مدارهای کنترل جریان

مدارهای کنترل جریان

مدارهای کنترل جریان

 

مدارهای کنترل جریان (کنترل جریان خروجی- کنترل جریان ورودی)

کنترل جریان ورودی (Meter-in) روشی است که در ان یک سوپاپ کنترل جریان به گونه ای در یک مدار هیدرولیک قرار می گیرد که بتواند مقدار سیال ورودی به عملگر را محدود کند. شکل (6-38a) نحوه کنترل و محدود کردن جریان ورودی را در یک سیستم هیدرولیک نشان می دهد.

اگر سوپاپ کنترل جریان در موقعیت نشان داده شده قرار نداشته باشد، عمل باز و بسته شدن محرک که در این حالت یک سیلندر است، غیر قابل کنترل خواهد بود و سرعت آن ناخواسته افزایش خواهد یافت. حضور سوپاپ کنترل جریان ارسال سیال به سیلندر را محدود کرده و سرعت باز شدن جک را کند می کند. در صورتی که جهت جریان معکوس گردد، جریان از سوپاپ یکطرفه عبور کرده و سوپاپ کنترل جریان محدودیتی برای عبور سیال ایجاد نخواهد کرد.

شکل (6-38b) حالت دیگری از کنترل جریان ورودی به سیلندر را در مسیر دیگر نشان می دهد. در این حالت باز شدن جک بدون محدودیت خواهد بود اما بر عکس، هنگام بسته شدن جک، جریان ورودی به سیاندر از تنگنا عبور کرده و محدود می باشد.

در نتیجه سرعت پایین آمدن جک کاهش خواهد یافت. استفاده از روش کنترل جریان ورودی به سیلندر، هنگامی که که بار مثبت (شتاب دهنده) می باشد روش کاملاً دقیقی است. اما زمانی که بار بیش از حد بوده و محرک روی آن کنترل نداشته باشد سیلندر دچار پدپده کاویتاسیون شده و در آن خوردگی و خرابی قطعات آن اتفاق خواهد افتاد.

عملیات کنترل جریان خروج ( مدارهای کنترل جریان )

در عملیات کنترل جریان خروجی که در شکل (6-39) نشان داده شده است، در این حالت کنترل جریان در مدار هنگام خروج سیال از سیلندر انجام می شود. هنگامی که سیلندر به سمت پائین حرکت می کند و بسته می شود سیال خروجی از سیلندر با توجه به حالت قرارگیری سوپاپ یکطرفه به ناچار از تنگنا عبور می کند. در حرکت سیلندر به بالا جریان سیال از سوپاپ یکطرفه و بدون محدودیت عبور می کند.

بنابراین سرعت جک هنگام بسته شدن، قابل کنترل و هنگام باز شدن بدون کنترل و سریع خواهد بود. مزیت عملیات کنترل جریان خروجی آن است که بر خلاف عملیات کنترل جریان ورودی، مانع از وارد شدن بار اضافی به سیلندر شده و در نتیجه پدیده کاویتاسیون و خوردگی قطعات در سیلندر اتفاق نمی افتد.

یک مشکل اصلی هنگام استفاده از عملیات کنترل جریان خروجی تقویت فشار ایجاد شده در مدار است که بخاطر تفاوت بین سطح پیستون و میله اتفاق می افتد. هنگامی که از روش محدود کردن جریان خروجی استفاده می شود و باری بر روی میله سیلندر وارد نشود در طرف میله، تقویت فشار اتفاق می افتد و منجر به خرابی واشرهای آب بند میله سیلندر می گردد.

با توجه به توضیحات ذکر شده هر دو روش کنترل جریان ورودی و کنترل جریان خروجی معایب و مزایای نسبی خود را داشته و تنها نیاز سیستم نوع و موقعیت قرارگیری سوپاپ را تعیین می کند. در انتخاب یک سوپاپ کنترل، عواملی مانند جنس ماده سوپاپ، فشار و درجه حرارت حائز اهمیت می باشند. انتخاب درست اندازه سوپاپ نیز به همان اندازه اهمیت دارد.

به طور ساده چنانچه اندازه سوپاپ برای جفت شدن با لوله موجود متناسب نباشد می تواند منجر به عملکرد نادرستی در کل سیستم شود. کاملاً واضح است یک سوپاپ بسیار کوچک، شدت جریان مورد نظر را نخواهد داد و در عوض سوپاپی که اندازه آن بزرگ است قیمت آن بیشتر است و در نتیجه کنترل آن نیز مشکل خواهد بود.

با استفاده از قانون بقای انرژی، دانیل پرنولی کشف کرد، هنگامی که جریان های سیال از یک روزنه عبور می کند. مربع سرعت سیال بطور مستقیم با اختلاف فشار در دو طرف روزنه متناسب است و با چگالی سیال نسبت عکس دارد.

از این رو، هر چا اختلاف فشار بیشتر باشد، سرعت بیشتر می گردد یا به عبارت دیگر هر چه چگالی سیال بیشتر باشد، سرعت پایین تر می باشد. بطور منطقی، شدت جریان سیال(دبی) برای مایعات را می توان از طریق حاصل ضرب سرعت سیال در مساحت سطح مقطع عبور جریان محاسبه کرد.

پس از در نظر گرفتن رابطه نسبت افتهای انرژی ناشی از اصطکاک، تلاطم و ضرایب تخلیه روزنه های متفاوت، معادله اندازه گیری را می توان این چنین نوشت.

که در این رابطه جریان بر حسب متر مکعب در ساعت برای آب با اختلاف فشار یک اتمسفر است. این پارامتر به ضریب اندازه سوپاپ معروف است و تابعی از ارتفاع، قطر و اصطکاک مواد می باشد:

Q: جریان بر حسب در h

R: ضریب کاهش است.

این پارامتر منعکس کننده افت فشار در سوپاپ ناشی از خوردگی است.

 : چگالی بر حسب KG 

p  : افت فشار بر حسب psi

برای یک جریان داده شده ، ضریب (kv) بالا بیان کننده افت فشار پایینی می باشد. در هر حال، اندازه سوپاپ معمولاً در معادله پایه ذیل به کار گرفته می شود:

Q=CV

که در این رابطه:

Q: شدت جریان برحسب گالن در دقیقه (gpm) است.

    : ضرایب تصحیح اندازه برای مایعات.

: افت فشار بر حسب psi.

G: وزن مخصوص می باشد.

برای تعیین اندازه یک سوپاپ، محاسبه مقادیر KV و CV در شرایط حداکثر شدت جریان با استفاده از یک مقدار افت فشار که مجاز باشد لازم است. انتخاب سوپاپ نخستین بایستی با استفاده از یک نمودار و یا جدول انجام شود که یک حرکت سوپاپ را کمتر از 90% در حداکثر جریان و بیشتر از 10% در حداقل جریان مجاز می شمارد.

 

 

مدارهای کنترل جریان / مدارهای کنترل جریان / مدارهای کنترل جریان

سوپاپ های کنترل جریان

سوپاپ های کنترل جریان

سوپاپ های کنترل جریان

 

6-3-3 سوپاپ های کنترل جریان

سوپاپ کنترل جریان وسیله ای است که برای تنظیم شدت جریان یا دبی مایعات و گازها درون لوله استفاده می شود. سوپاپ شامل تنگنایی برای عبور جریان است که سطح مقطع این تنگنا می تواند متغیر باشد. نقش سوپاپ کنترل جریان در سیستم و همچنین موقعیت قرار گیری ان نیز برای بهینه بودن عملکرد سیستم بسیار حیاتی می باشد.

نقش اصلی سوپاپ کنترل جریان، کاهش میزان جریان در مدار هیدرولیکی است. یکی از مهمترین کاربرد های سوپاپ های کنترل جریان در سیستم های هیدرولیکی، کنترل شدت جریان ورودی به سیلندرها و موتورها برای تنظیم سرعت آنها می باشد و هر گونه کاهش در میزان شدت جریان سبب کاهش سرعت عمگر خواهد شد. طرح های مختلفی از سوپاپ های مورد استفاده برای کنترل جریان وجود دارد.

بسیاری از این طرح ها برای کاربرد های خاص در نظر گرفته شده اند. بعضی از پارامترهایی که در طی مراحل طراحی یک سوپاپ کنترل جریان می بایست در نظر گرفته شود؛ شامل:

  • حداقل یا حداکثر شدت جریان و چگالی سیال که بر روی اندازه سوپاپ ها تاثیر گذار است.
  • خاصیت خورندگی سیال که جنس مواد تشکیل دهنده ساختار سوپاپ را مشخص می کند.
  • افت فشار مورد نیاز در سوپاپ
  • میزان نشتی مجاز از سوپاپ هنگام بسته بودن آن
  • حداکثر میزان صدا از سوپاپ که می تواند تحمل شود
  • روش های اتصال سوپاپ به مدار از قبیل پیچ ها، اتصال فلانج و جوش

سوپاپ های کنترل جریان به انواع ذیل تقسیم بندی می شوند:

سوپاپ های کنترل جریان غیر قابل تنظیم یا ثابت که نماد گرافیکی آن در شکل (6-28a) نشان داده شده است.

سوپاپ های کنترل جریان قابل تنظیم که نماد گرافیکی آن در مدارهای هیدرولیکی شکل (6-28b) نشان داده شده است.

علاوه بر این ممکن است تقسیم بندی های دیگری هم داشته باشند مثل دروازه ای

سوپاپ کنترل جریان جبران کننده فشار (حساس به فشار)

در ادامه به طور خلاصه انواع سوپاپ های کنترل جریان رایج در سیستم های هیدرولیکی را بررسی و عملکرد، نقش و کاربرد هر یک از آنها تحلیل خواهد شد.

سوپاپ های فلکه ای (بشقابی)

این نوع سوپاپ ساده ترین شکل از سوپاپ های کنترل جریان است. دلیل نامگذاری این سوپاپ به این اسم بخاطر عضو دایره ای است که با اعمال فشار به آن و قرار گیری آن در نشیمنگاه سوپاپ ، به منظور بستن سوپاپ استفاده می شود.

سیال از طریق سوپاپ در گوشه های راست به سمت لوله ها جریان می یابد. هنگامی که این سوپاپ باز می شود سطح کامل بشقاب، یک دفعه از نشیمنگاه بلند می شود، در نتیجه این عمل در یک سوپاپ بشقابی خفگی فراوانی در جریان ایجاد می شود. در سیستم های هیدرولیکی سوپاپ های بشقابی می تواند هم به صورت دستی با استفاده از فلکه چرخان و یا مکانیکی با استفاده از یک عملگر (محرک) راه اندازی شود.

سوپاپ پروانه ای

سوپاپ های پروانه ای نوع دیگری از انواع سوپاپ های کنترل جریان است. این سوپاپ شامل یک صفحه بزرگ است که درون لوله ها چرخانده می شود و میزان عبور جریان سیال از طریق زاویه قرار گیری این صفحه دایره ای تعین می شود.

شکل (6-30) طرح ساده ای از سوپاپ پروانه ای را نشان می دهد. مزیت این نوع سوپاپ این است که تقریباً هر اندازه ای از آن را می توان ساخت. این سوپاپ ها به طور وسیع برای کنترل جریان گاز به کار می روند اما با این حال مشکل اصلی این نوع سوپاپ ها مقدار زیاد نشتی از آنها در حالت قطع می باشد.

سوپاپ کروی

سوپاپ کروی یا ساچمه ای نمونه دیگری از سوپاپ های کنترل جریان می باشند که در شکل (6-31) نشان داده شده است. ایندسته از سوپاپها از یک ساچمه کروی سوراخ دار ساخته شده اند که در درون نشیمنگاه ماشین کاری شده ای چرخانده می شود. برای درک بهتر روشی که برای کنترل جریان در ایندسته از سوپاپ ها به کار گرفته می شود.

سوپاپ گلویی یا بدون جبران کننده فشار (غیر حساس به فشار)

این نوع سوپاپ جایی استفاده می شود که فشارهای سیستم نسبتاً ثابت هستند و سرعت های متحرک خیلی بحرانی نمی باشد. اساس کار آنها بر این اصل است که اگر افت فشار در تنگنا ثابت باشد جریان عبوری از تنگنا نیز ثابت خواهد بود. تصویری از این سوپاپ در شکل (6-34) نشان داده شده است. این سوپاپ همچنین شامل یک سوپاپ یکطرفه است که امکان عبور جریان آزاد را در مسری مخالف فراهم می کند در این حالت عبور جریان محدود نمی شود.

هنگامیکه بار روی محرک بطور قابل ملاحظه ای تغییر کند، فشار سیستم نیز تغییر می کند. بنابراین شدت جریان عبوری از این سوپاپ نیز تغییر خواهد کرد و این یک عیب محسوب می شود.

سوپاپ های کنترل جریان حساس به تغییرات فشار (جبران کننده فشار)

شکل (6-35)، عملکرد یک سوپاپ حساس به تغییرات فشار را نشان می دهد. این طرح شامل یک هیدروستات(مغزی توازن) است که اختلاف فشاری معادل kg/ (psi20) را در دو طرف دهانه در طول سوپاپ ایجاد می کند. همچنین سطح گذر سیال در تنگنا را می توان بوسیله یک پیچ تنظیم تعیین نمود.

سطح تنگنا، شدت جریان عبوری سیال را که می بایست کنترل شود را تعیین می کند.هیدروستات معمولاً بوسیله فنر سبکی باز نگه داشته می شود البته زمانیکه فشار ورودی زیاد می شود و بر نیروی فنر غلبه کند هیدروستات بسته می شود. بدین ترتیب مسیر عبور کاهش پیدا کرده و از عبور جریان بیش از حد از تنگنا جلوگیری می شود.

در نتیجه مقداری از سیال از طرریق سوپاپ می تواند عبور کند که اختلاف فشار ورودی و خروجی معادل با kg/ 4/1 باشد.

( سوپاپ های کنترل جریان )

به منظور درک بهتر مفهوم تعادل فشار در سوپاپ های کنترل جریان اجازه دهید کنترل جریان در یم پمپ جابجایی ثابت و پمپ با فشار قابل تنظیم را ارزیابی کنیم تا فرق بین آنها مشخص شود.شکل (6-34) یک نمونه از کنترل جریان در یک مدار هیدرولیکی با پمپ های دبی ثابت مشخص شده است.

در این سیستم بخشی از سیال به منظور کاهش جریان ارسالی به عملگر از طریق سوپاپ فشار شکن به مخزن برگشت داده می شود. سوپاپ کنترل جریان که در این مدار از یک سوپاپ سوزنی استفاده شده است بسته می باشد در نتیجه فشار بالا دست افزایش می یابد. هنگامی که فشار سیستم به فشار تنظیم شده در سوپاپ فشار شکن نزدیک شود، سوپاپ فشار شکن باز شده و بخشی از سیال به مخزن تخلیه می شود.

مطابق با شکل (6-37) در سیستم هایی که از پمپ با فشار قابل تنظیم استفاده می شود تفاوتی که در کنترل جریان آنها وجود دارد این است که سیال از طریق سوپاپ فشار شکن عبور داده نمی شود. هنگامی که فشار سیستم به حد خاصی برسد حجم جابجایی پمپ کاهش پیدا کرده و جریان خروجی پمپ کم می شود بدین ترتیب از افزایش فشاردر سیستم جلوگیری می شود.

طرح سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده فشار به گونه ای است که امکان ایجاد فشارهای مختلفی را قبل و یا بعد از تنگنا فراهم می کند. در مدارهایی که از این نوع سوپاپ کنترل جریان استفاده می شود در اثر تغییر بار سیستم، سرعت عملگرها تغییری نمی کند.

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

 

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی :

یکی از روش های معمول برای تغییر موقعیت قرقره در سوپاپ استفاده از سولنوئید می باشد. نمونه ای از سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی را نشان می دهد. هنگامی که جریان در سیم پیچ الکتریکی برقرار شود، یک نیرو مغناطیسی بوجود می آورد که آرمیچر را به طرف سیم پیچ الکتریکی می کشد.

این عمل باعث می شود تا آرمیچر یک نیروی فشاری به اهرم وارد آورده و قرقره را در سوپاپ به حرکت در آورد. سولنوئید یا سیم پیچ های القایی در هر دو طرف قرقره قرار می گیرند.

شکل(6-12) ساختار داخلی یک سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی را نشان می دهد. ظرفیت این سوپاپ بیش از 50 لیتر بر دقیقه و حداکثر فشار آنKG/CM2 250 می باشد. سوپاپ دارای آرمیچر مغناطیسی روغنی می باشد.

جریان سیال اطراف آرمیچر برای خنک نگه داشتن آن است و مانع از تاثیر ضربات بر پاسخ زمانی می شود. در اطراف آرمیچر هیچگونه آببندی وجود ندارد زیرا حرکت آن محدود نیست. این کار اجازه می دهد تمام توان تولید شده توسط سولنوئید به قرقره سوپاپ بدون آنکه نیازی به غلبه بر اصطکاک آب بند باشد منتقل شود.

 

سوپاپ های کنترل جهت چهار راهه گردان ( سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی )

اگر چه اکثر سوپاپ های کنترل جهت از نوع قرقره ای لغزشی هستند؛ اما نمونه های دیگری هم مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از این طرح ها سوپاپ قرقره ای چهار راهه گردان است که از یک قرقره گردان در بدنه سوپاپ تشکیل شده است. قرقره گردان با حرکت دورانی خود مجراهای داخلی را در بدنه سوپاپ مسدود یا باز می کنند تا چهار مسیر جریان را ایجاد کند.

عملکرد مطلوب حاصل شود. طرح نشان داده شده در بالا سوپاپ سه وضعیته ای است که در موقعیت مرکزی همه چهار دهانه آن مسدود می باشند. سو پاپ های گردان معمولابه صورت دستی یا مکانیکی به کار انداخته می شوند. عملکرد این سوپاپ در شکل زیر نشان داده شده است.

این طرح شامل سطوح آب بند به صورت فلز به روی فلز است که بر روی هم قرار می گیرند و تشکیل آبند با دوامی را می دهد. هم پوشانی تدریجی مسیرهای جریان سبب ایجاد عملکرد آرامی شده که در حین عمل دستگاه فشار کمتری بر روی اهرم وارد می کند و از ایجاد ضربه های ناگهانی جلوگیری می کند.

همچنین هیچگونه نشت خارجی وجود ندارد چون که بر روی محور گردان آب بند های استاتیکی (سکون) استفاده شده است. مناطقی که دارای فشار بالا هستند منافذ عبوری بیشتری دارند. سوپاپ های گردان در مقابله با سوپاپ های قرقره ای لغزشی با اندازه یکسان، سرعت بالاتری دارند و جریان بیشتری را عبور می دهند.

این سوپاپ ها در انواع سه راهه، چهار راهه، دو و سه وضعیته وجود دارند.

 

سوپاپ با ساچمه شناور (شاتل والوها)

 این دسته از سوپاپ ها نمونه دیگری از سوپاپ های کنترل جهت می باشند. این نوع سوپاپ اجازه می دهد که سیستم برای عملکرد خود بتواند از دو منبع قدرت سیال استفاده کند. یکی از کاربردهای این سوپاپ، افزایش ایمنی سیستم در هنگامی است که پمپ اصلی نتواند قدرت هیدرولیکی لازم را برای مدت طولانی تر برای قطعات ضروری فرهم کند.

به محض اینکه منبع اولیه تخلیه شود. ساچمه تغییر وضعیت داده و اجازه می دهد توان مورد نیاز از پمپ دوم تامین شود. ساختار ساده این سوپاپ در شکل (6-14) نشان داده شده است

ساختار این سوپاپ بسیار ساده است و از ساچمه شناوری تشکیل شده است که درون یک سیلندر کوچک قرار گرفته است. بسته به اینکه فشار در کدام طرف سوپاپ بیشتر است ساچمه در طرف دیگر سوپاپ قرار می گیرد. در سوپاپ های ساچمه ای برای مسدود کردن یکی از دهانه ها جهت اعمال نیرو از فنر بار گذاری شده استفاده می شود.

سوپاپ ساچمه ای گاهی به عنوان سوپاپ یکطرفه دوبل نیز شناخته می شود که در نماد گرافیک آن نیز مشخص است. خطوط نشان داده شده در نماد گرافیک بیانگر این است که جریان در جهت معکوس نیز برقرار می شود.

 

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی / سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی / سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی / سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی

سوپاپ های کنترل جهت

سوپاپ های کنترل جهت

سوپاپ های کنترل جهت

 

سوپاپ های کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی ( سوپاپ های کنترل جهت )

یکی از روش های معمول برای تغییر موقعیت قرقره در سوپاپ استفاده از سولنوئید می باشد. شکل(6-11) نمونه ای از سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی را نشان می دهد. هنگامی که جریان در سیم پیچ الکتریکی برقرار شود، یک نیرو مغناطیسی بوجود می آورد که آرمیچر را به طرف سیم پیچ الکتریکی می کشد.

این عمل باعث می شود تا آرمیچر یک نیروی فشاری به اهرم وارد آورده و قرقره را در سوپاپ به حرکت در آورد. سلونوئید یا سیم پیچ های القایی در هر دو طرف قرقره قرار می گیرند.

شکل(6-12) ساختار داخلی یک سوپاپ کنترل جهت با راه انداز سولنوئیدی را نشان می دهد. ظرفیت این سوپاپ بیش از 50 لیتر بر دقیقه و حداکثر فشار آن KG/CM2 250 می باشد. سوپاپ دارای آرمیچر مغناطیسی روغنی می باشد. جریان سیال اطراف آرمیچر برای خنک نگه داشتن آن است و مانع از تاثیر ضربات بر پاسخ زمانی می شود.

در اطراف آرمیچر هیچگونه آب بندی وجود ندارد، زیرا حرکت آن محدود نیست. این کار اجازه می دهد تمام توان تولید شده توسط سولنوئید به قرقره سوپاپ بدون آنکه نیازی به غلبه بر اصطکاک آب بند باشد منتقل شود.

 

سوپاپ های کنترل جهت چهار راهه گردان ( سوپاپ های کنترل جهت )

اگر چه اکثر سوپاپ های کنترل جهت از نوع قرقره ای لغزشی هستند؛ اما نمونه های دیگری هم مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از این طرح ها سوپاپ قرقره ای چهار راهه گردان است که از یک قرقره گردان در بدنه سوپاپ تشکیل شده است. قرقره گردان با حرکت دورانی خود مجراهای داخلی را در بدنه سوپاپ مسدود یا باز می کنند تا چهار مسیر جریان را ایجاد کند.

عملکرد مطلوب حاصل شود. طرح نشان داده شده در بالا سوپاپ سه وضعیته ای است که در موقعیت مرکزی همه چهار دهانه آن مسدود می باشند. سوپاپ های گردان معمولابه صورت دستی یا مکانیکی به کار انداخته می شوند. عملکرد این سوپاپ در شکل زیر نشان داده شده است. این طرح شامل سطوح آب بند به صورت فلز به روی فلز است که بر روی هم قرار می گیرند و تشکیل آبند با دوامی را می دهد.

هم پوشانی تدریجی مسیرهای جریان سبب ایجاد عملکرد آرامی شده که در حین عمل دستگاه فشار کمتری بر روی اهرم وارد می کند و از ایجاد ضربه های ناگهانی جلوگیری می کند. همچنین هیچگونه نشت خارجی وجود ندارد، چون که بر روی محور گردان آب بند های استاتیکی (سکون) استفاده شده است.

مناطقی که دارای فشار بالا هستند منافذ عبوری بیشتری دارند. سوپاپ های گردان در مقابله با سوپاپ های قرقره ای لغزشی با اندازه یکسان، سرعت بالاتری دارند و جریان بیشتری را عبور می دهند.

این سوپاپ ها در انواع سه راهه، چهار راهه، دو و سه وضعیته وجود دارند.

 

سوپاپ با ساچمه شناور (شاتل والوها)

 این دسته از سوپاپ ها نمونه دیگری از سوپاپ های کنترل جهت می باشند. این نوع سوپاپ اجازه می دهد که سیستم برای عملکرد خود بتواند از دو منبع قدرت سیال استفاده کند. یکی از کاربردهای این سوپاپ، افزایش ایمنی سیستم در هنگامی است که پمپ اصلی نتواند قدرت هیدرولیکی لازم را برای مدت طولانی تر برای قطعات ضروری فراهم کند.

به محض اینکه منبع اولیه تخلیه شود. ساچمه تغییر وضعیت داده و اجازه می دهد توان مورد نیاز از پمپ دوم تامین شود. ساختار ساده این سوپاپ در شکل (6-14) نشان داده شده است

ساختار این سوپاپ بسیار ساده است و از ساچمه شناوری تشکیل شده است که درون یک سیلندر کوچک قرار گرفته است. بسته به اینکه فشار در کدام طرف سوپاپ بیشتر است ساچمه در طرف دیگر سوپاپ قرار می گیرد. در سوپاپ های ساچمه ای برای مسدود کردن یکی از دهانه ها جهت اعمال نیرو از فنر بار گذاری شده استفاده می شود.

سوپاپ ساچمه ای گاهی به عنوان سوپاپ یکطرفه دوبل نیز شناخته می شود که در نماد گرافیک آن نیز مشخص است. خطوط نشان داده شده در نماد گرافیک بیانگر این است که جریان در جهت معکوس نیز برقرار می شود.

 

6-3-2 سوپاپ های کنترل فشار ( سوپاپ های کنترل جهت )

ابتدا در مورد اینکه یک سوپاپ کنترل فشار چیست و این که چه کاری در یک سیستم هیدرولیک انجام می دهد بحث می کنیم. هدف این بخش ارائه یک تصویر کلی و فهم عمیق از عملکرد نیروها در یک سیستم هیدرولیک، هنگام استفاده از سوپاپ کنترل فشار می باشد. همچنین نحوه کار و اصول طراحی انواع سوپاپ های کنترل فشار و کاربرد آنها مورد بررسی قرار می گیرد.

دو نوع اصلی سوپاپ های طراحی شده برای کنترل فشار عبارتند از :

  1. سوپاپ های کنترل فشار با عملکرد مستقیم
  2. سوپاپ های کنترل فشار پایلوت دار

اصول کار تمام سوپاپ های کنترل فشار بر اساس دو نوع طرح اساسی فوق می باشد. هدف اولیه در هر مدار هیدرولیکی کنترل دبی و فشار مختلف در نظر گرفته شده است . این شش نمونه سوپاپ همراه با نماد گرافیکی آن در شکل ذیل نشان داده شده اند

سوپاپ فشار شکن مستقیم ساده ( سوپاپ های کنترل جهت )

متداول ترین نوع سوپاپ های کنترل فشار که کاربرد زیادی دارد، سوپاپ فشار شکن است که در سیستم های هیدرولیکی یافت می شود. این سوپاپ در حالت عادی بسته است و وظیفه آن محدود کردن حداکثر فشار در سیستم می باشد که این کار از طریق برگشت و تخلیه جریان روغن به مخزن صورت می گیرد.

تمام سوپاپ های فشارشکن دارای یک دهانه فشار هستند که به مسیر خروجی پمپ وصل می شود و یک دهانه تخلیه دارند که به مسیر برگشت سیال به مخزن متصل می گردد. هنگامی که فشار سیال درون سیستم بر ساچمه غلبه کند ارتباط بین دهانه ورود و خروج بر قرار شده که نتیجه ان بازگشت جریان به مخزن است.

در این سوپاپ یک ساچمه بایک مغزی مخروطی در جلوی دهانه ورودی فشار قرار دارد که بطور مستقیم توسط نیروی فنری که در پشت آن است دهانه فشار را بسته نگه می دارد. معمولاً فشار فنر قابل تنظیم می باشد و تا زمانیکه فشار سیستم کمتر از فشار فنر پشت مغزی باشد مغزی مخروطی دهانه را مسدود نگه می دارد.

هنگامی که فشار سیستم خیلی زیاد می شود و از فشار شکست بیشتر شود مغزی مخروطی از جایش بلند می شود. این عمل به جریان اجازه می دهد با عبور از مغزی به مخزن تخلیه شود. از این رو فشار مورد نیاز در سیستم مطابق با مقدار تنظیمی توسط سوپاپ فشار شکن می باشد. هنگامی که فشار جریان در سیستم هیدرولیک زیاد شود برای ایمنی سیستم، سوپاپ فشارشکن جریان را به درون مخزن بر می گرداند تا فشار مطلوب سیستم در مدار هیدرولیک حفظ شود.

این عمل، سیستم را از هر گونه اضافه بار ایجاد شده توسط عملگرها در سیستم های هیدرولیک محافظت می کند. یکی از وظایف مهم سوپاپ های فشار شکن، محدود کردن نیرو و گشتاور تولید شده به وسیله سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی است.

یکی از مهمترین مسائلی که باید به آن دقت کرد طراحی یک فنر برای سوپاپ فشار شکن است به گونه ای که به اندازه کافی قوی باشد تا مغزی مخروطی را در شرایط دبی و فشار زیاد، بتواند بسته نگه دارد. نمونه ای از مدار هیدرولیکی شامل یک پمپ و سوپاپ فشار شکن در شکل (6-17) نشان داده است. پمپ و سوپاپ فشار شکن به صورت شماتیک نشان داده شده اند.

 

سوپاپ فشار شکن پایلوت دار یا مرکب ( سوپاپ های کنترل جهت )

سوپاپ فشار شکن پایلوت دار یا مرکب در دو مرحله عمل می کند. در یک ظرفیت عبور جریان، تحمل فشار سوپاپ های فشار شکن پایلوت دار نسبت به فشار شکن مستقیم بیشتر است. همچنین محدوده تنظیم فشار سوپاپ های پایلوت دار نیز وسیع تر است.

برای فهمیدن اینکه سوپاپ فشار شکن پایلوت دار چگونه طراحی شده است، قسمت اول سوپاپ فشارشکن پیلوت دار شامل قرقره اصلی است که در حالت عادی بسته می باشد و توسط فنر غیر قابل تنظیمی در وضعیت خود نگه داشته می شود. پایلوت در قسمت بالایی بدنه سوپاپ قرار دارد و شامل یک مخروط محدود کننده فشار می باشد که توسط یک فنر قابل تنظیم در جای خود نگه داشته می شود.

بدنه پایینی شامل مجراهای اتصال می باشد. پیستون تعادل در قسمت پایینی بدنه برای عبور کامل جریان پمپ به کار گرفته می شود. درحالت عادی، پیستون تعادل دروضعیت تعادل هیدرولیکی می باشد. فشار سیستم ازطریق دهانه ورودی به هر دو طرف پیستون اعمال می شود. بر روی بدنه پیستون سوراخ کوچکی به نام گذرگاه ایجاد شده است. فشار سیال از طریق این گذرگاه به طرف دیگر پیستون اعمال می شود این فشار از طریق مسیر پایلوت به مغزی پایلوت وارد می شود.

مغزی پایلوت توسط فنری که در پشت آن قرار دارد نگه داشته می شود. به محض اینکه فشار به حد کافی برسد و ازفشار فنری که پشت مغزی پایلوت قرار دارد بیشتر شود مغزی پایلوت به سمت عقب حرکت کرده و دهانه پایلوت باز می شود. مقداری از جریان سیال از طریق مسیر پایلوت به مخزن تخلیه می شود. با عبور جریان از مسیر پایلوت افت فشاری در پشت پیستون ایجاد می شود.

عدم تعادل فشار در طرفین پیستون سبب ایجاد نیروهای نامتعادل به طرفین پیستون خواهد شد. هنگامیکه اختلاف فشار در بالا و پائین پیستون به حدود kg/ 5/1 برسد، پیستون اصلی به سمت بالا حرکت نموده و بدین ترتیب دهانه خروجی اصلی باز شده و جریان سیال مستقیماً به مخزن هیدرولیک تخلیه می شود.

اگر جریان عبوری از سوپاپ افزایش یابد پیستون بالا رفته و اجازه عبور جریان بیشتری به مخزن را می دهد. همچنین عملکرد سوپاپ های مرکب ا می توان از طریق دهانه بالای پیستون از راه دور نیز کنترل نمود.

 

 

سوپاپ های کنترل جهت / سوپاپ های کنترل جهت / سوپاپ های کنترل جهت / سوپاپ های کنترل جهت / سوپاپ های کنترل جهت / سوپاپ های کنترل جهت

مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته

مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته

مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته

 

مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته

بطور کلی مدارهای هیدرولیک به دو دسته مرکز باز و مرکز بسته، تقسیم می شوند. این نوع مدار معمولاً توسط سوپاپ های کنترل جهت طراحی می شود. در مدارهای مرکز باز، در حالت خنثی یعنی زمانی که از جریان روغن ارسالی از پمپ استفاده نمی شود جریان روغن از سوپاپ کنترل جهت عبور کرده و به مخزن تخلیه می شود.

معمولاً در این نوع مدار از پمپ های جابجایی ثابت مثل پمپ چرخ دنده ای استفاده می شود. هر گاه در وضعیت خلاص، جریان مسدود شود و یا سوپاپ کنترل جهت در وضعیت مرکز قرار بگیرد جریان نیروی زیادی به سوپاپ فشار شکن مستقیم وارد می کند و باعث ایجاد حرارت زیادی خواهد شد.

در مدار مرکز بسته در وضعیت خلاص یا هنگامی که سوپاپ در وضعیت مرکزی قرار دارد، جریان ارسالی از پمپ هنگام عبور از سوپاپ کنترل جهت مسدود می شود. در این نوع مدار از پمپ با فشار قابل تنظیم مثل پمپ های پیستونی و یا از پمپ های جابجایی ثابت به همراه مدار بی بار کننده (سوپاپ فشارشکن) استفاده می شود.

وضعیت مرکزی یا خلاص در سوپاپ کنترل جهت سه وضعیته فراهم شده است. وضعیت خلاص باز و یا بسته بودن مدار را تعیین می کند همچنین کار انجام شده توسط سوپاپ به نوع ارتباط بین دهانه های p  و T و ارتباط بخش های B ، A بستگی دارد. چهار نوع از سوپاپ های کنترل جهت سه وضعیتی که معمولاً استفاده می شوند شامل: نوع باز، نوع بسته، تاندوم و نوع جریان پیوسته می باشند .

در این نوع سوپاپ ها تمام دهانه های P،T،A،B به هم متصلند. به عبارتی این سوپاپ با حالت خنثی باز رسم شده است که همه دهانه های سوپاپ به مخزن راه دارند. نمونه ای از کاربرد آنها برای کنترل حرکت موتور می باشد.

در این سوپاپ در وضعیت خلاص دهانه های p،t،A،B مسدود می باشد. نمونه ای از کاربرد آنها در مدارهای موازی است که برای توقف و نگه داشتن بار استفاده می شود.

در این دسته از سو پاپها دهانه های B،A به دهانه T متصل می باشند در حالی که دهانه P مسدود می باشد مادامیکه دهانه P بسته است، مدار از نوع مرکز بسته می شود. نمو نه ای از کاربرد این نوع سوپاپها در مدارهای موازی است که کنترل حرکت یک موتور هیدرولیک را در وضعیت خلاص انجام می دهد.

در سوپاپ های نوع تاندم، دهانه P به دهانه T متصل می شود و دهانه های B ، A بسته می باشند که نتیجه آن یک مدار باز است. کاربرد این سوپاپ ها در مدارهایی است که شامل پمپ هایی با دبی ثابت می باشد و مجراهای B ، A بسته شده و در وضعیت خلاص بار می تواند نگه داشته شود. در ادامه نمونه هایی از متداول ترین سوپاپ های کنترل جهت به کار رفته در مدارهای هیدرولیک شرح داده می شود.

 

سوپاپ کنترل جهت یکطرفه:

شکل های (6-7aوb) شکل شماتیک سوپاپ یکطرفه را همراه با کاربرد در مدار انباره را نشان می دهد. همانطور که قبلاً گفته شد سوپاپ های کنترل جهت به منظور کنترل جهت جریان در مدار هیدرولیکی به کار رفته اند. ساده ترین نوع سوپاپ های کنترل جهت، سوپاپ یکطرفه می باشد که اجازه عبور جریان سیال را در یک جهت می دهد و از حرکت جریان در جهت مخالف جلو گیری می کند.

شکل (6-8) ساختار داخلی سوپاپ یکطرفه را نشان میدهد. همانطور که در شکل نشان داده شده است یک فنر نگه دارنده مخروط را در نشیمنگاه خود نگه می دارد. در جهت جریان آزاد، فشار ناشی از جریان سیال بر نیروی فنر غلبه می کند.

اگر جریان سیال تمایل به حرکت در جهت مخالف داشته باشد، فشار جریان سیال همراه با نیروی فنر، مخروط را در وضعیت بسته نگه می دارد، بنابراین هیچ جریانی عبور نمی کند. افزایش فشار سبب ایجاد نیروی بیشتری برای نگه داشتن مخروط در نشیمنگاهش می شود.

سوپاپ یکطرفه با پایلوت باز کننده، نمونه دیگری از سوپاپ کنترل جهت یکطرفه می باشد. ساختار داخلی این سوپاپ در شکل (6-9) نشان داده شده است.

این نوع سوپاپ کنترل همیشه قادر به عبور جریان فقط در یک جهت می باشد. اگر فشار کافی به مسیر پایلوت این سوپاپ اعمال شود سوپاپ باز شده و جریان در هر دو جهت از سوپاپ یکطرفه عبورخواهد کرد. مخروط سوپاپ کنترل دارای پیستون پیلوت است که توسط یک مهره به ساقه مخروط متصل شده است.

هنگامی که هیچ جریانی وجود ندارد فنر، مخروط را با هل دادن ان در برابر پیستون پایلوت در نشیمنگاه خود نگه می دارد. هدف از مجرای تخلیه فرعی در زیر پیستون ممانت از افزایش تدریجی فشار در انتهای پیستون توسط روغن می باشد.

سوپاپ های کنترل پایلوتی اغلب در سیستم های هیدرولیکی به کار می روند که به منظور توقف عمل کنترل سوپاپ برای یک بخش از چرخه کاری تجهیزات استفاده می شود. بطور مثال نمونه ای از کاربرد آنها جهت توقف سیلندرهای هیدرولیک در یک موقعیت مشخص زیر بار است.

 

سوپاپ های کنترل جهت قرقره ای ( مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته )

با توجه به مبحث قبلی، در سوپاپ های کنترل جهت قرقره ای، از قرقره ها در درون ساختار داخلی سوپاپ کنترلبرای ایجاد مسیرهای متفاوت جریان استفاده می شود. این کار توسط باز و بسته شدن مجاری مختلف توسط شیارهای قرقره انجام می پذیرد.

قرقره یک مغزی استوانه ای می باشد که شیارهای قطور بروی آن وجود دارد که با حرکت لغزشی خود در داخل محفظه تعبیه شده در بدنه سوپاپ که تلرانس بسیار دقیقی نیز با آن دارد ارتباط بین دهانه های سوپاپ را قطع و وصل می کند.

لقی شعاعی بین قرقره و بدنه سوپاپ معمولاً کمتر از 2% میلی متر می باشد. از روش های مختلفی برای تحریک و جابجایی قرقره های سوپاپ های کنترل جهت می توان استفاده نمود از جمله این روش ها شامل مکانیکی، دستی، پنو ماتیکی، هیدرولیکی، کنترل پایلوتی و مکانیزم های الکتریکی می باشد.

 

سوپاپ کنترل جهت دو راهه ( مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته )

این نوع سوپاپ امکان عبور جریان را بین دو دهانه فراهم می کند. در شکل (6-7b) کاربرد یک سوپاپ یکطرفه در مدار تغذیه انباره ای را نشان می داد که نمونه ای از یک سوپاپ قطع و وصل دو وضیعته، دو راهه بود. نقش ان در این سیستم اتصال انباره به بار(منبع بار) در مواقع ضروری می باشد.برای عملکرد راحت تر، این قطعه هیدرولیکی با یک جریان تک قطبی همراه با یک کلید الکتریکی OFF،ON تحریک می شود.

 

سوپاپ های کنترل جهت سه راهه و چهار راهه ( مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته )

نمونه دیگری از سوپاپ کنترل جهت، سوپاپ های سه راهه و چهار راهه می باشد که به ترتیب شامل سه و چهار دهانه مجزا می باشند شکل (6-10a) مسیرهای عبور جریان را در دو سوپاپ چهار راهه نشان می دهد. با توجه به شکل نشان داده شده یکی از این سوپاپ ها به عنوان سوپاپ سه راهه استفاده شده است.

چون که دهانه T آن که به مخزن روغن منتهی می شود، مسدود می باشد. یکی از ساده ترین روش ها برای مسدودکردن دهانه ای از سوپاپ استفاده از پیچ می باشد که با پیچاندن آن در دهانه باز می توان آن را مسدود نمود.

با توجه به شکل، جریان سیال ارسالی از پمپ که وارد دهانه Pمی شود را می توان به یکی از مسیرهای خروجی دلخواه B،A هدایت نمود.

اکثر سوپاپ های کنترل جریان از قرقره های لغزشی برای تغییر مسیر جریان عبوری در سوپاپ استفاده می کنند. با توجه به موقعیت قرار گیری قرقره، جریان خروجی در یک مسیر معین از سوپاپ خارج می گردد. در سوپاپ های کنترل جهت، قرقره بصورت دو وضعیته و یا سه وضعیته طراحی می شود. حال اجازه بدهید تامسیرهای جریان را در هر کدام از سوپاپ های نشان داده شده در شکل بررسی کنیم.

 

سوپاپ سه راهه (سوپاپ چهار راهه استفاده شده به عنوان سوپاپ سه راهه):

در این حالت مسیر T، مسدود می باشد و فقط سه مسیر جریان P،B،A مورد استفاده قرار می گیرند. بسته به موقعیت قرقره سیال میتواند در دو مسیر کاملا جدا از هم جریان پیدا کند.

موقعیت 1 قرقره:

در این حالت با توجه به شکل، سیال از مسیر P به B جریان می یابد. مسیر A، دراین حالت توسط قرقره مسدود شده است.

موقعیت دو قرقره :

در این حالت سیال میتواند از مسیر P به مسیر A جریان پیدا کند و مسیر B باتوجه به موقعیت قرقره مسدود می باشد.

سوپاپ چهار راهه ( مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته )

در این دسته از سوپاپ ها بستهبه موقعیت قرقره، سیال می تواند در چهار مسیر جداگانه جریان یابد. با توجه به شکل (6-10b)

  • موقعیت 1قرقره: سیال می تواند از مسیر P به A و از مسیر B به T جریان یابد.
  • موقعیت 2 قرقره: سیال می تواند از مسیرA به T و از مسیر P به B جریان یابد.

موقعیت های قرقره در سوپاپ چهار راهه

بوسیله یک سوپاپ کنترل جهت سه راهه جرین پمپ میتواند به دو مسیر مختلف یک مدار هدایت شود. یکی از کاربردهای شاحص سوپاپ کنترل جهت چهار راهه در مدارهای هیدرولیکی کنترل عملکردی دو سیلندر هیدرولیکی دو راهه می باشد. برای تغییر موقعیت قرقره می توان از مکانیزم های دستی، مکانیکی، سولنوئیدهای مغناطیسی و یا فشار پایلوت استفاده نمود.

 

 

مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته / مدارهای هیدرولیک مرکز باز و مرکز بسته

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

 

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

6-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل شخص قادر خواهد بود:

  • درباره قطعات متعدد کنترل بکار رفته در سیستم های هیدرولیک اطلاعات لازم را کسب نماید.
  • با ساختار و عملکرد انواع سوپاپ های به کار رفته در سیستم های هیدرولیک مانند سوپاپ های کنترل فشار، سوپاپ های کنترل جهت و سوپاپ های کنترل جریان و همچنین نمادهای گرافیکی مربوط به اجزاء به کار رفته در مدارهای هیدرولیکی آشنا شود.
  • با روش های مختلف تحریک سوپاپ آشنا و عملکرد آنها را شرح دهد.
  • تفاوت بین کنترل جریان متعادل و نامتعادل را تشخیص دهد.
  • نقش و کاربرد سوپاپ های سرور شرح دهد.
  • با عملکرد فیوزهای هیدرولیکی آشنا شود.
  • با نقش ارتعاش گیرها و هدف از کاربرد آنها در سیستم های هیدرولیک آشنا شود.
  • عملکرد انواع مختلف سوئیج های (کلیدهای) دما و فشار را فرا گیرد.

6-2 مقدمه

یکی از مهمترین بخش ها در سیستم های هیدرولیک، بخش کنترل می باشد. در هر سیستم هیدرولیکی جهت انجام عملیات مورد نظر انتخاب مناسب قطعات کنترل کاملاً ضروری بنظر می رسد. جریان سیال در ابتدا با کمک وسائل کنترلی با نام سوپاپ ها کنترل می شود. انتخاب این وسائل کنترل نه تنها شامل انتخاب درست بلکه انتخاب اندازه مناسب، روش راه اندازی آنها و قابلیت کنترل از راه دور آن نیز می باشد. در این فصل بطور مفصل در موردعملکرد وسایل کنترل مختلفی که در سیستم های هیدرولیکی کاربرد دارند بحث خواهد شد که در ذیل به آنها اشاره شده است:

  • سوپاپ های کنترل
  • سوپاپ های سرو
  • فیوزهای هیدرولیکی
  • سوئیچ های فشار و درجه حرارت
  • جذب کننده های شوک (ارتعاش گیرها)

 

6-3 سوپاپ های کنترل ( قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک )

یک سوپاپ، وسیله کنترلی است که برای تنظیم یا تغییر فشار، جهت و میزان جریان مایع یا گاز در خط لوله استفاده می شود. بطور عمده سوپاپ شامل یک تنگنا است که سطح عبور جریان می تواند متغیر باشد. برای تحریک و راه اندازی سوپاپ ها از مکانیزم های تحریک پنوماتیکی، دستی، الکتریکی و یا هیدرولیکی که توسط سیگنال های خارجی تحریک می شوند استفاده می شود. این ترکیب سوپاپ و راه اندازی به عنوان سوپاپ کنترلی یا سوپاپ کنترل اتوماتیک شناخته می شود.

 

بطور کلی سه نوع سوپاپ کنترلی وجود دارد:

1- سوپاپ های کنترل جهت:

سوپاپ های کنترل جهت، مسیر مورد نظر جهت حرکت سیال در مدار داده شده را تعیین می کنند. به عبارت دیگر از این سوپاپ ها برای کنترل مسیر جریان در مدار هیدرولیکی استفاده می شود این جزء فطعه ای از سیستم هیدرولیکی است که سبب حرکت و توقف جریان سیال و یا تغییر جهت در مدار می شود.

در مجموع سوپاپ کنترل جهت در واقع نوع طرح سیستم هیدرولیکی را از نظر باز و یا بسته بودن آن تعیین می کند. از مهمترین سوپاپ های کنترل جهت شامل انواع سوپاپ های قرقره ای و سوپاپ های یکطرفه می باشد.

 

2- سوپاپ های کنترل فشار:

سوپاپ های کنترل فشار، سیستم را در برابر تغییرات ناگهانی فشار حفاظت می کنند. این تغییرات نا خواسته فشار ممکن است در اثر کاهش میزان دبی یا افزایش ناخواسته آن بخاطر باز و بسته شدن سوپاپ ها بوجود آید. سوپاپ های فشارشکن، کاهنده فشار، توالی، تخلیه فشا، ترمزی و خنثی کننده، فشار تدریجی و ثابت را در سیستم هیدرولیکی کنترل می کنند.

تغییرات ناگهانی می تواند افزایش آنی در فشار را تا 4 برابر فشار طبیعی در سیستم ایجاد نموده و به همین دلیل است که کاررد وسایل کنترل فشار درهر مدار هیدرولیکی ضروری می باشد. از قطعات هیدرولیکی نظیر جاذب های ارتعاشی برای یکنواخت کردن فشار و یا خفه کردن شوک های حاصل در سیستم های هیدرولیکی استفاده می شود.

 

3- سوپاپ های کنترل جریان:

میزان جریان سیال در سیستم های هیدرولیکی توسط سوپاپ های کنترل جریان کنترل می شود. سو پاپ های کنترل جریان، حجم روغن مورد نیاز در قسمت های مختلف سیستم های هیدرولیکی را تنظیم می کنند. از سوپاپ های کنترل جریان نامتعادل در جایی که کنترل دقیق سرعت مورد نیاز نمی باشد استفاده می شود.

میزان جریاندبی با افت فشار در طول سوپاپ کنترل جریان تغییر می کند. سوپاپ های کنترل جریان حساس به فشار (متعادل) به منظور ایجاد جریان یکنواخت در مدار بکار می روند. این سوپاپ ها به طور اتوماتیک تغییرات فشار را تنظیم می کنند. از این رو دانستن نقش و عملکرد اولیه انواع قطعات مختلف کنترلی سیستم ضروری است. همچنین بررسی و مطالعه نقش هر یک از این سوپاپ ها به تفصیل مورد نیاز می باشد.

 

6-3-1 سوپاپ های کنترل مسیر ( قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک )

همانطور که در بالا به طور خلاصه بحث شد، سوپاپ ای کنترل مسیر جریان در مدار هیدرولیکی بکار می روند. ساختار اولیه این دسته از سوپاپ ها بصورت دو یا چند وضعیته و دارای تعدادی دهانه اتصال یا مجرا بوده که بصورت دستی توسط یک اهرم تحریک می شوند و تغییر وضعیت می دهند. تعداد مجراها در سوپاپ ها به معنای تعداد دهانه های اتصال می باشد که امکان عبور جریان را فراهم می کنند.

یک سوپاپ چهار راهه شامل 4 مجرای B، A، T، P می باشد. سوپاپ سه وضعیته توسط سه خانه مربع متصل یافته نشان داده می شود. چندین مکانیزم برای راه اندازی یا تغییر مسیر سوپاپ وجود دارد از جمله اهرم دستی، پدالی، دکمه فشاری، هیدرولیکی، مکانیکی، پنوماتیکی، سولنوئیدی و فنر نمونه هایی از آنها می باشند.

 

سوپاپ های کنترل جهت معمولاً باز (NO) و معمولاً بسته (NC) 

سوپاپ های کنترل جهت همچنین به انواع سوپاپ های معمولاً باز و معمولاً بسته طبقه بندی می شوند. این اصطلاح معمولاً مختص سوپاپ های کنترل جهت می باشد که در نمونه هایی از سوپاپ های دو وضعیته مطابق شکل های ذیل نشان داده شده اند.

 

سوپاپ کنترل جهت با تحریک مستقیم و پیلوتی ( قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک )

در سوپاپ هایی که بصورت مستقیم راه اندازی می شوند نیرو به طور مستقیم بر قرقره (اسپول) وارد شده و موجب تغییر وضعیت آن می شود. سوپاپ کنترل جهت با تحریک مستقیم می تواند هم به طور دستی و هم سولو نو ئیدی به کار انداخته شود. در نمونه نشان داده شده با بستن مدار و تحریک سولونوئید نیروی الکترو مغناطیسی تولید شده، سیم پیچ را به طرف میدان مغناطیسی می کشد.

در نتیجه این عمل بین فشار اتصالی، قرقره را در همان جهت جابجا می کند در حالیکه فنر برگشت دهنده متراکم می شود. تغییر در وضعیت قرقره سوپاپ، سبب باز کردن مجرای P به A و باز کردن مجرای B به مجرای T یا مخزن می شود در نتیجه سیلندر باز می شود. با قطع جریان، فنرهای برگشته دهنده قرقره را به عقب یعنی وضعیت مرکزیش حرکت می دهند.

عمدتاً در سوپاپ هایی که بصورت مغناطیسی راه اندازی می شوند از کلید های قطع کن دستی نیز استفاده شده است تا امکان اینکه بصورت دستی نیز بتوان آنها را راه اندازی نمود فراهم شود. این عمل را می توان با فشار دادن بینی که در انتهای سوپاپ قرار گرفته انجام داد.

( قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک )

در سیستم های هیدرولیک که نیاز به دبی هایی بالاتر از gpm35 باشد، نیروی بیشتری برای تغییر وضعیت قرقره مورد نیاز است و روش تحریک مستقیم برای راه اندازی سوپاپ امکان پذیر نمی باشد. بنابراین از مکانیزم تحریک پاپلوتی استفاده می شود. شکل (6-3) عملکرد سوپاپ کنترل جهت یا راه انداز پاپلوتی را نشان می دهد. این سوپاپ ها با بکارگیری فشار هوا در برابر پیستونی که در دو انتهای قرقره (اسپول) قرار دارد به کار انداخته می شوند.

سوپاپ بالایی به عنوان سوپاپ پایلوت شناخته می شود در حالی که سوپاپ پائینی سوپاپ اصلی است که بکار انداخته می شود. در بعضی از سوپاپ های پایلوتی، سوپاپ پایلوت از نیروئی هیدرولیکی در به کار انداختن سوپاپ اصلی استفاده می کند. روغن مورد نیاز سوپاپ به منظور انجام این عمل از یک منبع داخلی یا منبع خارجی تامین می شود.

هنگامی که سوپاپ پایلوت تحریک می شود، روغن به یک سمت قرقره اصلی هدایت می شود. تغییر ایجاد شده در وضعیت قرقره سبب باز شدن مجرای فشار به بخش کار خواهد شد. از طرفی جریان برگشتی به عقب به سمت مخزن هدایت می شود. در کنترل از راه دور جریان سیال ارسالی به سوپاپ پایلوتی از یک منبع خارجی تامین می شود.

از مزایای پایلوت خارجی (کنترل از راه دور) آن است که تاثیر هر پارامتر دیگر بر سیستم اصلی احساس نمی شود و امکان فیلتر اسیون رسوبات از عملکرد سوپاپ پایلوت مراقب می کند. علاوه بر این امکان تخلیه داخلی و خارجی سوپاپ فراهم می شود. در حالت تخلیه داخلی سوپاپ پایلوت، روغن به طور مستقیم به محفظه مخزن سوپاپ اصلی  جریان می یابد.

در زمان عمل کردن قرقره کنترل اصلی ، ضربات موجی و کوبش جریان یا فشار ایجاد شده در مجرای مخزن بر قسمت بدون فشار سوپاپ اصلی همانند سوپاپ پایلوت تاثیر می گذارند. اما با تخلیه خارجی سوپاپ یا به عبارت دیگر تغذیه جریان روغن پایلوت برگشتی به مخزن ممکن است از این تاثیر جلوگیری شود.

برای درک مفهوم سوپاپ های کنترل جهت یا راه اندازی پایلوتی، بهتر است نمونه نشان داده شده است. در شکل (6-4) را در نظر بگیریم. این شکل شماتیکی از مقطع برشی خورده سوپاپ چهار راهه با پایلوت راه انداز را نشان می دهد.

همانطور که در شکل نشان داده شده است فنرها در هر دو انتهای قرقره قرار گرفته اند و هنگامی که هیچگونه هوایی وجود نداشته باشد قرقره را در وضعیت مرکزی قرار می دهد. هنگامی که هوا از طریق مجرای چپ داخل می شود فشار ناشی از آن پیستون را هل داده تا وضعیت قرقره را به سمت راست تغییر دهد.

به طور مشابه وقتی هوا از سمت راست وارد می شود فشار ناشی از آن پیستون را هل داده تا وضعیت قرقره را به سمت چپ تغییر دهد. نماد گرافیکی این سوپاپ در شکل (6-5) نشان داده شده است.

 

 

قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک / قطعات کنترل در یک سیستم هیدرولیک

عملکرد موتور هیدرولیکی

عملکرد موتور هیدرولیکی

عملکرد موتور هیدرولیکی

 

عملکرد موتور هیدرولیکی

                   عملکرد موتور هیدرولیکی

 

عملکرد موتور هیدرولیکی :

عملکرد یک موتور هیدرولیکی به عوامل مختلفی بستگی دارد؛ از جمله:

  • دقت در تولید آن
  • توجه به تلرانس های کوچک
  • نشت داخلی
  • اصطکاک بین قطعات درگیر باهم
  • آشفتگی سیال داخلی

در عین حال که نشت داخلی بین ورودی و خروجی موتور به کاهش بازده حجمی منجر می شود، افت در بازده مکانیکی نیز در اثر اصطکاک بین قطعات در گیر و آشفتگی سیال اتفاق میافتد.

جدول ذیل بازده کلی نمونه ای از هیدرو موتورهای دنده ای، پیستونی و تیغه ای را نشان می دهد.

 

جدول 4-1: مقایسه بازده کلی در انواع هیدروموتورها

 راندمان (%)نوع موتور
75-70موتورهای دنده ای
85-75موتورهای تیغه ای
95-85موتورهای پیستونی

عملکرد موتور هیدرولیکی بر اساس پارامترهای اصلی مشابهی با راندمان حجمی، راندمان مکانیکی و راندمان کلی، همانند پمپ های هیدرولیکی مورد ارزیابی قرار می گیرد.

 

4-5-1 راندمان حجمی

راندمان حجمی  یک موتور هیدرولیکی به روش زیر بدست می آید.

 

که در این رابطه:

: برابر است با دبی تئوری که موتور باید مصرف کند.

: برابر است با دبی واقعی که بوسیله موتور مصرف شده است.

با استفاده از معادله بالا مشخص می شود که راندمان حجمی یم موتور هیدرولیکی دقیقاً عکس پمپ هیدرولیکی می باشد. دلیل آن این است که یک موتور، جریان بیشتری را نسبت به چیزی که باید از نظر تئوری مصرف کند نیاز دارد.

با توجه به در نظر گرفتن مقدار نشتی در پمپ ها، مقدار جریانی را که باید از نظر تئوری تولید کند را تولید نمی کند با داشتن مقادیر و می توان میزان بازده حجمی را محاسبه نمود، یعنی دبی تئوری را می توان با استفاده از معادله ای که قبلاً ذکر شد تعیین کرد. میزان دبی واقعی نیز، اندازه گیری می شود.

 

4-5-2 راندمان مکانیکی

راندمان مکانیکی یک موتور هیدرولیکی را می توان از طریق فرمول ذیل تعیین نمود:

=  راندمان  مکانیکی

که در این رابطه:

: گشتاور واقعی تحویل داده شده توسط موتور

: گشتاور تئوری موتور می باشد.

چناچه مقادیر و مشخص باشند می توان راندمان مکانیکی موتور را به راحتی تعیین نمود. گشتاور تئوری را می توان از طریق رابطه (4-5) تعیین نمود.

که در این رابطه:

برحسب nmیا in- lbs

برحسب یا in3/rev

P: فشار برحسب pa و یا psi

T: بوسیله معادله زیر تعیین می شود:

در سیستم انگلیسی

با استفاده از معاملات فوق، در می یابیم که راندمان مکانیکی موتور هیدرولیکی کاملاً عکس راندمان مکانیکی پمپ هیدرولیکی می باشد. دلیل آن به خاطر این است که یک پمپ به گشتاور بیشتری نسبت به گشتاوری که باید از نظر تئوری مصرف کند نیاز دارد. بادر نظر گرفتن اصطکاک ایجاد شده گشتاوری که بوسیله موتور تولید می شود نسبت به گشتاوری که باید از لحاظ تئوری تولید کند کمتر است.

راندمان کلی:

راندمان کلی موتورهای همانند پمپ ها از حاصل ضرب راندمان حجمی و مکان یکی تعیین می شود.

توان واقعی داده شده به موتور توان واقعی خروجی موتور = راندمان کلی

که در این رابطه:

: برحسب نیوتن متر

N: برحسب رادیان بر ثانیه

P: برحسب پاسکال Pa

: برحسب مترمکعب بر ثانیه

یک نکته مهم که باید به آن توجه داشت این است که توان واقعی داده شده به یک موتور توسط سیال به عنوان توان هیدرولیکی شناخته می شود، توان واقعی تحویل داده شده بوسیله موتور به یک بار از طریق یک شفت دوار به عنوان توان ترمزی شناخته می شود.

 

موتورهای پله ای الکتروهیدرولیکی

یک موتور پله ای الکترو هیدرولیکی ، دستگاهی است که از یک موتور پله ای الکتریکی کوچک برای کنترل توان بسیار زیاد حاصل از یک موتور هیدرولیکی استفاده می کند این مجموعه شامل سه جزء است:

  1. موتور پله ای الکتریکی
  2. سوپاپ سرو هیدرولیکی
  3. موتور هیدرولیکی

این سه جزء مستقل، زمانی که در یک حالت خاص ترکیب شوند گشتاور خروخی بالایی را فراهم می کنند که چند صد برابر بیشتر از توانی است که یک موتور پله ای الکتریکی تولید می کند. موتور پله ای الکتریکی، یک مقدار ثابت و دقیق از دوران را برای هر پالس الکتریکی دریافت شده، فراهم می کند.

این موتور به طور مستقیم به یک بر گردان خطی گردان از سوپاپ سر و جفت می شود. گشتاور خروجی موتور الکتریکی باید قادر باشد تا بر نیروهای جریان در سوپاپ سرو غلبه کند. نیروهای جریان در سوپاپ سرو به طور مستقیم با میزان جریان عبوری از سوپاپ سرو متناسب است. گشتاور مورد نیاز برای راه اندازی برگردان خطی گردان برای غلبه بر نیروی محوری به اندازه جریان در سوپاپ سرو بستگی دارد.

موتور هیدرولیکی مهمترین جزء سیستم EHSM است. ویژگی های عملکرد موتور هیدرولیکی، عملکرد سیستم EHSM را تعیین می کنند. از این سیستم بخصوص برای کنترل دقیق موقعیت و سرعت مورد استفاده قرار می گیرند.

این موتورها با جابجایی هایی در حدود 4% اینچ مکعب (6/5 cm3) تا 7 اینچ مکعب تقریباً در دسترس هستند. میزان توانایی آنها بین 2/6 kw3/5 hp و است. از جمله کاربردهای آنها در ماشین های پارچه بافی، نورد کاغذ، غلتک های تغذیه، سیستم های ذخیره خودکار، ماشین ابزارها، بالابرها، نوار نقاله ها و آسانسورها می باشد.

 

 

عملکرد موتور هیدرولیکی / عملکرد موتور هیدرولیکی / عملکرد موتور هیدرولیکی / عملکرد موتور هیدرولیکی / عملکرد موتور هیدرولیکی

هیدور موتورها با چرخش پیوسته

هیدور موتورها با چرخش پیوسته

هیدور موتورها با چرخش پیوسته

 

4-4 هیدور موتورها با چرخش پیوسته

موتورهای هیدرولیکی با چرخش پیوسته عملگرهایی هستند که می توانند به طور دائم بچرخند. بجای تاثیر بر روی سیال مثل آنچه پمپ ها انجام می دهند، هیدرو موتورها تحت تاثیر سیال قرار می گیرند و توسط سیال به کار انداخته می شوند. بدین ترتیب، موتورهای هیدرولیکی، گشتاور تولید کرده و حرکت چرخشی پیوسته ای ایجاد می کنند.

هنگامی که بدنه موتور هیدرولیکی توسط یک منبع خارجی تحت تاثیر فشار قرار می گیرد، اکثر موتورهای هیدرولیکی بر روی بدنه خود مسیرهای تخلیه ای دارند که آب بندهای شفت را محافظت می کند.

هیدروموتورها عمدتاً به انواع زیر طبقه بندی می شوند:

  • موتورهای چرخ دنده ای
  • موتورهای تیغه ای
  • موتورهای پیستونی

در ادامه هر یک از هیدروموتورها تحلیل خواهد شد.

4-4-1 موتورهای چرخ دنده ای ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

موتورهای چرخ دنده ای دارا ساختار ساده ای می باشند. موتورهای چرخ دنده ای، گشتاور را از طریق فشار هیدرولیکی وارد بر سطح دنده های چرخ دنده توسعه می دهد. با تغییر مسیر جریان سیال وارد بر موتور، جهت چرخش موتور را می توان معکوس نمود. همانند پمپ های چرخ دنده ای حجم جابجایی موتور چرخ دنده ای نیز ثابت می باشد. موتورهای چرخ دنده ای با توجه به بارهای فشاری وارد بر آن متعادل نمی باشد.

با توجه به فشار بالا در مجرای ورودی و فشار پایین در مجرای خروجی این اختلاف فشار سبب اعمال بارهای نا متقارن به شفت و یاتاقان ها شده و عمر یا تاقان ها را کاهش می دهد. موتورهای چرخ دنده ای معمولاً در محدوده فشار 140Kg/ یا psi2000 و سرعت های عملکردی rpm2400 کار می کنند. حداکثر ظرفیت جریان این دسته از هیدروموتورها ipm550 (لیتر در هر دقیقه) می باشد موتورهای هیدرولیکی می توانند از نوع چرخ دنده داخلی باشند.

موتورهای چرخ دنده داخلی قابلیت کار در فشارها و سرعت های بالاتری را دارند. همچنین حجم جابجایی موتورهای چرخدنده داخلی بیشتر از موتورهای چرخ دنده خارجی می باشد. موتورهای پیچی نیز نمونه ای از موتورهای چرخدنده ای محسوب می شوند.

همانند پمپ ها، موتورهای هیدرولیکی پیچی نیز از سه پیچ در گیر با هم استفاده می کنند. مجموعه پیچ چرخان، عملکرد بسیار آرامی را ایجاد می کند. موتورهای پیچی قادرند در فشارهای بالاتر از psi2990 به کار انداخته شوند و حجم جابجایی آنها بالاتر از 227% لیتر می باشد.

مهمترین مزیت موتورهای چرخ دنده ای ،طرح ساده و هزینه پایین و همچنین تحمل پذیری آنها در برابر آلودگی های زیاد می باشد. از جمله معایب اصلی موتورهای چرخ دنده ای، بازدهی پایین و نشت نسبتاً بالا در آنها می باشد.

 

4-4-2 موتورهای پره ای ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

سختار داخلی موتورهای تیغه ای کاملاً مشابه با پمپ های تیغه ای می باشد. با این وجود اساس کار آنها با هم تفاوت دارد. در موترهای تیغه ای، گشتاور توسط فشار هیدرولیکی وارد بر سطوح تیغه ایجاد شده و سبب گردش شفت خروجی می شود. زمانی که رو تور می چرخد، تیغه ها در امتداد سطح رینگ حلقوی حرکت می کند، چرا که نیروی ناشی از فنرهای مورد استفاده در آن سبب می شود تیغه ها به طور شعاعی به سمت بیرون حرکت کنند.

تا زمانی که رو تور دوران نکند. هیچ نیروی خارج از مرکزی ایجاد نمی شود بنابراین تیغه ها می بایست دارای چندین مکانیسم دیگر جهت نگه داشتن آنها در برابر رینگ حلقوی باشند. در نمونه ای از طرح ها از فنرهایی استفاده می شود یا در نمونه ای از تیغه هایی که تحت تاثیر بار گذاری فشاری است استفاده شده است. حرکت رفت و برگشتی تیغه ها سبب آببندی بهتر شده و از نفوذ سیال از مجرای ورودی به مجرای خروجی جلوگیری می کند.

 

موتورهای تیغه ای متعادل و نامتعادل ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

 شکل (4-5a) نمونه ای از موتور تیغه ای نا متعادل را نشان می دهد که متشکل از یک محفظه دایره ای می باشد که دارای رو تور گریز ازمرکز است و بر روی روتور، چندین پره تحت تاثیر بار فشاری و یا فنر می باشد. بیشترین نیرو توسط سیال در تیغه های بالایی ایجاد می شود.

چون جریان سیال هنگام عبور از مجرای ورودی، سطح بیشتری از پره ها را در نیمه بالایی موتور تحت فشار قرار می دهد و سبب چرخش هیدرو موتور در جهت خلاف عقربه های ساعت می شود. حجم جابجایی هیدرو موتور در اینجا ناشی از خارج از مرکز بودن آن است.

 در نوع نامتعادل، تمام فشارهای ورودی بر یک سمت روتور وارد می شود و بار شعاعی وارد بر یا تاقان شافت بسیار بزرگ می باشد. این مشکل بزرگ را می توان با کاربرد موتور تیغه ای متعادل تا حدودبی  کاهش داد. طرح شماتیکی از عملکرد پمپ تیغه ای نامتعادل در شکل (b5-) نشان داده شده است.

در نوع متعادل، سطح داخلی بدنه به شکل بیضوی است و دارای دو مجرای ورود و دو مجرای خروج می باشد البته عملاً بر روی بدنه پمپ یک مجرای ورودی و یک مجرای خروجی وجود دارد. این طرح سبب می شود که فشار بصورت مساوی در دو طرف شفت اصلی پمپ اعمال می شود و نیروهای وارد بر شفت متعادل خواهد بود.

موتورهای تیغه ای عمدتاً از نوع متعادل می باشند. چون که موتورهای تیغه ای بطور هیدرولیکی متعادل می شوند و حجم جابجایی آنها ثابت است. این موتورها می توانند در فشارهای بالاتر از kg/ 175(2490psi) و سرعت های بالاتر از rpm4000 بکار انداخته شوند.

معمولاً حداکثر جریان ارسال شده به این موتورها در محدوده rpm950 می باشد. موتورهای تیغه ای در نوع پیستونی، نشت  داخلی بیشتری دارند به همین خاطر کاربرد آنها در سیستم های کنترل نیرو توصیه نمی شود.

 

4-4-3 موتورهای پیستونی ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

موتورهای پیستونی به لحاظ ساختار مشابه با پمپ های پیستونی می باشند. موتورهای پیستونی می توانند از نوع جابجایی ثابت و یا جابجایی متغیر باشند. این دسته از موتورها گشتاور را از طریق فشار اعمالی به انتهای پیستون ها و رفت و برگشت آن در داخل سیلندر تولید می کنند.

بطور ساده در هیدرو موتورهای پیستونی از پیستون های یکطرفه ای استفاده می شود که باز شدن توسط فشار سیالی است که بر آنها اعمال می شود و با برگشت خود سیال را تخلیه می کنند. حرکت رفت و برگشتی پیستون توسط مکانیزمهای مختلفی نظیر حلقه خارج از مرکز، محور خمیده و یا زاویه دار به حرکت دورانی شافت تبدیل می شود.

تعداد پیستون ها در هیدرو موتورهای پیستونی فرد می باشد. این امر سبب می شود تعداد یکسانی از پیستون ها عمل مکش و دهش را با هم انجام دهند و جریان یکنواختی ایجاد شود. در این هنگام یکی  از سیلندرها توسط سوپاپی مسدود می باشد.

موتورهای پیستونی معمولاً، موثرترین موتورها در میان همه موتورها می باشند. آنها قابلیت کار در سرعت های  بسیار بالای rpm12000 و همچنین فشارهایی بالاتر از 350 kg/ را دارند. موتورهای پیستونی بزرگ قابلیت ارسال جریان بیشتر از ipm1500 را دارند.

 

موتورهای پیستونی را می توان به انواع زیر طبقه بندی نمود:

  1. موتورهای پیستونی شعاعی
  2. موتورهای پیستونی محوری

 

موتورهای پیستونی شعاعی ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

در موتورهای پیستونی شعاعی روتور نسبت به رینگ حلقوی بصورت خارج از مرکز قرار گرفته است و با دوران خود حرکت رفت و برگشتی پیستون ها تامین می شود. شکل (4-6) برشی از موتورهای پیستونی شعاعی را نشان می دهد. پیستون ها به دلیل نیروی گریز از مرکز به سطح داخلی بدنه موتور می چسبند. دهانه های ورودی و خروجی توسط دیواره ثابت از هم جدا می شوند.

با هدایت سیال به نیمی از سوراخ های سیلندر، دیواره ثابت همانند یک سوپاپ هیدرولیکی ثابت عمل کرده و پیستون ها را به صورت شعاعی بطرف بیرون می راند. در سمت دیگر روتور با برگشت پیستون ها امکان تخلیه سیال فراهم می شود. کورس حرکت رفت و برگشتی پیستون های تحت فشار که با دوران رو تور ایجاد می شود به میزان خارج از مرکز قرار گرفتن روتور نسبت به بدنه بستگی دارد.

بنابراین حجم جابجایی هیدرو موتورهای پیستونی به سطح مقطع پیستون ومیزان خروج از مرکز روتور بستگی خواهد داشت. کاربرد هیدرو موتورهای شعاعی معمولاً برای توان های بالا محدود می شود.

 

موتورهای پیستونی محوری ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

در یک موتور پیستونی محوری، پیستون ها بصورت محوری و موازی با هم بر روی بلوک سیلندر یا همان رو تور قرار دارند.

اساساً دو نوع طرح از این موتورها وجود دارد. این طرح ها عباتند از :

  1. موتورهای پیستونی محوری با صفحه زاویه دار
  2. موتور پیستونی محوری با محور خمیده

 

موتور پیستونی محوری با صفحه زاویه دار ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

شکل (4-7) یک طرح از هیدرو موتور با صفحه زاویه دار را نشان می دهد که در آن شفت محرک موتور و بلوک سیلندر روی محور یکسانی قرار گرفته اند، در اینجا فشار هیدرولیکی وارد بر انتهای پیستون ها واکنشی در برابر صفحه زاویه دار ثابت بوجود می آورد. این عکس العمل باعث می شود تا بلوک سیلندر متناسب با سطح پیستون ها با گشتاور ایجاد شده به چرخش در آید.

همچنین این گشتاور تابعی از زاویه صفحه دار می باشد. موتورهای پیستونی محوری یا بصورت جابجایی ثابت و یا جابجایی متغیر طراحی می شوند. زاویه صفحه زاویه دار یا سواش پلیت معمولاً حجم جابجایی را تعیین می کند. در هیدرو موتورهای جابجایی متغیر، صفحه بر روی یک طوقه شناور قرار داده می شود. زاویه این صفحه را میتوان با ابزار مختلفی مثل چرخ دستی و یا با یک سیستم کنترل سر و تغییر داد.

با افزایش زاویه این صفحه، ظرفیت گشتاور افزایش می یابد، اما سرعت شفت محرک کاهش پیدا می کند. گیره های مکانیکی معمولاً حالت یکپارچه دارند، بنابراین ظرفیت های سرعت و گشتاور در محدوده مجاز باقی می ماند.

بلوک سیلندر در یک موتور پیستونی محوری با صفحه زاویه دار با گشتاوری می چرخد که متناسب با سطح پیستون است این گشتاور همچنین تابعی از زاویه صفحه زاویه دار است. هیدرو موتورهای پیستونی بصورت جابجایی ثابت و یا جابجایی متغیر طراحی می شوند. زاویه صفحه زاویه دار (سواش پلیت) معمولاً حجم جابجایی را تعیین می کند.

موتورهای پیستونی با محور خمیده ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

تصویر (4-9) شماتیکی از موتور پیستونی با محور خمیده را نشان می دهد. در این هیدرو موتور نیز گشتاور از طریق اعمال فشار روی پیستون های که حرکترفت و برگشتی انجام می دهند ایجاد می شود. در این طرح، بدنه سیلندر و شفت متحرک با یک نسبت به یکدیگر نصب می شوند در نتیجه نیرو بر روی شفت متحرک وارد می شود.

اصول کار ( هیدور موتورها با چرخش پیوسته )

روغن وارد شده به موتور در ابتدا از صفحه سوپاپ عبور کرده و سپس به انتهای پیستون که در برابر مجرای ورودی قرار دارد وارد می شود. این پیستون های تحت فشار، فلانج شفت مقابل را فشار داده و هنگامی که به سمت دورترین نقطه از صفحه سوپاپ حرکت می کنند شفت متحرک را به چرخش  در می آورند. نقش صفحه سوپاپ هدایت روغن به پیستون های مناسب جهت حفظ چرخش موتور است. بنابراین در این نوع موتور، حرکت محور پیستون باعث چرخش بدنه سیلندر می شود.

جابجایی موتور متناسب با کل سطح پیستون بوده و به نسبت سینوس زاویه بین محور بدنه سیلندر و محور شفت خروجی تغییر می یابد. بنابراین، سرعت و گشتاور به این زاویه بستگی دارد که بین حداقل 7 درجه تا حداکثر 30 درجه متغیر است. با وجود یک جریان ورودی ثابت، این زاویه هر چقدر کوچکتر باشد. سرعت بالاتر است و درفشار ماکزیمم ثابت، هر چقدر زاویه کوچکتر باشد، گشتاور ماکزیمم کوچکتر خواهد بود.

 موتور پیستونی محوری با محور خمیده دارای کار آیی بالایی بوده و در مقایسه با موتورهای دیگر نشتی بسیار کمتری دارد. از این موتور به طور گسترده در سیستم های سرو (خود تنظیم) هواپیما استفاده می شود. با توجه به بررسی های انجام شده درباره موتورها با صفحه زاویه دار و موتورهای با محور خمیده، مشخص شد که ویژگی های موتور محوری با صفحه زاویه دار بسیار مشابه با ویژگی های موتورهای محوری با محور خمیده می باشد که زاویه صفحه زاویه دار جایگزین زاویه محور گردیده است.

حجم جابجایی هر کدام از این موتورها می تواند با تغییر این زاویه تغییر یابد. کاهش بازده پیچشی موتورهای محوری با صفحه زاویه دار از طریق نیروی اصطکاکی اش صفحه در برابر صفحه زاویه دار ایجاد می شود. این موضوع به کاهش در توان خروجی بدلیل افزایش درجه حرارت منجر می گردد و همچنین اصطکاک بیش از حد، استهلاک حلقه سرو را افزایش می دهد. کاهش در اندازه پیچش را می توان از طریق فشار زیاد و ثابت یک سوپاپ سرو بر طرف کرد.

افتهای ناشی از اصطکاک در یک موتور هیدرولیکی باعث کاهش گشتاور خروجی نسبت به میزان  تئوری آن می گردد. بنابراین گشتاور تئوری برابر با مقدار گشتاوری است که توسط یک موتور بدون اصطکاک تحویل داده شده و آن را میتوان از طریق معادله (4-5) که قبلاً توضیح داده شد تعیین کرد، این رابطه برابر است با:

که در این رابطه:

P: فشار بر حسب پاسکال

بنابراین گشتاور تئوری تنها متناسب با فشار نیست، بلکه متناسب با حجم جابجایی نیز می باشد.

 

 

هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته / هیدور موتورها با چرخش پیوسته

هیدروموتورها

هیدروموتورها

هیدروموتورها

هیدروموتورها

 

هیدروموتورها :

4-1 اهداف

بعد از مطالعه این فصل، شخص قادر خواهد بود:

  • تفاوت بین هیدرو موتورها و پمپ های هیدرولیک را تشخیص دهد.
  • طرح و ساختار انواع هیدروموتورهای مورد استفاده در سیستم های هیدرولیک را درک و توضیح دهد.
  • عملکرد هیدروموتورهای گوناگون نظیر هیدرو موتورهای چرخ دنده ای، پره ای و پیستونی را تشریح و با تعیین راندمان های کلی، مکانیکی و حجمی آنها کارایی آنهارا ارزیابی کند.
  • اندازه و نوع هیدروموتورها را برای کاربرد در سیستم های هیدرولیک مختلف تعیین کند.
  • پارامترهای عملکردی موثر در هیدروموتورها را درک کند.

 

4-2 اصول کار

هیدرو موتورها به عنوان عملگرهای دورانی طبقه بندی می شوند. اما اگر بخواهیم دقیق تر شویم، اصطلاح (عملگر دورانی) به نوعی دستگاه خاص اختصاص داده می شود که دوران آن به کمتر از 360 درجه محدود می شود. هیدرو موتورها برای انتقال توان سیال بصورت حرکت دورانی بکار می روند. ساختار هیدرو موتورها شباهت زیادی به پمپ ها دارد.

البته، همانطور که قبلاً استنباط شد، نقش پمپ ها، افزودن انرژی به سیستم هیدرولیکی برای انتقال توان به نقاط مورد نظر می باشد در حالی که هیدرو موتورها دقیقاً عکس این کار را انجام می دهند. آنها انرژی را از سیال دریافت کرده و جهت انجام کار مفید به انرژی مکانیکی در خروجی خود تبدیل می کنند.

به عبارت ساده تر، به جای تحت فشار قرار دادن سیال یعنی کاری که پمپ انجام می دهد، سیال بر سطح داخلی هیدروموتور، فشار اعمال می کند و از این طریق گشتاور تولید می شود. با توجه به اینکه هم مجراهای ورودی و هم مجراهای خروجی در هیدرو موتورها ممکن است تحت فشار قرار گیرند، اکثر هیدرو موتورها دارای زهکش خارجی می باشند.

هیدرو موتورها می توانند دارای دوران محدود یا متوالی باشند. هیدرو موتورها با دوران محدود، هیدرو موتورهای نوسانی نامیده می شوند که می توانند حرکت رفت و برگشتی ایجاد کنند. موتورهای دورانی پیوسته (هیدروموتورها) همانطور که قبلاً گفته شد شباهت زیادی به پمپ ها دارند و برای استقامت در برابر نیروهای مختلف طراحی می شوند و کاربرد عمده ای در قسمت های مختلف  دارند.

انتقال هیدرواستاتیک، نمونه ای از سیستم های هیدرولیکی می باشند که جهت ایجاد حرکت از یک پمپ و یک هیدرو موتور تشکیل شده اند. بنابراین در یک سیستم انتقال هیدرولیکی بطور خلاصه ابتدا توسط پمپ، انرژی مکانیکی به انرژی سیال تحت فشار (هیدرولیکی) تبدیل و سپس انرژی هیدرولیکی توسط عملگرها به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در این فصل، انواع گوناگون هیدروموتورها از نقطه نظر طرح و ساختار بررسی و همچنین کارکرد آنها نیز ارزیابی می شود.

هیدرو موتورها را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:

  1. هیدرو موتورها با دوران محدود
  2. هیدرو موتورها با دوران پیوسته

در ادامه هر کدام از هیدرو موتورها به اختصار بررسی می شود.

3-4 هیدروموتور با دوران محدود

این نمونه از هیدرو موتورها در خروجی آنها، حرکت دورانی با زاویه به محدود ایجاد می شود و همچنین در هر دو جهت یک گشتاور انی تولید می کند در حالی که تنها به یک فضای کوچک نیاز داشته و سیستم ساده ای دارد. این هیدرو موتورها شامل یک محفظه می باشند که در برگیرنده سیال و صفحه متحرکی است که در معرض فشار سیال قرار می گیرد. صفحه متحرک به یک شفت خروجی متصل است و آن را به گردش درمی آورد.

4-3-1 بررسی ظرفیت گشتاور عملگرهای هیدرولیکی تیغه ای دوار با چرخش محدود از نوع تک تیغه ای

مجموعه اصطلاحات ذیل را در نظر می گیریم:

RR: شعاع خارجی روتور بر حسب متر

RV: شعاع خارجی بر حسب متر

L: عرض پره بر حسب متر

P: فشار هیدرولیکی بر حسب پاسکال یا PSI (پوند بر اینچ مربع)

F: نیروی هیدرولیکی وارد بر پره بر حسب نیوتن

A: سطح موثر پره در تماس با روغن بر حسب متر مربع

T: ظرفیت گشتاور بر حسب نیوتن در متر می باشند

نیروی وارد بر پره برابر است بافشار در سطح پره که از طریق رابطه ذیل تعیین می شود:

F=P

گشتاور برابر است با نیرو در میانگین شعاع پره که از طریق رابطه ذیل محاسبه می شود:

T=P

با مرتب کردن رابطه فوق داریم:

T=

حجم جابجایی  برابر است با :

از ترکیب دو فرمول بالا، فرمول زیر بدست می آید:

T=

از رابطه فوق مشخص است که ظرفیت گشتاورر با افزایش فشار یا با افزایش حجم جابجایی و یا هر دو، افزایش می یابد. نمونه ای از کاربردهای مختلف هیدرو موتورهای دورانی با چرخش محدود شامل موارد ذیل می باشند

  • نوار نقاله برای دسته بندی
  • چرخاندن سوپاپ
  • بالابرها
  • ضربه زدن بین ایستگاه های کار
  • تثبیت موقعیت برای جوشکاری
  • بالا بردن، چرخیدن و تخلیه
پمپ های چرخ دنده داخلی

پمپ های چرخ دنده داخلی

پمپ های چرخ دنده داخلی

 

3-4-2 پمپ های چرخ دنده داخلی

پمپ های دنده داخلی نمونه دیگری از پمپ های چرخ دنده ای می باشد. شکل (3-7) ساختار داخلی و عملکرد یک پمپ دنده داخلی را نشان می دهد. این طرح شامل یک چرخ دنده داخلی، یک چرخ دنده استوانه ای مستقیم (ساده)، یک قطعه هلالی شکل (آب بند) و یک پوسته خارجی می باشد. توان به چرخ دنده خارجی منتقل و سبب دوران پمپ می شود. با چرخش چرخ دنده ها، دندانه ها از یکدیگر دور شده و در اثر افزایش حجم، سبب مکش سیال می شود و به هردو طرف قطعه هلالی نیرو اعمال می کند.

این قطعه هلالی به عنوان آب بند عمل می کند و بخش های مکش و تخلیه را از هم جدا می کند. زمانی که دندانه ها با هم درگیر شوند سیال تحت فشار از دهانه خروجی پمپ خارج می شود. مشابه با پمپ چرخ دنده خارجی، پمپ های چرخ دنده داخلی نیز دارای سوپاپ اطمینان می باشند.

3-4-3 پمپ چنبره ای (روتوری)

این نوع پمپ نمونه دیگر واصلی از پمپ چرخ دنده ای به شمار می رود. عملکرد این پمپ کاملا مشابه با پمپ چرخ دنده خارجی می باشد. اما بر خلاف پمپ های چرخ دنده ای خارجی در این پمپ ها به جای چرخ دنده ها رو تور هایی جایگزین شده که اغلب شامل سه دندانه است. شکل نشان دهنده عملکرد این نوع پمپ می باشد.

برخلاف پمپ های چرخ دنده خارجی در این نوع پمپ ها هر دو روتور محرک هستند و بر خلاف جهت هم حرکت می کنند. بنابراین عملاً با یکدیگر تماس پیدا نمی کنند. این پمپ ها در مقایسه با دیگر پمپ های چرخ دنده ای، آرام تر و بی صداتر هستند.

با توجه به اینکه اجزاء درگیر در این دسته از پمپ ها کمتر و کوچکتر می باشد، بنابراین ارتعاش و یا ضربان ناشی از نیروی در گیری آنها بزرگتر می باشد. هر چند حجم جابجایی ایندسته از پمپ ها معمولاًبیشتر از سایر انواع پمپ های چرخ دنده ای است اما این نوع پمپ ها دارای فشار پایین هستند و برای سیالاتی که نسبت به برش حساس هستند بسیار مناسب می باشند.

3-4-4 پمپ های ژیروتوری ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

این دسته از پمپ ها یکی از متداول ترین انواع پمپ های چرخ دنده داخلی هستند که عملکرد آنها کاملاً شبیه به یک پمپ چرخ دنده داخلی است. چرخ دنده داخلی (ژیروتور) بعنوان محرک است و مادامی که هر دو چرخ دنده به هم در گیرند، چرخ دنده داخلی بر روی چرخ دنده بیرونی می غلتد. این حالت سبب تشکیل محفظه های خروجی و ورودی پمپ بین رو تورها می شود.

لبه های رو تور ها داخلی و خارجی به منظور آب بندی پمپ، هنگام پمپاژ سیال با هم در تماس هستند. چرخ دنده داخلی یک دندانه کمتر از چرخ دنده خارجی دارد و حجم جابجایی آن توسط فضای تشکیل یافته توسط دندانه اضافه در چرخ دنده بیرونی تعیین می شود.

 اصول کار ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

هنگامی که دندانه چرخ دنده از جلو دهانه ورودی پمپ عبور می کند، ظرفیت حجمی محفظه مکش پمپ افزایش می یابد و سبب ایجاد خلاء و افت فشار در ناحیه ورودی پمپ می شود. در اثر اختلاف فشار ایجاد شده فشار اتمسفر وارد بر سطح سیال سبب می شود سیال به درون پمپ وارد گردد. سپس سیال به سمت مجرای خروجی پمپ که بین دندانه های چرخ دنده داخلی و خارجی قرار دارد و در تماس ثابت هستند کشیده می شود و بدین وسیله یک پوشش موثر تشکیل می شود

همانند سایر پمپ های چرخ دنده ای، پمپ های ژیروتوری نیز دارای حجم جابجایی ثابتی هستند و بار وارده به یاتاقان بصورت متعادل می باشد. ظرفیت حجمی و فشار در این پمپ ها نسبت به سایر پمپ های چرخ دندهای کمتر می بشد

3-5 پمپ های پره ای (تیغه ای)

یکی از ویژگی های اصلی پمپ های پره ای در مقایسه با پمپ های چرخ دنده ای این است که بخاطر ساختارشان مقدار نشتی در آنها به حداقل مقدار می رسد. در حالی که در پمپ های چرخدنده ای  اکثراً از فضای بین شیار دندانه ها و همچنین فضای بین دندانه ها و پوسته پمپ نشتی اتفاق می افتد در این پمپ ها جهت آب بندی بیشتر تیغه ها با پوسته پمپ از یک فنر یا یک بار هیدرولیکی در شیاری که تیغه ها قرار دارند استفاده می شود.

در این نوع پمپ ها عمل پمپاژ با چرخش تیغه ها انجام می شود. مکانیزم پمپاژ در یک پمپ پره ای اساساً شامل یک روتور، تیغه ها، حلقه و صفحه شیاردار است که در بخش های ورودی و خروجی قرار دارد. در یک پمپ تیغه ای رو تور توسط یک شافت به محرک اصلی متصل است.

تیغه ها در داخل شیار هایی که بصورت شعاعی بر روی بدنه روتور ماشین کاری شده اند قرار گرفته است، روتور به صورت خارج از مرکز در داخل یک رینگ حلقوی دوران می کند. هنگام گردش رو تور، تیغه ها بدلیل نیروی گریز از مرکز در امتداد شیار به سمت بیرون کشیده شده و به بدنه پمپ می چسبد و به موجب آن یک آب بندی هیدرولیکی ایجاد می شود.

 با توجه به خارج از مرکز قرار گرفتن روتور نسبت به پوسته با گردش روتور، تیغه ها در داخل شیار بصورت رفت و برگشتی حرکت می کند. با گردش روتور، فضای بین پره ها و بدنه پمپ درقسمت ورودی انبساط یافته و مکش ایجاد می شود. در اثر این مکش و فشار اتمسفر وارد بر سطح سیال، سیال به بدنه پمپ مکیده می شود. با گردش روتور و دوران تیغه ها سیال در فضای خالی بین پره ها و بدنه جابجا شده و به طرف دریچه خروجی پمپ هدایت می شود.

حجم جابجایی سیال در این پمپ ها به میزان پرتاب تیغه ها، سطح مقطع تیغه ها و سرعت دوران آن بستگی دارد. پمپ های تیغه ای معمولاً فشار و ظرفیت حجمی پایین تری نسبت به پمپ های پیستونی دارند. اما یکی از بزرگترین مزایای پمپ های تیغه ای این است که میزان نشتی در آنها به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.

عملکرد جزء به جزء پمپ ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

با توجه به اینکه روتور نسبت به حلقه بصورت خارج از مرکز قرار دارد در طول نیم دور دوران روتور فضای بین روتور و حلقه افزایش می یابد. بنابراین فشار اتمسفر وارد بر سطح سیال، سیال را به درون پمپ هدایت می کند که در نتیجه آن عمل مکش صورت می پذیرد.

در طول نیم دور دوم روتور، سطح حلقه، تیغه ها را به سمت عقب یعنی شیارهای روی روتور هل می دهد و حجم فضای فوق الذکر کاهش می یابد. این مسئله باعث می شود تا سیال حبس شده بین حلقه روتور به سمت خروجی پمپ رانده شود. با توجه به اینکه هیچ شیاری در رینگ وجود ندارد از یک صفحه شیار دار استفاده می شود تا سیال خروجی را از سیال ورودی جدا کند.

صفحه شیار داربر روی روتور، حلقه و تیغه ها قرار دارد. مجرای ورود صفحه شیار دار در محلی که افزایش حجم اتفاق می افتد قرار می گیرد. تمام سیال پمپاژ شده توسط مکانیسم پمپاژ از طریق صفحه شیاردار وارد پمپ شده و از آن خارج می شود. فاصله خارج از مرکز بین بادامک و روتور به عنوان فاصله گریز از مرکز شناخته می شود. چناچه این فاصله گریز از مرکز صفر باشد هیچ جریانی تولید نمی شود. در ادامه به تحلیل ها و محاسبات مربوط به پمپ های تیغه ای پرداخته شده است.

با فرض آن که:

DC=: قطر حلقه بادامکی

Dr: عنوان قطر داخلی رو تور

L: پهنای روتور

Vd: حجم جابجایی پمپ

N: سرعت دوران پمپ

E: گریز از مرکز

Emax: ماکزیمم گریز از مرکز ممکن

Vdmax: بیشترین حجم جابجایی ممکن

بیشترین خروج از مرکز ممکن را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

(3-4)                                                                                       

ماکزیمم حجم جابجایی ممکن برابر است با :

(3-5)                                                                                  

حجم جابجایی واقعی زمانی اتفاق می افتد که   باشد؛ از معادله بالا نتیجه می شود:

تقسیم بندی پمپ های تیغه ای در مطلب پمپ های چرخ دنده داخلی

  • پمپ های تیغه ای متعادل
  • پمپ های تیغه ای جابجایی متغیر

در ادامه مشخصات مربوط به تقسیم بندی فوق تحلیل خواهد شد.

3-5-1 پمپ های تیغه ای متعادل ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

در پمپ تیغه ای نا متعادل نیمی از محفظه پمپ تحت مکش (فشار پائین تر از فشار اتمسفر) و نیم دیگر تحت فشار بالا (خروجی پمپ) می باشد. این اختلاف فشار در قسمت ورودی و خروجی پمپ را به دنبال خواهد داشت. اما در پمپ های تیغه ای متعادل این عدم تعادل نیرو حذف شده است.

اصول کار پمپ های تیغه ای متعادل شبیه به پمپ های تیغه ای نامتعادل است با این تفاوت که سطح داخلی بدنه این پمپ ها فرم بیضوی دارد و این فرم سبب می شود در هر بار گردش شفت پمپ تیغه ها دوبار درون شیارهای روتور، رفت و برگشت داشته باشند. در این پمپ دو مجرای ورود و دو مجرای خروجی وجود دارد، البته باید توجه داشت دو مجرای ورود و دو مجرای خروجی با هم ادغام شده بطوری که بر روی بدنه پمپ عملاً یک مجرای ورودی و یک مجرای خروجی خواهیم داشت.

در تحلیمان بر روی پمپ های تیغه ای نامتعادل متوجه خواهیم شد که در یک کورس از عملکرد پمپ، دو فشار متفاوت را خواهیم داشت. در نیم دور اول گردش روتور، یک فشار منفی دجود دارد و درطول گردش دوم از روتور، پمپ در معرض فشار کامل سیستم قرار دارد. این اختلاف فشار منجر به بار گذاری نامتقارن بر روی شفت می شود. به منظور جبران این عیب سطح داخلی بدنه از حالت دایره ای شکل به حالت بیضوی تغییر داده شده است. دو مجرای خروجی که تحت فشار بالا می باشد.

با اختلاف 180 درجه نسبت به هم قرار دارند. این دو مجرا در دو سمت مخالف بر روی پوسته پمپ قرار می گیرند و باعث ایجاد تعادل فشار بر روی بدنه پمپ خواهد شد. مادامی که نیروهای وارد بر شافت متعادل شود، هر گونه بار جانبی وارد بر شفت دفع خواهد شد. به عبارت دیگردو فشار در خلاف یکدیگر بر روی بدنه توزیع شده و نیروهای وارد به شفت متعادل می شود. جریان تولیدی در پمپ های متعادل همانند پمپ های تیغه ای نامتعادل، بسیار زیاد می باشد، با این تفاوت که در پمپ های تیغه ای متعادل بجای یک مجرا دو مجرای مکش و دو مجرای دهش (فشار) وجود دارد.

یک پمپ تیغه ای متعادل شامل یک رینگ بادامکی (بیضوی)، روتور، تیغه ها و صفحه شیاردار می باشد که مجراهای ودود و خروجی در خلاف یکدیگر قرار گرفته اند. یکی از فواید پمپ های تیغه ای افزایش عمر یاتاقان می باشد. این افزایش حدود 10-20 برابر نسبت به نوع نامتعادل می باشد. در مجموع افزایش قابل ملاحظه ای در فشار و سرعت در این دسته از پمپ ها خواهیم داشت

بارگذاری تیغه:

برای عملکرد مطلوب یک پمپ تیغه ای آب بندی بین لبه تیغه ها و رینگ بادامکی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. پمپ تیغه ای از نیروی گریز از مرکز جهت راندن تیغه ها به سمت بیرون و به سمت حلقه بادامکی برای رسیدن به آب بندی مناسب استفاده می کند. به همین دلیل حداقل سرعت عملکرد در پمپ های تیغه ای rpm600 می باشد. با افزایش فشار سیستم، برای کاهش میزان نشتی داخلی به یک آبندی خوب و محکم بین لبه تیغه و حلقه بادامکی نیاز است.

برای دسترسی بهتر به آب بندی مناسب در فشارهای بالا، در پمپ های تیغه ای صنعتی، فشار خود سیستم به زیر تیغه ها هدایت و از نیروی آن برای درگیری بهتر تیغه ها به سطح رینگ بادامکی استفاده می شود. اگر چه این روش آب بندی خوب و مطمئنی را ایجاد می کند ولی اشکال عمده ای دارد. بارگذاری هیدرولیکی بر روی تیغه ها در امتداد شیار به تیغه ها نیرو اعمال می کند. این نیرو متناسب با فشار تخلیه تغییر می کند.

بنابراین چنانچه فشار بالا رود نیروی بارگذاری بیش از حد زیاد شده و سبب فرسایش زود هنگام تیغه ها و حلقه می شود. برای حصول آب بندی مناسب و همچنین کاهش میزان فرسایش، بارگذاری بر روی تیغه ها به صورت جزئی می باشد. یکی از راه های محدود کردن بار بر روی تیغه استفاده از تیغه های پخ دار و مایل می باشد. فشاری که بر روی سطحی نامتعادل که در حال گردش است وارد می شود نیروی ناشی از با رگذاری بر روی تیغه هاست، کاربرد تیغه ها با لبه های مایل محدودیت های دارد و برای کاربرد در فشارهای بالا مناسب نیست.

3-5-2 پمپ تیغه ای جابجایی متغیر ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

یک پمپ تیغه ای جابجایی مثبت در هر دور از گردش خود حجم مشخصی از سیال را پمپاژ می کنند. معمولاً پمپهای صنعتی در سرعت های بین 1200 تا 1800 دور در دقیقه کار می کنند و دبی خروجی این پمپها نسبتاً ثابت است. در اکثر کاربردهای هیدرولیکی لازم است که دبی خروجی پمپها متغیر باشد اما اغلب اینگونه نیست . یک راه برای رسیدن به این هدف استفاده از عامل محرک با سرعت متغیر می باشد.

اگر چه این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد و تنها راه دیگر استفاده از پمپ های جابجایی متغیر می باشد. مقدا ر سیال جابجا شده توسط یک پمپ تیغه ای بوسیله اختلاف بین حداکثر و حداقل فاصله ای که تیغه ها باز و بسته می شوند و پهنای تیغه تعیین می شود. هنگامی که پمپ در حال کار است نمی توان هیچ تغییری در پهنای تیغه ایجاد نمود اما فاصله ای را که تیغه ها باز می شوند را می توان تغییر داد.

این کار را می توان توسط یک اهرم که موقعیت حلقه را نسبت به روتور تغییر می دهد انجام داد. چنین ساختاری امکان تغییر در حجم جابجایی پمپ را فراهم می کند. مکانیسم پمپاژ یک پمپ تیغه ای با حجم جابجایی متغیر اصولاً شامل یک روتور، تیغه، حلقه، صفحه شیاردار و یاتاقان های محوری می باشد. هدف از کاربرد یاتاقان های محوری هدایت حلقه بادامکی و جبران کننده فشار است که موقعیت حلقه نسبت به روتور را تغییر می دهد.

اصول کار ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

با پیچاندن پیچ، روتور بصورت خارج از مرکز نسبت به حلقه نگه داشته می شود. گردش روتور سبب پمپاژ سیال می شود. زمانیکه پیچ به سمت بیرون چرخانده می شود میزان خارج از مرکز به اندازه قبل نخواهد بود، بنابراین حجم خروجی پمپ کاهش پیدا خواهد کرد. زمانیکه پیچ بطور کامل به سمت خارج چرخانده شود مرکز حلقه با مرکز روتور منطبق خواهد شد.

به عبارتی میزان خروج از مرکز صفر خواهد شد. بنابراین در این شرایط هیچ افزایش یا کاهش حجمی نخواهیم داشت و با وجود اینکه روتور بطور مدام در حال چرخش است عمل پمپاژ صورت نمی گیرد و بعبارتی پممپ بصورت هرزگرد دوران می کند.

3-5-3 جبران فشار در پمپ های تیغه ای جابجایی متغیر ( پمپ های چرخ دنده داخلی )

پمپ های پره ای جابجایی متغیر، معمولاً دارای مکانیزم جبران کننده فشار هستند، این بدین معنی است که وقتی فشار تخلیه به مقدار معین شده ای می رسد، عمل پمپاژ سیال متوقف می شود. این کار با استفاده از یک فنر که (فنر جبران کننده) نامیده می شود و تنظیم حلقه ها را بر عهده دارد انجام می شود. در آغاز، وقتی که فشار تخلیه پمپ صفر است، میزان گریز از مرکز، بیشترین مقدار را دارد و نیروی فنر، رینگ با دامکی را در انتهای سمت راست نگه می دارد.

زمانی که فشار تخلیه افزایش می یابد، این افزایش فشار روی انحنای درونی حلقه بادامکی اثر کرده و حلقه را به سمت چپ، در خلاف جهت نیروی فنر حرکت می دهد خلاف جهت نیروی فنر حرکت می دهد و بدین وسیله، میزان خارج ازمرکز را کاهش می دهد. وقتی افزایش فشار تخلیه، بیشتر شود و به حدی برسد که بتواند بر نیروی فنر غلبه کند، فنر جبران کننده فشرده می شود تا این که میزان گریز از مرکز به صفر می رسد.

بنابراین، عمل پمپ کردن متوقف شده و سیالی پمپاژ نمی شود به استثنای نشتی های جزئی پمپ، بنابراین فشار سیستم به تنظیمات فنر جبران کننده محدود می شود. این پمپ ها، خودشان را در برابر فشار زیاد ناشی از مدار محافظت می کنند نیازی به دستگاه های کنترل ایمنی سیستم هیدرولیک ندارند.

با استفاده از نمودار فوق نکات زیر قابل توجه است:

  1. خارج از مرکز بیشتر، جریان بیشتری می دهد.
  2. با افزایش فشار تخلیه، جریان کاهش می یابد.
  3. وقتی خارج از مرکز صفر است، نتیجه می گیریم که جریان صفر می شود.

بازده حجمی یک پمپ تیغه ای خوب، معمولاً بین 90 تا 95 در صد می باشد.

 

 

پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی / پمپ های چرخ دنده داخلی

فشار در هیدرولیک ها

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

 

2-5-6 رابطه فشار و جریان

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

شکل 2-11 ونتوری را که شامل سه بخش زیر است را نشان می دهد:

  • بخش همگرا
  • تگنا
  • بخش واگرا

فرض بر این است که سرعت های سیال در قسمت همگرا (بخش1) و تگنا (بخش2) باشد با توجه به معادله پیوستگی سرعت جریان در دهانه بزرگتر از است. معادله برنولی برای جریان بین بخش های 1و2 می تواند این چنین نوشته شود:    

زمانی که لوله افقی است، انرژی پتانسیل در هر دو بخش ثابت می باشد. لازم به ذکر است زمانی که خطوط جریان هم سطح باشند یا اختلاف سطح کمی داشته باشند، از هد ارتفاع می توان چشم پوشی کرد. زمانی که بزرگتر از فشار باشد که این متناسب با قانون بقای انرژی است چرا که اگر سیال، انرژی جنبشی را با عبور از بخش 1 به بخش 2 به دست آورده باشد، می بایست انرژی فشار را نیز به خاطر صحت قانون بقای انرژی از دست بدهد. مجدداً، در بخش واگرای لوله، فشار بهتر می شود و سرعت جریان پائین می آید.

2-6 اندازه گیری جریان ( رابطه فشار و جریان در هیدرولیک )

به منظور عیب یابی سیستم های هیدرولیک و ارزیابی عملکرد اجزاء آن، اغلب به اندازه گیری شدت جریان یا همان دبی نیاز می باشد. برای مثال، اندازه گیری های جریان به منظور بررسی بازده حجمی پمپ ها و نیز تعیین مسیرهای نشتی در سیستم هیدرولیکی می باشد. اگر چه وسایل اندازه گیری متعددی برای اندازه گیری پارامترهای مختلف در مدار هیدرولیکی وجود دارد، بحث ما به سه نوع وسیله متداول محدود می شود، که شاملک (1) روتامتر، (2) جریان سنج توربینی و (3) جریان سنج صفحه روزنه دار می باشد.

2-6-1 روتامتر ( رابطه فشار و جریان در هیدرولیک )

روتامتر دبی سنجی است با سطح متغیر و متداول ترین نوع در میان همه وسایل اندازه گیری جریان می باشد. شکل (2-12) عملکرد یک روتامتر را نشان می دهد. روتامتر شامل لوله شیشه ای مدرج به شکل مخروط ناقص و یک شناور اندازه گیر است که می تواند به طور عمودی به سمت بالا و پایین در لوله شیشه ای حرکت کند. دو در پوش یکی در بالا و یکی در پایین لوله مانع از خارج شدن شناور از لوله شیشه ای می شود.

جریان سیال از طریق دهانه ورودی در ته لوله وارد لوله شیشه ای می شود و با عبور از لوله شیشه مخروطی بدلیل وجود اصطکاک بین سیال و شناور، شناور را به سمت نیروی وزن شناور در خلاف جهت نیروی سیال عمل می کند. با حرکت شناور به سمت بالا سطح مقطع افزایش یافته و اصطکاک بین سیال و شناور کم می شود. با عبور سیال از این جریان سنج، شناور در محلی متوقف می شود که نیروی حاصل از عبور سیال از اطراف شناور به طرف بالا با نیروی وزن شناور متعادل شود.

هر چه عبور از سیال  از لوله سریع تر باشد نیروی عمودی رو به بالا بیشتر شده و شناور در موقعیت بالاتری قرار می گیرد. موقعیت قرار گیری شناور درون لوله با شدت جریان عبوری متناسب است و مستقیماً می توان از شیشه روتامتر خواند. وقتی هیچ جریانی وارد لوله نشود، شناور در ته لوله مخروطی باقی می ماند و با در پوش پائینی در تماس است.

2-6-2 جریان سنج توربینی ( رابطه فشار و جریان در هیدرولیک )

شکل (2-13) نمونه ای از یک جریان سنج توربینی را نشان می دهد. این جریان سنج یک توربین چرخان در بدنه خود دارد که به بدنه لوله متصل است و می توان شدت جریان را اندازه گیری نمود عبور جریان سیال سبب چرخش توربین می شود. هر چه سرعت جریان بیشتر باشد توربین را با سرعت بیشتری می چرخاند. سرعت گردش توربین را می توان به سیگنال الکترونیکی تبدیل کرد و با استفاده از یک نمایشگر دیجیتال نشان داد.

2-6-3 جریان سنج روزنه ای ( رابطه فشار و جریان در هیدرولیک )

روش دیگری که برای سنجش سرعت جریان استفاده می شود استفاده از جریان سنج با صفحه روزنه دار می باشد که مطابق شکل (2-14) بر روی بدنه لوله نصب می شود. این شکل همچنین دو فشار سنج را نشان می دهد که در دو طرف روزنه قرار گرفته است. این جریان سنج بر اساس اختلاف فشار کار می کند وبر این اساس است که افت فشار در یک گذرگاه با شدت جریان عبوری متناسب است. در این جریان سنج فشار سیال قبل و بعد از روزنه اندازه گیری می شود و سپس شدت جریان با توجه به افت فشار بدست می آید. هر چه افت فشار بیشتر باشد شدت جریان عبوری نیز بیشتر خواهد شد.

دبی واقعی را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

 Q=1.41CA

که در این رابطه:

Q: شدت جریان بر حسب m/s

C:   ضریب جریان (برای روزنه ها با لبه تیز c=/8 و برای روزنه های مربع شکل)

A : سطح دهانه روزنه بر حسب m2

S: چگالی مخصوص سیال

AP= افت فشار در دو طرف روزنه بر حسب PSIوKPA

2-7 انواع سیالات ( در رابطه فشار و جریان در هیدرولیک )

سیالات را می توان به انواع ذیل تقسیم بندی نمود:

  • سیال ایده آل
  • سیال واقعی
  • سیال نیوتنی
  • سیال غیر نیوتنی

سیال ایده آل:

یک سیال ایده ال غیر قابل تراکم می باشد و ویسکوزیته ندارد. چنین سیالی فقط می تواند فرضی باشد همانند همه سیالات موجود که دارای مقداری ویسکوزیته می باشند.

سیال واقعی:

بطور ساده یک سیال واقعی دارای ویسکوزیته معینی می باشد. در واقع تمام سیالات سیال واقعی می باشند.

سیال نیوتنی:

 در طی بحثی که راجع به ویسکوزیته شد، دیدیم که تنش برشی متناسب با شیب سرعت می باشد. یعنی ta dv/dy. یک سیال واقعی که تنش برشی آن متناسب با شیب سرعت می باشد بعنوان سیال نیوتنی شناخته می شود.

سیال غیر نیوتنی:

یک سیال واقعی که تنش برشی آن با شیب سرعت متناسب نباشد یک سیال غیر نیوتنی نام دارد.

 

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک

 

رابطه فشار و جریان در هیدرولیک / رابطه فشار و جریان در هیدرولیک / رابطه فشار و جریان در هیدرولیک