A hidraulikus rendszer a mechanikai bemenetet folyadékenergiává alakítja, majd ezt a folyadékenergiát újra erővé vagy mozgássá alakítja. A kompakt alkatrészek és a nagy teljesítményű teljesítmény kombinációja általánossá teszi a hidraulikátipari prések, szerszámgépek, építőipari és mezőgazdasági berendezések, emelőrendszerek és mobil gépek.
A rendszer megértése többet igényel, mint annak ismerete, hogy egy szivattyú mozgatja az olajat. A nyomás az ellenállásra válaszul alakul ki, az áramlás szabályozza a működtető sebességét, a szelepek irányítják és szabályozzák az energiát, a folyadék állapota pedig befolyásolja a megbízhatóságot. Ez az útmutató elmagyarázza ezeket a kapcsolatokat, és követi a rendszert a Pascal-törvénytől kezdve az áramkör működésén, méretezésén, karbantartásán és hibaelhárításán keresztül.
Pascal törvénye és erőátvitel
A hidraulikus teljesítmény Pascal törvényén alapul: a zárt folyadékra kifejtett nyomás minden irányban egyformán továbbítódik.
A hidraulikus nyomás:
Nyomás=Erő ÷ Terület
vagy:
P = F ÷ A
Az Egyesült Államokban szokásos mértékegységekben:
P= nyomás font/négyzethüvelykben (psi)
F= erő fontban-erő (lbf)
A= terület négyzethüvelykben (in²)
A képlet átrendezése:
F = P × A
Ez az összefüggés magyarázza a hidraulikus erő szorzását. Vegyünk két összekapcsolt hengert. A kis dugattyú területe 1 in², a nagyobb dugattyúé pedig 10 in². Ha a kezelő 10 lbf-t helyez a kis dugattyúra:
P=10 lbf ÷ 1 in²=10 psi
Körülbelül 10 psi is hat a nagyobb dugattyúra, és a következő elméleti erőt hoz létre:
F=10 psi × 10 in²=100 lbf
A kimenet tízszerese a bemenetnek, mivel a dugattyúfelület tízszer nagyobb.
A tényleges rendszerek nem 100 százalékos hatékonyságúak. A tömítések súrlódása, a belső szivárgás, a szelepeken és tömlőkön keresztüli veszteségek, valamint a mechanikai súrlódás csökkenti a rendelkezésre álló erőt. 90 százalékos kombinált hidraulikus és mechanikai hatásfokkal:
Tényleges erő=100 lbf × 0.90=90 lbf
Ugyanez a módszer vonatkozik az ipari és mobil berendezésekre is. Egy 20 in² effektív területű henger 2500 psi mért nyomáson a következőket eredményezi:
Elméleti erő=2,500 × 20=50,000 lbf
92 százalékos becsült hatásfokkal:
Használható erő ≈ 46 000 lbf
Ha ismerjük az effektív dugattyúfelületet, a nyomásmérő{0}}leolvasása megközelítőleg megadhatja a hengererőt.
A nyomás és az áramlás összefügg, de nem felcserélhető. A nyomás határozza meg a rendelkezésre álló erőt vagy nyomatékot, míg az áramlás elsősorban a működtető sebességét.
Fő hidraulikus alkatrészek
Minden alkatrésznek sajátos szerepe van a hidraulikus energia előállításában, vezérlésében vagy felhasználásában.
Hidraulikus szivattyúk
A szivattyú áramlást termel. Nyomás akkor alakul ki, amikor az áramlás ellenállásba ütközik.
| Szivattyú típusa | Tipikus jellemzők | Gyakori alkalmazások |
|---|---|---|
| Fogaskerék szivattyú | Egyszerű, gazdaságos, masszív, fix elmozdulású | Mobil berendezések, kenés, általános hidraulika |
| Lapátos szivattyú | Sima áramlás, viszonylag halk, jó hatásfok | Ipari gépek,{0}}mérsékelt nyomású rendszerek |
| Dugattyús szivattyú | Nagy nyomás, nagy hatásfok, változtatható elmozdulás elérhető | Nehéz berendezések, prések, precíziós rendszerek |
A fix-lökettérfogatú szivattyú minden fordulatnál megközelítőleg azonos térfogatot ad le, és megfelel a viszonylag állandó igényű rendszereknek.
A változó térfogatú-kiszorítású szivattyú a kereslet változásával változtatja a teljesítményét. Gyakran használják ott, ahol az energiahatékonyság, a precíz vezérlés vagy a változó működtető követelmények számítanak.
A szivattyú kiválasztásánál figyelembe kell venni a lökettérfogatot, a névleges nyomást, a maximális fordulatszámot, a szükséges áramlást GPM-ben, a térfogati hatékonyságot, a folyadékkompatibilitást és a rögzítési elrendezést.
Rezervoár
A tartály tárolja a folyadékot, és időt ad a légbuborékoknak a szétválásra, a szennyeződéseknek a leülepedésre, és felmelegít egy utat az eloszláshoz. Egy jól-megtervezett tározó a következőket tartalmazhatja:
Töltő és légtelenítő szűrők
Return{0}}line diffúzorok
Adott esetben szívószűrők
Szint- és hőmérsékletjelzők
Belső terelőlapok
Lefolyó és tisztító hozzáférés
A mobil berendezésekhez szükség lehet kompakt nyomás alatti tartályra vagy speciális terelőberendezésre, mert lejtőn és vibráció alatt működik.
Hidraulikus szelepek
A szelepek szabályozzák, hogy hova jut a hidraulikus energia, és hogyan reagál az aktuátor.
| Szelep típusa | Fő funkció |
|---|---|
| Lefúvató szelep | Korlátozza a maximális rendszernyomást |
| Irányszabályozó szelep | Beállítja a működtető irányát |
| Áramlásszabályozó szelep | Szabályozza a működtető sebességét |
| Visszacsapó szelep | Egyirányú áramlást tesz lehetővé |
| Nyomáscsökkentő szelep- | Alacsonyabb nyomást tart fenn az elágazó körben |
| Sorozati szelep | Nyomásküszöb után elindít egy második műveletet |
A biztonsági szelep megvédi a szivattyúkat, tömlőket, hengereket és egyéb alkatrészeket a túlzott nyomástól.
Működtetők
A hidraulikus működtetők a folyadék teljesítményét mechanikus kimenetté alakítják. Ahidraulikus hengerlineáris mozgást hoz létre, mivel nyomás hat a dugattyú területére. A hidraulikus motor forgó mozgást hoz létre: az áramlás befolyásolja a forgási sebességet, míg a nyomáskülönbség határozza meg a rendelkezésre álló nyomatékot.
A tömítéseknek meg kell felelniük a folyadék kémiájának, nyomásának, sebességének és hőmérsékletének. A nitrilkaucsuk elterjedt az ásványolaj-{1}}rendszerekben. Az FKM-et gyakran használják magasabb hőmérsékleten vagy vegyszerigényes üzemben, míg a PTFE-alapú elemek alkalmasak lehetnek az alacsony súrlódást vagy szélesebb kémiai kompatibilitást igénylő alkalmazásokhoz. Ellenőrizze a végső anyagot a tényleges folyadékkal és működési feltételekkel.
Egy tipikus hidraulikus kör
Egy alapvető ipari áramkör a következőképpen ábrázolható:
1. Indítás
Egy villanymotor vagy motor elindítja a szivattyút. A szivattyú folyadékot szív ki a tartályból, és a nyomóvezetékbe küldi.
Ha az irányítószelep nyitott-középső vagy kiürítési helyzetben van, az áramlás viszonylag alacsony nyomáson visszatérhet a tartályba. A hasznos megfigyelési pontok közé tartozik a szivattyú kimeneti nyomása, a fő-vezeték áramlása, a tartály hőmérséklete és a visszatérő-szűrő nyomáskülönbsége.
2. Nyomás alakulása
Amikor az irányítószelep áramlást küld a hajtóműhöz, az ellenállás megnő. A nyomás csak annyira emelkedik, hogy leküzdje a külső terhelést és a belső veszteségeket.
Ha például egy hengernek 1800 psi-re van szüksége a terhelés mozgatásához, a nyomás az alacsony készenléti szintről körülbelül 1800 psi-re emelkedhet, plusz az áramköri veszteségek.
3. Henger hosszabbító
Az irányított szelep a szivattyú áramlását a henger fedelének végébe vezeti. A rúdvéget elhagyó olaj a szelepen keresztül visszatér a tartályba, és a henger kinyúlik. Az áramlás-szabályozó szelep korlátozhatja az áramlást a beállított hosszabbítási sebességre.
4. Löket vége és nyomáskorlátozás
Amikor a henger eléri löketének végét, leáll. Ha a szivattyú továbbra is áramot szolgáltat, a nyomás gyorsan emelkedik.
Az előre beállított nyomáson a biztonsági szelep kinyílik, és a felesleges áramlást a tartály felé tereli. Ez megakadályozza, hogy a rendszer túllépje a biztonságos nyomáshatárt. A nyomáscsökkentő szelepen keresztüli folyamatos működés energiát pazarol és jelentős hőt termel.
5. Visszahúzás
Az irányszelep megfordítja, nyomás alatt lévő olajat küldve a rúd oldalára, míg az olaj a kupak oldaláról visszatér a tartályba.
A rúd csökkenti a dugattyú effektív felületét a visszahúzás során, így a hagyományos egyrúd{0}}henger kisebb visszahúzóerőt termel azonos nyomás mellett. Ugyanazon bemeneti áramlás mellett gyorsabban is visszahúzódhat.
6. Kirakodás és leállítás
A művelet után az áramkör visszatér nulla állásba. A kialakítástól függően a szivattyú tehermentesíthető, leállhat vagy leállhat.
Karbantartás előtt engedje el a tárolt nyomást a gép gyártójának lezárási/kijelölési és nyomásmentesítési eljárásai szerint.
Az elektrohidraulikus rendszerek lehetővé teszik a technikusok számára, hogy összehasonlítsák az elektromos parancsot a hidraulikus reakcióval. Egy távcső vagy diagnosztikai interfész megerősítheti a mágnesszelepnek vagy arányos szelepnek küldött parancsot, míg a mérőeszközök és az áramlásmérők mutatják, mi történt az áramkörben.
Ha a PLC szelepparancsot küld, de a nyomás nem változik, ellenőrizze a mágnesszelepet, az orsó mozgását, a vezérlőkört és a hidraulikaellátást. Ha nincs parancs, kezdje a vezérlővel, az érzékelővel, a vezetékekkel vagy a reteszeléssel.
Hidraulikafolyadék, nyomásveszteség és karbantartás
A hidraulikafolyadék erőt ad át, keni az alkatrészeket, elvezeti a hőt, a szennyeződéseket a szűrőkhöz szállítja, és védi a felületeket a kopástól és a korróziótól.
Az ásványi hidraulikaolajokat általában az ISO viszkozitási fokozatai alapján azonosítják, mint például az ISO VG 32, 46 és 68. A megfelelő minőség a szivattyú követelményeitől és az üzemi hőmérséklettől függ.
A hideg olaj viszkózusabbá válik. Ha túl vastag, a rendszer nehéz indítást, nagy szívóveszteséget, lassú működtető reakciót, kavitációt vagy szűrő megkerülését tapasztalhatja.
A magas hőmérséklet csökkenti a viszkozitást, és növelheti a belső szivárgást, gyengítheti a kenőfilmet, felgyorsíthatja az oxidációt és károsíthatja a tömítéseket.
Az Egyesült Államok hideg északi éghajlati vidékein használt berendezéseknek alacsonyabb -viszkozitású vagy magas viszkozitási indexű folyadékra lehet szükségük. A forró déli éghajlaton folyamatosan működő gépeknek nagyobb hőstabilitásra vagy magasabb üzemi viszkozitási fokozatra lehet szükségük. Az olajcsere előtt ellenőrizze a szivattyú gyártójának megengedett viszkozitási tartományát.
Nyomásveszteség az áramkörben
A folyadék nyomást veszít, amikor a tömlőkön, csöveken, szerelvényeken, szűrőkön, hűtőkön és szelepeken keresztül halad. A veszteség nő az áramlási sebességgel, a vezeték hosszával, a folyadék viszkozitásával, a korlátozásokkal és a nem megfelelő tömlőátmérővel.
A nyomásesés gyorsan emelkedik az áramlási sebesség növekedésével. A szívó-, nyomás- és visszatérő vezetékeket ezért megfelelő sebességre kell méretezni, a veszteségeket a gyártó adataival vagy a hidraulikus nyomásesés számításaival összevetve.
A gyakori külső szivárgási helyek közé tartoznak a tömlőcsatlakozások, a rúdtömítések, a szelep-elosztók, a szivattyútengely-tömítések, a szerelvények és a sérült csövek.
Karbantartási gyakorlatok
A gyakorlati karbantartási programnak a következő munkákat kell tartalmaznia:
A rutinellenőrzések során ellenőrizze a folyadékszintet, a hőmérsékletet, a szokatlan zajokat és a látható szivárgásokat.
Használjon szűrőkorlátozási jelzőket ahelyett, hogy csak a naptár{0}}alapú cserére hagyatkozna.
Vegyen olajmintákat állandó helyekről, egységes működési feltételek mellett.
Vizsgálja meg a részecskék szennyezettségét, viszkozitását, víztartalmát, oxidációját és adott esetben kopó fémeket.
Vizsgálja meg a részecskeszám jelentős változásait az alkatrészek egyszerű cseréje helyett.
Vizsgálja meg a tömlők kopását, repedését, felhólyagosodását és elmozdulását a szerelvényeknél.
Folyadék vagy tömítések cseréjekor ellenőrizze a kémiai kompatibilitást.
Az olaj- és szűrőcserét követni kell a berendezés gyártójának ajánlásait, a szennyeződések megfigyelését, a működés súlyosságát és az olaj{0}}elemzés eredményeit, nem pedig egy univerzális üzemórás{1}}intervallumot.
Hidraulikus méretezés és vezérlés
A méretezés általában a terhelési erővel és a szükséges hajtómű-fordulatszámmal kezdődik.
Tegyük fel, hogy egy gépnek 30 000 lbf-ra van szüksége egy hengerből 2500 psi maximális üzemi nyomás mellett. A szükséges dugattyúfelület:
A = F ÷ P
A=30,000 ÷ 2,500=12 in²
Számítsa ki a furatot a következőből:
A = πD² ÷ 4
Ezért:
D = √(4A ÷ π)
12 in²-es területen:
D ≈ 3,91 hüvelyk
A szabványos 4- hüvelykes furat ésszerű kiindulási pont, figyelembe véve a biztonsági tényezőt, a súrlódást, a nyomásértéket, a szerelési terheléseket és a rúd kihajlási követelményeit.
Egy 4 hüvelykes furat területe körülbelül:
A=12.57 in²
2500 psi nyomáson az elméleti kiterjesztési ereje:
F=2,500 × 12,57 ≈ 31 425 lbf
Ha a szükséges meghosszabbítási sebesség 4 in/s, akkor a szükséges áramlás:
Q=Terület × Sebesség
Q=12.57 × 4=50.28 in³/s
Egy amerikai gallon körülbelül 231 hüvelyket tartalmaz, tehát:
GPM=50.28 × 60 ÷ 231 ≈ 13,1 GPM
A szivattyúnak körülbelül 13,1 GPM-et kell szolgáltatnia a szükséges nyomáson, mielőtt lehetővé tenné a hatékonyságot és az egyidejű áramlási igényt.
A nyomáscsökkentő szelep beállítása
A nyomáscsökkentő szelepnek meg kell védenie a legalacsonyabb -névleges kritikus alkatrészt, miközben lehetővé kell tennie a gép számára a szükséges munkaerő kifejlesztését.
Ne forgassa el a beállítócsavart addig, amíg úgy tűnik, hogy a gép keményebben dolgozik. Határozza meg a tervezési nyomást, ellenőrizze az alkatrészek névleges értékét, csatlakoztasson egy megfelelő kalibrált mérőt, töltse fel az áramkört a jóváhagyott szervizeljárás szerint, és állítsa be a szelepet a gyártó specifikációi szerint.
Elektrohidraulikus vezérlők
A modern rendszerek PLC-vel, mozgásvezérlővel vagy elektronikus erősítővel vezérelt arányos vagy szervoszelepeket használhatnak.
Az arányos szelepek változtatható áramlás- vagy nyomásszabályozást biztosítanak. A szervoszelepeket általában akkor használják, ha nagyon gyors, pontos reakcióra van szükség, bár tisztább folyadékot és kifinomultabb vezérlést igényelnek.
A hidraulika általában nagyobb erősűrűséget és jobb tehertartást biztosít, mint a pneumatika. A pneumatikus rendszerek tisztábbak, egyszerűbbek és gazdaságosabbak lehetnek a nagy sebességű,{1}}kisebb erőigényű automatizáláshoz, de a sűrített levegő sokkal jobban összenyomható, mint a hidraulikaolaj.
Hidraulikus hibaelhárítási ellenőrzőlista
Az alkatrészek cseréje előtt végezzen méréseket.
Alacsony erő vagy nyomásveszteség
Ellenőrizze a folyadékszintet.
Mérje meg a szivattyú kimeneti nyomását.
Erősítse meg a nyomáscsökkentő-szelep beállítását.
Ellenőrizze, hogy a nyomáscsökkentő szelep nyitva van-e.
Végezzen szivattyú áramlási tesztet.
Ellenőrizze a henger vagy a motor belső szivárgását.
Vizsgálja meg az irányszelepeket belső megkerülésre.
A működtető lassú mozgása
Mérje meg a rendszer tényleges áramlását.
Ellenőrizze a szűrő korlátozását.
Ellenőrizze a szivattyú fordulatszámát.
Ellenőrizze az áramlás{0}}vezérlési beállításait.
Ellenőrizze a belső szivárgást.
Mérje meg a nyomásesést a tömlőkön és a szelepeken.
Túlmelegedés
Ellenőrizze, hogy az áramlás folyamatosan halad-e a nyomáscsökkentő szelepen.
Ellenőrizze az olajszintet és a viszkozitást.
Ellenőrizze a hűtő teljesítményét.
Mérje meg a belső szivárgást.
Vizsgálja meg, hogy nincsenek-e alulméretezett vezetékek vagy korlátozó szelepek.
Ellenőrizze a szivattyú és a szelep hatékonyságát.
Zaj vagy kavitáció
Ellenőrizze a tartály szintjét.
Vizsgálja meg a szívótömlők korlátait és légszivárgást.
Indításkor ellenőrizze az olaj viszkozitását.
Ellenőrizze a szívószűrőt.
Ellenőrizze a szivattyú bemeneti nyomását.
Keressen habzó vagy levegőztetett olajat.
Nyomásmérők, hőmérséklet-érzékelők és áramlásmérők logikai sorrendben történő használata általában gyorsabban megszünteti a hibát, mint a szivattyú vagy szelep pusztán a tünetek alapján történő cseréje.
Mérnöki és rendszertámogatás
A szivattyú- és hengerméret-kalkulátor a kidolgozott példákkal, a teljes hidraulikaköri CAD-csomag és a strukturált teljesítményértékelés segíthet a mérnöki vagy karbantartó csapatnak a meglévő vagy javasolt telepítés értékelésében.
A tipikus műszaki megoldások közé tartozik a terhelés- és nyomásvizsgálat, az olajmintavétel, a szennyeződéselemzés, az alkatrész{0}}méretezés áttekintése, az áramkör-optimalizálás, valamint a vonatkozó ISO 4413 és SAE-iránymutatásokon alapuló rendszer-ellenőrzés.
Egy kereskedelmi webhelyen adjon meg a mérnököknek három közvetlen utat: töltse le a méretkalkulátort, kérjen áramköri rajzokat, vagy ütemezze be a berendezés értékelését űrlapon, telefonon vagy a helyi forgalmazón keresztül. Adja meg a várható válaszidőt, és adja meg, hogy mely fájlokat vagy tesztjelentéseket kapja meg az ügyfél.
Gyakran ismételt kérdések
Hogyan szorozza meg Pascal törvénye az erőt, és hogyan számítható ki psi-ben és in²-ben?
A zárt hidraulikafolyadékra gyakorolt nyomás az egész folyadékban továbbítódik. HasználatP = F ÷ Anyomás kiszámításához ésF = P × Aa kimeneti erő kiszámításához. 10 lbf 1 in²-es dugattyúra 10 psi nyomást eredményez. Ez a 10 in²-es dugattyúra ható nyomás elméletileg 100 lbf-t termel.
Mi a különbség a fogaskerék-, lapát- és dugattyús szivattyúk között?
A fogaskerék-szivattyúk robusztusak, gazdaságosak, és gyakoriak a fix lökettérfogatú{0}}alkalmazásokban. A lapátos szivattyúk általában gördülékenyebben és halkabban működnek az ipari rendszerekben. A dugattyús szivattyúk nagy nyomást és hatékonyságot biztosítanak, és gyakran használják, ahol változó lökettérfogatra vagy fejlettebb szabályozásra van szükség.
Hogyan működik egy tipikus hidraulikakör?
A szivattyú olajat szív ki a tartályból, és az irányítószelep áramlást küld a működtető szerkezethez. A nyomás a terhelés hatására emelkedik, amikor a henger kinyúlik vagy visszahúzódik. A biztonsági szelep korlátozza a túlzott nyomást. A művelet után a szelep visszatér nulla állásba, és a szivattyú tehermentesíti, lekapcsolja vagy leáll az áramkör kialakításának megfelelően.
Hogyan válasszam ki a hidraulikafolyadékot?
Kezdje a berendezés gyártójának viszkozitási követelményeivel. Ezután vegye figyelembe a minimális indítási hőmérsékletet, a normál üzemi hőmérsékletet, a viszkozitási indexet, a kopásgátló-követelményeket, az oxidációval szembeni ellenállást, a vízterhelést, a tömítések kompatibilitását és a környezeti feltételeket. Az ISO viszkozitási fokozat önmagában nem elegendő.
Melyek a leggyakoribb hidraulikus rendszerhibák?
A gyakori problémák közé tartozik a túlmelegedés, a kavitáció, a túlzott zaj, a hajtómű lassú mozgása, a nyomásképzés képtelensége, a belső vagy külső szivárgás, a szennyezett olaj és a szelephibák. Kezdje a hibaelhárítást a folyadék állapotának, nyomásának, áramlásának és hőmérsékletének mérésével.
Hogyan méretezhetem a szivattyút és a hengert erő és sebesség szerint?
Számítsa ki a henger területét -valA = F ÷ P, majd konvertálja ezt a területet furatátmérővé a segítségévelD = √(4A ÷ π). A henger kiválasztása után számítsa ki a célsebességhez szükséges térfogatáramot:
GPM=Terület (in²) × Sebesség (in/s) × 60 ÷ 231
A szivattyú és a henger kiválasztása előtt vegye figyelembe a hatékonyságot, a munkaciklust, az egyidejű működtetőszerv-igényt, a nyomásveszteséget, az alkatrészek névleges értékét és a megfelelő biztonsági tartalékot.