Hüdraulikasüsteemide tööpõhimõte: komponendid, vooluringid, arvutused ja tõrkeotsing

Hüdraulikasüsteem muudab mehaanilise sisendi vedeliku võimsuseks, seejärel muudab selle vedeliku jõu tagasi jõuks või liikumiseks. See kompaktsete komponentide ja suure jõuväljundi kombinatsioon muudab hüdraulika tavalisekstööstuslikud pressid, tööpingid, ehitus- ja põllumajandusseadmed, tõstesüsteemid ja liikurmasinad.

Süsteemi mõistmine nõuab rohkem kui teadmine, et pump liigutab õli. Rõhk tekib vastusena takistusele, voolu reguleerib täiturmehhanismi kiirust, ventiilid suunavad ja reguleerivad energiat ning vedeliku seisund mõjutab töökindlust. See juhend selgitab neid seoseid ja järgib süsteemi Pascali seadusest lähtudes vooluringi toimimise, suuruse määramise, hoolduse ja tõrkeotsingu kaudu.

Pascali seadus ja jõu ülekanne

Hüdraulika võimsus põhineb Pascali seadusel: suletud vedelikule rakendatav rõhk kandub kõigis suundades võrdselt.

Hüdrauliline rõhk on:

Rõhk=Jõud ÷ Pindala

või:

P = F ÷ A

USA tavapärastes ühikutes:

P= rõhk naelades ruuttolli kohta (psi)

F= jõud naelades-jõud (lbf)

A= pindala ruuttollides (in²)

Valemi ümberkorraldamine annab:

F = P × A

See seos selgitab hüdraulilise jõu korrutamist. Mõelge kahele ühendatud silindrile. Väikese kolvi pindala on 1 in² ja suurema kolvi pindala on 10 tolli. Kui operaator rakendab väikesele kolvile 10 naela:

P=10 lbf ÷ 1 in²=10 psi

Ligikaudu 10 psi mõjub ka suuremale kolvile, tekitades teoreetilise jõu:

F=10 psi × 10 tolli²=100 lbf

Väljund on kümme korda suurem sisendist, kuna kolvi pindala on kümme korda suurem.

Tegelikud süsteemid ei ole 100 protsenti tõhusad. Tihendite hõõrdumine, sisemine leke, kaod ventiilide ja voolikute kaudu ning mehaaniline hõõrdumine vähendavad olemasolevat jõudu. 90-protsendilise kombineeritud hüdraulilise ja mehaanilise efektiivsusega:

Tegelik jõud=100 lbf × 0.90=90 naela

Sama meetod kehtib ka tööstuslike ja mobiilsete seadmete kohta. Silinder, mille efektiivne pindala on 20 in² mõõdetud rõhul 2500 psi, annab:

Teoreetiline jõud=2,500 × 20=50,000 naela

Hinnangulise efektiivsusega 92 protsenti:

Kasutatav jõud ≈ 46 000 naela

Kui kolvi efektiivne pindala on teada, võib manomeetri näit seega anda ligikaudse silindri jõu.

Rõhk ja vool on omavahel seotud, kuid mitte omavahel asendatavad. Rõhk määrab olemasoleva jõu või pöördemomendi, vool aga peamiselt täiturmehhanismi kiirust.

Peamised hüdraulilised komponendid

Igal komponendil on hüdraulikaenergia genereerimisel, juhtimisel või kasutamisel konkreetne roll.

Hüdraulilised pumbad

Pump toodab voolu. Rõhk tekib siis, kui sellel voolul tekib takistus.

Fikseeritud-mahtpump annab iga pöördega ligikaudu sama mahu ja sobib suhteliselt püsiva nõudlusega süsteemidele.

Muutuva -mahuga pump muudab nõudluse muutudes oma väljundit. Seda kasutatakse sageli siis, kui energiatõhusus, täpne juhtimine või täiturmehhanismi nõuded on olulised.

Pumba valikul tuleb arvesse võtta töömahtu, nimirõhku, maksimaalset kiirust, nõutavat vooluhulka GPM-is, mahulist efektiivsust, vedeliku ühilduvust ja paigalduskorraldust.

Veehoidla

Mahuti salvestab vedelikku ja annab õhumullidele aega eralduda, saasteainetel settida ja soojendada hajumist. Hästi kujundatud-reservuaar võib sisaldada:

Täite- ja õhufiltrid

Tagastusliini{0}}hajutid

Vajadusel imifiltrid

Taseme ja temperatuuri indikaatorid

Sisemised deflektorid

Juurdepääs äravoolu- ja puhastussüsteemile

Mobiilne varustus võib vajada kompaktset rõhu all olevat reservuaari või spetsiaalset deflektorit, kuna see töötab kallakutel ja vibratsiooni all.

Hüdraulilised ventiilid

Klapid kontrollivad, kuhu hüdroenergia läheb ja kuidas täiturmehhanism reageerib.

Kaitseklapp kaitseb pumpasid, voolikuid, silindreid ja muid komponente liigse rõhu eest.

Täiturmehhanismid

Hüdraulilised ajamid muudavad vedeliku võimsuse mehaaniliseks väljundiks. Ahüdrosilinderloob lineaarse liikumise, kuna rõhk mõjutab kolvi piirkonda. Hüdraulikamootor loob pöörleva liikumise: vool mõjutab pöörlemiskiirust, samas kui rõhuerinevus määrab olemasoleva pöördemomendi.

Tihendid peavad vastama vedeliku keemiale, rõhule, kiirusele ja temperatuurile. Nitriilkummi kasutatakse mineraalõlisüsteemides{1}}. FKM-i kasutatakse sageli kõrgematel temperatuuridel või keemilisi nõudeid nõudvates teenustes, samas kui PTFE-põhised elemendid võivad sobida rakendustesse, mis nõuavad madalat hõõrdumist või laiemat keemilist ühilduvust. Kontrollige lõplikku materjali tegeliku vedeliku ja töötingimuste suhtes.

Tüüpiline hüdroahel

Põhilist tööstuslikku vooluringi saab näidata järgmiselt:

Mahuti → Pump → Rõhumõõtur → Surveklapp → Suunaklapp → Silinder → Tagasivoolufilter → Reservuaar

1. Käivitamine

Elektrimootor või mootor käivitab pumba. Pump tõmbab vedeliku reservuaarist ja saadab selle survetorusse.

Kui suundventiil on avatud-kesk- või mahalaadimisasendis, võib vool suhteliselt madala rõhuga reservuaari tagasi pöörduda. Kasulikud seirepunktid hõlmavad pumba väljalaskerõhku, pea-toru vooluhulka, reservuaari temperatuuri ja tagasivoolu-filtri diferentsiaalrõhku.

2. Surve areng

Kui suunaventiil saadab voolu täiturmehhanismi, suureneb takistus. Rõhk tõuseb ainult nii palju, et ületada väliskoormus ja sisekadud.

Kui silinder vajab koormuse liigutamiseks näiteks 1800 psi, võib rõhk tõusta madalalt ooterežiimi tasemelt ligikaudu 1800 psi-ni pluss vooluringi kaod.

3. Silindri pikendus

Suunaventiil suunab pumba voolu silindri korgi otsa. Varda otsast väljuv õli naaseb läbi ventiili reservuaari ja silinder ulatub välja. Voolu-juhtventiil võib voolu piirata, et määrata pikenduskiirus.

4. Löögi lõpp ja rõhu piiramine

Kui silinder jõuab oma käigu lõpuni, peatub see liikumisel. Kui pump jätkab voolu andmist, tõuseb rõhk kiiresti.

Eelseadistatud rõhul avaneb kaitseklapp ja suunab liigse voolu reservuaari poole. See hoiab ära süsteemi ohutu rõhupiiri ületamise. Pidevalt üle vabastusklapi töötamine raiskab energiat ja toodab märkimisväärset soojust.

5. Tagasitõmbamine

Suunaventiil pöördub ümber, suunates rõhu all oleva õli varda poolele, samal ajal kui õli korgi poolelt naaseb paaki.

Varras vähendab tagasitõmbamise ajal efektiivset kolvi pindala, nii et tavaline ühevardaline{0}}silinder tekitab sama rõhu juures vähem tagasitõmbejõudu. Sama sisselaskevoolu korral võib see ka kiiremini tagasi tõmbuda.

6. Mahalaadimine ja seiskamine

Pärast operatsiooni naaseb vooluahel neutraalasendisse. Sõltuvalt selle konstruktsioonist võib pump tühjendada, puruneda või seiskuda.

Enne hooldust vabastage salvestatud rõhk vastavalt masina tootja lukustus-/märgistus- ja rõhu vähendamise protseduuridele.

Elektrohüdraulilised süsteemid võimaldavad tehnikutel võrrelda elektrilist käsku hüdraulilise reaktsiooniga. Ulatus või diagnostiline liides võib kinnitada solenoid- või proportsionaalsele ventiilile saadetud käsku, samal ajal kui mõõdikud ja vooluhulgamõõturid näitavad, mis vooluringis juhtus.

Kui PLC saadab ventiili käsu, kuid rõhk ei muutu, kontrollige solenoidi, pooli liikumist, pilootahelat ja hüdrovarustust. Kui käsku pole, alustage kontrollerist, andurist, juhtmestikust või blokeeringust.

Hüdraulikavedelik, rõhukadu ja hooldus

Hüdraulikavedelik edastab jõudu, määrib komponente, viib soojuse ära, transpordib saasteained filtritesse ning kaitseb pindu kulumise ja korrosiooni eest.

Mineraalhüdraulikaõlisid identifitseeritakse tavaliselt ISO viskoossusklasside järgi, nagu ISO VG 32, 46 ja 68. Õige klass sõltub pumba nõuetest ja töötemperatuurist.

Külm õli muutub viskoossemaks. Kui see on liiga paks, võib süsteemi käivitamine olla keeruline, imemiskadu suur, täiturmehhanismi reageerimine aeglane, kavitatsioon või filtri möödaviimine.

Kõrge temperatuur vähendab viskoossust ja võib suurendada sisemist leket, nõrgendada määrdekihti, kiirendada oksüdatsiooni ja kahjustada tihendeid.

USA külma põhjapoolse kliimaga seadmed võivad vajada madalama-viskoossusega või kõrge viskoossusindeksiga vedelikku. Pidevalt kuumas lõunakliimas töötavad masinad võivad vajada suuremat termilist stabiilsust või kõrgemat viskoossusastet. Enne õli vahetamist kontrollige pumba tootja lubatud viskoossuse vahemikku.

Rõhukadu vooluringis

Vedelik kaotab rõhu liikudes läbi voolikute, torude, liitmike, filtrite, jahutite ja ventiilide. Kadu suureneb koos voolukiiruse, toru pikkuse, vedeliku viskoossuse, piirangute ja ebapiisava vooliku läbimõõduga.

Rõhulangus tõuseb kiiresti, kui voolukiirus suureneb. Seetõttu tuleks imemis-, rõhu- ja tagasivoolutorud valida sobiva kiiruse jaoks ning kadusid võrrelda tootja andmete või hüdraulilise rõhu languse arvutustega.

Levinud välised lekkekohad hõlmavad voolikuühendusi, varda tihendeid, klapikollektoreid, pumba võlli tihendeid, liitmikke ja kahjustatud torusid.

Hooldustavad

Praktiline hooldusprogramm peaks sisaldama järgmisi töid:

Rutiinse kontrolli käigus kontrollige vedeliku taset, temperatuuri, ebatavalist müra ja nähtavaid lekkeid.

Kasutage filtripiirangu indikaatoreid, selle asemel, et loota ainult kalendri{0}}põhisele asendusele.

Võtke õliproove ühtsetest asukohtadest ühtsetes töötingimustes.

Vajadusel kontrollige osakeste saastumist, viskoossust, veesisaldust, oksüdatsiooni ja kulumismetalle.

Komponentide lihtsalt asendamise asemel uurige osakeste arvu olulisi muutusi.

Kontrollige voolikuid hõõrdumise, pragude, villide ja liitmike liikumise suhtes.

Vedeliku või tihendite vahetamisel kontrollige keemilist sobivust.

Õli- ja filtrivahetus peaks järgima seadme tootja soovitusi, saastumise jälgimist, töö raskusastet ja õli{0}}analüüsi tulemusi, mitte ühe universaalse töötunni{1}}intervalli järgi.

Hüdrauliline suurus ja juhtimine

Suuruse määramine algab tavaliselt koormusjõust ja nõutavast täiturmehhanismi kiirusest.

Oletame, et masin vajab silindrist 30 000 naela maksimaalse töörõhu juures 2500 psi. Nõutav kolvi pindala on:

A = F ÷ P

A=30 000 ÷ 2,500=12 tolli²

Arvutage puuraugu järgmiselt:

A = πD² ÷ 4

Seetõttu:

D = √(4A ÷ π)

12 tollise ala puhul:

D ≈ 3,91 tolli

Tavaline 4-tolline ava on mõistlik lähtepunkt, mis sõltub ohutustegurist, hõõrdumisest, rõhuklassist, paigalduskoormustest ja varda paindumise nõuetest.

4-tollise ava pindala on ligikaudu:

A=12.57 in²

2500 psi juures on selle teoreetiline pikendusjõud:

F=2,500 × 12,57 ≈ 31 425 naela

Kui nõutav pikenduskiirus on 4 tolli/s, on nõutav vooluhulk:

Q=Pindala × Kiirus

Q=12.57 × 4=50.28 in³/s

Üks USA gallon sisaldab ligikaudu 231 tolli, seega:

GPM=50.28 × 60 ÷ 231 ≈ 13,1 GPM

Enne tõhususe ja samaaegse vooluvajaduse võimaldamist peab pump nõutava rõhu juures andma ligikaudu 13,1 GPM.

Kaitseklapi seadistamine

Kaitseklapp peab kaitsma madalaima{0}}nimetatud kriitilist komponenti, võimaldades samal ajal masinal arendada vajalikku tööjõudu.

Ärge keerake reguleerimiskruvi enne, kui tundub, et masin töötab rohkem. Tehke kindlaks arvutuslik rõhk, kontrollige komponentide nimiväärtusi, ühendage sobiv kalibreeritud näidik, laadige vooluahel vastavalt heakskiidetud hooldusprotseduurile ja reguleerige klapp tootja spetsifikatsioonide kohaselt.

Elektrohüdraulilised juhtseadmed

Kaasaegsed süsteemid võivad kasutada proportsionaalseid või servoventiile, mida juhib PLC, liikumiskontroller või elektrooniline võimendi.

Proportsionaalsed ventiilid tagavad muutuva voolu või rõhu reguleerimise. Servoklappe kasutatakse tavaliselt siis, kui on vaja väga kiiret ja täpset reageerimist, kuigi need nõuavad puhtamat vedelikku ja keerukamaid juhtseadmeid.

Hüdraulika tagab üldiselt suurema jõutiheduse ja parema koormuse hoidmise kui pneumaatika. Pneumaatilised süsteemid võivad olla puhtamad, lihtsamad ja ökonoomsemad kiireks-automaatikaks väiksema jõuvajadusega, kuid suruõhk on palju paremini kokkusurutav kui hüdraulikaõli.

Hüdraulika tõrkeotsingu kontrollnimekiri

Enne komponentide vahetamist tehke mõõtmised.

Madal jõud või rõhukadu

Kontrollige vedeliku taset.

Mõõtke pumba väljalaskerõhku.

Kinnitage rõhu{0}}klapi seadistus.

Kontrollige, kas kaitseklapp on lahti jäänud.

Tehke pumba voolukatse.

Kontrollige silindrit või mootorit sisemise lekke suhtes.

Kontrollige suunaventiile sisemise möödaviigu suhtes.

Täiturmehhanismi aeglane liikumine

Mõõtke süsteemi tegelik vooluhulk.

Kontrollige filtri piirangut.

Kontrollige pumba kiirust.

Kontrollige voo{0}}juhtimise seadeid.

Kontrollige sisemist leket.

Mõõtke rõhukadu voolikutes ja ventiilides.

Ülekuumenemine

Kontrollige, kas vool liigub pidevalt üle kaitseklapi.

Kinnitage õlitase ja viskoossus.

Kontrollige jahuti jõudlust.

Mõõtke sisemine leke.

Kontrollige alamõõdulisi torusid või piiravaid ventiile.

Kontrollige pumba ja klapi tõhusust.

Müra või kavitatsioon

Kontrollige reservuaari taset.

Kontrollige imemisvoolikuid piirangute ja õhulekke suhtes.

Kontrollige käivitamisel õli viskoossust.

Kontrollige imemisfiltrit.

Kontrollige pumba sisselaskerõhku.

Otsige vahutavat või gaseeritud õli.

Manomeetrite, temperatuuriandurite ja voolumõõturite kasutamine loogilises järjestuses eraldab vea tavaliselt kiiremini kui pumba või ventiili vahetamine ainult sümptomite põhjal.

Tehniline ja süsteemitugi

Pumba ja silindrite suuruse kalkulaator koos kasutatud näidetega, täielik hüdroahela CAD-pakett ja struktureeritud jõudluse hindamine võivad aidata inseneri- või hooldusmeeskonnal hinnata olemasolevat või kavandatavat paigaldust.

Tüüpilised inseneritööd hõlmavad koormuse ja rõhu testimist, õliproovide võtmist, saasteanalüüsi, komponentide{0}}suuruse ülevaatamist, ahela optimeerimist ja süsteemi ülevaatamist, mis põhinevad kohaldatavatel ISO 4413 ja SAE juhistel.

Andke kommertsveebisaidil inseneridele kolm otsest teed: laadige alla suurusekalkulaator, taotlege vooluringi jooniseid või ajakavage seadmete hindamine vormi, telefonikontakti või kohaliku edasimüüja kaudu. Märkige eeldatav reageerimisaeg ja täpsustage, millised failid või testiaruanded klient saab.

Korduma kippuvad küsimused

Kuidas Pascali seadus jõudu korrutab ja kuidas see arvutatakse psi-s ja in²-s?

Suletud hüdraulikavedelikule avaldatav rõhk kandub üle kogu vedeliku ulatuses. KasutaP = F ÷ Arõhu arvutamiseks jaF = P × Aväljundjõu arvutamiseks. 10 lbf kandmine 1 in² kolvile tekitab 10 psi. See 10-tollisele kolvile mõjuv rõhk tekitab teoreetiliselt 100 naela.

Mis vahe on hammasratas-, laba- ja kolbpumpadel?

Hammasrattapumbad on vastupidavad, ökonoomsed ja levinud fikseeritud töömahuga{0}}rakendustes. Labapumbad töötavad tööstussüsteemides üldiselt sujuvamalt ja vaiksemalt. Kolbpumbad pakuvad kõrget rõhku ja tõhusust ning neid kasutatakse sageli seal, kus on vaja muutuva töömahuga või täiustatud juhtimist.

Kuidas tüüpiline hüdroahel töötab?

Pump tõmbab õli reservuaarist ja suunaventiil saadab voolu täiturmehhanismi. Rõhk tõuseb vastuseks koormusele, kui silinder välja tõmbub või tõmbub sisse. Kaitseklapp piirab liigset rõhku. Pärast toimimist naaseb ventiil neutraalasendisse ja pump laadib maha, lööb sisse või seiskub vastavalt vooluringi konstruktsioonile.

Kuidas valida hüdrovedelikku?

Alustage seadme tootja viskoossusnõuetest. Seejärel võtke arvesse minimaalset käivitustemperatuuri, normaalset töötemperatuuri, viskoossusindeksit, kulumisvastaseid-nõudeid, oksüdatsioonikindlust, kokkupuudet veega, tihendite ühilduvust ja keskkonnatingimusi. ISO viskoossusklassist üksi ei piisa.

Millised on levinumad hüdrosüsteemi rikked?

Levinud probleemide hulka kuuluvad ülekuumenemine, kavitatsioon, liigne müra, täiturmehhanismi aeglane liikumine, suutmatus tekitada rõhku, sisemine või välimine leke, saastunud õli ja klapi vead. Alustage tõrkeotsingut vedeliku seisundi, rõhu, vooluhulga ja temperatuuri mõõtmisega.

Kuidas määrata pumba ja silindri suurust jõu ja kiiruse järgi?

Arvutage silindri pindala koosA = F ÷ P, seejärel teisendage see ala ava läbimõõduks kasutadesD = √(4A ÷ π). Pärast silindri valimist arvutage sihtkiiruse jaoks vajalik vooluhulk:

GPM=pindala (in²) × kiirus (tolli/s) × 60 ÷ 231

Enne pumba ja silindri valimist arvestage tõhusust, töötsüklit, samaaegset täiturmehhanismi vajadust, rõhukadu, komponentide nimiväärtusi ja sobivat ohutusvaru.