Hidraulică industrială

Hidraulica industrială se referă la utilizarea sistemelor hidraulice în aplicații staționare și industriale pentru transmiterea forței și a energiei prin intermediul lichidelor sub presiune. Spre deosebire de hidraulica mobilă, în acest domeniu se pune accentul pe funcționarea continuă, densitatea ridicată a puterii și controlul precis. Hidraulica industrială se regăsește în prese, mașini-unelte, instalații de turnare prin injecție și în multe alte medii de producție.

Bazele și principiul de funcționare al hidraulicii industriale

Hidraulica industrială se bazează pe legea lui Pascal: presiunea dintr-un lichid închis se propagă uniform în toate direcțiile. Acest principiu permite transformarea forțelor de intrare mici în forțe de ieșire mari. În instalațiile hidraulice industriale, o pompă generează presiunea, supapele controlează direcția și debitul, iar cilindrii sau motoarele transformă energia hidraulică în lucru mecanic. Circuitul închis format din presurizare, comandă și transmitere a forței constituie coloana vertebrală a nenumărate procese de producție.

Circuit deschis și circuit închis

În hidraulica industrială, proiectanții fac distincția fundamentală între circuitul deschis și cel închis. În cazul circuitului deschis, pompa aspiră uleiul dintr-un rezervor și îl transportă prin supapele de comandă către consumator. De acolo, uleiul se întoarce în rezervor. Acest tip de construcție predomină în majoritatea aplicațiilor staționare, deoarece are o structură simplă și este ușor de întreținut. În cazul circuitului închis, uleiul curge direct de la motor înapoi la pompă, fără a trece printr-un rezervor. Circuitele închise sunt utilizate acolo unde sunt necesare o construcție compactă și o precizie ridicată de reglare, de exemplu în cazul sistemelor de control al turației și cuplului la laminoare sau la bancuri de testare.

Diferențierea față de hidraulica mobilă

Hidraulica industrială și hidraulica mobilă au aceleași principii fizice, dar se deosebesc în mai multe aspecte esențiale. Comparația următoare prezintă diferențele principale:

Sistemele hidraulice industriale beneficiază de condiții de mediu controlate și pot, prin urmare, să atingă un nivel mai ridicat de complexitate și densitate de putere. În același timp, cerințele privind fiabilitatea cresc, deoarece întreruperile în producție generează costuri considerabile.

Componentele hidraulicii industriale

Un sistem hidraulic industrial este alcătuit din mai multe grupuri funcționale, care trebuie să fie coordonate cu precizie între ele. Fiecare componentă îndeplinește o sarcină specifică în cadrul sistemului global.

Pompele hidraulice ca sursă de presiune

Pompa reprezintă inima oricărei instalații hidraulice. Aceasta transformă energia mecanică de acționare în energie hidraulică. În hidraulica industrială se utilizează diferite tipuri de pompe:

• Pompele cu roți dințate se remarcă prin robustețe și costuri reduse. Acestea sunt potrivite pentru aplicații cu debit constant și presiuni moderate.
• Pompele cu celule cu palete oferă o capacitate bună de aspirație și un debit uniform. Acestea se regăsesc frecvent în circuitele de comandă și în sistemele de joasă presiune.
• Pompele cu pistoane axiale ating randamente ridicate și pot fi reglate continuu. Acestea domină aplicațiile care necesită reglarea dinamică a debitului volumetric și a presiunii, de exemplu în mașinile de turnare prin injecție și în prese.

Pompele moderne cu pistoane axiale ating randamente volumetrice de peste 95% și funcționează la presiuni de lucru cuprinse între 250 și 400 bar. Pompele reglabile își adaptează debitul la necesarul real, ceea ce reduce semnificativ consumul de energie în regim de sarcină parțială.

Cilindri hidraulici și motoare hidraulice

Cilindrii transformă presiunea hidraulică în mișcare liniară, iar motoarele în mișcare rotativă. Ambele componente determină forța și mișcarea generate de instalație. În hidraulica industrială se utilizează cilindri cu curse de la câțiva milimetri până la câțiva metri, de exemplu în prese sau mese elevatoare. Motoarele hidraulice acționează mecanismele de rotație din malaxoare, trolii sau dispozitive de rotire. Motoarele cu pistoane radiale furnizează cupluri de pornire ridicate la turații mici, în timp ce motoarele cu pistoane axiale sunt potrivite pentru turații mai mari și sarcini de reglare dinamică.

Supape și blocuri de comandă

Supapele controlează presiunea, debitul volumic și direcția de curgere în instalație. Supapele proporționale și servosupapele permit o reglare precisă și continuă și constituie interfața dintre sistemul de comandă electric și acționarea hidraulică. În instalațiile hidraulice industriale moderne, proiectanții integrează din ce în ce mai mult aceste supape în blocuri de comandă compacte, care reunesc mai multe funcții și reduc numărul de conducte.

Componente auxiliare

Pe lângă componentele principale, dispozitivele auxiliare asigură funcționarea fiabilă:

• Acumulatorii de presiune amortizează fluctuațiile de presiune și furnizează energie pentru vârfurile de sarcină.
• Filtrele mențin uleiul hidraulic curat, fără particule care ar provoca uzura supapelor și a pompelor.
• Răcitoarele disipă căldura în exces, deoarece temperatura uleiului în regim de funcționare continuă trebuie menținută, de obicei, între 40 și 60 de grade Celsius.
• Manometrele și senzorii furnizează valorile măsurate pentru presiune, temperatură și debit, de care sistemul de comandă are nevoie pentru reglare și diagnosticare.

Aplicații tipice ale hidraulicii industriale

Hidraulica industrială este utilizată în aproape toate sectoarele industriei prelucrătoare. Gama de aplicații se întinde de la sarcini de comandă de precizie până la aplicații de forță brută cu o forță de presare de câteva mii de kilonewtoni.

Mașini-unelte și tehnologia de turnare prin injecție

În mașinile-unelte cu comandă CNC, sistemele hidraulice asigură strângerea, avansul și manipularea pieselor. Mașinile de turnare prin injecție necesită sisteme hidraulice pentru închiderea matriței, procesul de injecție și mișcarea de ejectare. Aici sunt necesare timpi de comutare rapizi și o precizie ridicată de repetabilitate.

Tehnologia de formare și presele

Presele hidraulice funcționează cu forțe cuprinse între câteva sute și câteva mii de tone. Acestea sunt utilizate la ambutisare, ștanțare și forjare. Reglarea continuă a presiunii și a forței permite o adaptare precisă la procesul de formare respectiv.

Bancuri de testare și simulatoare

Bancurile de testare pentru componente, materiale sau sisteme complete utilizează hidraulica pentru a aplica sarcini și mișcări definite. Bancurile de testare servohidraulice ating o dinamică ridicată și o precizie de reglare, ceea ce le face indispensabile pentru încercările de oboseală și simulările de coliziune.

Alte domenii de aplicare

Alte aplicații tipice se regăsesc în prelucrarea oțelului, în industria hârtiei și a lemnului, în instalațiile de ascensoare, în industria petrochimică, precum și în automatizare și robotică. Oriunde sunt necesare forțe mari și, în același timp, o comandă precisă, hidraulica industrială oferă soluția potrivită.

Standarde și reglementări

Proiectarea și funcționarea instalațiilor hidraulice industriale sunt supuse mai multor standarde și directive. Standardul principal este DIN EN ISO 4413, care stabilește reguli generale și cerințe tehnice de siguranță pentru instalațiile hidraulice și componentele acestora. Acesta este armonizat cu Directiva privind mașinile 2006/42/CE și definește cerințele privind proiectarea, construcția, montarea, funcționarea și întreținerea.

În plus, se aplică:

• DIN EN ISO 12100 pentru evaluarea riscurilor asociate mașinilor
• Directiva privind echipamentele sub presiune 2014/68/UE pentru recipiente sub presiune și conducte de la 0, 5 bar
• DIN 20066 pentru conducte cu furtun
• DIN 24550 pentru filtre hidraulice
• DIN 24343 pentru listele de întreținere ale instalațiilor hidraulice

Marcajul CE al unei mașini cu instalație hidraulică presupune efectuarea unei evaluări a riscurilor conform ISO 12100 și respectarea standardului de tip C ISO 4413. Producătorii întocmesc o declarație de conformitate CE și documentează măsurile luate în dosarul tehnic.

Cerințe de siguranță conform DIN EN ISO 4413

Standardul prevede, printre altele, ca toate componentele să fie proiectate pentru presiunea maximă de funcționare, inclusiv pentru presiunile de șoc care pot apărea. În fiecare circuit trebuie să existe supape de limitare a presiunii, care să limiteze presiunea în mod fiabil. Conductele și furtunurile trebuie dimensionate astfel încât să reziste la impulsuri și să fie montate în așa fel încât să nu apară îndoituri sau puncte de frecare. Sistemele de comandă trebuie să asigure o oprire sigură în caz de urgență, iar toate componentele instalației trebuie să poarte marcaje cu avertismente și parametri de funcționare.

Întreținere și reparații

Fiabilitatea unui sistem hidraulic industrial depinde în mare măsură de întreținere. Opririle în producție generează costuri ridicate, motiv pentru care întreținerea preventivă și monitorizarea stării de funcționare sunt standard în industrie.

Calitatea uleiului și filtrarea

Curățenia uleiului hidraulic este un factor decisiv pentru durata de viață a pompelor, a supapelor și a cilindrilor. Particulele de dimensiuni de ordinul micrometrilor pot deteriora marginile de comandă ale supapelor proporționale și pot zgâria suprafețele pistoanelor. Filtrele cu gradul adecvat de finețe, verificate și înlocuite periodic, mențin calitatea uleiului la nivelul necesar. Monitorizarea gradului de contaminare a uleiului conform standardului ISO 4406 face parte din repertoriul standard al întreținerii.

Gestionarea temperaturii

În timpul funcționării continue, uleiul hidraulic se încălzește din cauza pierderilor de putere. Temperaturile de peste 60 de grade Celsius accelerează îmbătrânirea uleiului și afectează vâscozitatea, ceea ce, la rândul său, crește riscul de scurgeri și uzură. Răcitoarele de ulei și rezervoarele de dimensiuni adecvate mențin temperatura de funcționare în intervalul admis.

Piese de uzură și intervale de inspecție

Garniturile, rulmenții și suprafețele de alunecare sunt supuse uzurii. Inspecțiile periodice conform specificațiilor producătorului și documentația conform standardului DIN 24343 asigură funcționarea pe termen lung. Conductele flexibile au o durată de viață limitată și trebuie verificate conform specificațiilor din Informația DGUV 061 și înlocuite la timp.

Tendințe și evoluții în domeniul hidraulicii industriale

Hidraulica industrială se dezvoltă continuu. Eficiența energetică, digitalizarea și integrarea sistemelor de control inteligente sunt motorul acestei transformări.

Eficiența energetică și acționările electrohidraulice

Pompele variabile cu motoare electrice cu turație reglată reduc considerabil consumul de energie în regim de sarcină parțială. Grupurile de servopompe adaptează debitul și presiunea în funcție de necesități și reduc pierderile de putere cu până la 50% față de sistemele convenționale cu pompă constantă și supapă de presiune. Această evoluție capătă tot mai multă importanță, deoarece costurile energetice și cerințele de sustenabilitate din industrie sunt în creștere.

Digitalizarea și monitorizarea stării

Senzorii măsoară presiunea, temperatura, debitul volumetric și gradul de contaminare a uleiului direct la nivelul componentelor. Conexiunile compatibile cu bus transmit datele către sistemele de control de nivel superior și platformele cloud. Monitorizarea stării de funcționare detectează din timp uzura și anomaliile, înainte de apariția unei defecțiuni. Întreținerea predictivă înlocuiește din ce în ce mai mult întreținerea programată la intervale fixe și sporește disponibilitatea instalațiilor.

Integrare și modularitate

Grupurile hidraulice moderne reunesc pompa, rezervorul, filtrul, răcitorul și sistemul de comandă în unități compacte, preasamblate. Acest lucru reduce efortul de instalare la fața locului și îmbunătățește reproductibilitatea. În același timp, crește cererea de soluții personalizate, care se pot integra perfect în conceptele de mașini existente.

Hidraulica industrială rămâne un vector tehnologic central în tehnologia de producție. Combinația dintre densitatea ridicată a puterii, reglabilitatea precisă și construcția robustă o face indispensabilă pentru multe aplicații, iar evoluțiile actuale în direcția eficienței și digitalizării îi asigură viabilitatea pe termen lung.