Hidrauliskā sistēma pārvērš mehānisko ievadi šķidruma jaudā, pēc tam pārvērš šo šķidruma jaudu atpakaļ spēkā vai kustībā. Šī kompakto komponentu un liela spēka jaudas kombinācija padara hidrauliku par izplatīturūpnieciskās preses, darbgaldi, celtniecības un lauksaimniecības iekārtas, celšanas sistēmas un mobilā tehnika.
Sistēmas izpratne prasa vairāk nekā zināt, ka sūknis pārvieto eļļu. Spiediens veidojas, reaģējot uz pretestību, plūsma kontrolē izpildmehānisma ātrumu, vārsti virza un regulē enerģiju, un šķidruma stāvoklis ietekmē uzticamību. Šajā rokasgrāmatā ir izskaidrotas šīs attiecības un tiek ievērota sistēma saskaņā ar Paskāla likumu, izmantojot ķēdes darbību, izmēru noteikšanu, apkopi un problēmu novēršanu.
Paskāla likums un spēka pārnešana
Hidrauliskā jauda ir balstīta uz Paskāla likumu: spiediens, kas tiek piemērots ierobežotam šķidrumam, tiek pārnests vienādi visos virzienos.
Hidrauliskais spiediens ir:
Spiediens=Spēks ÷ Apgabals
vai:
P = F ÷ A
ASV parastajās vienībās:
P= spiediens mārciņās uz kvadrātcollu (psi)
F= spēks mārciņās-spēks (lbf)
A= laukums kvadrātcollās (in²)
Formulas pārkārtošana dod:
F = P × A
Šī sakarība izskaidro hidrauliskā spēka reizināšanu. Apsveriet divus savienotus cilindrus. Mazā virzuļa laukums ir 1 collas², bet lielāka virzuļa laukums ir 10 collas². Ja operators mazajam virzulim pieliek 10 mārciņas:
P=10 lbf ÷ 1 coll²=10 psi
Aptuveni 10 psi iedarbojas arī uz lielāko virzuli, radot šādu teorētisko spēku:
F=10 psi × 10 collas²=100 lbf
Izeja ir desmit reizes lielāka par ievadi, jo virzuļa laukums ir desmit reizes lielāks.
Faktiskās sistēmas nav 100% efektīvas. Blīvējuma berze, iekšējā noplūde, zudumi caur vārstiem un šļūtenēm un mehāniskā berze samazina pieejamo spēku. Ar 90 procentu kombinēto hidraulisko un mehānisko efektivitāti:
Faktiskais spēks=100 lbf × 0.90=90 lbf
Tāda pati metode attiecas uz rūpnieciskajām un mobilajām iekārtām. Cilindrs ar efektīvo laukumu 20 in² pie izmērītā spiediena 2500 psi rada:
Teorētiskais spēks=2,500 × 20=50,000 lbf
Ar aprēķināto efektivitāti 92 procenti:
Izmantojamais spēks ≈ 46 000 lbf
Ja ir zināms efektīvais virzuļa laukums, spiediena{0}}manometra rādījums var nodrošināt aptuvenu cilindra spēku.
Spiediens un plūsma ir saistīti, bet nav savstarpēji aizvietojami. Spiediens nosaka pieejamo spēku vai griezes momentu, savukārt plūsma galvenokārt nosaka izpildmehānisma ātrumu.
Galvenās hidrauliskās sastāvdaļas
Katram komponentam ir īpaša loma hidrauliskās enerģijas ģenerēšanā, kontrolē vai izmantošanā.
Hidrauliskie sūkņi
Sūknis rada plūsmu. Spiediens veidojas, kad šī plūsma saskaras ar pretestību.
| Sūkņa tips | Tipiskas īpašības | Izplatītas lietojumprogrammas |
|---|---|---|
| Zobratu sūknis | Vienkāršs, ekonomisks, izturīgs, fiksēts darba tilpums | Mobilā tehnika, eļļošana, vispārējā hidraulika |
| Lāpstiņu sūknis | Vienmērīga plūsma, salīdzinoši klusa, laba efektivitāte | Rūpnieciskās iekārtas, mērena{0}}spiediena sistēmas |
| Virzuļa sūknis | Pieejams augsts spiediens, augsta efektivitāte, mainīgs tilpums | Smagā tehnika, preses, precīzās sistēmas |
Fiksēta-darba tilpuma sūknis nodrošina aptuveni tādu pašu tilpumu ar katru apgriezienu un ir piemērots sistēmām ar relatīvi nemainīgu pieprasījumu.
Mainīga{0}}darba tilpuma sūknis maina savu jaudu, mainoties pieprasījumam. To bieži izmanto, ja svarīga ir energoefektivitāte, precīza vadība vai dažādas prasības attiecībā uz izpildmehānismu.
Izvēloties sūkni, jāņem vērā darba tilpums, nominālais spiediens, maksimālais ātrums, nepieciešamā plūsma GPM, tilpuma efektivitāte, šķidruma savietojamība un montāžas izkārtojums.
Rezervuārs
Rezervuārs uzglabā šķidrumu un dod laiku gaisa burbuļiem atdalīties, piesārņotājiem laiku nosēsties un silda ceļu, lai izkliedētu. Labi-izstrādāts rezervuārs var ietvert:
Uzpildes un ventilācijas filtri
Atgriešanās{0}}līnijas difuzori
Vajadzības gadījumā iesūkšanas sieti
Līmeņa un temperatūras indikatori
Iekšējās deflektori
Piekļuve kanalizācijai un tīrīšanai
Mobilajam aprīkojumam var būt nepieciešams kompakts hermetizēts rezervuārs vai īpašs deflektors, jo tas darbojas nogāzēs un zem vibrācijas.
Hidrauliskie vārsti
Vārsti kontrolē, kur nonāk hidrauliskā enerģija un kā izpildmehānisms reaģē.
| Vārsta tips | Galvenā funkcija |
|---|---|
| Atslodzes vārsts | Ierobežo maksimālo sistēmas spiedienu |
| Virziena vadības vārsts | Iestata izpildmehānisma virzienu |
| Plūsmas regulēšanas vārsts | Kontrolē izpildmehānisma ātrumu |
| Pretvārsts | Ļauj plūst vienā virzienā |
| Spiediena{0}}samazināšanas vārsts | Uztur zemāku spiedienu atzarojuma ķēdē |
| Secības vārsts | Sāk otro darbību pēc spiediena sliekšņa |
Atbrīvošanas vārsts aizsargā sūkņus, šļūtenes, cilindrus un citas sastāvdaļas no pārmērīga spiediena.
Izpildmehānismi
Hidrauliskie izpildmehānismi pārvērš šķidruma jaudu mehāniskajā izvadē. Ahidrauliskais cilindrsrada lineāru kustību, jo spiediens iedarbojas uz virzuļa laukumu. Hidrauliskais motors rada rotējošu kustību: plūsma ietekmē rotācijas ātrumu, bet spiediena starpība nosaka pieejamo griezes momentu.
Blīvējumiem jāatbilst šķidruma ķīmijai, spiedienam, ātrumam un temperatūrai. Nitrilkaučuks ir izplatīts minerāleļļu sistēmās. FKM bieži izmanto augstākās temperatūrās vai ķīmiski stingrā apkalpošanā, savukārt elementi, kuru pamatā ir PTFE-, var būt piemēroti lietojumiem, kuriem nepieciešama zema berze vai plašāka ķīmiskā savietojamība. Pārbaudiet gala materiālu attiecībā pret faktiskajiem šķidruma un darbības apstākļiem.
Tipiska hidrauliskā ķēde
Pamata rūpniecisko shēmu var parādīt šādi:
1. Startēšana
Elektromotors vai dzinējs iedarbina sūkni. Sūknis izvelk šķidrumu no rezervuāra un nosūta to spiediena līnijā.
Ja virziena vārsts ir atvērts-centrālajā vai izkraušanas pozīcijā, plūsma var atgriezties rezervuārā ar salīdzinoši zemu spiedienu. Noderīgi pārraudzības punkti ietver sūkņa izplūdes spiedienu, galvenās-līnijas plūsmu, rezervuāra temperatūru un atgaitas-filtra diferenciālo spiedienu.
2. Spiediena attīstība
Kad virziena vārsts sūta plūsmu uz izpildmehānismu, pretestība palielinās. Spiediens paaugstinās tikai tik daudz, lai pārvarētu ārējo slodzi un iekšējos zudumus.
Piemēram, ja cilindram ir nepieciešams 1800 psi, lai pārvietotu slodzi, spiediens var pieaugt no zema gaidstāves līmeņa līdz aptuveni 1800 psi plus ķēdes zudumi.
3. Cilindra pagarinājums
Virziena vārsts novirza sūkņa plūsmu cilindra vāciņa galā. Eļļa, kas iziet no stieņa gala, caur vārstu atgriežas rezervuārā, un cilindrs izstiepjas. Plūsmas -kontrolvārsts var ierobežot plūsmu, lai iestatītu pagarinājuma ātrumu.
4. Gājiena beigas un spiediena ierobežošana
Kad cilindrs sasniedz gājiena beigas, tas pārstāj kustēties. Ja sūknis turpina piegādāt plūsmu, spiediens strauji palielinās.
Pie iepriekš iestatītā spiediena drošības vārsts atveras un novirza lieko plūsmu uz rezervuāru. Tas neļauj sistēmai pārsniegt drošā spiediena robežu. Nepārtraukti darbojoties pāri drošības vārstam, tiek tērēta enerģija un tiek ražots ievērojams siltums.
5. Ievilkšana
Virziena vārsts griežas pretējā virzienā, nosūtot saspiestu eļļu uz stieņa pusi, bet eļļa no vāciņa puses atgriežas tvertnē.
Stienis samazina efektīvo virzuļa laukumu ievilkšanas laikā, tāpēc parastais viena{0}}stieņa cilindrs rada mazāku ievilkšanas spēku pie tāda paša spiediena. Ar tādu pašu ieplūdes plūsmu tas var arī ātrāk ievilkties.
6. Izkraušana un izslēgšana
Pēc operācijas ķēde atgriežas neitrālā stāvoklī. Atkarībā no tā konstrukcijas sūknis var izkraut, sabojāt vai apstāties.
Pirms apkopes atlaidiet saglabāto spiedienu saskaņā ar mašīnas ražotāja bloķēšanas/atzīmēšanas un spiediena samazināšanas procedūrām.
Elektrohidrauliskās sistēmas ļauj tehniķiem salīdzināt elektrisko komandu ar hidraulisko reakciju. Tvērums vai diagnostikas interfeiss var apstiprināt solenoīdam vai proporcionālajam vārstam nosūtīto komandu, savukārt mērītāji un plūsmas mērītāji parāda, kas noticis ķēdē.
Ja PLC nosūta vārsta komandu, bet spiediens nemainās, pārbaudiet solenoīdu, spoles kustību, pilota ķēdi un hidraulisko padevi. Ja komandas nav, sāciet ar kontrolieri, sensoru, vadu vai bloķēšanu.
Hidrauliskais šķidrums, spiediena zudums un apkope
Hidrauliskais šķidrums pārraida jaudu, ieeļļo detaļas, aizvada siltumu, transportē piesārņotājus uz filtriem un aizsargā virsmas pret nodilumu un koroziju.
Minerālhidrauliskās eļļas parasti identificē pēc ISO viskozitātes pakāpēm, piemēram, ISO VG 32, 46 un 68. Pareizā kategorija ir atkarīga no sūkņa prasībām un darba temperatūras.
Aukstā eļļa kļūst viskozāka. Ja tas ir pārāk biezs, sistēma var piedzīvot sarežģītu iedarbināšanu, lielus sūkšanas zudumus, lēnu izpildmehānisma reakciju, kavitāciju vai filtra apiešanu.
Augsta temperatūra samazina viskozitāti un var palielināt iekšējo noplūdi, vājināt eļļošanas plēvi, paātrināt oksidāciju un sabojāt blīves.
Iekārtām aukstā ziemeļu ASV klimatā var būt nepieciešams šķidrums ar zemāku-viskozitāti vai šķidrums ar augstu viskozitātes indeksu. Mašīnām, kas nepārtraukti darbojas karstā dienvidu klimatā, var būt nepieciešama lielāka termiskā stabilitāte vai augstāka darbības -viskozitātes pakāpe. Pirms eļļas maiņas pārbaudiet sūkņa ražotāja pieļaujamo viskozitātes diapazonu.
Spiediena zudums ķēdē
Šķidrums zaudē spiedienu, pārvietojoties pa šļūtenēm, caurulēm, veidgabaliem, filtriem, dzesētājiem un vārstiem. Zudumi palielinās līdz ar plūsmas ātrumu, līnijas garumu, šķidruma viskozitāti, ierobežojumiem un neatbilstošu šļūtenes diametru.
Spiediena kritums strauji palielinās, palielinoties plūsmas ātrumam. Tāpēc iesūkšanas, spiediena un atgaitas cauruļvadu izmēriem ir jābūt atbilstošam ātrumam, un zudumi jāsalīdzina ar ražotāja datiem vai hidrauliskā spiediena krituma aprēķiniem.
Parastie ārējās noplūdes punkti ir šļūteņu savienojumi, stieņu blīvslēgi, vārstu kolektori, sūkņa vārpstas blīves, veidgabali un bojātas caurules.
Apkopes prakse
Praktiskajā apkopes programmā jāiekļauj šādi darbi:
Regulāro pārbaužu laikā pārbaudiet šķidruma līmeni, temperatūru, neparastu troksni un redzamas noplūdes.
Izmantojiet filtru ierobežojuma indikatorus, nevis paļauties tikai uz kalendāra{0}}aizvietošanu.
Paņemiet eļļas paraugus no konsekventām vietām konsekventos darbības apstākļos.
Ja nepieciešams, pārbaudiet daļiņu piesārņojumu, viskozitāti, ūdens saturu, oksidāciju un nodiluma metālus.
Izpētiet būtiskas daļiņu skaita izmaiņas, nevis vienkārši nomainiet komponentus.
Pārbaudiet, vai šļūtenēs nav nobrāzumu, plaisu, pūslīšu un veidgabalu kustības.
Nomainot šķidrumu vai blīves, pārbaudiet ķīmisko saderību.
Eļļas un filtru maiņai ir jāatbilst aprīkojuma ražotāja ieteikumiem, piesārņojuma uzraudzībai, darbības smaguma pakāpei un eļļas{0}}analīzes rezultātiem, nevis vienam universālam darba-stundu intervālam.
Hidrauliskie izmēri un kontrole
Izmēru noteikšana parasti sākas ar slodzes spēku un nepieciešamo izpildmehānisma ātrumu.
Pieņemsim, ka mašīnai ir nepieciešami 30 000 mārciņas no cilindra ar maksimālo darba spiedienu 2500 psi. Nepieciešamais virzuļa laukums ir:
A = F ÷ P
A=30,000 ÷ 2,500=12 coll²
Aprēķiniet urbumu no:
A = πD² ÷ 4
Tāpēc:
D = √(4A ÷ π)
12 collu platībā:
D ≈ 3,91 collas
Standarta 4-collu urbums ir saprātīgs sākumpunkts, kas ir atkarīgs no drošības koeficienta, berzes, spiediena reitinga, montāžas slodzes un stieņa izliekuma prasībām.
4 collu urbuma laukums ir aptuveni:
A=12.57 in²
Pie 2500 psi tā teorētiskais pagarinājuma spēks ir:
F=2,500 × 12,57 ≈ 31 425 lbf
Ja nepieciešamais pagarinājuma ātrums ir 4 collas/s, nepieciešamā plūsma ir:
Q=laukums × ātrums
Q=12.57 × 4=50.28 collas/s
Viens ASV galons satur aptuveni 231 collu³, tāpēc:
GPM=50.28 × 60 ÷ 231 ≈ 13,1 GPM
Sūknim ir jāpiegādā aptuveni 13,1 GPM ar nepieciešamo spiedienu, lai nodrošinātu efektivitāti un vienlaicīgu plūsmas pieprasījumu.
Pārslodzes vārsta iestatīšana
Pārslodzes vārstam ir jāaizsargā zemākā{0}}novērtētā kritiskā sastāvdaļa, vienlaikus ļaujot iekārtai attīstīt nepieciešamo darba spēku.
Negrieziet regulēšanas skrūvi, līdz šķiet, ka iekārta darbojas vairāk. Nosakiet projektēto spiedienu, pārbaudiet komponentu nominālos rādītājus, pievienojiet piemērotu kalibrētu mērinstrumentu, noslogojiet ķēdi saskaņā ar apstiprināto apkopes procedūru un noregulējiet vārstu atbilstoši ražotāja specifikācijām.
Elektrohidrauliskās vadības ierīces
Mūsdienu sistēmās var izmantot proporcionālos vai servovārstus, ko kontrolē PLC, kustības kontrolieris vai elektroniskais pastiprinātājs.
Proporcionālie vārsti nodrošina mainīgu plūsmas vai spiediena kontroli. Servo vārstus parasti izmanto, ja nepieciešama ļoti ātra un precīza reakcija, lai gan tiem ir nepieciešams tīrāks šķidrums un sarežģītākas vadības ierīces.
Hidraulika parasti nodrošina lielāku spēka blīvumu un labāku slodzes noturību nekā pneimatika. Pneimatiskās sistēmas var būt tīrākas, vienkāršākas un ekonomiskākas liela ātruma automatizācijai ar mazākām spēka prasībām, taču saspiestais gaiss ir daudz saspiežamāks nekā hidrauliskā eļļa.
Hidraulisko problēmu novēršanas kontrolsaraksts
Pirms sastāvdaļu nomaiņas veiciet mērījumus.
Zems spēks vai spiediena zudums
Pārbaudiet šķidruma līmeni.
Izmēriet sūkņa izplūdes spiedienu.
Apstipriniet drošības{0}}vārsta iestatījumu.
Pārbaudiet, vai drošības vārsts nav iestrēdzis atvērts.
Veiciet sūkņa plūsmas pārbaudi.
Pārbaudiet, vai cilindrā vai motorā nav iekšējas noplūdes.
Pārbaudiet, vai virziena vārstiem nav iekšējā apvedceļa.
Lēna izpildmehānisma kustība
Izmēriet faktisko sistēmas plūsmu.
Pārbaudiet filtra ierobežojumu.
Pārbaudiet sūkņa ātrumu.
Pārbaudiet plūsmas{0}}vadības iestatījumus.
Pārbaudiet, vai nav iekšējas noplūdes.
Izmēriet spiediena kritumu šļūtenēs un vārstos.
Pārkaršana
Pārbaudiet, vai plūsma nepārtraukti plūst pa drošības vārstu.
Apstipriniet eļļas līmeni un viskozitāti.
Pārbaudiet dzesētāja veiktspēju.
Izmēriet iekšējo noplūdi.
Pārbaudiet, vai nav mazizmēra līniju vai ierobežojošus vārstus.
Pārbaudiet sūkņa un vārsta efektivitāti.
Troksnis vai kavitācija
Pārbaudiet rezervuāra līmeni.
Pārbaudiet, vai sūkšanas šļūtenēs nav ierobežojumu un gaisa noplūdes.
Iedarbināšanas laikā pārbaudiet eļļas viskozitāti.
Pārbaudiet sūkšanas sietiņu.
Pārbaudiet sūkņa ieplūdes spiedienu.
Meklējiet putojošu vai gāzētu eļļu.
Izmantojot manometrus, temperatūras sensorus un plūsmas mērītājus loģiskā secībā, kļūme parasti tiek izolēta ātrāk nekā sūkņa vai vārsta nomaiņa, pamatojoties tikai uz simptomiem.
Inženiertehniskais un sistēmas atbalsts
Sūkņa un cilindra izmēra kalkulators ar izstrādātiem piemēriem, pilnīga hidrauliskās ķēdes CAD pakotne un strukturēts veiktspējas novērtējums var palīdzēt inženieru vai apkopes komandai novērtēt esošu vai ierosinātu instalāciju.
Tipiski inženiertehniskie nodevumi ietver slodzes un spiediena pārbaudi, eļļas paraugu ņemšanu, piesārņojuma analīzi, komponentu{0}}izmēru pārskatīšanu, ķēdes optimizāciju un sistēmu pārskatīšanu, pamatojoties uz piemērojamām ISO 4413 un SAE vadlīnijām.
Komerciālā vietnē sniedziet inženieriem trīs tiešus ceļus: lejupielādējiet izmēru kalkulatoru, pieprasiet shēmas rasējumus vai ieplānojiet aprīkojuma novērtējumu, izmantojot veidlapu, tālruņa kontaktu vai vietējo izplatītāju. Norādiet paredzamo atbildes laiku un norādiet, kurus failus vai testa atskaites klients saņems.
Bieži uzdotie jautājumi
Kā Paskāla likums reizina spēku un kā to aprēķina psi un in²?
Spiediens, kas tiek piemērots ierobežotam hidrauliskajam šķidrumam, tiek pārnests visā šķidrumā. IzmantotP = F ÷ Alai aprēķinātu spiedienu unF = P × Alai aprēķinātu izejas spēku. Uzliekot 10 lbf uz 1 in² virzuli, tiek radīta 10 psi. Šis spiediens, kas iedarbojas uz 10 in² virzuli, teorētiski rada 100 lbf.
Kāda ir atšķirība starp zobratu, lāpstiņu un virzuļu sūkņiem?
Zobratu sūkņi ir izturīgi, ekonomiski un plaši izplatīti fiksēta{0}}darba tilpuma lietojumos. Rūpnieciskajās sistēmās lāpstiņu sūkņi parasti darbojas vienmērīgāk un klusāk. Virzuļa sūkņi nodrošina augstu spiedienu un efektivitāti, un tos bieži izmanto, ja ir nepieciešama mainīga tilpuma vai uzlabota vadība.
Kā darbojas tipiska hidrauliskā ķēde?
Sūknis ievelk eļļu no rezervuāra, un virziena vārsts sūta plūsmu uz izpildmehānismu. Spiediens palielinās, reaģējot uz slodzi, kad cilindrs izstiepjas vai ievelkas. Pārslodzes vārsts ierobežo pārmērīgu spiedienu. Pēc darbības vārsts atgriežas neitrālā pozīcijā, un sūknis izkrauj, izslēdz vai apstājas atbilstoši ķēdes konstrukcijai.
Kā izvēlēties hidraulisko šķidrumu?
Sāciet ar aprīkojuma ražotāja viskozitātes prasībām. Pēc tam ņemiet vērā minimālo palaišanas temperatūru, parasto darba temperatūru, viskozitātes indeksu, pret-nodiluma prasības, oksidācijas izturību, ūdens iedarbību, blīvējuma saderību un vides apstākļus. Ar ISO viskozitātes pakāpi vien nepietiek.
Kādas ir biežākās hidrauliskās sistēmas atteices?
Biežas problēmas ir pārkaršana, kavitācija, pārmērīgs troksnis, lēna izpildmehānisma kustība, nespēja radīt spiedienu, iekšēja vai ārēja noplūde, piesārņota eļļa un vārstu defekti. Sāciet problēmu novēršanu ar šķidruma stāvokļa, spiediena, plūsmas un temperatūras mērījumiem.
Kā noteikt sūkņa un cilindra izmērus spēkam un ātrumam?
Aprēķiniet cilindra laukumu arA = F ÷ P, pēc tam konvertējiet šo laukumu par urbuma diametru, izmantojotD = √(4A ÷ π). Pēc cilindra izvēles aprēķiniet plūsmu, kas nepieciešama mērķa ātrumam:
GPM=laukums (in²) × ātrums (in/s) × 60 ÷ 231
Pirms sūkņa un cilindra izvēles ņemiet vērā efektivitāti, darba ciklu, vienlaicīgu izpildmehānisma pieprasījumu, spiediena zudumu, komponentu nominālus un atbilstošu drošības rezervi.