हाइड्रोलिक एक्चुएटर | Hydraulic Actuator in Hindi

Definition and diagram

हाइड्रोलिक एक्चुएटर एक ऐसा एक्ट्यूएटर है जो एक valve mechanism को स्थानांतरित करने के लिए hydraulic signal या fluid (mostly oil) pressure का उपयोग करता है यानी पिस्टन को force करने के लिए नियंत्रित hydraulic oil pressure का उपयोग किया जाता है। यहां mechanical spring या balancing pressure के खिलाफ diaphragm के बजाय एक पिस्टन को preference दी जाती है जिसके परिणामस्वरूप mechanical action or valve stroke होता है। एक्ट्यूएटर्स के लिए उपयोग किए जाने वाले hydraulic fluid (oil) nature में in-compressible होते हैं और इसकी lubricating property पिस्टन-प्रकार के एक्ट्यूएटर्स की friction problem को दूर करने में मदद करती है। hydraulic oil का pressure एक oil reservoir के माध्यम से जुड़े इलेक्ट्रिक मोटर चालित पंप द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। पिस्टन को चलाने के लिए use किया जाने वाला oil का pressure 400 Bar (6000 PSI) तक use किया जा सकता है। हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर्स का उपयोग extremely large force application के लिए किया जाता है। एक हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर diagram नीचे दिया गया है-

Read In English

 

Hydraulic Actuator

Hydraulic actuator working

हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर काम कर रहा है पास्कल के नियम (जिसे पास्कल के सिद्धांत के रूप में भी जाना जाता है) पर आधारित है, जिसमें कहा गया है कि जब एक बंद तरल पदार्थ पर pressure में परिवर्तन apply होता है, तो यह द्रव सभी भागों और इसके कंटेनर की दीवारों पर प्रसारित होता है। इसलिए यदि एक cylindrical कंटेनर के अंदर एक सील टाइट पिस्टन रखा जाता है, तो pressure में द्रव कंटेनर की दीवारों को धक्का देता है और साथ ही पिस्टन को बाहर ले जाता है। मान लीजिए, यदि एक क्रॉस सेक्शन area (A) पर pressure (P) लगाया जाता है, तो applied pressure के कारण resultant force (F) होगा:

Pascal's law

 

अब, यह स्पष्ट है कि उत्पन्न बल pressure और area दोनों पर निर्भर करता है। इसलिए यदि एक smaller area  में certain fluid pressure apply किया जाता है तो smaller force  उत्पन्न होता हैऔर larger pressure,  तुलनात्मक रूप से larger force उत्पन्न होता है। इस तरह, applied pressure at a certain point  का उपयोग very large forces को उत्पन्न करने के लिए किया जाता है और इस सिद्धांत का उपयोग हाइड्रोलिक सिस्टम द्वारा किया जाता है।

Hydraulic actuation system

हाइड्रोलिक एक्ट्यूएशन सिस्टम मूल रूप से हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर ऑपरेशन को सक्षम करने के लिए एक safe and reliable manner से fluid pressurized system की complete arrangement प्रदान करता है। इसे 3 major sub-categories में विभाजित किया जा सकता है-

  • Hydraulic power unit
  • hydraulic actuator assembly
  • Control function

Hydraulic power unit एक electrical motor द्वारा संचालित पंप का उपयोग करके pressurized fluid (oil) प्रदान करता है, और जब पंप फेल होने के कारण संचालित नहीं हो पाती है, तब emergency संचालन के लिए, 1 से 2 full actuator stroke movement करने के लिए  एक accumulator का प्रयोग होता है |

Hydraulic actuator assembly आमतौर पर एक पिस्टन सिलेंडर असेंबली होती है जिसका उपयोग कनेक्टेड लोड को संचालित करने के लिए किया जाता है। control function लोड के precise regulation के साथ-साथ emergency trip (ESD) संचालन प्रदान करता है।

Control function के लिए I to H converter का उपयोग करके proportional control and solenoid valves का उपयोग करके ESD function प्राप्त किया जा सकता है।

हाइड्रोलिक सिस्टम और एक्चुएटर का एक simple block diagram नीचे दिया गया है-

Hydraulic actuation system

हाइड्रोलिक एक्चुएशन सिस्टम की एक बुनियादी आवश्यकता नीचे दी गई है-

  • Oil reservoir
  • Oil temperature monitoring system
  • Heater
  • Electric Motor driven pump
  • Pressure monitoring system at different stages
  • Relief valves
  • Check Valves
  • Particle Filter & moisture absorbing filter
  • Hydraulic accumulator
  • Manual valves, solenoid valve
  • I/H converter
  • High pressure hoses/ tubing
  • Piston cylinder assembly (Actuator)

Some points to remember-

  • Mostly हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर Fail safe position में lock होने के लिए डिज़ाइन होते  है और लेकिन ESD trip function द्वारा fail close or fail open position में भी प्राप्त किया जा सकता है।
  • यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि open atmosphere में fluid pressure release नहीं किया जा सकता है, इसलिए fluid return के लिए reservoir path में अतिरिक्त रूप से प्रदान की जाती है।
  • हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर्स को linear action और साथ ही Rotary action दोनों के लिए डिज़ाइन किया गया है।
  • चूंकि द्रव का pressure बहुत अधिक होता है इसलिए टयूबिंग का periodic inspection , नियमित अंतराल पर करते रहना चाहिए

Types of hydraulic actuators

वर्गीकरण के मुख्य रूप से 2 तरीके हैं जिनका उल्लेख नीचे किया गया है-

Types of Hydraulic Actuators

Hydraulic linear actuator

जब हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर उस पर apply नियंत्रित signal pressure के जवाब में linear motion प्रदान करते हैं, तो इसे linear hydraulic actuator कहा जाता है। ज्यादातर ऐसे एक्चुएटर्स का उपयोग slide valve, gate valve, damper, louver applications में fluid flow regulate करने के लिए के लिए किया जाता है। ऐसे एक्चुएटर में पिस्टन एक्चुएटर स्टेम सीधे लोड से जुड़ा होता है। हाइड्रोलिक लीनियर एक्चुएटर का diagram नीचे दिखाया गया है-

Hydraulic linear actuator

Hydraulic rotary actuator

जब हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर उस पर applied controlled oil pressure के response में Rotary motion प्रदान करते हैं, तो इसे hydraulic rotary actuator कहा जाता है। इस तरह के एक्चुएटर mechanical components को rotate करने के लिए एक pressurized, non-compressible fluid (oil) का उपयोग करता है। वे faster response प्रदान करते हैं और pneumatic actuators की तुलना में अधिक शक्तिशाली होते हैं क्योंकि हाइड्रोलिक सिस्टम में उपयोग किया जाने वाला high pressure अधिक farce और torque उत्पन्न करता है। इन एक्ट्यूएटर्स के लिए key Performance specifications में operating pressure range, maximum torque, load capacity, stroke size, operating temperature, and rotation angle शामिल हैं। उनका उपयोग high torque, heavy-duty motion applications के लिए किया जाता है। वे rotating load से directly coupled  होते हैं और acceleration, operating speed, deceleration, smooth reversals, and positioning के लिए good control प्रदान करते हैं। उनका उपयोग विभिन्न प्रकार के marine, mining, military, construction, and recycling applications में किया जाता है। hydraulic rotary actuator के लिए एक diagram नीचे दिखाया गया है-

hydraulic rotary actuator

 

Single acting hydraulic actuator

single acting हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर में, पिस्टन को धक्का देने के लिए एक्ट्यूएटर के एक इनलेट पोर्ट पर control pressure apply किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप वाल्व ऑपरेशन एक दिशा के रूप में होता है, और विपरीत दिशा में वाल्व बंद या वाल्व ऑपरेशन spring की संग्रहीत energy द्वारा निर्धारित किया जाता है। single acting हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) का diagram नीचे दिखाया गया है-

Single acting hydraulic actuator

Double acting hydraulic actuator

डबल एक्टिंग एक्ट्यूएटर में, दो हाइड्रोलिक पोर्ट इस तरह से होते हैं कि एक पोर्ट पर नियंत्रित oil के pressure का उपयोग एक्चुएटर को खुला ले जाने के लिए किया जाता है और दूसरे पोर्ट पर oil के pressure का उपयोग एक्ट्यूएटर को बंद करने की ओर ले जाने के लिए किया जाता है। डबल एक्टिंग हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर फेल-टू-लॉक प्रकार हैं लेकिन ESD trip एक्शन के लिए, सोलनॉइड वाल्व वांछित विफल सुरक्षित स्थिति प्राप्त करने के लिए रखे जाते हैं। डबल एक्टिंग हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर का diagram नीचे दिखाया गया है-

Double acting hydraulic actuator

Application of hydraulic actuator

  • हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator)्स का उपयोग भारी लोड applications को संचालित करने के लिए किया जाता है जहां उच्च बल या उच्च टोक़ की आवश्यकता होती है।
  • इनका उपयोग क्रेन ड्राइव, विंच, स्व-चालित क्रेन, उत्खनन, सैन्य वाहनों में व्हील मोटर्स, फीडर ड्राइव, आंदोलनकारी ड्राइव जैसे applications के लिए किया जाता है।
  • अन्य applications में शामिल हैं- हाइड्रोलिक जैक, हाइड्रोलिक ब्रेक, हाइड्रोलिक रैम आदि।
  • क्लोज्ड-लूप वेलोसिटी कंट्रोलिंग आदि।

Hydraulic and pneumatic actuators

सेंसर और एक्चुएटर्स के बीच तुलना तालिका में दिखाई गई है-

 

Sr. No. Hydraulic actuator Pneumatic actuator
1 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) एक ऐसा एक्ट्यूएटर है जो valve mechanism को move करने के लिए hydraulic signal या fluid (mostly oil) pressure का उपयोग करता है | Pneumatic actuator एक वह device है जो compressed air or gas की energy को mechanical motion में परिवर्तित करता है।
2 Controlled hydraulic oil pressure का उपयोग पिस्टन को force करने के लिए किया जाता है। Controlled pneumatic air pressure का उपयोग डायाफ्राम या पिस्टन को force करने के लिए किया जाता है।
3 हाइड्रोलिक एक्ट्यूएशन सिस्टम (Hydraulic actuation system) में प्रयुक्त hydraulic oil का pressure 400Bar (6000PSI) तक हो सकता है। Pneumatic actuator  (60 to 100) PSI के low pressure से संचालित होते हैं।
4 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) का उपयोग heavy load applications को संचालित करने के लिए किया जाता है जहां high force or high torque की आवश्यकता होती है। Pneumatic actuator, heavy loads and machinery के लिए डिज़ाइन नहीं किए जाते हैं।
5 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) आकार में compact होते हैं क्योंकि वे high oil pressure के कारण smaller area के लिए भी extremely large force प्रदान करते हैं। pressure limitation के कारण, larger force प्राप्त करने के लिए Pneumatic actuator का size बड़ा होता जा रहा है।
6 हाइड्रोलिक एक्ट्यूएशन सिस्टम (Hydraulic actuation system) को safe and reliable high oil pressure generation के लिए large area की आवश्यकता होती है। Pneumatic actuation system को कम जगह की आवश्यकता होती है क्योंकि वे low pressure application से operate करते हैं।
7 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) बहुत efficient होते हैं। Pneumatic actuator, hydraulic actuator की तुलना में less efficient होते  हैं|
8 हाइड्रोलिक एक्ट्यूएटर्स का Response time, faster/ rapid होता है। Pneumatic actuator slightly delayed response time प्रदर्शित करते हैं।
9 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) बहुत expensive हैं और उन्हें higher maintenance की आवश्यकता होती है। Pneumatic actuator cost-effective होते हैं और इनमे minimum maintenance की आवश्यकता होती है |
10 हाइड्रोलिक एक्चुएटर (hydraulic actuator) का उपयोग crane drives, winches, self-driven cranes, excavators, wheel motors in military vehicles, feeder drives, agitator drives, hydraulic jack, hydraulic brake, hydraulic ram etc. जैसे applications के लिए किया जाता है। Pneumatic actuator का उपयोग various type of control valves, dampers, louvers, guide vanes आदि को संचालित करने के लिए किया जाता है।

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