Hydraulinen paine vs. virtaus: eron ymmärtäminen

Hydrauliikan kouluttajana ja konsulttina olen tavannut tuhansia ihmisiä, joiden työ koostuu ainakin osittain hydraulijärjestelmien huollosta ja korjauksesta. Tapaamieni hydrauliikan vianetsijöiden määrän voin kuitenkin laskea yhden käden sormilla.

Ylipäätään olen tavannut paljon erinomaisia hydrauliikan osien vaihtajia. Nämä ovat ihmisiä, jotka ovat työskennelleet hydraulijärjestelmien parissa niin kauan, että he tietävät, että tietyn osan vaihtaminen yleensä korjaa tietyn ongelman. He saattavat tietää tai olla tietämättä tarkalleen, miksi näin on, mutta he tietävät kokemuksesta, että kyseisen osan vaihtaminen korjaa ongelman.

Nyt en tarkoita tätä halventavasti. Joku jolla on tuollainen kokemus on arvokas, mutta se ei ole vianetsintää vaan osien vaihtoa. Se toimii hienosti aina, kun osan vaihtaminen todellakin korjaa ongelman.

Ongelmat tulevat silloin, kun osanvaihtaja vaihtaa osan eikä se korjaa ongelmaa. Mikä mahtaa olla varaosien vaihtajan seuraava toimintatapa? Jos sanoisit ”vaihda jotain muuta”, olisit oikeassa.

Hyvin usein osien vaihtoprosessi jatkuu, kunnes tapahtuu jompikumpi kahdesta asiasta: joko kone on korjattu, ja kaikki iloitsevat, tai järjestelmä on saatettu sellaiseen tilaan, että jollekin on soitettava.

Hyvin usein tuo joku olen minä. Vaikka järjestelmä on mahdollista korjata tällä tavalla, on myös mahdollista lisätä ongelma tai kaksi aina, kun vaihdetaan komponentti, joka ei ollut huono. Yleensä siihen mennessä, kun minut kutsutaan apuun, osia on vaihdettu huomattavan paljon, ja se, mikä alkoi yksinkertaisena, on saattanut kehittyä useiksi ongelmiksi, joiden diagnosointi voi olla hyvin aikaa vievää.

Painetta vai virtausta?

Jos minun pitäisi valita yksi käsite, joka estää useimpia varaosien vaihtajia ryhtymästä vianetsijöiksi, se olisi epäonnistuminen paineen ja virtauksen välisen eron ymmärtämisessä. Ei ole harvinaista kuulla, että termejä käytetään vaihdellen, ikään kuin ne olisivat synonyymejä. Ne eivät ole. Kuulen usein valituksen siitä, että pumppu ei tuota niin paljon painetta kuin sen pitäisi, mikä viittaa siihen, että pumpun on tarkoitus tuottaa painetta.

Yleinen oletus on, että jos paine on alhainen, pumpun on oltava huono. Tämä ei pidä paikkaansa. Pumppu ei pumppaa painetta. Pumppu tuottaa virtausnopeuden. Pumpun ainoa tehtävä on ottaa nestettä yhdestä paikasta ja laittaa se jonnekin muualle. Paine on seurausta virtausvastuksesta. Koulutustunneillamme käytämme yllä olevaa yksinkertaista kaaviokuvaa selittääksemme tämän käsitteen.

Kiinteän tilavuuden pumppu on yksinkertaisin hydraulipumpputyyppi. Sitä pyörittää ensisijainen käyttövoima, yleensä sähkökäyttöinen moottori tai liikkuvissa laitteissa sama moottori, joka liikuttaa konetta. Virtauksen määrä määräytyy käyttömoottorin tilavuuden ja nopeuden mukaan. Työntövoimalla tarkoitan pumpun jokaisella täydellä kierroksella toimitettua nestemäärää.

Tyypillisissä teollisuusjärjestelmissä pumppua pyöritetään vakionopeudella, joten se tuottaa vakiomäärän virtausta. Kun pumppu käynnistetään, öljyä siirretään säiliöstä järjestelmään. Mitä suurempi virtausnopeus on, sitä nopeammin toimilaite liikkuu.

Jos jäljität pumpusta lähtevää virtausta, päädyt linjassa olevaan ”T-kirjaimeen”. Aina kun seuraat virtausta kaaviossa ja päädyt linjan jakautumiseen, sinun on seurattava virtausta molempiin suuntiin määrittääksesi pienimmän vastuksen reitin. Hydraulineste kulkee aina pienimmän vastuksen reittiä. I

jos seuraat virtausta vasemmalle, kohtaat varoventtiilin symbolin. Varoventtiiliä edustaa yksi neliö, jossa on virtaussuuntaa osoittava nuoli. Huomaa, että nuoli ei kosketa tulo- tai poistoaukkoa. Tämä tarkoittaa, että varoventtiili on normaalisti kiinni ja estää virtauksen.

Varoventtiilin alaosassa oleva ”siksak-viiva” symboloi jousta. Hyvä tapa ajatella ylipaineventtiiliä kaaviossa on ajatella, että jousi työntää nuolen ylöspäin poispäin porteista ja pitää sen suljettuna. Tämä tarkoittaa, että venttiilin avaamiseksi jonkin on painettava nuolta alaspäin kovemmin kuin jousi painaa ylöspäin.

Huomaa myös katkoviiva. Hydraulikaavioissa katkoviiva kuvaa yleensä virtausreittiä, joka on jonkin verran pienempi kuin yhtenäinen viiva, tyypillisesti tyhjennyslinjaa tai ohjauslinjaa. Vasemmalla olevassa kaaviossa esitetty on pilottilinja, joka on kytketty välittömästi venttiilin yläpuolelle. Mitä tahansa painetta pääjohdossa on, sitä on myös ohjausjohdossa.

Palatakseni jouseen, huomaa vinonuoli. Kaaviosymboleissa diagonaalinen nuoli tarkoittaa, että siihen liittyvä komponentti on muuttuva tai säädettävä. Tässä tapauksessa varoventtiilissä on säädettävä jousi, ja se on säädetty niin, että 500 paunan neliötuuman (psi) paine kehittää riittävästi voimaa jousen puristamiseen ja varoventtiilin avaamiseen. Vastus tähän suuntaan on siis 500 psi.

Jäljitettäessä virtausta oikealle kohtaat käsiventtiilin symbolin. Tämä voi olla palloventtiili, sulkuventtiili, läppäventtiili jne. Venttiili voi olla auki tai kiinni. Merkintä osoittaa, että se on auki, joten vastusta ei ole tähän suuntaan.

Johto päättyy avoimeen rumpuun. Kun pumppu kytketään päälle, kuten vasemmalla olevassa kaaviossa näkyy, pienimmän vastuksen reitti on tässä tapauksessa rumpuun, ei varoventtiilin kautta. Mittarin painelukema on 0 psi.

Syy siihen, että mittarin lukema on niin alhainen, on selvästi se, että järjestelmässä ei ole vastusta. Olen kuitenkin nähnyt monien pumppujen vaihtuvan vain siksi, että paine järjestelmässä oli alhainen. Vuosien varrella olen saanut lukuisia puheluita, jotka alkoivat näin: ”No, olen vaihtanut pumpun, mutta paine on edelleen alhainen. Mitä muuta minun pitäisi etsiä?”

Itse asiassa hydraulijärjestelmän paineongelma johtuu harvoin pumpusta. Se on lähes aina jokin muu huono komponentti järjestelmässä. Pumpun ei pitäisi koskaan olla ensimmäinen komponentti, jota kokeillaan, vaan pikemminkin viimeinen keino, kun paineongelma on olemassa. Näytetyssä esimerkissä pumpun vaihtaminen tuottaisi täsmälleen saman tuloksen.

Vasemmanpuoleisessa kaaviossa käsikäyttöinen venttiili on suljettu, mikä estää virtauksen rumpuun. Ainoa jäljellä oleva virtausreitti on varoventtiilin kautta. Jotta neste voisi kulkea varoventtiilin läpi, on voitettava 500 psi:n vastus. Kun paine nousee 500 psi:iin, virtaus kulkee varoventtiilin läpi ja takaisin säiliöön.

Olen monesti kuullut huomautuksia, kuten: ”Pumppuni tuottaa 1 500 psi:n painetta”. Tämä havainnollistaa virheellistä käsitystä siitä, että paine syntyy pumpusta.

Kuten näet, mittarista ei lueta sitä, kuinka paljon painetta pumppu tuottaa, vaan pikemminkin sitä, kuinka paljon vastusta järjestelmässä tällä hetkellä voitetaan. Ilman tämän käsitteen vankkaa ymmärtämistä vianetsinnäksi ryhtyminen on mahdotonta.

Lue lisää hydraulijärjestelmän parhaista käytännöistä:

10 hydrauliikan luotettavuustarkastusta, joita et todennäköisesti tee

Seitsemän yleisintä hydrauliikkalaitteiden virhettä

Miten tiedät, käytätkö oikeaa hydrauliöljyä?

Top 5 hydrauliikkavirhettä ja parhaat ratkaisut