食品加工將成為水力學(xué)最大的新應(yīng)用之一

對于機(jī)器的設(shè)計(jì)者而言，決定采用水力學(xué)而不是更廣泛接受的替代方案，處于自我更新趨勢的最前沿。在液壓系統(tǒng)的悠久歷史中，石油與水的爭論已經(jīng)間歇性地復(fù)活，最近引入了大量有效的新型水力學(xué)組件。在過去，水基系統(tǒng)只贏得了工程界的勉強(qiáng)尊重。在其200年歷史的最后半個世紀(jì)中，水力學(xué)一直被視為一種好奇心 - 一種過時的技術(shù)驅(qū)動著吱吱作響的機(jī)械。

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沒有豬肉桶。但水基元件的進(jìn)步正在改變這一點(diǎn)。在丹麥的SFK肉類系統(tǒng)公司，采用水力學(xué)的決定是基于新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而不是傳統(tǒng)的信念。該機(jī)器的工程師選擇丹佛斯的NESSIE水力液壓系統(tǒng)而不是傳統(tǒng)的替代方案，如氣動或電動馬達(dá)。“由于運(yùn)行成本和噪音，我們遠(yuǎn)離氣動機(jī)械，”新機(jī)器設(shè)計(jì)師SFK Meat Systems的貿(mào)易和服務(wù)經(jīng)理Erik Petersen解釋道。

Petersen解釋說，氣動版本的噪音水平通常為88-89 dBA，而水壓系統(tǒng)的噪音水平則低至80 dBA。同樣，由于鋸的3馬力要求所需的大包裝尺寸，SFK避開了電動機(jī)。

專家預(yù)計(jì)，食品加工將成為水力學(xué)最大的新應(yīng)用之一。與油基液壓系統(tǒng)不同，水系統(tǒng)不會污染食物。因此，他們也對制藥業(yè)抱有吸引力。

水力學(xué)的新希望延伸到其他許多領(lǐng)域。德國Sprockhovel的Hauhinco Maschineenfabrik向各種新客戶銷售水基系統(tǒng)，其中包括一家德國豪華汽車制造商，該公司將其用于焊接機(jī)器人。芬蘭坦佩雷的Hytar Oy將其水基系統(tǒng)應(yīng)用于造紙行業(yè)的海水壓載泵，柴油排放控制系統(tǒng)和水切割動力包。

本世紀(jì)初，當(dāng)工程師開發(fā)出耐油密封件時，水力學(xué)失寵。從那時起，石油水力學(xué)占主導(dǎo)地位。與此同時，水被認(rèn)為是具有固有技術(shù)問題的成本替代方案。

就在那時。這種表征一度準(zhǔn)確。水為工程師帶來了一系列嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。其中包括：低粘度，低潤滑性，腐蝕性，冷凍和高溫下的流體損失。結(jié)果，部件制造商發(fā)現(xiàn)難以保持密封完整性。他們還努力設(shè)計(jì)最先進(jìn)的泵和閥門，并防止內(nèi)表面腐蝕。雖然大多數(shù)問題都是可以解決的，但在很多情況下，解決方案的成本是油壓水力學(xué)的三到四倍。

這就是為什么在過去的40年里，水力學(xué)已經(jīng)集中在少數(shù)應(yīng)用上。其中最主要的是：鋼鐵廠，鋁廠，采礦和石油鉆探。由于消防安全問題，這些工業(yè)用戶使用水。直到最近，這些用戶還是少數(shù)愿意為水力設(shè)備支付更多費(fèi)用的用戶。

然而，現(xiàn)在潮流正在轉(zhuǎn)變。工程師正在重新關(guān)注水力學(xué)，部分原因在于環(huán)境運(yùn)動。許多人現(xiàn)在認(rèn)為水力學(xué)是環(huán)保的，不易燃的，廉價的，清潔的，易于獲得的，并且易于丟棄，而不是用黃疸的眼睛觀察它。與此同時，液壓油泄漏，僅僅是十年前的煩惱，已經(jīng)成為一個潛在的代價高昂的問題。油系統(tǒng)的用戶不再能夠清洗排油管中的油泄漏。相反，它們必須以環(huán)保的方式收集和處理。

“通過提供旨在消除泄漏的新設(shè)計(jì)，油液行業(yè)為水力學(xué)問題提供了一個看似令人滿意的解決方案，”賓夕法尼亞州伯特利公園Schrupp公司總經(jīng)理Ken Kirk說。“然而，這些問題仍然存在。”

更重要的是，新的噪音法規(guī)可能會導(dǎo)致一些已經(jīng)關(guān)注漏油和氣動噪音的機(jī)器制造商首次認(rèn)真考慮水力學(xué)問題。

處理泄漏。盡管如此，工程師必須解決一些棘手的技術(shù)問題，然后水力學(xué)可以在工業(yè)中占據(jù)更加突出的位置。其中最重要的是：泄漏。

工程師估計(jì)水的粘度約為液壓油的三十分之一。換句話說，它的加速率更高，流速更快，能量更大。

總之，所有這些特征都轉(zhuǎn)化為更大的破壞潛力。結(jié)果，水系統(tǒng)傳統(tǒng)上存在泄漏問題。對于純自來水系統(tǒng)而言，尤其如此，與使用95%自來水和5%油的混合物相反。

但制造商正在通過使用新的陶瓷材料(如氧化鋁和氧化鋯)來解決泄漏和腐蝕問題。例如，Hauhinco已經(jīng)引入了先導(dǎo)閥 - 球閥和閥芯 - 用于防漏應(yīng)用。該公司的球閥使用陶瓷球和金屬座;它的閥芯式閥門采用陶瓷閥芯。據(jù)說閥芯泄漏時間在3毫升/分鐘至12毫升/分鐘之間。

陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn)：它們在高壓下表現(xiàn)更好，永久變形更小，腐蝕更少，在非潤滑條件下磨損更好。結(jié)果：減少閥門泄漏。Hauhinco的Ladislaus Stromps指出：“你對陶瓷上的陶瓷沒有磨損。”

丹佛斯'NESSIE系統(tǒng)專為純自來水設(shè)計(jì)，通過在泵的移動表面上使用自潤滑聚合物來處理泄漏。流過移動表面的水產(chǎn)生熱量，從而激活聚合物。NESSIE的軸向柱塞泵在所有主要接觸表面上使用自潤滑功能：活塞和氣缸孔之間，“拖鞋”和旋轉(zhuǎn)斜盤，閥板和氣缸體頂部。

自潤滑聚合物在NESSIE的電機(jī)設(shè)計(jì)中也起著重要作用。丹佛斯工程師也在所有電機(jī)的運(yùn)動部件上使用了聚合物。它帶來了紅利。該公司是目前唯一一家提供水壓馬達(dá)的公司。

為了進(jìn)一步解決泄漏問題，整個行業(yè)的工程師也重新設(shè)計(jì)了許多水力液壓元件。它們通常通過結(jié)合更嚴(yán)格的零件公差來處理水的較低粘度。例如，大多數(shù)泵現(xiàn)在必須使用0.0001英寸的間隙，而不是油液壓系統(tǒng)中更常見的0.0005英寸的間隙。為了防止腐蝕，包括活塞，氣缸體，旋轉(zhuǎn)斜盤和閥板在內(nèi)的許多零件現(xiàn)在都由不銹鋼制成。外殼也經(jīng)過重新設(shè)計(jì)：現(xiàn)在大多數(shù)都使用鑄銅。

在大多數(shù)情況下，制造商并未大幅改變密封件的設(shè)計(jì)以適應(yīng)水。但即使在那里，微妙的變化也浮出水面。許多閥座現(xiàn)在使用高腈BUNA-N橡膠來密封閥門中的柱塞和O形圈。“大多數(shù)侵蝕問題都發(fā)生在海豹附近，那里你的速度非常快，”美國威斯康星州密爾沃基油料公司工程副總裁Gary Bahner說。“你所需要的只是一個針孔，水很快就會通過。”

實(shí)現(xiàn)比例控制。然而，系統(tǒng)制造商意識到，如果沒有最先進(jìn)的控制措施，他們不會在新市場中破土動工。在汽車等行業(yè)中尤其如此，用戶習(xí)慣于高科技功能。“為了贏得這些領(lǐng)域的客戶，我們必須生產(chǎn)出與其油當(dāng)量一樣易于使用的設(shè)備，”一位工程師說。

這就是為什么Hauhinco花了五年時間開發(fā)陶瓷滑閥的原因之一。傳統(tǒng)上，滑閥未能承受嚴(yán)苛的水。但是，如果沒有滑閥，Hauhinco的工程師相信他們無法建立一個與油基系統(tǒng)具有相同特性的比例控制系統(tǒng)。因此，決定引入陶瓷閥芯。

在整個行業(yè)中，制造商認(rèn)為他們應(yīng)該在未來五年內(nèi)專注于比例控制。為了在該領(lǐng)域取得進(jìn)展，工程師們努力減輕由水的電導(dǎo)率引起的問題。與具有低導(dǎo)電性的液壓油不同，當(dāng)與伺服閥一起使用時，水會引起問題。

一些公司仍然成功地開發(fā)了比例控制系統(tǒng)。其他人則緊隨其后。威斯康星州橡樹溪市的Elwood公司現(xiàn)在提供一個水壓閥，由來自閉環(huán)控制器的電壓反饋信號控制。使用比例/伺服電磁閥，它向系統(tǒng)供應(yīng)流體或從中釋放流體。該步驟可精確控制系統(tǒng)壓力，從而控制負(fù)載力。

降低成本的關(guān)鍵。盡管有這些進(jìn)步，但工程師們還是說需要做更多工在水力學(xué)滲透到更廣泛的應(yīng)用之前，它必須：

削減開支。使用95%水的系統(tǒng)比油液壓系統(tǒng)的成本高出約20%，但純自來水系統(tǒng)的成本要高出三到四倍。隨著市場的發(fā)展，水力液壓制造商預(yù)計(jì)成本會下降。

消除細(xì)菌生長。水中的細(xì)菌生長是一個問題，制造商只是開始用殺菌劑計(jì)劃來解決。

開發(fā)新泵。開發(fā)廉價的壓力補(bǔ)償泵將消除對大型且昂貴的中央蓄能器系統(tǒng)的需求。因此，水力學(xué)可以轉(zhuǎn)移到現(xiàn)在為小型系統(tǒng)保留的應(yīng)用中。

然而，在剩余的工作中，最重要的可能是降低系統(tǒng)成本。

盡管如此，一些制造商仍然表示，盡管初始成本很高，但客戶仍在尋找水力學(xué)方面的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。一家德國汽車制造商在進(jìn)行成本分析后，據(jù)報(bào)道，由于整體成本較低，因此選擇了水和氣動的水力學(xué)。汽車制造商在考慮運(yùn)營成本時說，水力學(xué)可以討價還價。

基于這樣的評估，水力學(xué)制造商非常樂觀地認(rèn)為他們可以重新獲得他們以前的突出地位。