Kaip veikia hidraulinės sistemos: komponentai, grandinės, skaičiavimai ir trikčių šalinimas

Hidraulinė sistema mechaninį įvestį paverčia skysčio galia, tada tą skysčio galią vėl paverčia jėga arba judėjimu. Dėl šio kompaktiškų komponentų ir didelės galios derinio hidraulika yra įprastapramoniniai presai, staklės, statybos ir žemės ūkio įranga, kėlimo sistemos ir mobilioji technika.

Suprasti sistemą reikia daugiau nei žinoti, kad siurblys judina alyvą. Slėgis susidaro reaguojant į pasipriešinimą, srautas reguliuoja pavaros greitį, vožtuvai nukreipia ir reguliuoja energiją, o skysčio būklė turi įtakos patikimumui. Šiame vadove paaiškinami tie ryšiai ir vadovaujamasi sistema pagal Paskalio dėsnį per grandinės veikimą, dydį, priežiūrą ir trikčių šalinimą.

Paskalio dėsnis ir jėgos perdavimas

Hidraulinė galia pagrįsta Paskalio dėsniu: uždaram skysčiui taikomas slėgis visomis kryptimis perduodamas vienodai.

Hidraulinis slėgis yra:

Slėgis=Jėga ÷ Plotas

arba:

P = F ÷ A

JAV įprastais vienetais:

P= slėgis svarais kvadratiniame colyje (psi)

F= jėga svarais-jėga (lbf)

A= plotas kvadratiniais coliais (in²)

Pertvarkius formulę gaunama:

F = P × A

Šis ryšys paaiškina hidraulinės jėgos dauginimą. Apsvarstykite du sujungtus cilindrus. Mažo stūmoklio plotas yra 1 colio², o didesnio stūmoklio plotas yra 10 colių². Jei operatorius mažam stūmokliui prideda 10 svarų:

P=10 lbf ÷ 1 in²=10 psi

Apytiksliai 10 psi taip pat veikia didesnį stūmoklį ir sukuria teorinę jėgą:

F=10 psi × 10 in²=100 lbf

Išėjimas yra dešimt kartų didesnis už įėjimą, nes stūmoklio plotas yra dešimt kartų didesnis.

Faktinės sistemos nėra 100 procentų efektyvios. Sandarinimo trintis, vidinis nuotėkis, nuostoliai per vožtuvus ir žarnas bei mechaninė trintis sumažina turimą jėgą. 90 procentų kombinuoto hidraulinio ir mechaninio efektyvumo:

Faktinė jėga=100 lbf × 0.90=90 lbf

Tas pats metodas taikomas pramoninei ir mobiliajai įrangai. Cilindras, kurio efektyvusis plotas yra 20 in², esant išmatuotam 2500 psi slėgiui, sukuria:

Teorinė jėga=2,500 × 20=50,000 lbf

Esant apskaičiuotam 92 procentų efektyvumui:

Naudojama jėga ≈ 46 000 lbf

Kai žinomas efektyvus stūmoklio plotas, slėgio{0}}manometro rodmuo gali nustatyti apytikslę cilindro jėgą.

Slėgis ir srautas yra susiję, bet nepakeičiami. Slėgis lemia turimą jėgą arba sukimo momentą, o srautas daugiausia lemia pavaros greitį.

Pagrindiniai hidrauliniai komponentai

Kiekvienas komponentas atlieka tam tikrą vaidmenį generuojant, valdant arba naudojant hidraulinę energiją.

Hidrauliniai siurbliai

Siurblys sukuria srautą. Slėgis susidaro tada, kai tas srautas susiduria su pasipriešinimu.

Fiksuoto-tūrio siurblys su kiekvienu apsisukimu tiekia maždaug tokį patį tūrį ir tinka santykinai pastovioms sistemoms.

Kintamo{0}}tūrinio siurblio galia keičiasi, kai keičiasi paklausa. Jis dažnai naudojamas ten, kur svarbus energijos vartojimo efektyvumas, tikslus valdymas arba kintantys pavaros reikalavimai.

Renkantis siurblį reikia atsižvelgti į darbinį tūrį, vardinį slėgį, didžiausią greitį, reikiamą srautą GPM, tūrinį efektyvumą, skysčių suderinamumą ir montavimo tvarką.

Rezervuaras

Rezervuaras kaupia skysčius ir oro burbuliukams suteikia laiko atsiskirti, teršalams nusėsti ir šildo, kad išsisklaidytų. Į gerai-suprojektuotą rezervuarą gali būti įtraukta:

Užpildymo ir alsavimo filtrai

Grįžtamieji{0}}difuzoriai

Jei reikia, siurbimo filtrai

Lygio ir temperatūros indikatoriai

Vidinės pertvaros

Prieiga prie kanalizacijos ir valymo

Mobiliajai įrangai gali prireikti kompaktiško slėgio rezervuaro arba specialios atramos, nes ji veikia šlaituose ir veikiama vibracijos.

Hidrauliniai vožtuvai

Vožtuvai kontroliuoja, kur eina hidraulinė energija ir kaip veikia pavara.

Apsauginis vožtuvas apsaugo siurblius, žarnas, cilindrus ir kitus komponentus nuo per didelio slėgio.

Pavaros

Hidraulinės pavaros skysčio galią paverčia mechanine išvestimi. Ahidraulinis cilindrassukuria linijinį judėjimą, nes slėgis veikia stūmoklio sritį. Hidraulinis variklis sukuria sukamąjį judėjimą: srautas įtakoja sukimosi greitį, o slėgio skirtumas – turimą sukimo momentą.

Sandarikliai turi atitikti skysčio cheminę sudėtį, slėgį, greitį ir temperatūrą. Nitrilo kaučiukas yra įprastas mineralinės alyvos sistemose. FKM dažnai naudojamas esant aukštesnei temperatūrai arba atliekant daug chemijos reikalaujančių paslaugų, o PTFE{3}}pagrįsti elementai gali tikti tais atvejais, kai reikalinga maža trintis arba didesnis cheminis suderinamumas. Patikrinkite galutinę medžiagą, palyginti su faktinėmis skysčio ir darbo sąlygomis.

Tipiška hidraulinė grandinė

Pagrindinė pramoninė grandinė gali būti parodyta taip:

Rezervuaras → siurblys → manometras → slėgio mažinimo vožtuvas → kryptinis vožtuvas → cilindras → grįžtamasis filtras → rezervuaras

1. Paleidimas

Elektrinis variklis arba variklis paleidžia siurblį. Siurblys siurbia skystį iš rezervuaro ir siunčia jį į slėgio liniją.

Kai kryptinis vožtuvas yra atidarytas-centrinėje arba iškrovimo padėtyje, srautas gali grįžti į rezervuarą esant santykinai žemam slėgiui. Naudingi stebėjimo taškai yra siurblio išleidimo slėgis, pagrindinės{2}}linijos srautas, rezervuaro temperatūra ir grįžtamojo-filtro slėgio skirtumas.

2. Slėgio raida

Kai kryptinis vožtuvas siunčia srautą į pavarą, pasipriešinimas padidėja. Slėgis pakyla tik tiek, kad būtų galima įveikti išorinę apkrovą ir vidinius nuostolius.

Pavyzdžiui, jei cilindrui reikia 1800 psi apkrovai perkelti, slėgis gali pakilti nuo žemo parengties režimo lygio iki maždaug 1800 psi ir grandinės nuostoliai.

3. Cilindro prailginimas

Kryptinis vožtuvas nukreipia siurblio srautą į cilindro dangtelio galą. Alyva, ištekėjusi iš strypo galo, grįžta per vožtuvą į rezervuarą, o cilindras tęsiasi. Srauto-valdymo vožtuvas gali apriboti srautą iki nustatyto pratęsimo greičio.

4. Eigos pabaiga ir slėgio ribojimas

Kai cilindras pasiekia eigos pabaigą, jis nustoja judėti. Jei siurblys ir toliau tiekia srautą, slėgis greitai pakyla.

Esant iš anksto nustatytam slėgiui, apsauginis vožtuvas atsidaro ir nukreipia perteklinį srautą į rezervuarą. Tai neleidžia sistemai viršyti saugaus slėgio ribos. Nepertraukiamai dirbant per apsauginio vožtuvo eikvojama energija ir išgaunama daug šilumos.

5. Atitraukimas

Krypties vožtuvas sukasi atgal, siųsdamas suslėgtą alyvą į strypo pusę, o alyva iš dangtelio pusės grįžta į baką.

Strypas sumažina efektyvų stūmoklio plotą atitraukimo metu, todėl įprastas vieno strypo{0}}cilindras sukuria mažesnę atitraukimo jėgą esant tokiam pat slėgiui. Esant tokiam pačiam įleidimo srautui, jis taip pat gali atsitraukti greičiau.

6. Iškrovimas ir išjungimas

Po operacijos grandinė grįžta į neutralią padėtį. Priklausomai nuo jo konstrukcijos, siurblys gali išsikrauti, sugesti arba sustoti.

Prieš techninę priežiūrą išleiskite saugomą slėgį pagal mašinos gamintojo blokavimo / žymėjimo ir slėgio mažinimo procedūras.

Elektrohidraulinės sistemos leidžia technikai palyginti elektrinę komandą su hidrauliniu atsaku. Taikymo sritis arba diagnostikos sąsaja gali patvirtinti solenoidiniam arba proporciniam vožtuvui išsiųstą komandą, o matuokliai ir srauto matuokliai rodo, kas nutiko grandinėje.

Jei PLC siunčia vožtuvo komandą, bet slėgis nesikeičia, patikrinkite solenoidą, ritės judėjimą, piloto grandinę ir hidraulinį tiekimą. Jei komandos nėra, pradėkite nuo valdiklio, jutiklio, laidų arba blokavimo.

Hidraulinis skystis, slėgio praradimas ir priežiūra

Hidraulinis skystis perduoda galią, sutepa komponentus, nuneša šilumą, perneša teršalus į filtrus ir apsaugo paviršius nuo nusidėvėjimo ir korozijos.

Mineralinės hidraulinės alyvos dažniausiai identifikuojamos pagal ISO klampumo klases, pvz., ISO VG 32, 46 ir 68. Tinkama klasė priklauso nuo siurblio reikalavimų ir darbinės temperatūros.

Šaltas aliejus tampa klampesnis. Jei jis per storas, sistemą gali būti sunku paleisti, gali atsirasti didelis siurbimo nuostolis, lėta pavaros reakcija, kavitacija arba filtro apėjimas.

Aukšta temperatūra sumažina klampumą ir gali padidinti vidinį nuotėkį, susilpninti tepimo plėvelę, pagreitinti oksidaciją ir pažeisti sandariklius.

Įrangai šalto šiaurinio JAV klimato sąlygomis gali prireikti mažesnio-klampumo skysčio arba tokio, kurio klampos indeksas didelis. Mašinoms, nuolat dirbančioms karštu pietų klimatu, gali prireikti didesnio terminio stabilumo arba aukštesnės eksploatacinės -klampumo klasės. Prieš keisdami alyvą, patikrinkite siurblio gamintojo leistiną klampos diapazoną.

Slėgio praradimas grandinėje

Skystis praranda slėgį, kai jis keliauja per žarnas, vamzdžius, jungiamąsias detales, filtrus, aušintuvus ir vožtuvus. Nuostoliai didėja dėl srauto greičio, linijos ilgio, skysčio klampumo, apribojimų ir netinkamo žarnos skersmens.

Didėjant srauto greičiui, slėgio kritimas sparčiai didėja. Todėl siurbimo, slėgio ir grąžinimo linijos turi būti tinkamo dydžio, o nuostoliai turi būti patikrinti pagal gamintojo duomenis arba hidraulinio slėgio kritimo skaičiavimus.

Įprasti išoriniai nuotėkio taškai yra žarnų jungtys, strypų sandarikliai, vožtuvų kolektoriai, siurblio veleno sandarikliai, jungiamosios detalės ir pažeisti vamzdžiai.

Techninės priežiūros praktika

Praktinėje priežiūros programoje turėtų būti šie darbai:

Įprastų patikrinimų metu patikrinkite skysčio lygį, temperatūrą, neįprastą triukšmą ir matomus nuotėkius.

Naudokite filtrų apribojimo indikatorius, o ne pasikliaukite tik kalendoriumi{0}}pagrįstu pakeitimu.

Paimkite alyvos mėginius iš vienodų vietų vienodomis darbo sąlygomis.

Jei reikia, patikrinkite dalelių užterštumą, klampumą, vandens kiekį, oksidaciją ir susidėvėjusius metalus.

Ištirkite reikšmingus dalelių skaičiaus pokyčius, o ne tiesiog pakeiskite komponentus.

Patikrinkite, ar žarnos nėra nusitrynusios, įtrūkusios, nesusidarusios pūslių ir ar nejudėjusios jungiamosios detalės.

Keisdami skystį arba sandariklius patvirtinkite cheminį suderinamumą.

Keičiant alyvą ir filtrus reikia laikytis įrangos gamintojo rekomendacijų, užterštumo stebėjimo, veikimo sunkumo ir alyvos{0}}analizės rezultatų, o ne vieno universalaus veikimo{1}}valandžio intervalo.

Hidraulinis dydis ir valdymas

Dydžių nustatymas paprastai prasideda nuo apkrovos jėgos ir reikalingo pavaros greičio.

Tarkime, kad mašinai reikia 30 000 lbf iš cilindro, kai didžiausias darbinis slėgis yra 2500 psi. Reikalingas stūmoklio plotas yra:

A = F ÷ P

A=30 000 ÷ 2,500=12 in²

Apskaičiuokite skylę iš:

A = πD² ÷ 4

Todėl:

D = √(4A ÷ π)

12 in² plotui:

D ≈ 3,91 colio

Standartinė 4-colių kiaurymė yra pagrįstas pradinis taškas, atsižvelgiant į saugos koeficientą, trintį, slėgio įvertinimą, montavimo apkrovas ir strypo sulenkimo reikalavimus.

4 colių skylės plotas yra maždaug:

A=12.57 in²

Esant 2500 psi, jo teorinė išplėtimo jėga yra:

F=2,500 × 12,57 ≈ 31 425 lbf

Jei reikalingas išplėtimo greitis yra 4 in/s, reikalingas srautas yra:

Q=Plotas × Greitis

Q=12.57 × 4=50.28 in³/s

Viename JAV galone yra maždaug 231 in³, taigi:

GPM=50.28 × 60 ÷ 231 ≈ 13,1 GPM

Siurblys turi tiekti maždaug 13,1 GPM reikiamu slėgiu, kad būtų užtikrintas efektyvumas ir bet koks tuo pačiu metu esantis srauto poreikis.

Apsauginio vožtuvo nustatymas

Apsauginis vožtuvas turi apsaugoti žemiausią{0}}vardinį kritinį komponentą, tuo pačiu leisti mašinai išvystyti reikiamą darbinę jėgą.

Nesukite reguliavimo varžto, kol neatrodo, kad mašina veikia stipriau. Nustatykite projektinį slėgį, patikrinkite komponentų nominalus, prijunkite tinkamą kalibruotą matuoklį, įkraukite grandinę pagal patvirtintą techninės priežiūros procedūrą ir sureguliuokite vožtuvą pagal gamintojo specifikacijas.

Elektrohidrauliniai valdikliai

Šiuolaikinėse sistemose gali būti naudojami proporcingi arba servo vožtuvai, valdomi PLC, judesio valdikliu arba elektroniniu stiprintuvu.

Proporciniai vožtuvai užtikrina kintamą srauto arba slėgio valdymą. Servo vožtuvai paprastai naudojami, kai reikia labai greito ir tikslaus atsako, nors jiems reikia švaresnio skysčio ir sudėtingesnio valdymo.

Hidraulika paprastai užtikrina didesnį jėgos tankį ir geresnį apkrovos išlaikymą nei pneumatika. Pneumatinės sistemos gali būti švaresnės, paprastesnės ir ekonomiškesnės didelės-greičio automatizavimui su mažesniais jėgos reikalavimais, tačiau suslėgtas oras yra daug labiau suspaudžiamas nei hidraulinė alyva.

Hidraulinių trikčių šalinimo kontrolinis sąrašas

Prieš keisdami komponentus, atlikite matavimus.

Maža jėga arba slėgio praradimas

Patikrinkite skysčio lygį.

Išmatuokite siurblio išleidimo slėgį.

Patvirtinkite apsauginio{0}}vožtuvo nustatymą.

Patikrinkite, ar apsauginis vožtuvas neužstrigo atidarytas.

Atlikite siurblio srauto bandymą.

Patikrinkite, ar cilindre arba variklyje nėra vidinio nuotėkio.

Patikrinkite, ar nėra vidinio apėjimo krypties vožtuvuose.

Lėtas pavaros judėjimas

Išmatuokite tikrąjį sistemos srautą.

Patikrinkite filtro apribojimą.

Patikrinkite siurblio greitį.

Patikrinkite srauto{0}}valdymo nustatymus.

Patikrinkite, ar nėra vidinio nuotėkio.

Išmatuokite slėgio kritimą žarnose ir vožtuvuose.

Perkaitimas

Patikrinkite, ar srautas nuolat teka virš apsauginio vožtuvo.

Patvirtinkite alyvos lygį ir klampumą.

Patikrinkite aušintuvo veikimą.

Išmatuokite vidinį nuotėkį.

Patikrinkite, ar nėra per mažų linijų arba ribojančių vožtuvų.

Patikrinkite siurblio ir vožtuvo efektyvumą.

Triukšmas arba kavitacija

Patikrinkite rezervuaro lygį.

Patikrinkite, ar siurbimo žarnose nėra apribojimų ir oro nuotėkio.

Paleidimo metu patvirtinkite alyvos klampumą.

Patikrinkite siurbimo koštuvą.

Patikrinkite siurblio įleidimo slėgį.

Ieškokite putojančio ar gazuoto aliejaus.

Naudojant manometrus, temperatūros jutiklius ir srauto matuoklius logiška seka, gedimas paprastai pašalinamas greičiau nei pakeitus siurblį ar vožtuvą, remiantis tik simptomais.

Inžinerija ir sistemos palaikymas

Siurblio ir cilindro dydžio skaičiuoklė su atliktais pavyzdžiais, visas hidraulinės grandinės CAD paketas ir struktūrinis veikimo įvertinimas gali padėti inžinierių ar techninės priežiūros komandai įvertinti esamą ar siūlomą įrenginį.

Įprasti inžineriniai rezultatai apima apkrovos ir slėgio bandymus, alyvos mėginių ėmimą, užterštumo analizę, komponentų -dydžių peržiūrą, grandinės optimizavimą ir sistemos peržiūrą, pagrįstą taikomomis ISO 4413 ir SAE gairėmis.

Komercinėje svetainėje nurodykite inžinieriams tris tiesioginius maršrutus: atsisiųskite dydžio skaičiuoklę, paprašykite grandinės brėžinių arba suplanuokite įrangos įvertinimą naudodami formą, telefono kontaktą arba vietinį platintoją. Nurodykite numatomą atsakymo laiką ir nurodykite, kokius failus ar bandymų ataskaitas gaus klientas.

Dažnai užduodami klausimai

Kaip Paskalio dėsnis padaugina jėgą ir kaip ji apskaičiuojama psi ir in²?

Slėgis, taikomas uždaram hidrauliniam skysčiui, perduodamas per visą skystį. NaudokiteP = F ÷ Aslėgiui apskaičiuoti irF = P × Aišėjimo jėgai apskaičiuoti. Padėjus 10 lbf ant 1 in² stūmoklio susidaro 10 psi. Toks slėgis, veikiantis 10 in² stūmoklį, teoriškai sukuria 100 svarų.

Kuo skiriasi krumpliaratinis, mentinis ir stūmoklinis siurbliai?

Krumpliaračių siurbliai yra tvirti, ekonomiški ir dažnai naudojami fiksuoto{0}}tūrio įrenginiuose. Mentiniai siurbliai paprastai veikia sklandžiau ir tyliau pramoninėse sistemose. Stūmokliniai siurbliai užtikrina aukštą slėgį ir efektyvumą ir dažnai naudojami ten, kur reikia kintamo tūrio arba pažangesnio valdymo.

Kaip veikia tipinė hidraulinė grandinė?

Siurblys siurbia alyvą iš rezervuaro, o kryptinis vožtuvas siunčia srautą į pavarą. Slėgis didėja reaguojant į apkrovą, kai cilindras išsitraukia arba atsitraukia. Apsauginis vožtuvas riboja per didelį slėgį. Po operacijos vožtuvas grįžta į neutralią padėtį ir siurblys išsikrauna, suveikia arba sustoja pagal grandinės konstrukciją.

Kaip pasirinkti hidraulinį skystį?

Pradėkite nuo įrangos gamintojo klampumo reikalavimų. Tada atsižvelkite į mažiausią paleidimo temperatūrą, normalią darbo temperatūrą, klampumo indeksą, anti-dėvėjimosi reikalavimus, atsparumą oksidacijai, vandens poveikį, sandariklio suderinamumą ir aplinkos sąlygas. Vien ISO klampumo laipsnio neužtenka.

Kokie yra dažniausiai pasitaikantys hidraulinės sistemos gedimai?

Dažnos problemos yra perkaitimas, kavitacija, per didelis triukšmas, lėtas pavaros judėjimas, nesugebėjimas sukurti slėgio, vidinis ar išorinis nuotėkis, užterštos alyvos ir vožtuvų gedimai. Pradėkite trikčių šalinimą matuodami skysčio būklę, slėgį, srautą ir temperatūrą.

Kaip nustatyti siurblio ir cilindro dydį pagal jėgą ir greitį?

Apskaičiuokite cilindro plotą suA = F ÷ P, tada konvertuokite tą plotą į angos skersmenį naudodamiD = √(4A ÷ π). Pasirinkę cilindrą, apskaičiuokite srautą, reikalingą tiksliniam greičiui:

GPM=Plotas (in²) × greitis (in/s) × 60 ÷ 231

Prieš pasirinkdami siurblį ir cilindrą, atsižvelkite į efektyvumą, darbo ciklą, tuo pačiu metu veikiančios pavaros poreikį, slėgio nuostolius, komponentų nominalus ir atitinkamą saugos ribą.