فشار هیدرولیک چگونه کار می کند؟ راهنمای کامل

فشار هیدرولیک چگونه کار می کند: پاسخ کوتاه

فشار هیدرولیک با انتقال نیرو از طریق یک سیال محصور و تراکم ناپذیر - تقریباً همیشه روغن - از یک نقطه به نقطه دیگر کار می کند. هنگامی که یک پمپ سیال را به داخل یک سیستم آب بندی شده فشار می دهد، فشار ایجاد می شود و در تمام جهات در هر سطحی که با آن تماس می گیرد، به طور یکسان عمل می کند. سپس این فشار به یک سیلندر یا موتور هدایت می شود و در آنجا دوباره به نیروی مکانیکی یا چرخش تبدیل می شود. نتیجه توانایی جابجایی بارهای عظیم با تجهیزات نسبتاً فشرده است.

اصل اساسی قانون پاسکال است: فشار اعمال شده به یک سیال محدود بدون کاهش در سراسر آن سیال منتقل می شود. از نظر ریاضی، P = F/الف، که در آن P فشار بر حسب پاسکال یا psi است، F نیروی اعمال شده بر حسب نیوتن یا پوند، و A مساحت بر حسب متر مربع یا اینچ مربع است. این رابطه به این معنی است که با تغییر مساحت یک سیلندر، یک سیستم می تواند نیرو را به طور چشمگیری چند برابر یا کاهش دهد - به همان دلیل که یک تکنسین 70 کیلوگرمی با فشار دادن یک دسته پمپ کوچک می تواند یک پرس 20 تنی را بلند کند.

هر سیستم هیدرولیک صنعتی - از پرس کارخانه گرفته تا بیل مکانیکی - بر همین زنجیره از رویدادها متکی است: واحد برق هیدرولیک (HPU) سیال تحت فشار تولید می کند، شیرهای کنترل آن را هدایت می کنند و محرک ها آن را به کار تبدیل می کنند. درک هر مرحله نشان می دهد که چرا هیدرولیک در هر جایی که چگالی نیرو بالا و کنترل دقیق هر دو مهم باشد، انتخاب ارجح باقی می ماند.

قانون پاسکال: فیزیک پشت هر سیستم هیدرولیک

بلز پاسکال قانون مکانیک سیالات خود را در سال 1653 فرموله کرد، اما مفاهیم مهندسی آن تنها در قرن 19 و 20 با توسعه مهر و موم های دقیق و لوله های فولادی با استحکام بالا به طور کامل قابل بهره برداری شد. ایده اصلی به طرز فریبنده ای ساده است: مایعات به طور معنی داری تحت فشارهای کاری معمولی فشرده نمی شوند، بنابراین هر نیرویی که در یک نقطه وارد می کنید، فورا و به طور یکنواخت به هر نقطه دیگر در سیستم منتشر می شود.

یک مثال پایه دو سیلندر را در نظر بگیرید. اگر به پیستونی با مساحت 1 سانتی متر مربع 100 نیوتن نیرو وارد کنید، فشار حاصل 100 نیوتن بر سانتی متر مربع = 1 مگاپاسکال است. آن استوانه کوچک را از طریق یک لوله پر از مایع به یک استوانه بزرگتر با مساحت 100 سانتی‌متر مربع وصل کنید و همان فشار 1 مگاپاسکال روی کل صفحه 100 سانتی‌متر مربعی اعمال می‌شود - نیروی خروجی 10000 نیوتن را تولید می‌کند. این سیستم بدون هیچ ورودی انرژی اضافی، نیرو را در ضریب 100 ضرب کرده است. مبادله جابجایی است: پیستون کوچک باید 100 میلی متر حرکت کند تا پیستون بزرگ را فقط 1 میلی متر حرکت دهد. انرژی حفظ می شود؛ نیرو به قیمت سرعت و ضربه تقویت می شود.

این اصل ضرب نیرو به همین دلیل است که هیدرولیک هر جا که وزن و فشردگی با هم مهم باشند ظاهر می شود. یک سیلندر پنوماتیکی که در 8 بار (0.8 مگاپاسکال) کار می کند، نیروی متوسطی تولید می کند زیرا فشار هوا محدود است. یک سیلندر هیدرولیک که در 250 بار (25 مگاپاسکال) کار می کند - یک فشار عملیاتی معمولی صنعتی - نیرویی تقریبا 30 برابر بیشتر از همان اندازه سوراخ ایجاد می کند.

اجزای اصلی یک سیستم هیدرولیک

یک مدار هیدرولیک کامل از چندین جزء وابسته به هم تشکیل شده است. هر یک نقش خاصی را ایفا می کند و ضعف در هر پیوندی - یک مهر و موم فرسوده، یک شیر کم اندازه، یک مخزن آلوده - عملکرد کل سیستم را کاهش می دهد.

مخزن

مخزن سیال کار را ذخیره می کند و اجازه می دهد حباب های هوا و گرما قبل از چرخش مجدد سیال از بین بروند. اندازه مخازن صنعتی تقریباً 2 تا 3 برابر دبی پمپ در دقیقه است تا زمان ماندگاری کافی را فراهم کنند. یک پمپ 50 لیتر در دقیقه معمولاً با یک مخزن 100-150 لیتری جفت می شود. این مخزن همچنین دارای فیلترهای تنفسی، یک شیشه دید سطحی، شاخه های تخلیه و اغلب یک دماسنج است که آن را به مرکز نظارت بر سلامت مدار تبدیل می کند.

پمپ هیدرولیک

پمپ به طور مستقیم فشار ایجاد نمی کند. جریان ایجاد می کند. فشار تنها زمانی ایجاد می‌شود که آن جریان با مقاومت روبرو شود - یک بار، یک شیر یا یک مسیر مسدود. سه نوع پمپ بر کاربردهای صنعتی و موبایل غالب است:

• پمپ های دنده ای - ساده، کم هزینه، مناسب برای فشار تا حدود 250 بار. فقط جابجایی ثابت
• پمپ های پره ای - کم صداتر از پمپ های دنده ای، فشار متوسط تا حدود 175 بار، راندمان حجمی خوب.
• پمپ های پیستونی - بالاترین راندمان، قادر به 350-700 بار، جابجایی متغیر ممکن، ترجیح داده شده برای مصارف صنعتی و متحرک.

پمپ های پیستونی با جابجایی متغیر به ویژه در یک واحد برق هیدرولیک با ارزش هستند، زیرا آنها به طور خودکار خروجی را در هنگام کاهش تقاضا کاهش می دهند، مصرف انرژی و تولید گرما را در طول چرخه های بار جزئی کاهش می دهند.

شیرهای کنترل

سوپاپ ها سیستم عصبی یک مدار هیدرولیک هستند. شیرهای کنترل جهت (DCV) جریان را به هر محرکی که به آن نیاز دارد هدایت می کنند. دریچه‌های کاهش فشار (PRV) حداکثر فشار سیستم را می‌پوشانند - معمولاً 10 تا 15٪ بالاتر از اوج فشار کاری تنظیم می‌شوند - تا از قطعات در برابر اضافه بار محافظت کنند. شیرهای کنترل جریان، سرعت ورود یا خروج سیال از محرک را اندازه گیری می کنند و مستقیماً سرعت محرک را کنترل می کنند. شیرهای چک از جریان برگشتی جلوگیری می کنند. دریچه‌های پروپورشنال و سروو کنترل الکترونیکی دقیقی را اضافه می‌کنند و موقعیت حلقه بسته یا تنظیم نیرو را با قابلیت تکرار موقعیت بهتر از 0.01 میلی‌متر در کاربردهای دقیق امکان‌پذیر می‌سازند.

عملگرها

عملگرها انرژی هیدرولیک را دوباره به کار مکانیکی تبدیل می کنند. سیلندرهای خطی نیروی فشار یا کشش تولید می کنند. موتورهای هیدرولیک دوار گشتاور و چرخش تولید می کنند. نیروی خروجی سیلندر به صورت F = P × A محاسبه می شود، بنابراین یک استوانه با سوراخ 100 میلی متری (مساحت ≈ 78.5 سانتی متر مربع) در 200 بار (20 مگاپاسکال) ایجاد می شود. تقریباً 157000 نیوتن - یا 16 تن - نیروی فشار . این سطح از نیروی یک سروو موتور الکتریکی با اندازه معادل به موتوری چندین برابر بزرگتر و سنگین تر نیاز دارد.

فیلترها و تهویه مایعات

آلودگی تنها بزرگترین علت خرابی قطعات هیدرولیک است - طبق داده‌های صنعت برق سیال مسئول حدود 70 تا 80 درصد از خرابی‌های زودرس است. فیلترهای خط برگشت، صافی‌های مکنده و سیستم‌های فیلتراسیون حلقه کلیه، سطح تمیزی را حفظ می‌کنند. کاربردهای شیر سروو معمولاً به کلاس تمیزی ISO 16/14/11 یا بهتر نیاز دارند، که به معنای کمتر از 1300 ذره بزرگتر از 4 میکرومتر در هر میلی لیتر سیال است.

یونیت برق هیدرولیک چیست و چرا اهمیت دارد؟

A واحد برق هیدرولیک (HPU) - که گاهی اوقات بسته قدرت هیدرولیک نیز نامیده می شود - یک مجموعه مستقل است که مخزن، پمپ، محرک اصلی (موتور الکتریکی یا موتور احتراق)، شیر کاهش فشار، فیلتر، مبدل حرارتی و ابزار دقیق را در یک واحد بسته بندی شده یکپارچه می کند. به جای پراکندگی این اجزا در یک قاب ماشین، HPU آنها را در یک سیستم مهندسی شده ادغام می کند که می تواند به عنوان یک واحد نصب، نگهداری و تعویض شود.

HPU ها از واحدهای رومیزی فشرده با توان تولید 1 تا 5 کیلووات و کارکرد با 70 تا 150 بار تا واحدهای برق صنعتی چند مگاواتی که پرس های کارخانه فولاد را در فشارهای بالاتر از 400 بار هدایت می کنند، متغیر است. یک واحد برق هیدرولیک صنعتی متوسط ​​ممکن است یک موتور الکتریکی 30 کیلوواتی را با یک پمپ پیستونی محوری 45 سی سی/ دور، یک مخزن 200 لیتری، یک مبدل حرارتی آب خنک که دمای روغن را در 45 تا 55 درجه سانتیگراد حفظ می کند، و یک فیلتر خط برگشت 10 میکرومتری را جفت کند - که همگی بر روی یک قاب فولادی یکپارچه نصب شده است.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب یک HPU

طراحی HPU همچنین شامل انتخاب هایی در مورد افزونگی است. فرآیندهای حیاتی - سیستم‌های کنترل سکوی دریایی، کارخانه‌های نورد کارخانه فولاد، تجهیزات پشتیبانی زمینی هواپیما - اغلب از واحدهای برق هیدرولیک دوبلکس با دو پمپ استفاده می‌کنند، جایی که یکی کار می‌کند و دیگری با تعویض خودکار. هزینه‌های خرابی در آن محیط‌ها می‌تواند از ده‌ها هزار دلار در ساعت تجاوز کند، و حتی با هزینه‌های سرمایه قابل توجهی، افزونگی را از نظر اقتصادی منطقی می‌کند.

چگونه فشار ایجاد می شود، تثبیت می شود و کنترل می شود

درک رفتار دینامیکی فشار - نه فقط فرمول استاتیک - برای هر کسی که سیستم های هیدرولیک را طراحی یا عیب یابی می کند ضروری است. فشار به سادگی روشن نمی شود. در الگوهایی که به نوع پمپ، سرعت پاسخ سوپاپ، طول خط و تراکم پذیری سیال بستگی دارد، بالا می رود، به اوج می رسد، نوسان می کند و تثبیت می شود.

سنبله فشار و چکش آب

هنگامی که یک شیر جهت به سرعت بسته می شود، تکانه سیال در حال حرکت جایی برای رفتن ندارد. نتیجه یک فشار گذرا - یک سنبله - است که می تواند در کمتر از 5 میلی ثانیه به 2 تا 5 برابر فشار کاری حالت پایدار برسد. سیستمی که در 200 بار کار می کند می تواند قله های گذرا بالای 500 بار را ببیند. این میخ‌ها اتصالات شلنگ را خسته می‌کنند، بلوک‌های منیفولد را می‌شکنند و مهر و موم‌ها را در چرخه‌های مکرر از بین می‌برند. طراحان با انباشته‌کننده‌های فشار (که نوک انرژی را جذب می‌کنند)، سوپاپ‌های آهسته‌بسته، یا شیرهای بازرسی که توسط خلبان کار می‌کنند با نرخ باز شدن کنترل‌شده مقابله می‌کنند.

نقش شیر کاهش فشار

هر سیستم هیدرولیک باید دارای یک شیر کاهش فشار (PRV) باشد که زیر فشار نامی ضعیف ترین جزء تنظیم شده است. اگر یک محرک در حالی که پمپ هنوز کار می کند به پایان کار برسد، در غیر این صورت فشار تا زمانی که چیزی پاره شود بالا می رود. PRV زمانی باز می شود که فشار از نقطه تعیین شده خود فراتر رود و جریان برگشت به مخزن را دور بزند. این یک شرایط عملیاتی عادی نیست - یک PRV که به طور مداوم باز می شود انرژی را به عنوان گرما هدر می دهد و یک طراحی سیستم یا مشکل عملیاتی را نشان می دهد. طراحی صحیح جریان PRV را فقط در طول رویدادهای اضافه بار واقعی هدایت می کند و در اکثر مواقع آن را بسته نگه می دارد.

آکومولاتورها: ذخیره انرژی هیدرولیک

آکومولاتور هیدرولیک یک مخزن تحت فشار حاوی یک گاز از پیش شارژ شده (تقریبا همیشه نیتروژن) است که توسط مثانه، پیستون یا دیافراگم از مایع هیدرولیک جدا می شود. هنگامی که فشار سیستم از میزان پیش شارژ گاز بیشتر شود، سیال گاز را فشرده می کند و انرژی را ذخیره می کند. هنگامی که فشار کاهش می یابد - در هنگام افزایش تقاضا یا خرابی پمپ - گاز منبسط می شود و سیال را به مدار باز می گرداند. انباشته‌ها سه عملکرد اصلی را انجام می‌دهند: ذخیره‌سازی انرژی برای تکمیل تقاضای اوج، تامین فشار اضطراری برای فعال کردن ایمن خاموش شدن، و کاهش ضربان. یک باتری مثانه 20 لیتری که از قبل با فشار 150 بار شارژ شده است، می تواند یک مکمل جریان کوتاه 8 تا 12 لیتری را در فشار سیستم ارائه دهد - برای تکمیل یک حرکت حیاتی شیر حتی پس از از دست دادن پمپ کافی است.

سیال هیدرولیک: وسیله ای که همه کار را انجام می دهد

سیال در یک سیستم هیدرولیک صرفاً یک وسیله انتقال نیرو نیست. به طور همزمان هر سطح متحرک داخل پمپ، شیرها و محرک‌ها را روغن کاری می‌کند، گرما را از نقاط داغ دور می‌کند، از سطوح فلزی در برابر خوردگی محافظت می‌کند و ذرات آلودگی را تا رسیدن به فیلتر معلق می‌کند. انتخاب سیال نامناسب یا اجازه دادن به تجزیه آن، تقریباً سریعتر از هر عامل دیگری اجزا را از بین می برد.

ویسکوزیته و وابستگی به دمای آن

ویسکوزیته حیاتی ترین ویژگی سیال است. اکثر واحدهای برق هیدرولیک صنعتی روغن معدنی ISO VG 46 را مشخص می کنند - درجه ویسکوزیته 46 سانتی استوک (cSt) در 40 درجه سانتی گراد. با افزایش دما به 80 درجه سانتیگراد، ویسکوزیته به حدود 12 cSt کاهش می یابد. در دمای 20 درجه سانتیگراد ممکن است 100 cSt یا بالاتر باشد. عملکرد زیر حداقل ویسکوزیته باعث تماس فلز با فلز و سایش سریع می شود. عملکرد بالاتر از حداکثر ویسکوزیته باعث کاویتاسیون، پاسخ کند و خلاء ورودی پمپ بالا می شود. اکثر سیستم ها 25-54 cSt را در ورودی پمپ برای تعادل بهینه هدف قرار می دهند.

انواع سیالات و کاربردهای آنها

• روغن معدنی (ISO VG 32-68) - رایج ترین، روانکاری و پایداری خوب، مقرون به صرفه، مقاوم در برابر آتش نیست.
• واتر گلیکول (HF-C) - مقاوم در برابر آتش، مورد استفاده در نزدیکی کوره ها و ماشین های ریخته گری، عمر پمپ را 30 تا 40٪ در مقایسه با روغن معدنی کاهش می دهد.
• استر فسفات (HF-D) - مقاومت عالی در برابر آتش، مورد استفاده در هواپیما و تولید برق؛ به مواد مهر و موم خاص (EPDM، PTFE) و جابجایی سیال اختصاصی نیاز دارد.
• استرهای زیست تخریب پذیر (HETG، HEES) - در مناطق حساس به محیط زیست مانند جنگل‌داری، دریایی و فرآوری مواد غذایی استفاده می‌شود. بیش از 28 روز در خاک تجزیه می شود. معمولاً 3-5× هزینه روغن معدنی.
• سیالات با محتوای آب بالا (HWCF، 95٪ آب) - هزینه بسیار کم و مقاوم در برابر آتش، اما روانکاری ضعیف نیاز به کاهش قطعات و تعویض مکرر سیال دارد.

آلودگی مایعات و نظارت

شمارشگرهای ذرات، حسگرهای رطوبت و آنالایزرهای ویسکوزیته اکنون به عنوان بخشی از برنامه های نظارت بر وضعیت به طور معمول بر روی واحدهای برق هیدرولیک بزرگتر نصب می شوند. شمارشگرهای ذرات آنلاین که از مایع خط برگشت نمونه برداری می کنند، می توانند یاتاقان های خراب پمپ را هفته ها قبل از خرابی فاجعه بار تشخیص دهند - به جای خاموش شدن اضطراری، به پنجره های تعمیر و نگهداری برنامه ریزی شده تبدیل می شود. محتوای آب بالای 0.05 درصد در روغن معدنی سیال را امولسیون می کند، لایه روغن روی سطوح بلبرینگ را از بین می برد و باعث زنگ زدگی می شود. نشان داده شده است که حتی 500 ppm (0.05٪) آب، عمر خستگی بلبرینگ غلتکی را تا 75٪ کاهش می دهد.

انواع سیستم های هیدرولیک و تفاوت آنها

همه سیستم های هیدرولیک به یک شکل پیکربندی نشده اند. معماری مدار تعیین می‌کند که چقدر نیرو به طور کارآمد استفاده می‌شود، سیستم چقدر پاسخگو است و چگونه نیازهای همزمان چند محرک را مدیریت می‌کند.

سیستم های مرکز باز در مقابل سیستم های مرکز بسته

در یک سیستم با مرکز باز، هنگامی که هیچ محرکی حرکت نمی کند، سیال به طور مداوم از طریق دریچه های جهت به مخزن گردش می کند. این ساده و ارزان است اما به طور مداوم انرژی را هدر می دهد. در یک سیستم مرکز بسته، خروجی پمپ زمانی که محرک‌ها بی‌حرکت هستند به هیچ وجه مفید نیست - بنابراین پمپ یا باید تخلیه شود، متوقف شود، یا سیستم با پمپ جابجایی متغیر جبران‌شده با فشار نصب شود که خروجی را تا جریان نزدیک به صفر کاهش دهد. HPU های صنعتی مدرن تقریباً به طور انحصاری از مدارهای مرکز بسته با پمپ های جابجایی متغیر استفاده می کنند کاهش مصرف برق بیکار تا 60 تا 85 درصد در مقایسه با جایگزین های مرکز باز با جابجایی ثابت.

سیستم های حسگر بار

یک سیستم هیدرولیک بار سنج (LS) به طور مداوم فشار مورد نیاز محرک با بالاترین تقاضا را کنترل می کند و به پمپ فرمان می دهد تا فشار و جریان کافی را برای پاسخگویی به این تقاضا به اضافه یک حاشیه کوچک (معمولاً 15 تا 25 بار بالاتر از فشار بار) ارائه دهد. پمپ هرگز سخت تر از حد لازم کار نمی کند. سیستم‌های حسگر بار در تجهیزات مدرن سیار - بیل مکانیکی، جرثقیل، ماشین‌آلات کشاورزی - استاندارد هستند که در آن بار به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند و راندمان سوخت مستقیماً بر اقتصاد عملیاتی تأثیر می‌گذارد. یک بیل مکانیکی حسگر بار می تواند 15 تا 25 درصد سوخت کمتری نسبت به یک ماشین فشار ثابت معادل در یک چرخه کاری مصرف کند.

سیستم های الکترو هیدرولیک

سیستم‌های الکتروهیدرولیک به جای تحریک مکانیکی یا پایلوت-هیدرولیک شیر برقی، شیرهای تناسبی، یا شیرهای سروو کنترل شده توسط PLC یا کنترل‌کننده‌های حرکت اختصاصی می‌شوند. این پروفیل های نیرو و موقعیت قابل برنامه ریزی، ثبت داده ها، عیب یابی و ادغام با شبکه های اتوماسیون صنعتی را امکان پذیر می کند. در ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی، سروو کنترل الکتروهیدرولیک، فشار تزریق را در محدوده ± 1 بار از نقطه تنظیم و موقعیت را تا 0.05 میلی‌متر حفظ می‌کند - قابلیت‌هایی که کیفیت و تکرارپذیری محصول را تغییر می‌دهند. واحد برق هیدرولیک در این تاسیسات معمولاً دارای موتورهای با سرعت متغیر (VSD) است که در آن سرعت موتور الکتریکی مستقیماً تقاضا را دنبال می‌کند و مصرف انرژی را 30 تا 50 درصد در مقایسه با طرح‌های HPU با سرعت ثابت کاهش می‌دهد.

کاربردهای دنیای واقعی که در آن فشار هیدرولیک ضروری است

فشار هیدرولیک در طیف وسیع تری از صنایع نسبت به آنچه بیشتر مردم تصور می کنند ظاهر می شود. چگالی نیرو و قابلیت کنترلی که هیدرولیک فراهم می کند به سادگی توسط هیچ فناوری دیگری با هزینه و مقیاس قابل مقایسه تکرار نمی شود.

• ساخت و ساز و خاک برداری - یک بیل مکانیکی 20 تنی از فشار هیدرولیک در 350 بار برای اعمال بیش از 150 کیلو نیوتن نیروی حفاری استفاده می کند. کل مجموعه عملکرد بوم، بازو، سطل و چرخش توسط یک واحد برق هیدرولیک که در شاسی دستگاه ادغام شده است تغذیه می شود.
• پرس و شکل دهی صنعتی - پرس های شکل دهی فلزات هیدرولیک از 100 تا 80000 تن نیرو کار می کنند. پرس آهنگری 5000 تنی از نظر فیزیکی با هر فناوری دیگری در اندازه معادل غیرممکن است.
• نفت و گاز فراساحلی - سیستم‌های کنترل هیدرولیک زیر دریا تا 690 بار کار می‌کنند تا مانع از انفجار و دریچه‌های درخت کریسمس را در عمق آب بیش از 3000 متر فعال کنند. HPU سطحی با افزونگی کامل و نظارت مداوم مهندسی شده است.
• هوانوردی و هوافضا - سیستم‌های هیدرولیک هواپیماهای تجاری معمولاً در 207 بار (3000 psi) کار می‌کنند و هواپیماهای نسل بعدی برای کاهش وزن لوله و محرک تا 345 بار (5000 psi) حرکت می‌کنند. سطوح کنترل پرواز، ارابه فرود و ترمزها همگی به فشار هیدرولیک بستگی دارند.
• فرآوری فولاد و فلزات - آسیاب های نورد از کنترل شکاف هیدرولیک (HGC) برای حفظ شکاف رول تا 10 میکرومتر استفاده می کنند که مستقیماً ضخامت نوار را کنترل می کند. HPU ها برای کارخانه های نورد می توانند 1000 تا 5000 لیتر در دقیقه در 250 تا 350 بار تولید کنند.
• دریایی و کشتی سازی - سیستم های دنده فرمان در کشتی های بزرگ از قوچ های هیدرولیک برای چرخاندن سکان هایی با وزن صدها تن استفاده می کنند. سیستم های پوشش دریچه و جرثقیل در کشتی های باری کاملاً هیدرولیکی هستند.
• قالب گیری تزریقی - نیروهای بستن هیدرولیک در ماشین‌های قالب‌گیری تزریقی بزرگ به 5000 تن یا بیشتر می‌رسد و نیمه‌های قالب را در برابر فشار تزریق پلاستیک مذاب تا 2000 بار بسته نگه می‌دارند.

مشکلات رایج فشار هیدرولیک و علل ریشه ای آنها

هنگامی که یک سیستم هیدرولیک ضعیف عمل می کند یا از کار می افتد، علائم اغلب در سطح مشابه به نظر می رسند - محرک های کند، حرکت نامنظم، سر و صدای زیاد، گرمای بیش از حد - اما دلایل اصلی متفاوت است. تشخیص اشتباه منجر به جایگزینی اجزای گران قیمتی می شود که مشکل واقعی نیستند.

فشار کم یا ناپایدار

دلایل احتمالی عبارتند از: پمپ فرسوده با نشتی داخلی بالا (بازده حجمی را بررسی کنید - هر چیزی کمتر از 85٪ در پمپ پیستونی نشان دهنده سایش است)، تنظیم بسیار کم یا نیمه باز بودن دریچه فشار شکن، فرسودگی قرقره سوپاپ داخلی که اجازه نشتی در پورت متقاطع را می دهد، یا شکست سیل سیلندر با عبور از سیال از طرف پیستون به سمت فشار بالا. یک آزمایش فشار سیستماتیک در هر مرحله از مدار - خروجی پمپ، پس از شیر، در محرک - به سرعت عیب را جدا می کند.

گرمای بیش از حد

سیال هیدرولیک بالای 65 تا 70 درجه سانتیگراد به سرعت تجزیه می شود. عمر سیال با هر 10 درجه سانتیگراد بالاتر از 60 درجه سانتیگراد به نصف کاهش می یابد. تولید گرما همیشه به دلیل افت فشار در یک محدودیت ایجاد می شود - یک دریچه نیمه بسته، یک فیلتر مسدود شده، یک خط کم اندازه یا یک شیر تخلیه که اغلب باز می شود. اگر مبدل حرارتی به طور مداوم با ظرفیت کار کند، سیستم با یک مشکل اساسی بازده انرژی مواجه است ، نه فقط یک مشکل خنک کننده. پمپ‌های جابجایی متغیر، کنترل‌های حسگر بار و خطوط با اندازه مناسب علت اصلی را برطرف می‌کنند. افزودن یک کولر بزرگتر فقط علائم را درمان می کند.

کاویتاسیون و هوادهی

کاویتاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که فشار مایع موضعی به زیر فشار بخار خود می‌رسد و حباب‌های بخار تشکیل می‌دهد که با بازیابی فشار به شدت منفجر می‌شوند - ایجاد صدایی مانند شن در یک قوطی حلبی و فرسایش سطوح فلزی با سرعت چند میکرون در ساعت. هوادهی حباب های هوا را از فوم مخزن، اتصال خط مکش نشتی یا سطح پایین سیال ایجاد می کند. هر دو شرایط پمپ ها را به سرعت تخریب می کنند و باعث رفتار اسفنجی و غیرقابل پیش بینی محرک می شوند. خلاء ورودی پمپ بالای 0.3 بار (225 میلی‌متر جیوه) یک نشانگر هشدار اولیه قابل اعتماد برای خطر کاویتاسیون اولیه است.

نشتی خارجی

خرابی مهر و موم در مهر و موم میله سیلندر، اتصالات شلنگ و رویه های بدنه سوپاپ مشهودترین مشکل هیدرولیکی است. حتی یک نشتی خارجی کوچک - 1 قطره در ثانیه - تقریباً 2-3 لیتر در روز و بیش از 700 لیتر در سال است. فراتر از هزینه سیال، نشت های خارجی خطرات آتش سوزی را ایجاد می کند (روغن اتمیزه شده روی سطح داغ در دمای حدود 150 درجه سانتی گراد برای روغن معدنی مشتعل می شود)، آلودگی محیطی و خطرات لغزش. بیشتر خرابی های آب بند به تغییرات فشار بیش از حد، سیال آلوده که به الاستومرهای آب بند حمله می کند، یا انتخاب نادرست مواد آب بندی برای نوع سیال بازمی گردد.

بهره وری انرژی در واحدهای برق هیدرولیک مدرن

هیدرولیک از لحاظ تاریخی به دلیل بهره وری ضعیف انرژی در مقایسه با درایوهای الکتریکی مورد انتقاد قرار گرفته است. این انتقاد برای سیستم‌های با جابجایی ثابت و سرعت ثابت که پمپ بدون توجه به تقاضا با ظرفیت کامل کار می‌کرد، معتبر بود. طرح‌های مدرن واحد برق هیدرولیک این شکاف را به طور قابل ملاحظه‌ای از طریق پمپ‌های جابجایی متغیر، موتورهای محرک با سرعت متغیر، کنترل‌های حسگر بار و مدارهای احیاکننده بسته است.

یک درایو هیدرولیک با سرعت متغیر با کنترل سروو - ترکیب یک موتور سروو با یک پمپ جابجایی ثابت - می‌تواند با بازده انرژی یک درایو الکتریکی مستقیم در بسیاری از چرخه‌های کاری مطابقت داشته باشد و در عین حال چگالی نیرو، انطباق و تحمل اضافه بار هیدرولیک را حفظ کند. در قالب‌گیری تزریقی، پروژه‌های مقاوم‌سازی VSD-HPU به طور مداوم در مقایسه با نصب‌های قدیمی HPU با سرعت ثابت، با دوره بازپرداخت 18 تا 36 ماهه، صرفه‌جویی در مصرف انرژی را بین 40 تا 60 درصد نشان می‌دهند.

مدارهای هیدرولیک احیا کننده انرژی را در طول عقب نشینی سیلندر بازپس می گیرند - به ویژه در کاربردهای پرس عمودی که در آن قوچ سنگین تحت نیروی گرانش فرود می آید. با مسیریابی جریان برگشتی از طریق یک موتور هیدرولیک متصل به شفت پمپ، سیستم ها 20 تا 40 درصد از انرژی بالقوه ای را که یک مدار معمولی به سادگی در یک شیر کمکی به عنوان گرما تخلیه می کند، بازیابی می کند.

آکومولاتور هیدرولیک همچنین نقش کارایی را ایفا می کند: با ذخیره انرژی در دوره‌های کم تقاضا و آزاد کردن آن در زمان اوج تقاضا، یک انباشته با اندازه مناسب به یک HPU کوچکتر و کارآمدتر اجازه می‌دهد تا همان بار پیک را ارائه دهد - که هم هزینه سرمایه و هم هزینه انرژی جاری را به طور همزمان کاهش می‌دهد.

روش های تعمیر و نگهداری که عمر سیستم هیدرولیک را افزایش می دهد

یک سیستم هیدرولیک به خوبی نگهداری شده به طور منظم 20 تا 30 سال عمر مفید دارد. سیستم‌های نادیده گرفته شده به‌طور پیش از موعد از کار می‌افتند، اغلب با آسیب‌های جانبی گران‌قیمت - یک پمپ حفره‌ای که دریچه‌های پایین‌دست را در همان رویداد خرابی از بین می‌برد، یا یک شیر سروو آلوده که حفره‌های خود را ایجاد می‌کند و لایه‌های ساینده را به قطعه بعدی منتقل می‌کند.

1. نمونه برداری و تجزیه و تحلیل سیالات هر 500 تا 1000 ساعت کار - تعداد ذرات، محتوای آب، ویسکوزیته، تعداد اسید و غلظت فلزات سایش، وضعیت کامل را قبل از اینکه مشکلات تبدیل به شکست شوند، بیان می کنند.
2. تعویض عنصر فیلتر در نشانگر فشار دیفرانسیل، نه فقط بر اساس برنامه تقویم - یک سیستم کم بار ممکن است بین تغییرات 2000 ساعت کار کند. یک سیستم با بارگذاری سنگین ممکن است در 500 ساعت به تغییرات نیاز داشته باشد.
3. مخزن inspection and cleaning at every major fluid change - لجن و لاک روی دیواره های مخزن و شمع های تخلیه جمع می شوند و ذرات را در مایع تازه رها می کنند.
4. بازرسی شلنگ هر 6 ماه یکبار - شیلنگ هیدرولیک بدون توجه به ظاهر وضعیت، عمر خستگی محدودی دارد. اکثر سازندگان حداکثر عمر مفید 6 سال از تاریخ تولید یا 4 سال در سرویس را توصیه می کنند، هر کدام که زودتر اتفاق بیفتد.
5. تست شیر فشار شکن سالانه - PRV ها می توانند حرکت کنند، بچسبند، یا حرف بزنند. یک PRV که 20 بار زیر نقطه تنظیم باز می شود، انرژی را هدر می دهد و عملکرد سیستم را محدود می کند. یکی که بسته می‌شود، فشار بیش از حد سیستم را در حین توقف محرک ممکن می‌سازد.
6. تصویربرداری حرارتی در حین کار - دوربین‌های مادون قرمز به سرعت نقاط داغ را در دریچه‌های نیمه مسدود، اتصالات با مقاومت بالا یا رسوب‌های مبدل حرارتی شناسایی می‌کنند که سنج‌های دما به تنهایی نمی‌توانند آن‌ها را محلی‌سازی کنند.

تعمیر و نگهداری پیشگیرانه در یک واحد برق هیدرولیک تقریباً همیشه ارزان تر از تعمیر واکنشی است. تعویض پمپ در یک HPU 200 کیلوواتی ممکن است 8000 تا 15000 پوند برای قطعات و کار هزینه داشته باشد. تولید از دست رفته در طول زمان توقف برنامه ریزی نشده در حالی که در انتظار قطعات و مهندسان است معمولاً بیش از 50000 پوند در روز در صنایع با فرآیند مداوم است که حتی برنامه های تعمیر و نگهداری پیشگیرانه تهاجمی را بسیار مقرون به صرفه می کند.