W mojej pracy z maszyny do gięciaDoceniłem złożoność konstrukcji układu hydraulicznego, który je napędza. Układ hydrauliczny jest niezbędny do uzyskania precyzyjnych gięcia i zapewnienia płynnej pracy maszyny przy zmiennych obciążeniach. Dzięki zrozumieniu aspektów konstrukcyjnych układu hydraulicznego giętarki mogę optymalizować wydajność i skuteczniej rozwiązywać problemy. W tym artykule omówię kluczowe komponenty i zagadnienia projektowe układów hydraulicznych. maszyny do gięcia, dzieląc się spostrzeżeniami, które mogą zwiększyć wydajność i niezawodność procesów obróbki metali.

Ten maszyna do gięcia Należy do rodzaju maszyn kuźniczych. Odgrywa ważną rolę w przemyśle obróbki metali. Produkty są szeroko stosowane w: przemyśle lekkim, lotnictwie, żegludze, metalurgii, instrumentach, urządzeniach elektrycznych, wyrobach ze stali nierdzewnej, konstrukcjach stalowych i przemyśle dekoracyjnym.

Układ hydrauliczny wykorzystuje pompę tłokową z kompensacją ciśnienia do dostarczania oleju, sterowanie przepustnicą powrotu oleju i racjonalne wykorzystanie energii. Pionowy siłownik hydrauliczny wykorzystuje środki wyważające i blokujące, co zapewnia bezpieczną i niezawodną pracę. Jednocześnie siłowniki hydrauliczne, jako element wykonawczy, charakteryzują się dużą siłą zacisku i ścinania. W przypadku zastosowania płyt ścinających, wydajność układu jest dobra.

Projekt układu hydraulicznego, systemu nożyc do blachy i stacji pomp hydraulicznych obejmuje projekt obwodów i konstrukcji stacji pomp, układ oraz niektóre niestandardowe komponenty. W procesie projektowania osiągnięto zwartą konstrukcję, racjonalny układ i prostotę produkcji.

Przegląd układu hydraulicznego

Do przenoszenia energii w układzie hydraulicznym można wykorzystać dowolne medium (ciecz lub gaz), które płynie naturalnie lub można je wymusić. Najwcześniej używaną cieczą była woda, stąd nazwa „hydraulika” odnosi się do układów wykorzystujących ciecze. We współczesnej terminologii „hydraulika” oznacza obieg wykorzystujący olej mineralny. Rysunek 1-1 przedstawia podstawową jednostkę napędową układu hydraulicznego.

(Warto zauważyć, że woda przeżywa renesans pod koniec lat 90., a niektóre dzisiejsze systemy hydrauliczne działają nawet na wodzie morskiej). Innym powszechnie stosowanym płynem w obwodach hydraulicznych jest sprężone powietrze. Jak pokazano na rysunku 1-2, powietrze atmosferyczne – sprężone 7-10 razy – jest łatwo dostępne i z łatwością przepływa przez rury, przewody lub węże, przekazując energię potrzebną do wykonania pracy. Można by również wykorzystać inne gazy, takie jak azot lub argon, ale ich produkcja i przetwarzanie są kosztowne.

Przemysł ogólnie rzecz biorąc, ma najmniej zrozumienia dla energetyki. W większości zakładów niewiele osób bezpośrednio odpowiada za projektowanie i konserwację układów hydraulicznych. Mechanicy ogólni często zajmują się konserwacją układów hydraulicznych, które pierwotnie zostały zaprojektowane przez sprzedawcę dystrybutora układów hydraulicznych. W większości zakładów odpowiedzialność za układy hydrauliczne jest częścią opisu stanowiska pracy inżyniera mechanika. Problem polega na tym, że inżynierowie mechanicy zazwyczaj otrzymują niewiele, jeśli w ogóle, szkoleń z zakresu układów hydraulicznych na studiach, przez co są słabo przygotowani do wykonywania tych obowiązków. Mając skromne szkolenie z zakresu układów hydraulicznych i wystarczającą ilość pracy, inżynier często polega na doświadczeniu dystrybutora układów hydraulicznych. 

Aby uzyskać zamówienie, przedstawiciel handlowy dystrybutora chętnie zaprojektuje obwód i często pomaga w instalacji i uruchomieniu. Takie rozwiązanie sprawdza się całkiem dobrze, ale wraz z rozwojem innych technologii, zasilanie hydrauliczne jest ograniczane w wielu funkcjach maszyn. Zawsze istnieje tendencja do korzystania ze sprzętu najlepiej znanego osobom zaangażowanym.

Cylindry i silniki hydrauliczne są kompaktowe i charakteryzują się wysokim potencjałem energetycznym. Zajmują niewielkie przestrzenie i nie zagracają maszyny. Urządzenia te mogą być unieruchomione na dłuższy czas, są natychmiastowo odwracalne, mają płynną regulację prędkości i często zastępują połączenia mechaniczne znacznie niższym kosztem. Dzięki dobremu projektowi obwodów, źródło zasilania, zawory i siłowniki będą działać z minimalną konserwacją przez długi czas. Głównymi wadami są brak zrozumienia urządzenia i nieprawidłowa konstrukcja obwodów, co może prowadzić do przegrzania i wycieków.

Przegrzanie występuje, gdy maszyna zużywa mniej energii niż dostarcza jednostka napędowa. (Przegrzanie zazwyczaj łatwo wyeliminować z układu). Kontrola wycieków polega na stosowaniu prostych gwintowanych złączek O-ring do połączeń rur lub węży i kołnierzy SAE do większych rozmiarów rur. Zaprojektowanie układu tak, aby zminimalizować wstrząsy i zapewnić niską temperaturę pracy, również zmniejsza wycieki.

Ogólna zasada przy wyborze między hydrauliką a pneumatyką do cylindrów brzmi: jeśli określona siła wymaga średnicy cylindra pneumatycznego 4 lub 5 cali lub większej, należy wybrać hydraulikę. Większość układów pneumatycznych ma moc poniżej 3 KM, ponieważ wydajność sprężania powietrza jest niska. System wymagający 10 KM do hydrauliki zużywałby około 30 do 50 KM sprężarki powietrza.

Obwody pneumatyczne są tańsze w budowie, ponieważ nie wymagają oddzielnego napędu głównego, ale koszty eksploatacji są znacznie wyższe i mogą szybko zrekompensować niskie wydatki na komponenty. W sytuacjach, w których cylinder pneumatyczny o średnicy 20 cali (20 cali) mógłby być ekonomiczny, należałoby go cyklicznie napełniać tylko kilka razy dziennie lub używać do podtrzymywania napięcia i nigdy nie napełniać. 

Zarówno obwody pneumatyczne, jak i hydrauliczne mogą pracować w strefach zagrożonych wybuchem, jeśli są wyposażone w sterowanie logiczne pneumatyczne lub sterowanie elektryczne w wykonaniu przeciwwybuchowym. Przy zachowaniu pewnych środków ostrożności, cylindry i silniki obu typów mogą pracować w atmosferze o wysokiej wilgotności… a nawet pod wodą.

W przypadku stosowania układów hydraulicznych w pobliżu żywności lub środków medycznych, najlepszym rozwiązaniem jest wyprowadzenie powietrza poza obszar czysty, a w obwodach hydraulicznych użycie płynu na bazie roślinnej.

Niektóre zastosowania wymagają sztywności cieczy, więc nawet przy niskim zapotrzebowaniu na moc może się wydawać konieczne zastosowanie hydrauliki. W takich systemach należy zastosować połączenie powietrza.

Źródło zasilania i olej jako czynnik roboczy pozwalają obniżyć koszty, a jednocześnie zapewnić płynną kontrolę z opcjami precyzyjnego zatrzymywania i utrzymywania. Dostępne są między innymi systemy zbiorników olejowo-powietrznych, systemy cylindrów tandemowych, cylindry ze zintegrowanym sterowaniem oraz wzmacniacze.

Powód, dla którego płyny mogą przenosić energię, gdy są zamknięte, najlepiej ujął żyjący w XVII wieku Blaise Pascal. Prawo Pascala jest jednym z podstawowych praw dotyczących siły płynów. Prawo to brzmi: Ciśnienie w zamkniętym zbiorniku z płynem działa jednakowo we wszystkich kierunkach i pod kątem prostym do powierzchni, w których jest on umieszczony. Innymi słowy: Jeśli przebiję otwór w zbiorniku lub przewodzie pod ciśnieniem, otrzymam PSO. PSO oznacza wytrysk ciśnienia, a przebicie przewodu pod ciśnieniem spowoduje zamoczenie. Rysunek 1-3 pokazuje, jak to prawo działa w przypadku zastosowania w cylindrze.

Olej z pompy wpływa do cylindra, który podnosi ładunek. Opór ładunku powoduje wzrost ciśnienia wewnątrz cylindra, aż ładunek zacznie się poruszać. Podczas ruchu ładunku ciśnienie w całym obwodzie pozostaje niemal stałe. Olej pod ciśnieniem próbuje wydostać się z pompy, przewodu i cylindra, ale mechanizmy te są wystarczająco silne, aby zatrzymać płyn. Gdy ciśnienie w obszarze tłoka staje się wystarczająco wysokie, aby pokonać opór ładunku, olej wymusza ruch ładunku w górę. Zrozumienie prawa Pascala ułatwia zrozumienie działania wszystkich obwodów hydraulicznych i pneumatycznych.

Zwróć uwagę na dwie ważne rzeczy w tym przykładzie. Po pierwsze, pompa nie wytwarzała ciśnienia, a jedynie przepływ. Pompy nigdy nie wytwarzają ciśnienia. One jedynie generują przepływ. Opór przepływu pompy powoduje wzrost ciśnienia. Jest to jedna z podstawowych zasad techniki hydraulicznej, która ma kluczowe znaczenie przy rozwiązywaniu problemów z obwodami hydraulicznymi. Załóżmy, że maszyna z uruchomioną pompą wskazuje na manometrze prawie 0 psi. Czy to oznacza, że pompa jest uszkodzona? Bez przepływomierza na wylocie pompy mechanicy mogą wymienić pompę, ponieważ wielu z nich uważa, że pompy wytwarzają ciśnienie.

Problem z tym obwodem może wynikać po prostu z otwartego zaworu, który pozwala, aby cały przepływ z pompy kierował się bezpośrednio do zbiornika. Ponieważ przepływ z pompy nie napotyka oporu, manometr wskazuje niskie ciśnienie lub jego brak. Po zainstalowaniu przepływomierza byłoby oczywiste, że pompa działa prawidłowo, a inne przyczyny, takie jak przerwa w dopływie do zbiornika, należy znaleźć i usunąć.

Innym obszarem, który ilustruje wpływ prawa Pascala, jest porównanie dźwigni hydraulicznej i mechanicznej. Rysunek 1-4 pokazuje, jak działają oba te systemy. W obu przypadkach duża siła jest kompensowana przez znacznie mniejszą siłę ze względu na różnicę w długości ramienia dźwigni lub powierzchni tłoka. Należy zauważyć, że dźwignia hydrauliczna nie jest ograniczona do określonej odległości, wysokości ani lokalizacji fizycznej, tak jak dźwignia mechaniczna.

Jest to zdecydowana zaleta w przypadku wielu mechanizmów, ponieważ większość konstrukcji wykorzystujących układ hydrauliczny zajmuje mniej miejsca i nie jest ograniczona przez wymagania dotyczące położenia. Cylinder, siłownik obrotowy lub silnik hydrauliczny o niemal nieograniczonej sile lub momencie obrotowym może bezpośrednio popychać lub obracać element maszyny. Działania te wymagają jedynie przewodów przepływowych do i z siłownika oraz urządzeń sprzężenia zwrotnego, aby wskazać położenie. Główną zaletą sterowania za pomocą cięgien jest precyzyjne pozycjonowanie i możliwość sterowania bez sprzężenia zwrotnego.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że dźwignia mechaniczna lub hydrauliczna może oszczędzać energię. Na przykład: ciężar 40 000 funtów (18 000 kg) jest utrzymywany w miejscu przez ciężar 10 000 funtów (45 000 kg) na rysunku 1-4. Należy jednak zauważyć, że stosunek powierzchni ramion dźwigni do powierzchni tłoka wynosi 4:1. Oznacza to, że dodanie dodatkowej siły, powiedzmy, do strony o ciężarze 10 000 funtów (45 000 kg), powoduje jej opuszczenie, a strona 40 000 funtów (45 000 kg) podnosi się. Gdy ciężar 10 000 funtów (45 000 kg) przesuwa się w dół o 10 cali (25 cm), ciężar 40 000 funtów (45 000 kg) przesuwa się w górę tylko o 2,5 cala (6,3 cm).

Praca to miara siły przemierzającej daną odległość. (Praca = siła x odległość). Pracę zazwyczaj wyraża się w stopofuntach i, jak wynika ze wzoru, jest ona iloczynem siły w funtach i odległości w stopach. Gdy walec podnosi ładunek o masie 20 000 funtów na odległość 10 stóp, wykonuje pracę równą 200 000 stóp-funtów. Czynność ta może trwać trzy sekundy, trzy minuty lub trzy godziny bez zmiany ilości pracy.

Kiedy praca jest wykonywana w określonym czasie, nazywa się to mocą. {Moc = (Siła X Odległość) / Czas.}Powszechną miarą mocy jest koń mechaniczny – termin zapożyczony z początków, kiedy większość osób mogła utożsamić się z siłą konia. Pozwoliło to przeciętnej osobie ocenić nowe środki mocy, takie jak silnik parowy. Moc to szybkość wykonywania pracy. Jeden koń mechaniczny jest definiowany jako ciężar w funtach (siła), jaki koń mógł podnieść na jedną stopę (odległość) w ciągu jednej sekundy (czas). Dla przeciętnego konia okazało się, że jest to 550 funtów, jedna stopa na jedną sekundę. Zmieniając czas na 60 sekund (jedną minutę), zwykle podaje się go jako 33 000 ft-lb na minutę.

W większości układów hydraulicznych nie ma potrzeby uwzględniania ściśliwości, ponieważ olej można sprężyć tylko w bardzo niewielkim stopniu. Zazwyczaj ciecze uważa się za nieściśliwe, ale w prawie wszystkich układach hydraulicznych uwięziona jest pewna ilość powietrza. Pęcherzyki powietrza są tak małe, że nawet osoby o dobrym wzroku ich nie dostrzegają, ale pozwalają one na ściśliwość około 0,5% na 1000 psi. 

Zastosowania układów hydraulicznych, w których ta niewielka ściśliwość ma niekorzystny wpływ, obejmują: jednosuwowe wzmacniacze powietrzno-olejowe; układy pracujące z bardzo dużą liczbą cykli; układy serwomechanizmów utrzymujące położenie lub ciśnienie bliskie tolerancji; oraz obwody zawierające duże objętości płynu. W niniejszej książce, omawiając obwody, w których ściśliwość jest czynnikiem, zostanie on wskazany wraz ze sposobami jego ograniczenia lub uwzględnienia.

Inną sytuacją, która sugeruje większą ściśliwość niż wspomniano wcześniej, jest rozszerzanie się rur, węży i rur cylindrycznych pod wpływem ciśnienia. Wymaga to większej objętości płynu, aby wytworzyć ciśnienie i wykonać żądaną pracę. 

Ponadto, gdy cylindry naciskają na ładunek, elementy maszyny stawiające opór tej sile mogą się rozciągnąć, co z kolei sprawia, że konieczne staje się wprowadzenie do cylindra większej ilości płynu, aby cykl mógł się zakończyć.

Jak wiadomo, gazy są bardzo ściśliwe. Niektóre zastosowania wykorzystują tę cechę. W większości układów hydraulicznych ściśliwość nie jest zaletą; w wielu przypadkach wręcz wadą. Oznacza to, że najlepiej wyeliminować wszelkie uwięzione powietrze w układzie hydraulicznym, aby skrócić cykle i zwiększyć sztywność układu.