Tel: 021 3390 3552 , 021 3390 1804
آخرین مقاله ها در سایت

فشار در هیدرولیک ها

فشار و جریان

2-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

  • بخشهای مختلف و اجزاء مورد استفاده در سیستمهای هیدرولیک را تحلیل کند.
  • با قانون پاسکال و کاربرد های مختلف آن آشنا شود.
  • به اهمیت جریان و فشار در سیستمهای هیدرولیک پی ببرد.

2-2 فشار

فشار به همراه جریان یکی از پارامترهای کلیدی برای مطالعه هیدرولیک به شمار می رود. فشار در یک سیستم هیدرولیکی از مقاومت جریان بوجود می اید. این موضوع از شکل (1-2) قابل فهم است.

مطابق با شکل، جریان ارسالی از یک پمپ هیدرولیکی را در نظر بگیرید. در اینجا پمپ تنها جریان ایجاد می کند و فشار تولید نمی کند. با این حال هیچ محدودیتی در جریان پمپ و در نتیجه ایجاد فشار وجود ندارد. این محد.دیت یا مقاومت در مسیر جریان به طورمعمول باعث وارد شدن بار اجباری بر عملگرها می شود. هادی ها و اجزاء مختلف سیستم هیدرولیکی مانند لوله ها و زانویی ها به عنوان نقاقط مقاومت و تولید کننده فشار در سیستم عمل می کند .

فشار(p)  به عنوان نیروی عمود (f)  وارد بر واحد سطح (A) تعریف می شود و از طریق رابطه ذیل قابل تعیین است:

(2-1)  

واحد فشار در سیستم SI، n/m2 می باشد که یک نیوتن بر متر مربع به عنوان پاسکال شناخته می شود. واحد دیگری برای بیان فشار استفادهمی شود بار است که 1bar=105paمی باشد. در سیستم انگلیسی us واحد دیگری که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود واحد پوند براینچ مربع می باشد که 1psi= 0.0703 kg/ cm2

 1-2-2  فشار در سیالات

سیالات از مولکول هایی که حرکت تصادفی پیوسته دارند تشکیل شده اند. این مولکول ها در سرتاسرسیال حرکت کرده و با یکدیگر و همچنین با دیواره ظرف بر خورد می کنند، در نتیجه هنگام بر خورد جهت مولکول ها تغییر می کنند. حال سطحی را در نظر می گیریم که سیال با تعداد زیادی از مولکول ها به ان برخورد می کند. این برخورد باعث انتقال ضربه از مولکول ها به سطح درون سیال می شود؛ تغییر در انتقال ضربه بوسیله مولکول ها و بر روی سطح باعث ایجاد نیرو بر روی آن می شود. نیروی عمودی که بوسیله سیال بر واحد سطح اعمال می شود به عنوان فشا سیال شناخته  می شود.

2-2-2 فشار در یک نقطه در داخل سیال

فشار در هر نقطه از سیال ساکن از قانون هیررواستاتیک پیروی می کند مطابق با آن، آهمگ افزایش فشار در راستای عمود و به سمت پائین می بایست با وزن مخصوص سیال در آن نقطه معادل باشد. ارتفاع عمودی تا سطح آزاد بالای هر نقطه در یک سیال ساکن به عنوان فشار (راس) شناخته می شود بنابراین فشار(فشار راس) در هر نقطه از سیال بوسیله معادله زیر بدست می آید:

P=p.g.h

که در این رابطه:      P:چگالی سیال         H:ارتفاع سیال                g:شتاب ثقل

2-2-3 فشار اتمسفری، مطلق، گیج(مانومتری) و خلاء

فشار اتمسفری

کره زمین توسط پوششی از هوا به نام اتمسفر(جو) احاطه شده است که از سطح زمین به طرف بالا ادامه پیدا کرده است. هوا دارای جرم است و به علت تاثیر نیروی ثقل، نیرویی به نام وزن بر اجسام اعمال می کند.نیرویی وارده در واحد سطح، فشار نامیده می شود. این فشار که بر سطح زمین اعمال می شود به عنوان فشار اتمسفری شناخته می شود.

فشار گیج (مانومتری)

اکثر وسایل اندازه گیری فشار، اختلاف بین فشار یک سیال و فشار جوی را اندازه گیری می کنند. این اختلاف همان فشار مانومتری است.

فشار مطلق

فشار مطلق حاصل جمع فشار مانومتری و فشارجوی است.

خلاء

اگر فشار کمتر از فشار اتمسفری باشد، فشار مانومتری منفی می شود و هنگامی که فشار مطلق صفر است عبارت خلاء به کار برده می شود( به این معنی که ، هیچ گونه هوایی وجود ندارد).

در شکل (2-2)pa، فشار اتمسفری و pgage فشار مانومتری و pab فشار مطلق pvacum فشار خلاء می باشد.

2-2-4تاثیر فشار برنقطه جوش

نقطه جوش یک مایع با افزایش فشار بالا می رود و بلعکس با کاهش فشار پایین می آید. بنابراین اگر فشار اتمسفری بیشتر از vpsi/14 یا 3/101 کیلو پاسکال شود، آب در دمایی بالاتر از 100 درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) به جوش می آید. به طور مشابه اگر فشار پایین تر از vpsi/7/14 یا3/101 کیلو پاسکال باشد، آب در دمایی پایین تر به جوش خواهد آمد.در نقطه جوش،  فشار بخارسطح مایع با فشار اتمسفر بیرونی برابر می باشد. بنابراین اگر فشار اتمسفر بیرونی افزایش یابد، مایع باید در دمای بالاتری بجوشد تا بتواند فشار بخاری برابر با فشار بیرونی به وجود آورد. در ارتفاعات بالاتر ، فشار جوی کم است، از این رو در دمایی کمتر از 100درجه سانتی گراد (212 درجه فارنهایت) به جوش می آید. این مسئله پختن غذا را مشکل می سازد. نکته مهمی که باید اشاره شود این است که اضافه شدن نا خالصیهایی به مایع می تواند نقطه جوش آن را افزایش دهد.

2-2-5 اندازه گیری فشار

رفتار سیال می تواندبا اندازه گیری دو پارامتر شاخص سیستم یعنی جریان و فشار استنباط شود. برای  اندازه گیری جریان، یک مبدل جریان یا جریان سنج می بایست به طورثابت و مستقیم در مسیر حرکت سیال مستقر شود. در صورتی که برای اندازه گیری فشار، فشار سنج ها می توانند آزادانه از طریق اتصالات برروی لوله ها نصب شوند، بعبارت دیگر از طریق کنترل از راه دور و بطور غیر مستقیم با مسیر اصلی جریان می توان میزان فشار را اندازه گیری نمود. در سیستم های پنوماتیکی و هیدرولیکی ابزار اندازه گیری فشار مختلف است. به عنوان مثال یکی از این فشار سنج ها که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود، فشار سنج بوردون است.  فشار سنج  با لوله بوردون شامل یک لوله خمیده به شکل «c» می باشد که از یک طرف بسته است و از دهانه ورودی لوله، سیال تحت فشار وارد می شود. با افزایش فشار در لوله خمیده، با توجه به اختلافسطح تحت فشار، لوله تمایل دارد باز شده و به صورت مستقیم در آید. زمانی که به لوله فشار اعمال می شود، گرایشی به کشیدگی در انتهای آزاد آن ایجاد می شود که به سمت راست حرکت می کند. برای مقادیر فشار کم یک لوله مارپیچ برای افزایش حساسیت استفاده  شده اشت حرکت لوله cشکل از طریق اتصال مکانیکی به عقربه فشار سنج انتقال می یابد. ساختمان یک فشار سنج با لوله بوردن ساده در شکل (2-3a) نشان داده شده است.

چناچه در قسمت خروجی نیاز به یک سیگنال الکتریکی باشد می توان بجای اتصال مکانیکی از پتاسیومتر استفاده نمود که در تصویر (2-3b) نشان داده شده است.

سیستم های پتوماتیک و هیدرولیک بدلیل وجود بارهای شتاب دهنده و باز دارندهتحت تاثیر نوسانات زیاد فشار قرار دارند این پارا مترها می توانند گمراه کننده باشند به خصوص نسبت به مقدار واقعی اندازه گیری شده و همچنین در نهایت سبب وارد آمدن خسارت به فشار سنج می شود. برای جلوگیری از این مورد، یک کمک فنر تعبیه شده است تا با جذب ارتعشات ناشی از نوسانات فشار، واکنش حسگر فشار را تعدیل کند این کمک فنر در شکل (2-3c) نشان داده شده است. مبدلهای فشاری بوردن قوی و مستحکم هستند ولی در عین حال وسایل کم دقتی می باشند.   برای دقت بیشتر در اندازه گیری فشار، مبدل بر پایه اصول تعادل نیروی وارده که در تصویر (2-4) نشان داده شده است به کار برده می شوند.  این دستگاه یک مبدل فشار تفاضلی است که شامل یک دهانه ورودی کم فشار (LP) در سمت چپ برای ورود هوا و یک دهانه ورودی پر فشار (HP) که به سیستم وصل است می باشد. تفاوت بین مقادیر این دو دهانه (HP-LP) به شکل یک سیگنال در قسمت خروجی آشکار می شود که فشار مانومتری را نشان می دهد. هنگامی که فشار در سیستم زیاد می شود، دیا فراگم حساس به فشار به سمت چپ منحرف می شود . این حرکت توسط مبدل تشخیص داده شده و توسط یک تقویت کننده منجر به افزایش جریان برق سیم پیچ خواهد شد. این جریان میان مبدل که با اختلاف فشار متناسب است. به عنوان نیرویی از حالت تعادل سیم پیچ است که دقیقاً نیروی ناشی از اختلاف فشار بین HPوLP  را تنظیم می کند. فشار به شکل یا اندازه محفظه بستگی ندارد.

2-3قانون پاسکال

این اصل مهم که سیالات چگونه نیرو را منتقل می کنند با استفاده از قانون پاسکال بیان می شود. طبق این قانون فشار وارده بر یک سیال، درون سیال و در همه جهات منتشر می شود. این قانون رابطه بین نیرو، فشار و مساحت را بیان می کند که از طریق رابطه ریاضی ذیل تعیین می شود:

نیرو = حاصلضرب مساحت در فشارF=P×A                                                               فشار= نسبت نیرو تقسیم بر مساحت                     P=F/A                                                                

بنابر قانون پاسکال فشار در تمام جهات نیز برابر است و به صورت عمودی بر جداره های ظرف حاوی سیال وارد می شود. قانون پاسکال را می توان با استفاده از مثال زیر توضیح داد.

یک بطری پر از مایعی را در نظر بگیرید که یک نیروی 4 کیلو گرمی از طریق پیستون فوقانی بر آن وارد می شود. سطح این پیستون 3 سانتی متر مربع می باشد. فرض می کنیم که مساحت ته بطری 60 سانتی متر مربع است.

چنانچه پیستون با یک نیروی 4 کیلو گرمی وارد دهانه بطری شود فشاری که بر سطح مایع داخل بطری توسط این پیستون ایجاد می شود برابر است با:

این فشار بدون هیچ کاهشی به چهار طرف بطری منتقل می شود. مساحت ته بطری 60 سانتیمتر مربع می باشد. با توجه به فشار وارد بر سطح بطری نیروی وارد بر ته بطری برابر است با:     

f=p×A=1.34×60=80.4kgf

این نیرو قادر است اکثر بطری ها را بشکند. این مثال نشان می دهد که اگر یک بطری شیشه ای پر از مایع توسط پیستونی از دهانه آن تحت تاثیر نیرو قرار بگیرد خواهد شکست. شکت (2-5) این مثال را بهتر بیان می کند همچنین این حقیقت اثبات شده است که فشار بستگی به شکل و اندازه ظرف ندارد . عملاًچهار کیلو گرم فشار اضافی در بالای ظرف که مساحت آن 3 سانتیمتر مربع است وجود دارد.

2-4 کاربرد قانون پاسکال

در این بخش، به دو کاربرد اساسی قانون پاسکال، جک هیدرولیک و هوای وارده به تقویت کننده فشار (بوستر) هیدرولیک پرداخته می شود.

2-4-1 جک هیدرولیک

با توجه به شکل (2-6) در این سیستم از یک پمپ دستی پیستونی برای دادن توان به یک جک یک طرفه هیدرولیکی استفاده شده است. یک نیروی دستی در نقطه A از دسته  ABC وارد می شود که حول نقطه C  دوران می کند. میله پیستون مربوط به پمپ دستی در نقطهB  به دسته ورودی متصل شده است. پمپ دستی دارای یک جک است که حرکت رفت و برگشتی مورد نیاز توسط ان تامین می شود.

هنگامیکه دسته پیستون کشیده می شود پیستون به سمت بالا می رود که در نتیجه یک فضای خالی در قسمت زیرین آن بوجود می آید. در نتتیجه این عمل، فشار اتمسفر به سطح روغن فشار می آورد و باعث می شود روغن از مخزن خارج و از طریق سوپاپ یکطرفه یک در داخل مدار جریان یابد. به این مرحله، مرحله مکش می گویند. وقتی دسته پایین می رود روغن از پمپ دستی خارج شده و از طریق سوپاپ یکطرفه دو جریان می یابد . در این هنگام روغن به ته جک وارد شده است. ساختار جک شبیه به پمپ دستی می باشد. وقتی روغن از پمپ خارج می شود در زیر پیستون فشار ایجاد می کند. از قانون پاسکال این گونه استنباط می شود که فشار وارد بر پیستون تحت بار با فشار ایجاد شده در زیر پیستون پمپ معادل است. بنابر این هر بار که دسته به سمت بالا و پایین می رود حجم مشخصی از روغن از پمپ به بیرون جریان می یابد تا جک تحت بار را به اندازه دلخواه و بر خلاف مقاومت نیروی وزنه بلند کند. سوپاپ تخلیه یک سوپاپ دستی است و هنگامیکه باز می شود با تخلیه روغن از زیر جک تحت بار به مخزن، وزنه به سمت پایین بر میگردد. عملکرد این جک  شبیه ب یک جک یکطرفه است چرا که توان هیدرولیکی مورد نیاز تنها در یک جهت تامین می شود.

2-4-2تقویت کننده فشار هیدرولیکی یکطرفه دستی

تقویت کننده فشار هیدرولیکی با استفاده از نیروی هوا قطعه ای است که به منظور تبدیل کار انجام شده توسط نیروی هوای ورودی ب فشار هیدرولیکی زیاد استفاده می شود. از این فشار برای راه اندازی جکهایی که به حجم متوسطی از روغن با فشار زیاد نیاز دارند استفاده می شود. این قطعه شامل یک جک هوایی با قطر زیاد است که یک جک هیدرولیکی با قطر کوچک را به حرکت در می آورد. هر کار گاه مجهز به خطوط لوله هوا به راحتی می تواند توان هیدرویکی مورد نیاز خود را از یک تقویت کننده فشار هیدرولیکی که به خطوط لوله هوا متصل می شود بدست آورد . شکل (2-7b) نمونه ای از کاربرد این تقویت کننده هیدرولیک را نشان می دهد . تقویت کننده ای که در این شکل دیده می شود به منطور تامین فشار بالای روغن مورد نیاز یک جک هیدرولیک استفاده شده است. کاربرد این جک هیدرولیک بالا بردن یک قطعه کار تا میز ماشین ابزار می باشد.

مادامیکهکارگاه در فشار psi100 بکار می افتد جهت نگهداری قطعه کار برای عملیات ماشینکاری، گیره پنوماتیکی نیاز به جک نسبتاض بزرگی دارد.

فرض کنیم سطح پیستون هوایی 10اینچ مربع و در معرض فشاری به اندازه psi100 قرار گرفته است. در این حال نیرو وارد بر پیستون جک هیدرولیکی 100 پوند می باشد. بنابراین اگر سطح پیستون هیدرولیکی 10 اینچ مربع باشد، فشار هیدرولیکی روغن psi100 خواهد بود. بر طبق قانون پاسکال این مقدار فشار، فشار روغنی معادل psi100 در سیلندر هیدرولیکی کوچک نصب شده روی میز ماشین ابزار ایجاد می کند. نسبت فشار تقویت کننده را می توان از طریق رابطه زیر تعیین نمود.

مطالب مرتبط

بدين وسيله از متخصصين محترم، مديران، کارشناسان فني و بازرگاني آن شرکت دعوت مي گردد تا در دهمین سمینار تخصصی کمپرسور و تجهیزات هوای فشرده، مورخ 98/08/19 حضور بهم رسانند. خواهشمند است نماينده خود را حداکثر تا تاريخ 98/08/08 در وب سايت acin.ir ثبت نام نماييد تا اطلاعات تکميلی و بارکد ورود به سمينار براي ايشان ايميل گردد. در صورت نياز به اطلاعات بيشتر با شماره تلفن  09122000359  تماس حاصل فرمائيد.

برای ثبت نام کلیک نمایید.