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

تجزیه و تحلیل و طراحی مدار هیدرولیک

تجزیه و تحلیل و طراحی مدار هیدرولیک

10-1 اهداف
بعد از مطالعه این فصل، شخص قادر خواهد بود:

  • تمام علائم و نشانه های بکار برده شده در نمودار هیدرولیک را بشناسد.
  • مدارهای گوناگون هیدرولیک را تحلیل کند.
  • نمودارهای هیدرولیک را به خوبی درک و تشریح کند
  • یک مدار هیدرولیک را برای کاربرد دلخواه مورد نظرطراحی کند.
  • نقش هر مدار هیدرولیک را در کاربردهای مختلف تحلیل کند.

10-2 مقدمه
در فصل های قبل، با مفاهیم اساسی هیدرولیک، اجزاء سیستم هیدرولیک و کاربردهای آنها آشنا شدیم. حال درباره علائم شماتیک هیدرولیک، مدارهای هیدرولیک و اجزاء گوناگون مرتبط با آنها بحث خواهد شد. همانطور که قبلاً دیدیم، یک مدار هیدرولیک شامل مجموعه ای از قطعات، از جمله پمپ ها، عملگرها (محرک ها)، سوپاپ های کنترل و شیلنگ های قرار داده شده برای اجرای یک کار مفید می باشد.
هنگام تحلیل با طراحی یک مدار هیدرولیک موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

  • ایمنی عملکرد سیستم
  • اجرای مطلوب کار
  • عملکرد موثر

10-3 نمادهای قطعات هیدرولیک
برای یک تکنیسین هیدرولیک با یک طرح، شناخت قطعات هیدرولیک و عملکرد آنها در مدار اهمیت زیادی دارد. مدارا های هیدرولیک با استفاده از نمادهای گرافیکی قطعات ایجاد می شود. بنا براین شناخت نماد هر کدام از قطعات که در سیستم هیدرولیک استفاده می شود ضروری است. نمادهایی که در اینجا بحث می شود مطابق با استاندارهای انجمن استاندارد ملی آمریکا (ANSI) می باشد.

10-4 مدارهای هیدرولیک
در این بخش به چگونگی طراحی نمونه های مختلفی از مدارهای هیدرولیک کاربردی پرداخته می شود.
در ابتدا مدارهای ذیل بررسی می شود:
کنترل یک سیلندر هیدرولیک دو طرفه
مدار احیاء کننده
مدار بی بار کردن پمپ
کاربرد سوپاپ خنثی کننده وزن
مدار توالی سیلندر هیدرولیک
مدارهای ایمنی نا مطمئن
کنترل سرعت یک موتور هیدرولیک
سیستم سرو هیدرولیک مکانیکی
کنترل یک مدار سیلندر هیدرولیک دو طرفه
این مدار به صورتی که در شکل (10-1) می بینید طراحی شده است:
هنگامی که سوپاپ چهار راهه در وضعیت خلاص (مرکزی) قرار دارد سیلندر به صورت هیدرولیکی قفل می شود و پمپ جریان سیال را در فشار اتمسفر به مخزن تخلیه می کند.
هنگامی که سوپاپ چهار راهه تحریک می شود و در وضعیت سمت چپ قرار می گیرد مادامیکه جریان پر فشار روغن از دهانه P به ورودی A جریان دارد. سیلندر در جهت نیروی بار (Fload) باز خواهد شد. روغن در محفظه پشت پیستون (طرف میله) از انتهای سیلندر می تواند با گذر از سوپاپ چهار راهه از طریق دهانه B به دهانه T و به مخزن باز می گردد. چناتچه روغن انتهای میله امکان برگشت به مخزن را نداشته باشد سیلندر باز نخواهد شد.
وقتی که سوپاپ چهار راهه غیر فعال می شود. سوپاپ در وضعیت مرکزی قرار می گیرد و سیلندربار دیگر قفل می شود. هنگامی که سوپاپ چهار راهه در وضعیت سمت راست قرار می گیرد. روغن از مجرای P به مجرای B جریان می یابد و سیلندر جمع می شود. روغن در محفظه جلوی پیستون از طریق مجرای A به مجرای T جریان می یابد و به مخزن تخلیه می شود. در انتهای کورس، سیستم نیازی به روغن ندارد. بنابراین جریان پمپ از طریق سوپاپ فشار شکن که با توجه به فشار تنظیم شده ان عمل می کند به مخزن تخلیه می شود مگر اینکه سوپاپ غیر فعال شود و در وضعیت خلاص قرار گیرد. در هر مرحله ای سیستم در برابر اضافه بار روی سیلندر محافظت می شود. سوپاپ یکطرفه نیز از جمع شدن سیلندر هنگامیکه زیر بار است جلوگیری می کند.

10-4-2 مدار تشدید
شکل (10-2) مدار تشدیدی را نشان می دهد که برای افزایش سرعت باز شدن سیلندر هیدرولیک دو طرفه استفاده می شود. در این سیستم هر دو انتهای سیلندرهای هیدرولیک بصورت موازی به هم متصل می شوند و یکی از مجراهای سوپاپ چهارراهه مسدود شده است. عملکرد سیلندر در طول مرحله انقباض(جمع شدن) شبیه به سیلندر دو طرفه معمولی است. در طول مرحله انقباض سیال توسط سوپاپ کنترل جهت از طریق وضعیت راست جریان پیدا می کند.
در این وضعیت سیال ارسالی از پمپ از کنار سوپاپ کنترل جهت عبور می کند و وارد محفظه پشت سیلندر می شود. مادامیکه سیلندر منقبض شود سیال موجود در محفظه جلوی سیلندر از طریق سوپاپ کنترل جهت به درون مخزن تخلیه می شود. وقتی که سوپاپ کنترل جهت به موقعیت سمت چپ جابجا می شود سیلندر باز می شود. سرعت باز شدن آن از سرعت باز شدن یک سیلندر دو طرفه معمولی بیشتر است. دلیل ان بخاطر این است که جریان ارسالی از محفظه پشت سیلندر (QR) با جریان پمپ (QP) ترکیب و دبی بزرگتری به محفظه جلوی سیلندر ارسال می شود که مقدار آن نسبت به دبی که در حالت معمولی به محفظه جلوی سیلندر ارسال می شود بیشتر است.
معادله سرعت باز شدن سیلندر را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:
کل جریان روغن ورودی به محفظه جلوی سیلندر معادل است با جریان روغن ارسالی از پمپ بعلاوه جریان روغن برگشتی از محفظه پشت سیلندر:
QT=QP+QR
برای محاسبه سرعت باز شدن پیستون داریم:
〖_(V_R )〗=(Q_P+Q_R)/A_P

سرعت جمع شدن پیستون برابر است با جریان روغن ارسالی از پمپ تقسیم بر اختلاف سطوح میله پیستون و پیستون:
V_R=Q_P/(A_P-A_R )
همچنین می بایست توجه داشت که ظرفیت بار قابل حمل توسط مدار تشدید در هنگام مرحله باز شدن آن کمتر از میزان بدست آمده برای یک سیلندر دو طرفه معمولی است.
10-4-3 مدار بر داشتن بار از روی پمپ
شکل(10-3) مداری را نشان می دهد که برای حذف بار از روی پمپ با استفاده از یک سوپاپ تخلیه فشار استفاده می شود.
در این مدار تا هنگامیکه سیلندر به انتهای کورس در مرحله باز شدن می رسد سوپاپ تخلیه فشار باز می ماند. دلیل آن بخاطر این است که سوپاپ یکطرفه روغن با فشار بالا را در مسیر پایلوت تخلیه نگاه می دارد. هنگامیکه سوپاپ کنترل جهت به منظور جمع شدن سیلندر تغییر وضعیت داده می شود، حرکت سیندر، فشار درون مسیر پایلوت سوپاپ تخلیه را کاهش می دهد. در نتیجه سوپاپ تخلیه فشار، بی تاثیر می شود. تا زمانیکه سیلندر کاملاً جمع شود یعنی در نقطه ای که سوپاپ تخلیه پمپ را بی بار می کند. واضح است که سوپاپ تخلیه فشار پمپ را در انتهای مراحل باز شدن و جمع شدن سیلندر به همان خوبی بی بار می کند که فنر برگشت دهنده به وضعیت خلاص این کار را انجام می دهد.
10-4-4 کاربرد سوپاپ خنثی کننده وزن
شکل (10-4) کاربرد یک سوپاپ خنثی کننده وزن (فشار معکوس) برای جلوگیری از حرکت ناخواسته سیلندر عمودی در اثر نیروی ثقل مادامیکه پمپ به صورت هرزگرد کار می کند را نشان می دهد. سوپاپ خنثی کننده وزن در فشاری کمی بیشتر از فشار لازم برای بالا نگه داشتن پیستون تنظیم می شود. این کار باعث می شود در هنگامی که فشار از بالا وارد می شود سیلندر به سمت پایین هل داده شود. سوپاپ کنترل جهت مرکز باز پمپ را بی بار می کنند. سوپاپ کنترل جهت مورد استفاده دارای مکانیزم تحریک سولنوئیدی و برگشت فنری می باشد و در وضعیت خلاص از نوع مرکز باز است یعنی جریان ارسالی از پمپ از سوپاپ عبور کرده و به مخزن تخلیه می شود.
10-4-5 مدار توالی (ترتیبی) سیلندر هیدرولیک
با توجه به مباحث گذشته دیدیم که یک سوپاپ توالی می تواند برای ایجاد یک عملکرد متوالی در مدار هیدرولیک استفاده شود. مداری که در شکل (10-5) نشان داده شده شامل یک سیستم هیدرولیک است که در آن از دو سوپاپ توالی برای کنترل عملکرد ترتیبی دو سیلندر دو طرفه استفاده شده است.
همگامیکه سوپاپ کنترل جهت به وضعیت سمت چپ جابجا می شود، سیلندر سمت چپ بطور کامل باز شده و سپس سیلندر سمت راست باز می شود. اگر سوپاپ کنترل جهت به وضعیت سمت راست جابجا شود، سیلندر سمت راست کاملاً بسته می شود و به دنبال آن سیلندر سمت چپ بسته خواهد شد.
این بخش از عملکرد ترتیبی سیلندر ها به وسیله سوپاپ های توالی کنترل می شود. در وضعیت خلاص، سوپاپ کنترل جهت، سیلندرها را در جای خودشان قفل می کند. بهترین مثال از کاربرد این مدار در خط تولید است. سیلندر سمت چپ باید باز شود تا عمل نگه داشتن قطعه را به کمک نیروی فک های گیره انجام دهد و سپس سیلندر سمت راست باز می شود تا عملکرد محور را برای سوراخکاری قطعه کار کنترل کند. بعد از انجام عملیات سوراخکاری ابتدا سمت راست جمع می شود و سپس سیلندر سمت چپ، سوپاپ ترتیبی نصب شده در این مدار این اطمینان را می دهد که این عملیات ها به طور منظم با ترتیب از پیش تعیین شده انجام شود.

10-4-6 مدار ایمنی
این مدار اساساً برای جلوگیری از ایجاد جراحت به اپراتور یا صدمه به ادوات طراحی شده است. بطور کلی این مدار برای جلو گیری از هر گونه سقوط نا خواسته یا وارد آمدن بار ناگهانی به ادوات استفاده می شود. شکل(10-6) یک مدار ایمنی را نشان می دهد که برای جلو گیری از سقوط ناگهانی سیلندر در برای پایین آمدن سیلندر، روغن پر فشار به محفظه جلوی سیلندر هدایت می شود و همزمان به مسیر پایلوت نیز راه پیدا می کند و بنابراین سوپاپ یکطرفه را باز می کند تا روغن بتواند از طریق سوپاپ کنترل جهت به مخزن باز گرددد. این کار زمانی رخ می دهد که دکمه فشاری سوپاپ برای تاثیر فشار مسیر پایلوت سوپاپ کنترل جهت عمل کند و یا بطور مستقیم با مکانیزم تحریک دستی سوپاپ کنترل جهت در طی عملکرد پمپ انجام می شود. مکانیزم تحریک پایلوتی سوپاپ کنترل جهت اجازه می دهد جریان در جهت مخالف برای جمع کردن سیلندر در حالی که سوپاپ کنترل جهت به موقعیت تنظیم شده فنرش باز می گردد بطور ازاد جریان یابد.
شکل (10-7) مثال دیگری از یک مدار ایمنی است که به منظور محافظت اجزاء سیستم در مقابل بار اضافی ایجاد می شود.سوپاپ کنترل جهت 1 بوسیله یک دکمه فشاری سوپاپ سه راهه شماره 2 کنترل می شود. در هنگام اضافه بار سوپاپ 3 در وضعیت تنظیم شده فنر قرار دارد و مسیر پایلوت سوپاپ 1 را تخلیه می کند. اگر سیلندر در طول مرحله باز شدن، بار سنگینی را تحمل کند سوپاپ ترتیبی 4، سوپاپ 3با مکانیزم تحریک پایلوتی را راه اندازی می کند. این کار مسیر پایلوت سوپاپ 1 را تخلیه می کند که باعث می شود به وضعیت تنظیم شده فنر باز گردد. اگر پس از آن دکمه فشاری سوپاپ 2 عمل کند 0یچ اتفاقی نمی افتد. مگر اینکه سوپاپ پیش بار به صورت دستی به وضعیت سمت چپ که ورودی مسدود شده جابجا شود. این کار حفاظت اجزا سیستم را در مقابل فشار سنگین مربوط به بار سنگین سیلندر در طول مرحله باز شدن تضمین می کند.

10-4-7 کنترل سرعت یک موتور هیدرولیکی
شکل (10-8) مداری را نشان می دهد که کنترل سرعت در یک مدار هیدرولیک با استفاده از سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده فشار انجام می شود.
عملکرد مدار به صورت زیر است:
در موقعیت مرکزی سوپاپ کنترل جهت 4 راهه تاندوم، موتور به طور هیدرولیکی قفل است.
وقتی که سوپاپ چهار راهه به وضعیت سمت چپ تغییر داده می شود موتور در یک جهت می چرخد. سرعت آن می تواند با تغییر پیچ تنظیم سوپاپ کنترل جریان تغییر کند. سرعت می تواند به طور نا محدود تا هنگامی که روغن اضافی از طریق سوپاپ فشار شکن جریان دارد تغییر کند.
وقتی که سوپاپ چهار راهه غیر فعال می شود موتور بطور ناگهانی متوقف شده و قفل می شود.
وقتی که سوپاپ چهار راهه به وضعیت سمت راست تغییر داده می شود. موتور در جهت معکوس گردش می کند. در هنگامی که موتور با گشتاور بار اضافی مواجه می شود. سوپا فشار شکن در مقابل بار اضافی از موتور محافظت می کند.

10-4-8 سیستم مکانیکی هیدرولیک سرو
شکل (10-9) سیستم سرو مکانیک هیدرولیکی را با فرمان هیدرولیکی خودرو نشان می دهد. عملکرد ترتیبی که رخ می دهد به شرح زیر است:
ورودی یا سیگنال فرمان گردش غربالک فرمان است.
این کار منجر به حرکت کشویی سوپاپ می شود که انتقال روغن به محرک (سیلندر فرمان ) را موجب می شود
میله پیستون باعث حرکت چرخ ها از طریق اتصال فرمان می شود.
قرقره سوپاپ به میله رابط متصل می شود و موجب حرکت ان می شود.
وقتی که قرقره سوپاپ به اندازه کافی حرکت کرد،جریان روغن از طریق سیلندر را متوقف می کند. این باعث توقف حرکت محرک می شود.کاملاً واضح است که باز خورد مکانیکی، سوپاپ را برای توقف حرکت در نقطه دلخواه باز می گرداند که به نوبت با توجه به موقعیت چرخ فرمان تعیین می شود. حرکت اضافه چرخ فرمان برای ایجاد حرکت بیشتر در چرخ های خروجی نیاز است.

مطالب مرتبط