1. Fundamentals ofIndustrial Hydraulicsأساسيات الهيدروليك Presented By: Mr. Billy Lockhart and Dr. Mohamed Gaith September 2010 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

2. Basic Hydraulics أساسيات الهيدروليك All diagrams courtesy of Eaton Fluid Power unless stated otherwise Building and Extending Skills Training (BEST) Project

3. Topics We Will Discuss Pascal’s Lawقانون باسكال Bernoulli’s Principleقانون بيرنولي Fundamentals: الأساسيات Pressure,Flow,Force,Speed,Torque Basic Componentsالأجزاء الرئيسية Troubleshooting 3 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

4. Building and Extending Skills Training (BEST) Project Pascal’s Lawقانون باسكال States that where pressure is applied to a fluid in a confined space the pressure is transmitted equally in all directions throughout the fluid عندما يطبق الضغط على الموائع في مكان محدد فإنه يتوزع بانتظام 4

5. Multiplication of Force By using Pascal's Law, hyd fluid can be used to gain mechanical advantage حسب قانون باسكال فإن السائل الهيدروليكي يمكن استخدامه لأهداف ميكانيكية If we use a small piston with a small force applied we can move a large force . عند استخدام مكبس صغير وقوة صغيرة فإنها تحرك قوة كبيرة Force is gained at the cost of distance, this is the principle of a bottle jack 5 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

6. Bernoulli's Principle قانون بيرنولي States that: as the velocity of a fluid increases, the pressure exerted by that fluid decreases. ينص على: كلما زادت سرعة السائل كلما نقص الضغط الناتج من السائل Therefore if we change the size of a conductor we change the pressure and the velocity of the fluid inversely لذلك إذا تغير حجم الناقل (الموصل) كلما تغير الضغط والسرعة بشكل عكسي 6 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

7. Bernoulli’s Principle in a system 7 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

8. Properties of Liquidخواص السوائل Liquids and gases take the shape of the container they are in. تأخذ السوائل والغازات شكل الوعاء الموجودة فيه Gases are compressible Liquids are not. الغازات قابلة للضغط أما السوائل غير قابلة Hydraulic fluid will compress approximately ½%@1000psi If there is a pressure differential the fluid will flow from high to low pressure إذا وجد اختلاف في الضغط فإن السائل ينتقل من الضغط العالي إلى الضغط المنخفض 8 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

9. Law of Conservation of Energyقانون حفظ الطاقة Energy has many formsللطاقة أشكال كثيرة A fundamental principle is that energy can never be lost القاعدة الأساسية أن الطاقة لا تفنى Energy cannot be destroyed, it may be converted from one form into another الطاقة لا تفنى ولا تستحدث إنما تتحول من شكل إلى آخر When energy is converted to another form work is done , this is the principle to hydraulics عمل المبدأ الأساسي في الهيدروليك: عندما تتحول الطاقة من شكل إلى آخر ينتج We convert mechanical(electrical) energy to hydraulic energy to mechanical (work) energy in a system نقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية إلى طاقة هيدروليكية ثم إلى طاقة ميكانيكية 9 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

10. Power القدرة Is the rate or speed at which the work is done. It is divided by time. هو معدل العمل المنجز مقسوما على الزمن Expressed in watt (W) or horsepower (hp) 1hp=746 watts 1 hp = 550 ft lb of work done per second 1 hp = 33,000 ft lb of work per minute Whenever work is done energy is used عندما ينجز عمل ما فإن هناك طاقة 10 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

11. Laminar and Turbulent Flowالجريان الصفائحي والمضطرب When fluid moves in layers parallel to the conductor walls, fluid at outer walls move slower than fluid in center .This is the ideal flow known as Laminar Flow عندما يتحرك السائل على شكل صفائح أو طبقات متوازية بحيث تكون سرعة الطبقات الخارجية بطيئة وهذا يسمى جريان صفائحي أو انسيابي When smooth flow is disrupted the fluid moves in a random pattern. This is known as Turbulent Flow. This is caused by sharp bends, rough conductors عندما يعطل انسياب الجريان فإنه يتحرك بشكل فوضوي يسمى جريان مضطرب، السبب: انحناء حاد، سطح خشن 11 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

12. Force Triangleمثلث القوة Force is measured in lbs(N( نيوتن(N أو ((lb (تقاس القوة بـ Area is measured in square inches(IN2( (m²( أو (in²(تقاس المسافة بـ Pressure is measured in lbs per square inch(psi) (psi)أو lb/in²يقاس الضغط بـ If two are known we can calculate the unknown إذا علم اثنين منهم فإنه يمكن حساب الثالث 1 bar= 100kpa= 14.5psi =1.02kg/cm² 12 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

13. Force Triangleمثلث القوة 13 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

14. - Determining the system pressure setting. 14 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

15. What is the pressure?ما هو الضغط؟ Imperial Measurement Pressure=Force÷Area Force/Load=3 tons= 6000lbs Area of cyl=πr² (πX(1.5x1.5)=7.0686˝ 6000÷7.0686 = 848 Pressure =848 psi Metric Measurementالقياسات المترية Pressure=Force÷Area الضغط = القوةالمساحة Force or Load =3 tonnes=3000kg Area of cyl=πr² =(πX(3.75cmx3.75cm) =44.18cm² 3000÷44.18 = 68kg/cm² 15 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

16. - Selecting a cylinder. 16 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

17. What is the diameter of the cylinder?ما هو قطر الأسطوانة؟ القطر = Area= Force ÷Pressure المساحة = القوة/ الضغط Force=1 tonne=1000kgs القوة = 1طن= 1000كغم Pressure=105kg/cm² الضغط = 105كغم/ سم2 1000÷105=9.52 cm² Area=9.52 cm² المساحة = 1000/105= 9.52سم2 Diameter of cyl= (√9.52÷π)X2=6.06cm القطر = 6.06 17 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

18. Flow Triangle مثلث الجريان Volume (flow) is measured in gallons per minute(GPM) Speed is measured in inches per minute in/min السرعة تقاس Area is measured in square inches in² اوcm²المساحة تقاس If two are known we can calculate the unknown إذا علم اثنان منهم فإنه يمكن حساب الثالث 18 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

19. We need to convert the GPM to cubic inches 1US gallon =231˝³ 1 Imperial gallon =277 ˝³ We need to convert litres /min to cubic centimetres 1 lpm =1000cm³ 19 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

20. What is the diameter of the cylinder?ما هو قطر الأسطوانة؟ Flow rate= 75 lpm 75 lpm=75000cm³ Speed 30cm/sec(1800cm/min) 75000÷1800=41.6cm² Area=41.6cm² Diameter of cyl= √41.6÷πX2=4.10cm 20 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

21. Why Diameter of Cylinder We need to convert the diameter of the cylinder to area because in the mathematic calculations (F =PxA) area is needed as that is the surface that the liquid is acting on to create the force required to move the load نحتاج لحساب قطر الاسطوانة لإيجاد مساحة مقطعها وبالتالي استخدامها في معادلة القوة = الضغط * المساحة 21 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

22. Why Diameter of Cylinder Thus when calculating the area of a cylinder using the formula (A=F÷P) we need to convert the area to diameter to know what size of cylinder we need as cylinders are usually sized by piston diameter and length of stroke. الضغط÷ولذلك فإن حساب المساحة = القوة يؤدي إلى حساب قطر الاسطوانة و عادة يستخدم في تحديد المكبس بالاضافةالى طول الدورة 22 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

23. Actuatorsمشغل ميكانيكي Actuators fall into two categories: linear (cylinders) and rotary (motors) يقسم المشغل الميكانيكي إلى نوعين: خطي (أسطوانة) ودوراني (محرك) Cylinders can be single acting or double acting and come in a variety of mounting configurations depending on needs تأتي الأسطوانة على أحادي العمل أو ثنائي العمل على عدة أشكال Motors can be bi-directional, unidirectional or oscillating المحركات تأتي على ثنائي الاتجاه أو أحادي الاتجاه أو دوراني They can also be fixed capacity or variable depending on requirements. Actuators. (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 23 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

24. Hydraulic circuits are built in the reverse orderتبنى الدوائر الهيدروليكية والترتيب العكسي We start with what we want as an end result نبدأ بما نريد على أنه النتيجة المرادة Load to move or turnالحمل لأجل الحركة أو الدوران3. Then safe working pressureثم يخزن الضغط 4. Then actuator sizeثم حجم المشغل الميكانيكي Numbers 3 & 4 can be in any order 24 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

25. Cylinders single actingأسطوانات أحادية العمل A hydraulic ram. (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations 25 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

26. Cylinders double actingأسطوانات مزدوجة Double acting cylinder.(Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 26 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

27. - Cylinder construction.بناء الأسطوانة (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 27 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

28. Cushion assembly and operation.التركيب والتشغيل (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 28 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

29. - Cylinder mounting methods.عملية تركيب الأسطوانة (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 29 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

30. Motorsالمحركات Design specifications determine the style of motorمواصفات التصميم تحدد طبيعة المحرك Styles of motors available are أنواع المحركات الموجودة Gear (external, internal),Vane and Piston - الترس (داخلي وخارجي) والدوارة والمكبس 30 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

31. Motorsالمحركات Power Fluid Symbols رموز القدرة في الموائع 31 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

32. Motorsالمحركات Power Fluid Symbols رموز القدرة في الموائع 32 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

33. Direction Control Valvesصمامات تحكم الاتجاه Controls the direction the fluid will travel within the circuit تتحكم باتجاه السائل المار في الدائرة الهيدروليكية Eg. Without a DCV a cylinder would stroke out then not return unless you switched the hoses! بدون هذه الصمامات في الأسطوانة سوف تخرج ثم لا تعود إلا إذا تم تغيير الخراطيم 2 types are spools & rotaryنوعان: دائري و لف 33 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

34. Direction Control Valvesصمامات تحكم الاتجاه identified by the # of ports (or ways) & positions . E.g. 4 way 3 position closed centre 34 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

35. Common spool centres. أهم مراكز الملف (Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations) 35 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

36. Non-Throttling DCV Directional Control Valve Symbols رموز صمامات تحكم الاتجاه 36 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

37. Pressure Control Valvesصمامات تتحكم بالضغط Relief Valve(most common)صمامات الأمان Limits system pressure يحدد ضغط النظام Its considered a Safety Valve يغير صمام الحماية Every hydraulic system needs a pressure relief valve كل نظام هيدروليكي يحتاج إلى صمام أمان الضغط 37 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

38. Relief valves, direct acting and pilot operated(Courtesy Eaton Corporation, Hydraulics Operations)صمامات الأمان 38 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

39. Conductors/Pipeالموصلات (الأنابيب) Steel pipe is commonly used as a fluid conductor when large volumes of fluid are involved, or where its lower cost relative to tubing is a factor. تستخدم الأنابيب الفولاذية عادة في نقل السوائل For general hydraulic purposes, seamless carbon steel pipe is recommended. It must be free from dirt, rust , scale and any machine debris before being installed into any hydraulic system. لأغراض الهيدروليك، يستخدم الأنبوب الفولاذي الكربوني بدون درزه لخلوه من الغبار والصدأ ويأتي بعدة أحجام Standard finish given to steel pipe is a lacquer coating that is intended to prevent corrosion during shipping and storage. This is referred to as “black iron pipe. Best is pickled and oiled or just pickled only. Galvanized pipe should never be used on pressure lines it is accepted on return lines تطلى الأنابيب الفولاذية بمادة ورنيش اللك (الطلي) لحمايتها من التآكل أثناء التحميل والتخزين 39 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

40. If we double the size of the conductor we quadruple the area and the flow will be quartered إذا ضاعفنا حجم الموصلات وكذلك فإن المسافة تزداد أربعة أضعاف وكذلك الجريان When changing conductors pay particular attention to sizeعند تغير الموصلات يجب الانتباه إلى الحجم 40 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

41. Hydraulic Pumpsالمضخات الهيدروليكية Can be fixed displacement or variable displacement depending on requirements يمكن أن تكون ثابت المسافة أو متغير المسافة حسب الطلب Can be gear, vane or piston يمكن أن تكون ترس أو دوراني أو مكبس Similar to motors except driven by an outside force i.e: electric motor تشابه عمل المحرك باستثناء أن القوة المحركة من الخارج 41 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

42. Pumps and Compressorsالمضخات والضاغطات Power Fluid Symbols رموز قدرة الموائع 42 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

43. A basic hydraulic system.نظام هيدروليكي بسيط 43 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

44. TROUBLESHOOTINGحل المشكلات 44 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

45. Faulty Actuatorخطأ في المشغل الميكانيكي 45 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

46. Faulty Actuatorخطأ في المشغل الميكانيكي 46 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

47. Faulty Actuatorمشاكل في المشغل الميكانيكي 47 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

48. Rod Damageتحطم القضيب 48 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

49. Rod Damageتحطم القضيب 49 Building and Extending Skills Training (BEST) Project

50. Fundamentals ofIndustrial Hydraulicsأساسيات الهيدروليك Mr. Billy Lockhart contact information E-mail lockhartb@siast.sk.ca Office Telephone in CANADA # 001-306-659-4323 September 2010 Building and Extending Skills Training (BEST) Project