بایگانی دسته ی مقاله هیدرولیک

فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک

7-4 فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک

7-4-1 مقدمه

یک سیستم هیدرولیک پیشرفته می بایست دارای قابلیت اطمینان بالایی بوده و عملکرد آن از سطح دقت بالایی برخوردار باشد. برای رسیدن به این هدف در ساخت قطعات نیاز به ماشینکاری دقیقی می باشد. پاک و تمیز بودن سیالات هیدرولیک عاملی حیاتی در عملکرد موثر قطعات مختلف سیستم هیدرولیک می باشد.

رعایت تلرانس دقیق در طراحی پمپ ها و سوپاپ ها افزایش فشار و بازده سیستم های هیدرولیک را به همراه خواهد داشت. تمیز بودن سیال از پارامترهای بسیار اساسی در عملکرد مناسب این قطعات مطابق با شرایط طراحی می باشد، همچنین نقش بسیار مهمی در افزایش قابلیت اعتماد سیستم و کاهش میزان مراقبت و نگهداری از آنها دارد.

بدترین دشمن برای این قطعات حساس و دقیق، آلودگی سیال است. اساساً آلودگی وجود هر گونه ماده خارجی در سیال می باشد که منجر به عملکرد زیان آور اجزای موجود در سیستم هیدرولیکی می گردد. آلودگی سیال ممکن است به شکل مایع، گاز و یا جامد باشد که ناشی از هر کدام از عوامل زیر است:

ورود به سیستم هنگام مونتاژ و سرویس

آلودگی ناشی از این بخش شامل براده های آهن، ذره هایی از رزوه های لوله ها، نا صافی های لوله ها، آب بندیهای لوله، تراشه های نوارهای پلاستیکی، ذرات مواد عایق کننده، ذرات ناشی از جوشکاری و.. می باشد.

آلودگی های تولید شده در سیستم حین عملکرد آن

در طول کار کرد یک سیستم هیدرولیک، منابع آلودگی بسیاری وجود دارند. از جوله آنها قطرات آبی هستند که از میعان رطوبت موجود در مخزن بوجود می آیند و گازهای ورودی، پوسته های ایجاد شده به علت خوردگی، ذرات سائیده شده از مواد عایق بندی، گل ولای و لجن ناشی از اکسیداسیون روغن از دیگر منابع می باشند.

آلاینده های وارد شده به سیستم از محیط های خارجی                          

منبع اصلی آلودگی در این بخش استفاده از وسایل و ادوات آلوده همانند قیف ها، پارچه های تنظیف آلوده و ابزار آلات هنگام سرویس سیستم می باشد. شستن قطعات باز شده سیستم در روغن آلوده نیز می تواند سیال را آلوده کند.

ذرات خارجی که وارد سیستم هیدرولیک می شوند غالباً خرد شده و به هزاران ذره بسیار کوچک تبدیل می گردند. این ذرات بسیار ریز در فضای بین قرقره های سوپاپ های کنترل و سیارهای آنها قرار می گیرند و باعث گرفتگی و گیر کردن سوپاپ می شوند این پدیده گرفتگی نامیده می شود.

به منظور تمیز نگهداشتن سیال از اینگونه آلودگی و همچنین پیشگیری از بوجود آمدن پدیده هایی همچون گرفتگی، اجزائی نظیر فیلترها و صافی ها در سیستم های هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرند. در این بخش به مطالعه جزئیات چگونگی تمیز نگهداشتن سیستم توسط صافی ها و همچنین مباحثی مربوط به آن از جمله درجه بندی میکرونی صافی هاف ضریب بتا (Beta) و کد پاکیزگی ISO  پرداخته می شود.

7-4-2 فیلترها ( فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک )

فیلتر وسیله ای است که اولین کاربرد آن جدا سازی ذرات معلق در سیال با استفاده از فضای متخلخل موجود در آن می باشد. فشنگی های کارتریج های فیلترها اجزای قابل جایگزینی هستند که از پارچه های نایلونی، سلولزی (کاغذ)، توری های سیمی و یا شبکه های پارچه ای نایلونی ساخته می شود.

این اجزاء ذرات ناخواسته و مواد زائد موجود در سیال هیدرولیکی را جذب و از سیستم خارج می کند. هنگامیکه این اجزاء اشباع شوند تعویض خواهند شد. اندازه ذراتی که توسط فیلترها جذب می شوند در حد میکرون می باشند. یک میکرون یک میلیونم یک متر و با 000039/0 یک اینچ می باشد. فیلترها می توانند ذرات خارجی در حد یک میکرون را جذب کنند.

مطالعات انجام شده نشان می دهند ذراتی کمتر از یک میکرون نیز می توانند اثرات منفی بر روی عملکرد سیستم هیدرولیک داشته باشند و همچنین آلوده شدن روغن را تسریع می بخشند.

جدول 7-1 اندازه بعضی از ذرات ( فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک )

میکرون ( فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک )

اندازه های ذرات یا لقی ها در سیستم های هیدرولیکی معمولاً برحسب میکرون بیان می شوند که برابر با 39 میلیونم اینچ می باشد. به منظور بیشتر ساده کردن فرآیند درک مفهوم میکرون، کوچکترین ذره ای که می توان با چشم دید غیر مسطح دید حدود m 40 می باشد.

ضریب بتا ( فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک )

ضریب بتا مقیاسی از بازده فیلتر می باشد و معیاری است که عملکرد یک فیلتر را برای ایجاد یک سطح پاکیزگی خاص در سیال اندازه گیری می کند. ضریب بتا عبارت است از نسبت تعداد ذرات موجود در یک میلی لیتر از سیال قبل از عبور از فیلتر به تعداد ذرات موجود در یک میلی لیتر پس از عبور از از شکل (7-3) این چنین برداشت می شود که 200 ذره در فیلتر وجود دارد که اندازه ای بزرگتر از 3 دارند.

فیلتری که دارای ضریب بتا کوچکتر می باشد، بازده آن کمتر است زیرا ذرات بیشتری از طریق آن عبور می کند با بررسی مجدد مثال فوق دیده می شود. فیلتر بالایی 100 ذره را عبور می دهد و تنها 1 ذره امکان عبور از فیلتر پایین را داراست.

ضریب بتا برای فیلتر در بالا، توسط رابطه B=200/100 = 2 داده می شود که دارای بازده کمی می باشد در حالی که ضریب بتا برای فیلتر پائین توسط رابطه B=200/I=200 داده می شود که بازده موثری دارد. معادله زیر به منظور تعیین مقدار بازده یک فیلتر استفاده می شود که به عنوان بازده بتا شناخته شده است.

    = بازدهی بتا

که اندازه ذرات یشتر از یک مقدار مشخص از N  می باشد.

بنابراین رابطه بین ضریب بتا و بازده بتا می تواند این

چنین بیان شود:

1 -1 =  بازدهی بتا

برای مثال، فیلتری دارای ضریب بتا 40، بازدهی برابر %5/97= 40/1 خواهد داشت. ضریب بتا بالاتر، بازده بتا بیشتری خواهد داشت.

فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک

فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک / فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک / فیلتر و صافی پمپ هیدرولیک

قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک

           قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک

7-1 اهداف قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک

بعد از مطالعه این فصل، شخص قادر خواهد بود:

• قطعات بکار رفته در سیستم هیدرولیک را شناسایی کند.
• با نقش و ساخت مخزن آشنا شود.
• با اساس کار انواع انباره ها و ساختار آنها آشنا شود.
• مبدل های حرارتی و نحوه کار آنها را یاد بگیرید.
• با مشخصات و ساختمان لوله ها و شلینگ های هیدرولیکی آشنا شود.
• اندازه شلینگ ها و لوله ها جهت کاربرد در سیستم های هیدرولیک را تعیین کند.

7-2 مقدمه ( قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک )

هنگامیکه از علم هیدرولیک صحبت می شود، منظور تنها جریان سیال نیست. همچنین بحث در مورد سیستم های هیدرولیک تنها به پمپ ها، موتورها و سوپاپ ها خلاصه نمی شود بلکه قطعات مهمتر دیگری نیز در سیستم هیدرولیک وجود دارد که تحت عنوان قطعات فرعی سیستم های هیدرولیک شناخته می شوند. این قطعات جریان سیالی تمیز، روان و بدون وقفه ای را در سیستم هیدرولیک فراهم می کند. در این فصل به نقش هر کدام از این قطعات فرعی و تاثیر آنها در عملکرد سیستم پرداخته می شود.

7-3 مخزن ( قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک )

مخزن همانطور که از اسمش پیداست، جایی است که برای ذخیره کردن سیال هیدرولیک مورد نیاز در سیستم استفاده می شود. سیال هیدرولیک از مهمترین اجزاء سیستم هیدرولیک محسوب می شود و عملکرد مناسب آن بسیار حیاتی است. با توجه به اینکه مخزن، سیال هیدرولیک را در خود نگه می دارد لذا طراحی آن می بایست کاملاً دقیق باشد.

باید توجه داشت مخزن علاوه بر ذخیره نمودن سیال وظایف دیگری نیز دارد از جمله این وظایف دفع حرارت سیستم از طریق جداره های آن، تمیز کردن روغن سیستم توسط فیلترهای تمیز کن و کاهش تلاطم روغن ورودی توسط صفحات ثابتی که در داخل مخزن نصب می شود می باشد. در ادامه ساختار مخزن و جزئیات از مورد بحث قرار می گیرد. برخی از ویژگی های اساسی یک مخزن خوب همراه با اجزاء آن بشرح ذیل می باشد.

• صفحه موج گیر، جهت جدا کردن روغن ورودی به مخزن از دهانه ورودی به مخزن از دهانه مکش پمپ، در نتیجه از تلاطم روغن در مخزن جلوگیری می شود.
• بازرسی آن جهت عیب یابی راحت باشد.
• هوا کش ، جهت تبادل هوا
• فیلتر، جهت تمیز کردن سیال
• نمایشگر روغن، جهت مشاهده سطح روغن
• لوله هایی جهت مکش، تخلیه و مسیرهای نشتی سیال

قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک

طراحی صحیح یک مخزن مناسب برای عملکرد خوب سیستم های هیدرولیک و افزایش عمر قطعات آن ضروری می باشد. با توجه به اینکه در مخازن علاوه بر روغن لجن، آب و مواد خارجی مثل قطعات کوچک فلزی نیز ته نشین می شود، اهمیت طراحی مخازن هیدرولیکی و ساختار آن را بیشتر می کند.

عوامل زیادی در تعیین اندازه و شکل مخازن هیدرولیکی تاثیر گذار است. حجم سیال در یک مخزن مطابق با دما و وضعیت عملگرها در سیستم تغییر می کند. حجم سیال در مخزن در حالتی که تمام سیلندر ها باز شده باشند حداقل است و در حالتی که درجه حرارت بالا و تمام سیلندر ها در حالت بسته باشند حجم سیال در حالت ماکزیمم می باشد.

بطور معمول مخزن جهت نگهداری سه یا چهار برابر حجم سیال جذب شده توسط سیستم در هر دقیقه طراحی می شود. فضای قابل توجه در بالای سیال در مخزن می بایست قادر به تهویه هوای وارد شده به مخزن باشد تا از ایجاد کف در سطح روغن جلو گیری شود. مخزنی که طراحی مناسبی داشته باشد در دفع حرارت سیال موثر است. برای دستیابی به دفع حرارت بیشتر و بالاترین حد خنک کنندگی، سیال، در خط برگشت به سمت جداره های مخزن رانده می شود.

این فرآیند معمولاً توسط یک صفحه موج گیر در امتداد محور مرکزی مخزن صورت می گیرد. سطح سیال در مخزن مهم است. اگر سطح سیال بسیار پایین باشد هوای بدام افتاده در مخزن از طریق دهانه لوله خروجی وارد دهانه مکشی پمپ خواهد شد. این فرآیند سبب ایجاد پدیده کاویتاسیون و نهایتاً صدمه به پمپ خواهد شد. نمایش دمای سیال درون مخزن نیز بسیار مهم است. حداقل نصب یک دماسنج معمولی جهت دیدن دمادرمحدوده (f0113(45 تا (f0123(50 بر روی مخزن ضروری است.

اصولاً دو نوع مخزن وجود دارد:

1. مخزن غیر فشاری
2. مخزن فشاری

قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک / قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک / قطعات فرعی در سیستم های هیدرولیک

سوپاپ های سرو

6-4 سوپاپ های سرو

6-4-1 مقدمه
سیستم های هیدرولیک، زیر مجموعه ها و اجزاء هیدرولیک که تا کنون مورد بحث قرار گرفته اند دارای سیستم کنترل حلقه باز بودند یا به عبارت دیگر دارای توان انتقالی بدون باز خورد می باشند. در ادامه به بررسی سیستم های کنترل حلقه بسته یا سرو پرداخته می شود که مجهز به قطعات حسگر برای باز خورد می باشد و کنترل بسیار دقیقی از موقعیت، سرعت و شتاب یک عملگر را فراهم می کند.

یک سوپاپ کنترل خودکار (سرو)، سوپاپ کنترل جهتی است که قابلیت موقعیت های بی نهایت متغیری را داراست. بنابراین این دسته از سوپاپ ها نه تنها جهت جریان سیال بلکه همچنین مقدار سیال را نیز کنترل می کنند. در یک سوپاپ سرو، فاکتور کنترل شده خروجی به وسیله یک مبدل اندازه گیری می شود و به ترکیب کن برگشت داده می شود.

ترکیب کن جایی است که پس خوران با مقدار فرمان مقایسه می شود. این اختلاف بصورت یک سیگنال خطا تعریف می شود که به نوبت به منظور ایجاد یک تغییر در خروجی سیستم استفاده می شود، تا اینکه خطا کاهش یابد و یا به صفر نزدیک شود.

نمونه ای از آن کاربرد یک ترموستات در کوره خودکار می باشد که نقش آن اندازه گیری درجه حرارت اتاق مطابق با افزایش یا کاهش حرارت به منظور ثابت نگه داشتن ان می باشد. در ادامه بطور خلاصه اجزا مختلف تشکیل دهنده یک سیستم سرو تشریح خواهد شد.

6-4-2 اجزائ سیستم سرو 
پمپ های ذخیره (کمکی)
سیستم های کنترل خودکار (سرو) معمولاً به یک فشار ثابت نیاز دارند. با توجه به اینکه پمپ های جابجایی ثابت در اثر افت توان گرمای زیادی تولید می کنند. معمولاً پمپ های با فشار قابل تنظیم به کار گرفته می شوند و گزینه مناسبی برای کاربردهای سرو هستند.

موتورهای سرو ( سوپاپ های سرو )
موتورهای پیستونی معمولاً نسبت به موتورهای تیغه ای یا چرخ دنده ای ترجیح داده می شوند چرا که میزان نشتی داخلی در آنها پایین تر می باشد. هر دو نوع موتورهای پیستونی یعنی محوری با صفحه زاویه دار (سواش پلیت) و محوری با محور خمیده در سیستم های سرو استفاده می شوند.

اگر چه نوع خطی نیروی اصطکاکی بیشتری دارد البته این عیب محدودیت جدی ایجاد نمی کند چرا که در شرایط بد معمول، نیروی اصطکاک معمولاً لرزش مورد نیاز برای پایداری خوب سیستم سرو را زیاد نمی کند.

سیلندر های سرو ( سوپاپ های سرو )
دو پارامتر مهم در انتخاب یک سیلندر سرو نقش دارد یکی نشت جریان و دیگری فشار انحراف که در واقع یک مقیاسی از فشار مورد نیاز به منظور تولید نیروی انحراف مورد نیاز می باشد. میله معمولاً توسط آب بندهای نوع حلقه ای (O-ring) و v شکل آب بندی می شود تا مقاومت خوبی در برابر نشت خارجی سیستم ایجاد شود.

مبدل های سرو ( سوپاپ های سرو )
نقش یک مبدل تبدیل یک منبع انرژی از یک حالت به حالت دیگر می باشد (برای مثال تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی). در یک سیستم سرو یک مبدل باز خورد بعد از اندازه گیری خروجی سیستم کنترل، یک سیگنال تولید می کند که به ترتیب برای مقایسه با سیگنال ورودی به سیستم برگشت داده می شود. مبدل ها همچنین در کاربردهای سرو برای اهداف کنترلی، به منظور اندازه گیری پارامترهای مختلف استفاده می شود.

بعضی از شرایط مهم در انتخاب یک مبدل میزان دقت مورد نیاز، توانایی تجزیه و قابلیت تکرارپذیری آن می باشد. مبدل ها معمولاً به دو نوع آنالوگ (پیوسته) و دیجیتال (پله ای) تقسیم بندی می شوند.

آنها همچنین ممکن است بر اساس نوع کاربردشان تقسیم بندی شوند:
مبدل های سرعت
مبدل های فشار
مبدل های مکان
مبدل های جریان
مبدل های شتاب
دو نوع اساسی از سوپاپ های کنترل خودکار (سرو) وجود دارند که بطور گسترده استفاده می شوند:
سوپاپ کنترل سرو مکانیکی
سوپاپ سرو کنترل سرو الکترو هیدرولیکی (برق هیدرولیکی)
سوپاپ کنترل سرو مکانیکی

تصویر (6-40) ساختار یک نوع سوپاپ سرو خودکار مکانیکی را نشان می دهد. در این سوپاپ ضرورتاً از یک تقویت کننده نیروی مکانیکی برای کنترل محل قرار گیری استفاده می شود. در این طرح یک نیروی ضربه کوچک قرقره را با یک مقدار مشخص جابجا می کند.

سیال از طریق دهانه PI جریان می یابد و باعث بسته شدن سیلندر هیدرولیک به سمت راست می شود. عمل اتصال پس خوران، بوش لغزشی را به سمت راست جابجا می کند تا زمانیکه سیلندر هیدرولیک را مسدود کند. بنابراین یک حرکت داده شده به ورودی یک حرکت خروجی مشخص و کنترل شده را ایجاد می کند.

چنین سیستمی که خروجی آن به منظور تغییر در ورودی با یک مقدار مشخص برگشت داده می شود، یک سیستم حلقه بسته نامیده می شود. یکی از معمول ترین کاربردهای این نوع از سوپاپ کنترل سرو مکانیکی در سیستم فرمان هیدرولیکی اتومبیل ها و دیگر وسایل نقلیه است.

سوپاپ های کنترل سرو الکترو هیدرولیکی
در سال های اخیر سوپاپ کنترل سرو الکترو هیدرولیکی به خوبی و درستی در بخش صنعت وارد شده است. ویژگی اصلی یک سوپاپ الکتروهیدرولیکی آن است که جریان خروجی هیدرولیکی تقویت شده بطور مستقیم با میزان جریان الکتریکی DC ورودی مناسب است.

در نمونه ای از سوپاپ های سرو الکتروهیدرولیکی از یک موتور الکتریکی نوسانی افشانک دوبل یک مرحله ای و قرقره لغزنده دو مرحله ای استفاده می شود. موتور الکتریکی شامل اجزایی نظیر سیم پیچ ها، قطعات قطبی و آهنرباها و یک آرمیچر است. آرمیچر جهت حرکات محدود با یک تیوب انعطاف پذیر حمایت می شود.

تیوپ انعطاف پذیر نیز به عنوان یک کاسه نمد وظیفه آب بندی بین دو بخش هیدرولیک و الکترو مغناطیس سوپاپ را به عهده دارد. پروانه به مرکز آرمیچر متصل است و در این تیوپ انعطاف پذیر به سمت پایین گسترش می یابد. در هر طرف پروانه یک افشانک وجود دارد، به گونه ای که حرکت پروانه میزان باز شدن نازل را تغییر می دهد.

سیال هیدرولیک تحت فشار از طریق یک تنگنا که در انتهای قرقره قرار گرفته به هر نازل ارسال می شود. یک صافی روغن 40 میکرونی اطراف میله قرقره پیچیده شده و جریان این بخش را فیلتر می کند. اختلاف فشار بین دو انتهای قرقره بوسیله حرکت پروانه بین دو نازل تغییر داده می شود.

قرقره سوپاپ 4 راهه جریان را از مخزن به هر یک از دهانه های کنترل c_1 یا c_2 با یک مقدار مشخص نسبت به جابجایی قرقره هدایت می کند. قرقره شامل شکاف هایی برای اندازه گیری جریان در قسمت کنترل می باشد که با حرکت قرقره پوشیده نمی شوند. حرکت قرقره یک سیستم پس خوران را که گشتاور را برای آرمیچر و پروانه فراهم می کند را منحرف می کند.

جریان الکتریسیته موجود در سیم پیچ موتور، باعث ایجاد گشتاوری ساعتگرد یا پاد ساعتگرد در آرمیچر می شود. این گشتاور پروانه را بین دو افشانک جا به جا می کند. اختلاف جریان افشانک قرقره را به چپ یا راست حرکت می دهد. قرقره به حرکت خود ادامه می دهد تا گشتاور میله پس خوران، چرخش الکترو مغناطیسی را ایجاد کند در این نقطه آرمیچر پروانه به مرکز برگشت داده می شود.

قرقره متوقف می شود و در آن وضعیت باقی می ماند تا اینکه جریان الکتریسیته ورودی به یک سطح جدید تغییر کند بنابراین موقعیت قرار گیری قرقره سوپاپ با سیگنال الکتریکی متناسب است. سوپاپ کنترل سرو الکترو هیدرولیکی از یک سیگنال الکتریکی برای موتور آن استفاده می کند که موقعیت های مختلفی از قرقره در یک سوپاپ کنترل جهت بدست می آید.

سیگنال از پتانسیومتر به صورت الکتریکی تقویت می شود تا موتور سوپاپ کنترل سرو راه اندازی شود. جریان هیدرولیک از سوپاپ کنترل سرو به یک عملگر توان می دهد تا بار را جابجا کند. سرعت یا موقعیت بار به صورت یک ورودی اکتریکی از طریق یک قطعه پس خوران نظیر ژنراتور، تا کومتر یا مقاومت متغیر به سوپاپ کنترل سرو برگشت داده می شود.

در این صورت با این عمل سیکل بسته می ماند که به عنوان سیستم حلقه بسته نامیده می شود. از این دسته از سوپاپ های کنترل بطور موثر در انواع اتومبیل ها، سیستم های کنترل صنعتی مثل ماشین های تسطیح اراضی، بازوهای فرمان، تجهیزات قفل کننده، لیفتراک ها ماشین های کشاورزی، سیستم های کنترل کارخانجات و غیره….استفاده می شود.

6-5 فیوزهای هیدرولیکی ( سوپاپ های سرو )
یک فیوز هیدرولیک شبیه به یک فیوز الکتریکی است و کاربرد آن در یک سیستم هیدرولیکی شباهت زیادی به عملکرد فیوز الکتریکی در مدار الکتریکی دارد. تصویر ساده ای از یک فیوز هیدرولیکی در شکل (6-42) نشان داده شده است. هنگامی که یک فیوز هیدرولیکی در سیستم هیدرولیکی بکار می رود، مانع از افزایش فشار هیدرولیکی از حد مجاز سوپاپ به کار رفته در سیستم می شود و از آسیب دیدن اجزای مدار جلوگیری می کند.

وقتی که فشار هیدرولیکی سیستم از مقدار طراحی فراتر می رود صفحه فلزی نازک گسیخته می شود تا فشار را کاهش داده و مایع به مخزن برگردد. بعد از گسیختگی جهت انجام هر عملیات جدیدی می بایست یک صفحه فلزی نازک دیگری در محل مورد نظر تعبیه گردد.

از فیوزهای هیدرولیکی به طور اصلی در پمپ های با فشار قابل تنظیم برای حفاظت از بارهای اضافی با ایمنی نامطمئن استفاده می شود. در نوع کنترل جبران کننده در پمپ ها به عملکرد آسیب می رساند. یک فیوز هیدرولیک شبیه به یک فیوز الکتریکی است چون هر دوی آنها بصورت کلید های قطع و وصل هستند. به عبارت دیگر سوپاپ فشار شکن شبیه به یک قطع کننده مدار الکتریکی است زیرا آنها هر دو قابل باز سازی هستند.

سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو / سوپاپ های سرو

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 :

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 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

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

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

عملکرد و طرح پمپ

عملکرد و طرح پمپ :

پمپ شامل یک روتور (بلوک سیلندر) می باشد که شیارهایی بصورت شعاعی بر روی آن قرار دارد و در داخل این شیارها پیستون ها قرار گرفته اند. روتور بصورت خارج از مرکز نسبت به بدنه قرار گرفته است. پیستون ها و بلوک سیلندر توسط خار به شفت محرک متصل شده اند. با گردش شفت محرک در حالی که بدنه ثابت است پیستون ها و بلوک سیلندر دوران می کنند. با توجه به خارج از مرکز بودن بلوک سیلندر نسبت به بدنه پمپ، هنگام دوران بلوک سیلندر، پیستون ها حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند.

هنگامی که پیستون ها به انتهای کورس خود در سیلندر می رسند جلوی مجرای ورودی قرار می گیرند و در اثر افزایش حجم ایجاد شده در سیلندر سیال به داخل کشیده می شود و هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند، در اثر کاهش حجم ایجاد شده سیال تحت فشار قرار گرفته و در این هنگام دهانه سیلندر جلوی مجرای خروجی قرار می گیرد و سیال به سمت بیرون حرکت می کند. در این نمونه از پمپ ها با تغییر فاصله محوری مراکز بدنه و روتور می توان کورس پیستون ها و در نتیجه حجم جابجایی پمپ را تغییر داد.

3-7 کارائی پمپ ( عملکرد و طرح پمپ )

کارائی یک پمپ در ابتدا به دقت در مرحله ساخت آن بستگی دارد. مهمترین نکته ای که باید به آن توجه داشت تلرانس دقیق بین قطعات می باشد که در شرایط کارکرد پمپ اهمیت بسزایی دارد. حفظ تلرانس دقیق بوسیله طراحی سیستم هایی که هم شامل استحکام مکانیکی و هم فشارهای متعادل می باشند حاصل می شود. از دیدگاه تئوری یک پمپ ایده آل پمپی است که لقی بین تمام قطعات در گیر صفر باشد.

اگر چه این موضوع از دیدگاه طراحی و ساخت منطقی نیست ولی لقی بین قطعات جهت انجام کار تا حد ممکن می بایست کوچک در نظر گرفته شوند. سازندگان پمپ تست هائی را بکار می برند تا کارائی انواع متنوع پمپ ها را تعیین کنند. راندمان کلی پمپ ها را می توان با مقایسه میزان توان خروجی به توان ورودی پمپ محاسبه نمود.

راندمان های پمپ ( عملکرد و طرح پمپ )

پارامترهای عملکردی پمپ ها بوسیله یک سری آزمایشاتی که معمولاً توسط کارخانجات سازندگان پمپ انجام می شود تعیین می گردد. با مقایسه توان خروجی یک پمپ نسبت به توان ورودی آن یا به عبارتی نسبت توان هیدرولیکی به توان مکانیکی وارد بر شفت اصلی پمپ می توان راندمان کلی پمپ را محاسبه نمود.

در واقع راندمان کلی پمپ را می توان به دو مولفه مجزا تقسیم نمود که شامل راندمان حجمی و راندمان مکانیکی می باشد.

3-7-1 راندمان حجمی ( عملکرد و طرح پمپ )

این راندمان بیانگر میزان نشتی در داخل پمپ هاست که ناشی از لقی بین قطعات و پوسته پمپ می باشد. راندمان حجمی را می توان از طریق رابطه زیر تعیین نمود:

راندمان حجمی

میزان راندمان حجمی برای پمپ های مختلف در جدول ذیل داده شده است:

جدول3-1: مقایسه راندمان حجمی در پمپ های مختلف

3-7-2 راندمان مکانیکی ( عملکرد و طرح پمپ )

راندمان مکانیکی بیانگر میزان تلفات

انرژی در پمپ ها بدون در نظر گرفتن نشتی ها می باشد.

این اتلاف انرژی شامل موارد ذیل است:

• اصطکاک در یاتاقان و دیگر اجزاء متحرک
• اتلاف انرژی ناشی از جریان های آشفته

راندمان مکانیکی را می توان از طریق رابطه ذیل تعیین نمود:

  راندمان مکانیکی

      = محاسبه در سیستم متریک، توان بر حسب وات

که در این رابطه:

P: فشار اندازه گیری شره در قسمت خروجی بر حسب pa

Vd :حجم جابجایی پمپ بر حسب m3/rev

TA: گشتار واقعی وارد بر محور ورودی پمپ بر حسب N-M

N: سرعت دوران پمپ بر حسب rpm یا rad/s

راندمان مکانیکی پمپ را همچنین می توان بر حسب میزان گشتاور تعیین نمود:

    = بازده مکانیکی

که در این رابطه:

: گشتاور تئوری بر حسب نیوتن در متر (N-M)

: حجم جابجایی پمپ بر حسب متر مکعب بر دور (m3/rev)

P: فشار بر حسب پاسکال (pa) l می باشد.

برای تعیین گشتاور واقعی از رابطه ذیل می توان استفاده نمود:

=   گشتاور واقعی

    گشتاور واقعی

N(rad/s) =

با داشتن بازده حجمی و بازده مکانیکی می توان از رابطه ذیل بازده کلی پمپ را تعیین نمود.

     = بازده کلی

 توان واقعی که از یک محرک اصلی توسط یک شفت در حال دوران به پمپ داده می شود، به عنوان توان ترمزی و توان واقعی خروجی از پمپ که به یک سیال داده می شود به عنوان هیدرولیکی شناخته می شود.

عملکرد و طرح پمپ / عملکرد و طرح پمپ