הידראוליקה בתעשייה

הידראוליקה היא טכנולוגיה המשלבת באופן ייחודי מדע יישומי והנדסה. הידראוליקה משתמשת בתכונות מכניות ייחודיות החיוניות לביצוע פעולות. היא מתמקדת בהנדסה יישומית המשתמשת בתכונות של נוזלים, ביישומי כוח נוזלי, ומועילה לשליטה ולהעברת כוח. בשל מנגנון העבודה שלה, למערכת ההידראולית יש ערך במגוון תעשיות. הפיזיקה שמאחורי ההידראוליקה היא שמפעילים כוח בנקודה מסוימת, המעבירה אנרגיה לנקודה אחרת דרך נוזל בלתי דחיס.

למעשה הידראוליקה היא אחד החלקים החיוניים שמשפרים את התעשיות. בין שזה כלי רכב כבדים ובין שזה הפעלת מכונות, הידראוליקה יכולה לעזור מאוד. אם תרצו, הידראוליקה היא סוס העבודה של התעשייה הכבדה שמשתמשת בפיזיקה פשוטה. למכונות הנשענות על רכיבים הידראוליים יש ביצועים טובים.

ישנם ארבעה יתרונות עיקריים של שימוש במערכות הידראוליות בתעשיית הייצור: מערכת הידראולית יעילה יותר ממערכות פניאומטיות מכיוון שהיא צורכת פחות אנרגיה ומבטלת פחות חום; מערכת הידראולית גמישה יותר ובעלת ערך במהלך תיקוני תכנון ובעבור אופטימיזציה של כושר הייצור; מערכת הידראולית מאפשרת שליטה רבה יותר בהגדרות המכונה ומפחיתה בזבוז זמן וטעויות בתהליך הייצור; מערכת הידראולית מאפשרת לשלב חלק מהמוצרים החדשים בקווי הייצור הקיימים מכיוון שהיא ניתנת להתאמה בקלות.

אז מה חשיבותן של מערכות הידראוליות בתעשיית הייצור?

המערכת ההידראולית יעילה מאוד. היא מפחיתה את עלויות העיבוד שכן היא מאפשרת עיבוד חומרים ללא צורך במקורות כוח נוספים. היא הגיעה ליישומים רבים בתעשיית הייצור, כולל עיבוד מזון ומשקאות. רבים בתעשיית הייצור מעדיפים להשתמש במערכת הידראולית לייצור המוני.

שוק הציוד ההידראולי

שוק הציוד ההידראולי מפולח לסוגים (משאבות, שסתומים, צילינדרים, מנועים, מסננים ומצברים, תיבת הילוכים), לפי תעשיית משתמשי הקצה (בנייה, חקלאות, טיפול בחומרים, תעופה וחלל והגנה, כלי מכונות, נפט וגז, עיתונות הידראולית, פלסטיק ורכב) ולפי גיאוגרפיה. שוק הציוד ההידראולי כולו הוערך ב-42 מיליארד בשנת 2021, וצפוי לו קצב צמיחה שנתי (CAGR) של 3.87% עד שנת 2027.

המניעים העיקריים של שוק ההידראוליקה הם התרחבות של תעשיות תהליכיות, עלייה בביקוש לציוד לטיפול בחומרים והרחבת הפוטנציאל של מגזר הבנייה. נוסף על כך, פיתוחים טכנולוגיים יוצרים ביקוש גדול יותר לציוד הידראולי חכם. גם טכנולוגיות חדשות, למשל IoT, נעזרות במערכות חשמל נוזליות, למרות שהיישומים האופייניים להן סובבים סביב מערכות חשמליות.

יצרנים מקדמים דיגיטציה של מוצרים הידראוליים על ידי אספקת מגוון רחב של מודולים ורכיבים אלקטרו-הידראוליים עם ממשקים דיגיטליים ואינטליגנציה של חיישנים. היצרנים נהנים מהתכנון החכם, מיכולת התצורה ומבקרה מדויקת במערכות הידראוליות בעלות טכנולוגיה מודרנית. משתמשי קצה יכולים כעת לנטר, לנהל ולתחזק מחשב שלם מממשק תצוגה יחיד.

מה חשיבותן של מערכות הידראוליות בתעשיית הייצור?

המערכת ההידראולית יעילה מאוד ומפחיתה את עלויות העיבוד, שכן היא מאפשרת עיבוד חומרים ללא צורך במקורות כוח נוספים. מערכת זו הגיעה ליישומים רבים בתעשיית הייצור, כולל עיבוד מזון ומשקאות. רבים בתעשיית הייצור מעדיפים להשתמש במערכת הידראולית לייצור המוני.

הידראוליקה בתעשיית הבנייה

תעשיית הבנייה ההולכת וגדלה צפויה להגביר את הביקוש בשוק הציוד ההידראולי עד שנת 2027. לדוגמה, על פי דו"ח הבנק העולמי, הוצאות הבנייה ברחבי העולם בשנת 2021 היו 12.4 טריליון דולר. יתרה מזו, בכלכלות מתעוררות כגון הודו, ההערכות הן שהאפשרות של 100% השקעות זרות ישירות (FDI) בעיירות ובפרויקטים בהתיישבות, תגביר את הביקוש לציוד בנייה הידראולי כגון מנופים הידראוליים, מחפרים ומעמיסים בתקופת התחזית.

המעכב העיקרי של צמיחת שוק הציוד ההידראולי הוא תנודתיות בעלויות התחזוקה לאורך חיי הציוד. תנודות במחירים של חומרי גלם כגון נירוסטה, עפרות ברזל, אלומיניום, ברונזה וסגסוגות מתכות אחרות, גרמו לתנודתיות במחיר ההסדר של ציוד הידראולי, ודבר זה גרר פער בין הביקוש להיצע.

כך למשל מנוף הידראולי שימושי מאוד בענף הבנייה. המנוף הוא אחת המכונות העוצמתיות ביותר להרמת חפצים בעוצמה. סוגים של מנופים הידראוליים נועדו למגוון מטרות. המערכת הנפוצה ביותר מבוססת על ג'יב המורם באמצעות בוכנה. מנוף זה משתמש במערכת קבועה של צינורות. הלחץ הקבוע נשמר במערכת. המנוף קל לנשיאה בשימוש תעשייתי. כאשר מופעל לחץ, השמן נאלץ לעבור לחלק השני של העגורן.

מנופים הידראוליים יכולים לייצר כמות מדהימה של כוח, מה שמאפשר להם לפעול באופן מיטבי, יותר מאשר מנופים "רגילים". המנוף אינו מצריך גלגלות וגלגלי שיניים מסורבלים. בשל יעילותו הרבה, מנוף זה אידיאלי ליישומי בנייה או הובלה. אפשר להשתמש בו לכל צרכי ההרמה וההובלה.

הידראוליקה בתעשיית הרכב והתעופה

גם בתעשיית הרכב נעשה שימוש בהידראוליקה בכל היבטי הייצור. ציוד תעשייתי הידראולי משמש בשלב הייצור, ומערכות הידראוליות קטנות יותר מסייעות למכונית לבצע את הפונקציות היומיות שלה.

המערכת ההידראולית הבולטת ביותר במכונית היא בלמים. אפשר להאט את הרכב פשוט על ידי לחיצה על דוושת הבלם. הדבר אפשרי כי נוזל הידראולי יוצר לחץ שמפעיל את מערכת הבלימה על גלגלי המכונית. הידראוליקה משמשת גם במשאבות ובמנועים.

גם המכונות שמרכיבות את הרכבים משתמשות במערכות הידראוליות. הטבעת מתכת היא שיטה ליצירת חלקים רבים המשמשים בייצור כלי רכב. ציוד תעשייתי הידראולי אחר כגון צילינדרים הידראוליים משמשים בייצור כלי רכב.

בדומה לתעשיית הרכב, הידראוליקה משמשת בייצור של מטוסים ושל מכונות הגורמות להם לעבוד. אלו מערכות אמינות מאוד. מערכות הידראוליות מספקות לחץ בכמות גבוהה עם נוזל הידראולי בכמות קטנה. יש לכך חשיבות רבה בפונקציונליות של מטוס. גלגלי הנחיתה והבלמים המונעים - שניהם משתמשים בציוד הידראולי, וכך גם המכונות שמייצרות חלקים רבים המשמשים לבניית המטוס.

שסתומים הידראוליים

בתעשייה נעשה גם שימוש בשסתומים הידראוליים. אלו חשובים מאוד ליצירת מערכת יציבה במפעלי טיהור המים שלנו. ציוד תעשייתי הידראולי מאפשר שליטה רבה בגורמים חשובים רבים. אפשר להאציל את כיוון הזרימה על ידי פתיחה וסגירה של שסתומים הידראוליים אסטרטגיים. הדבר מאלץ את המים לעבור בצינורות מסוימים.

היבט חשוב נוסף הוא קצב הזרימה. שסתומים הידראוליים יכולים להכתיב זאת. שיעור נמוך יותר פירושו פחות לחץ מים - עשוי להיות לכך יתרון בכמה היבטים של תהליך הטיפול במים. שסתומים מסורתיים אינם מספקים את העקביות וקלות השימוש שמעניקים שסתומים הידראוליים. גורמים חשובים אלו הפכו את השסתומים האלו למכשיר נפוץ במיתקני טיפול במים ברחבי העולם.

הידראוליקה VS חשמל

שימוש במערכות הידראוליות מצריך תחזוקה שוטפת, שהיא כאמור אחד החסמים לשימוש במערכות אלו. ההנחה של חלק מהמתחזקים - שהמערכת ההידראולית זקוקה רק לתשומת לב מועטה וששינויים בביצועי הרכיבים או המערכת אינם סבירים או נדירים - מבוססת לעיתים קרובות על השוואה, ולא בהכרח נכונה, למערכות חשמליות.

מערכת הידראולית הרבה יותר פעילה מבחינה מכנית וביולוגית ממערכת חשמלית. תחזוקת מערכת הידראולית אינה מפותחת דיה בדרך כלל. יצרן המכונה עשוי לספק כמה הערות תחזוקה של הידראוליקה בדפי המדריך לציוד. לעיתים קרובות, הערות אלה מכילות רק מעט יותר מאשר איך למלא ולהפעיל את המערכת ההידראולית, אבל לא איך לתחזק אותה באופן שוטף. למרבה הצער, מקסום חיי המערכת ההידראולית, אינו נושא נפוץ במדריכי מכונות.

תחזוקת המערכת

ברגע שמכונה או קו ייצור חדשים מתחילים לפעול, המשאבות ההידראוליות המונעות חשמלית מתחילות לפעול עם פונקציות אחרות המונעות על ידי מנוע חשמלי במכונה. שסתומי הכיוון עם צינורות המחוברים לצילינדר והמנועים ההידראוליים נשארים במקומם באותו אופן שבו ממסר חשמלי נשאר מותקן בארון בקרה עם החיווט שלו. אם נוזל אינו דולף באופן ניכר ממערכת הידראולית, ואם תפקודי המכונה נראים תקינים, רבים מניחים שיש רק מעט עבודות תחזוקה לעשות.

אז איך בכל זאת שומרים על המערכות האלה? חשובים השגרה היומית של בדיקת לחצי מערכת ותת-מעגל, זמני מחזור צילינדר וטמפרטורות של מערכת ורכיבים. גיליון אלקטרוני יכול לשמש לשמירה בקלות של תיעוד ולניתוח גרפי. תנודות יומיות או שבועיות בערכים עשויות להיות תקינות בשל מספר סיבות. לעומת זאת ערך הפעילות מתברר כאשר מתחילה מגמה מתמשכת, ורואים שהערכים מטפסים מהנורמה או יורדים ממנה. פעילויות אלו שייכותו לגישה הנקראת תחזוקה מבוססת תנאים.

צילינדר או שסתום הפועלים באופן עקבי בטמפרטורה גבוהה מהרגיל עשויים ללמד על התפתחות של דליפה פנימית. זו עשויה להיות קשורה לשינוי זמן המחזור של צילינדר. עלייה בטמפרטורת המערכת הכוללת עשויה להיות קשורה לשינוי בלחץ המערכת המרבי שנצפה. ייתכן שיעלה הצורך לכוונן את שסתומי בקרת הלחץ או את בקרות המשאבה. זו תחזוקה על ידי ניטור קפדני של הביצועים הפנימיים של המערכת.

הכוח המרבי של צילינדר המשמש בפונקציית לחיצה או יצירת מוצר, נשלט על ידי שסתום הפחתת לחץ. בדיקה שגרתית של הגדרת השסתום הזו חשובה, מכיוון שסוג זה של שסתום עלול להיכשל בפתיחה ולאפשר לחץ מוגזם בצילינדר. גילוי מוקדם של כל שינוי עשוי לעזור להציל את הצילינדר מבלאי ולחץ מוגזמים.

בדיקה שגרתית של ערכי לחץ, טמפרטורות וזמני מחזור - הכרחית. אי אפשר לראות בתוך מערכת הידראולית, אז צריך להתבונן בזהירות רבה מבחוץ, ולהשתמש במכשירי בדיקה. איסוף נתונים קבוע מספק את התובנה לניתוח מערכות. לכן זו פעולה קריטית.

איך לאסוף נתונים? מד לחץ דיגיטלי איכותי אחד והתקנת נקודות בדיקה רבות בחיבור מהיר, מאפשרים למדוד את הלחץ. אביזרי נקודת בדיקה נפוצים בכל מעגלי המשנה בעבור מותגים רבים של מערכות הידראוליות של מכונות ניידות. יש להתקין את האביזרים הזולים האלו גם במערכות הידראוליות של מפעלים תעשייתיים. אותו מד לחץ דיגיטלי עשוי להיות מסוגל לקרוא גם ערכי ואקום חלקיים.

תחזוקת הידראוליקה תעשייתית צריכה לכלול מדידת טמפרטורות - פעולה פשוטה למדי כגון רישום קריאת מדחום המכל. להתחממות יתר עשויות להיות מספר סיבות, ויש לחקור אותה בהקדם האפשרי.

דוח ניתוח שמן הידראולי חודשי אמור לציין אם הצמיגות עדיין נכונה. שמן דק מדי לא ישמן כראוי את רכיבי המשאבה. הדבר יביא להתחממות יתר ולקיצור חיי המשאבה. אפשר לבדוק רכיבים רבים עם מדחום מגע כף יד או עם אקדח טמפרטורה בלייזר. מצלמות תרמוגרפיה אינפרא אדום זולות ונפוצות במפעלי ייצור רבים. אפשר להפעיל את יכולות מדידת הטמפרטורה המתקדמות שלהן לתחזוקת מערכות - הן חשמלית הן הידראולית.

אמצעי תחזוקה נוסף הוא מעקב אחר זמני מחזור הצילינדר ומהירויות המנוע ההידראולי כדי לזהות שינוי בקצב הזרימה. צילינדר שהאט, אפילו מעט, מלמד שמתפתחת דליפה פנימית או שמשאבה הפחיתה את התזוזה.

מכשירי מדידת זרימה אינם מותקנים במעגלים הידראוליים לשימוש קבוע, אך הם ללא ספק המכשירים הנכונים לשימוש בפעולות אבחון רבות והזמנת מערכת. לניטור תחזוקה יומי בסיסי, אפשר לזהות בעיות זרימה על ידי תזמון צילינדר עם שעון עצר. אם למכונות המפעל יש חיישני מיקום צילינדר המחוברים לבקרים הניתנים לתכנות, אפשר לבצע אוטומטית מעקב אחר זמני המחזור.

שימוש במסננים להסרת מזהמי חלקיקים מנוזלים הידראוליים, נפוץ בקרב מתרגלי תחזוקה הידראולית. ידוע שנוכחותם של חלקיקים קשים בתוך נוזל הידראולי היא סיבה לבלאי רכיבים ולירידה בביצועים, וסיבה אפשרית לכשל פתאומי של רכיבים. זה נכון במיוחד לגבי שסתומים. שסתומים נתקעים במצב פתוח, במצב סגור או איפשהו בין שתי הנקודות האלו. המקור או הגורם לתקיעת שסתום הוא לעיתים קרובות מזהם מוצק כגון סיליקה, חלקיק מתכת או חלודה.

יש לנתח את הנוזל ההידראולי במעבדה כדי לזהות נוכחות של מים ולהשוות את הגודל והכמות של מזהמי החלקיקים למקסימום שמתיר יצרן המשאבות והשסתומים.

כמו מערכות ביולוגיות, לכל מערכת הידראולית תעשייתית עשוי להיות דגש תחזוקה ייחודי. הידראוליקה בהחלט תצריך יותר תשומת לב מרוב מערכות החשמל, ומצריכה גם כישורי ניתוח חזקים כדי להשיג את התוצאות הטובות ביותר.

מקורות: www.hydrofitme.com | www.mordorintelligence.com | www.fluidpowerworld.com