують стиснене повітря для нанесення фарби. Вас коли-небудь дратувало вранці звук відбійного молотка? Це пневматична машина, яка важко працює на стисненому повітрі.

У 1647 р. Французький математик Блез Паскаль розробив принцип механіки рідини, відомий як закон Паскаля. У ньому зазначено, що при тиску в будь-якій точці обмеженої рідини тиск зростатиме однаково в кожній точці контейнера. Як би не було загальновизнаним цей принцип, він є основою для роботи гідравлічної системи.

Припустимо, у вас є порожнистий циліндр, який має поршень площею 2 квадратні дюйми, і він отримує вхідну силу 100 фунтів. Це призводить до тиску 50 фунтів на квадратний дюйм (100 фунтів / 2 квадратних дюйма).

Цей тиск передається гідравлічною системою передачі на інший циліндр, відомий як привід, який має поршень площею 6 квадратних дюймів. Зараз циліндр із потужністю 50 фунтів на квадратний дюйм має вихідну силу 300 фунтів (50 фунтів на квадратний дюйм X 6 квадратних дюймів).

Закон Паскаля надає гідравлічним системам їх перевагу. Мінімальне введення в невеликий пристрій може призвести до більшої вихідної сили в більшому приводі. Це простий спосіб множення вихідної сили, достатньої для обробки великих навантажень.

Оскільки гідравлічні системи можуть працювати при тиску до декількох тисяч фунтів на квадратний дюйм, вихідна сила на приводі може бути величезною. Завдяки цій більшій вихідній силі механічний привід тепер має можливість виконувати важкі завдання підйому, штовхання та переміщення, такі як землерийні роботи.

Гідравлічна система використовує передавальну мережу для транспортування рідини під тиском, яка приводить в дію гідравлічні приводи. Гідравлічна рідина отримує тиск від насоса, що приводиться в рух двигуном, таким як електродвигун або газовий / дизельний двигун. Масло, що знаходиться під тиском, фільтрується, вимірюється і виштовхується через систему передачі до виконавчого механізму для виконання певної дії. Потім рідина під низьким тиском повертається у резервуар, де очищається та фільтрується перед поверненням до насоса.

Гідравлічні системи використовуються на виробничих та виробничих підприємствах, таких як металургійна та автомобільна промисловість, для роботи з усіма видами механічного обладнання. Вони використовуються для переміщення, штовхання та підйому матеріалів у таких галузях, як видобуток корисних копалин, земляні роботи та будівництво.

Гідравлічне масло - Гідравлічні рідини не стискаються і мають низькі температури спалаху.

Водосховище - Резервуар утримує рідину для системи. У ньому є місце для розширення рідини, пропускає повітря, що потрапляє в рідину, і допомагає рідині охолонути. Рідина витікає з резервуара до насоса, який витісняє його через трубопровідну мережу і, зрештою, назад у резервуар.

Фільтруючі пристрої - Дрібні частинки металу та інші сторонні речовини зазвичай потрапляють у рідину. Для видалення цих сторонніх частинок гідравлічна система використовує кілька фільтрів та фільтрів. Забруднення рідиною є одним із найпоширеніших джерел проблем у гідравлічній системі.

Первинний рушій - Електродвигуни або газові дизельні двигуни використовуються для приводу рідинного насоса.

Насос - Насос витягує рідину з резервуара і змушує її через клапан регулювання тиску виводити мережу передач до приводів.

Роз'єми - Мережа, що складається з труб, трубок та гнучких шлангів, транспортує рідину до механічних приводів.

Клапани - Різні клапани регулюють кількість потоку рідини, її тиск і напрямок.

Пускачі - Пускачі - це пристрої, що виконують робочі рухи. Вони можуть бути поворотними, наприклад гідравлічним двигуном, або лінійними, як циліндр.

Гідравлічна система має численні переваги перед пневматичними та іншими типами механічних приводних систем, оскільки вона:

• Використовує дрібні компоненти для передачі великих зусиль при стабільній вихідній потужності.
• Має виконавчі механізми, здатні точно позиціонувати.
• Можливий пуск при великих початкових навантаженнях.
• Робить рівномірні та плавні рухи під різними навантаженнями, оскільки рідини не стискаються, а витрати можна точно регулювати за допомогою клапанів.
• Забезпечує стабільну потужність на помірних швидкостях порівняно з пневматичними системами.
• Легко управляти та регулювати за допомогою клапанів тиску, напряму та потоку.
• Відводить тепло легко і швидко.
• Добре працює в жарких умовах.

• Насоси, клапани, передавальні мережі та пускачі є дорогими.
• Вони можуть забруднювати робоче місце витоками, що може спричинити аварії або пожежу.
• Вони не підходять для їзди на велосипеді на високих швидкостях.
• Гідравлічні рідини чутливі до забруднення брудом і повинні регулярно випробовуватися.
• Розриви ліній високого тиску можуть спричинити травми.
• Продуктивність гідравлічних рідин - це функція зміни температури, яка може спричинити зміни в’язкості.

Найбільш поширені гідравлічні рідини засновані на мінеральних оліях, поліальфаолефінах та ефірах фосфатів через їх низьку стисливість. Вода не підходить, оскільки вона може замерзати при низьких температурах і кипіти в умовах високої температури. Вода також може спричинити корозію та іржавіння.

1. Передайте потужність та силу через провідні лінії виконавчим механізмам для виконання робочого руху.
2. Змастіть компоненти, пристрої, клапани та виконавчі механізми в ланцюзі.
3. Діє як охолоджуюча рідина, віддаючи тепло від будь-яких гарячих точок системи.
4. Ущільніть зазори між рухомими деталями, щоб збільшити ефективність та зменшити тепло від надлишків витоків.

Деякі властивості та характеристики гідравлічної рідини такі:

В'язкість - В’язкість - це внутрішній опір рідини текти. Він збільшується в міру підвищення температури. Прийнятна гідравлічна рідина повинна забезпечувати хороше ущільнення поршня, клапанів і насосів, але не бути такою густою, щоб вона перешкоджала потоку рідини.

Рідини з високою в'язкістю можуть призвести до втрати потужності та підвищення робочих температур. Занадто рідка рідина може спричинити надмірний знос будь-яких рухомих частин.

Хімічна стабільність - Гідравлічна рідина повинна бути хімічно стабільною. Він повинен протистояти окисленню і бути стійким за важких умов експлуатації, таких як високі температури. Тривала експлуатація при високих температурах може скоротити термін служби рідини.

Точка займання - Температура спалаху - це температура, коли рідина перетворюється на пару в обсязі, достатньому для загоряння або спалаху в контакті з полум'ям. Гідравлічні рідини потребують високої температури спалаху, щоб протистояти горінню та демонструвати низький ступінь випаровування при нормальних температурах.

Пожежна точка - Точка пожежі - це температура, при якій рідина випаровується в достатньому обсязі, щоб спалахнути під впливом полум’я і продовжувати горіти. Як і при температурі спалаху, прийнятна гідравлічна рідина повинна мати високу температуру вогню.

Пневматичні системи схожі на гідравлічні, але для передачі потужності вони використовують стиснене повітря замість рідини. Вони покладаються на постійне джерело стисненого повітря, щоб контролювати енергію та приводити в рух пристрої.

Заводи-виробники використовують стиснене повітря для приводу пневматичних сівалок та пресів, а також для підйому предметів та переміщення матеріалів. Виробничі цехи використовують пневматичну машину для зберігання незавершених виробів для зварювання, пайки та формування.

Повітряний компресор - Повітряний компресор витягує повітря з атмосфери, тисне на нього і зберігає стиснене повітря в резервуарі для випуску в систему передачі.

Головний водій - Основний драйвер, такий як електродвигун або газовий двигун, забезпечує живлення повітряного компресора.

Пристрої управління - Клапани регулюють тиск і регулюють потік і напрямок.

Повітряний бак - Бак утримує стиснене повітря для подачі до механічних пристроїв.

Пускачі - Це пристрої, які забирають енергію стисненого повітря і перетворюють її в механічні рухи.

Система передачі - Мережа труб і трубок транспортує стиснене повітря до виконавчих механізмів.

Ефективність - Подача повітря безкоштовна і необмежена. Стиснене повітря легко зберігати, транспортувати і може потрапляти в навколишнє середовище без дорогих обробок.

Простий дизайн - Конфігурація та компоненти пневматичної системи мають просту конструкцію та прості в обслуговуванні. Вони більш довговічні і не легко пошкоджуються.

Можливість працювати на більш високих швидкостях - Пневматичні системи можуть працювати з виконавчими механізмами на більш швидких циклах, наприклад, на виробничих лініях упаковки. Лінійні та коливальні рухи легко регулювати за допомогою клапана, що регулює тиск, для регулювання витрати та тиску.

Чистота - Немає ризику витоку гідравлічних рідин, які забруднюють навколишнє середовище. Пневматичні системи є кращими на робочих місцях, які потребують високого рівня чистоти. Пристрої відпрацьованого повітря очищають повітря, що викидається назад в атмосферу.

Менш дорого - Пневматичні компоненти дешевші, а стиснене повітря широко доступне у виробничих районах. Витрати на технічне обслуговування нижчі порівняно з гідравлічними системами.

Безпечніше в експлуатації - Пневматичні системи безпечно використовувати в легкозаймистих умовах без небезпеки пожежі чи вибуху. Пневматичні компоненти не перегріваються і не загоряються при перевантаженні.

Здатний функціонувати в суворих умовах - Пил, високі температури та агресивне середовище мають менший вплив на пневматичні системи порівняно з гідравлікою.

Знижена потужність - Пневматичні системи, як правило, працюють при температурі менше 150 фунтів / кв. Пневматичні циліндри, як правило, малі і не мають сили витримувати великі навантаження.

Шумний - Повітряні компресори генерують більше шуму, а стиснене повітря шумить, коли його випускають з приводів.

Грубий рух - Оскільки повітря стисливе, рух пневматичних приводів може бути грубим, що зменшує точність рухів системи. Швидкість поршня нерівномірна. Рухи гідравліки плавніші.

Потрібна попередня обробка повітря - Перед використанням повітря потребує обробки, щоб видалити частинки води та пилу. Якщо цього не зробити, посилене тертя між пристроями управління та рухомими компонентами зносить деталь і потребуватиме передчасного ремонту або заміни.

Гідроприводи більше підходять для операцій, що потребують великої сили. Вони міцні і можуть створювати зусилля в 25 разів більше, ніж пневматичний привід із поршнем однакового розміру. Гідравлічні системи також можуть працювати до 4000 psi. Пневматичні приводи, як правило, менше 150 psi.

Стисливість втрат повітря та тиску знижує ефективність роботи пневматичних систем. Компресор повинен працювати безперервно, щоб підтримувати тиск у трубопроводах, навіть коли виконавчі механізми не рухаються; гідравлічні системи можуть утримувати постійний тиск без роботи насоса.